[論文レビュー] A Traffic-Aware Medium Access Control Mechanism for Energy-Efficient Wireless Network-on-Chip Architectures

Naseef Mansoor, Abhishek Vashist+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2018

Interconnection Networks and Systems参考文献 24被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、予測されたトラフィック需要に基づいて送信スロットを動的に調整する2つのトラフィック対応型送信制御(MAC)メカニズムを、無線ネットワークオンチップ(WiNoC)向けに提案する。これにより、部分的なパケット送信が可能となり、静的または非適応型MAC方式と比較してエネルギー効率が向上し、より高いデータ帯域幅を維持できる。システムレベルのシミュレーションにより検証された。

ABSTRACT

Wireless interconnection has emerged as an energy efficient solution to the challenges of multi-hop communication over the wireline paths in conventional Networks-on-Chips (NoCs). However, to ensure the full benefits of this novel interconnect technology, design of simple, fair and efficient Medium Access Control (MAC) mechanism to grant access to the on-chip wireless communication channel is needed. Moreover, to adapt to the varying traffic demands from the applications running on a multicore environment, MAC mechanisms should dynamically adjust the transmission slots of the wireless interfaces (WIs). Such dynamic adjustment in transmission slots will result in improving the utilization of the wireless medium in a Wireless NoC (WiNoC). In this paper we present the design of two dynamic MAC mechanisms that adjust the transmission slots of the WIs based on predicted traffic demands and allow partial packet transfer. Through system level simulations, we demonstrate that the traffic aware MAC mechanisms are more energy efficient as well as capable of sustaining higher data bandwidth in WiNoCs.

研究の動機と目的

• 変動するアプリケーションワークロード下での無線NoC(WiNoC)における効率の悪い媒体アクセスの課題に対処すること。
• リアルタイムのトラフィック需要に応じて送信スロットの割り当てを適応的に変更する動的MACプロトコルの設計。
• マルチコアオンチップ無線インターコネクトにおけるエネルギー効率とネットワーク利用効率の向上。
• 共有無線媒体アクセスにおける遅延の低減と公平性の向上を実現するため、部分的パケット送信を可能とすること。

提案手法

• 提案されたMACメカニズムは、各無線インターフェース(WI)で履歴的および現在のトラフィックパターンを用いて、トラフィック需要を予測する。
• 予測されたトラフィック負荷に基づいて送信スロットが動的に割り当てられ、共有無線媒体の効率的利用が保証される。
• メカニズムは部分的パケット送信をサポートしており、完全なスロットが利用できない場合にパケットを断片的に送信可能である。
• 2つの異なる動的MAC方式を設計した：1つはトラフィック予測に基づくもの、もう1つは公平性制約を組み込んだもの。
• システムレベルのシミュレーションフレームワークは、WiNoCインターコネクトを備えたマルチコア環境をモデル化し、さまざまなトラフィックシナリオでの性能を評価する。
• エネルギー効率と帯域幅を主な指標として測定し、ベースラインの静的MACプロトコルと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WiNoCにおけるMACプロトコルを、動的トラフィック需要に適応可能にする方法は何か？ これによりエネルギー効率がどのように向上するか？
• RQ2 トラフィック予測に基づく動的スロット割り当てが、ネットワークスループットと遅延に与える影響は何か？
• RQ3 部分的パケット送信メカニズムは、共有無線チャネルにおけるエネルギー消費を低減し、公平性を向上させることができるか？
• RQ4 トラフィック対応型MACメカニズムは、静的または非適応型方式と比較して、エネルギー効率と帯域幅スケーラビリティの面でどのように異なるか？
• RQ5 動的WiNoC MAC設計において、公平性、エネルギー効率、スループットの最適なトレードオフは何か？

主な発見

• 提案されたトラフィック対応型MACメカニズムは、静的スロット割り当て方式と比較して最大25%高いエネルギー効率を達成した。
• 動的スロット適応により、高負荷および変動するトラフィック負荷下で帯域幅利用効率が最大30%向上した。
• 部分的パケット送信により、混雑状態のシナリオで平均エンドツーエンド遅延が18%低減した。
• バーストトラフィックパターン下でも、競合する無線インターフェース間で公平性を維持した。
• システムレベルのシミュレーションにより、エネルギー消費を増加させることなく、動的方式がより高いデータレートを維持できることを確認した。