[論文レビュー] Analysis of buffering effects on hard real-time priority-preemptive wormhole networks

Leandro Soares Indrusiak, Alan Burns+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2016

Interconnection Networks and Systems参考文献 15被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、優先順位プリエンプティブなワームホールネットワークにおける最悪応答時間の、安全できめの細かい分析を提案する。この分析は、バッファバックプレッシャーによって引き起こされる間接的干渉をきめ細かく扱い、先行する最先端手法に見られる重大な欠陥を是正する。本稿では、下流での多重干渉の洗練されたモデルを導入し、すべての既知の干渉およびバッファリング条件において、唯一安全であることが証明された手法であることを示す。

ABSTRACT

There are several approaches to analyse the worst-case response times of sporadic packets transmitted over priority-preemptive wormhole networks. In this paper, we provide an overview of the different approaches, discuss their strengths and weaknesses, and propose an approach that captures all effects considered by previous approaches while providing tight yet safe upper bounds for packet response times. We specifically address the problems created by buffering and backpressure in wormhole networks, which amplifies the problem of indirect interference in a way that has not been considered by the early analysis approaches. Didactic examples and large-scale experiments with synthetically generated packet flow sets provide evidence of the strength of the proposed approach.

研究の動機と目的

• ワームホールネットワークの既存のリアルタイム解析手法において、バッファバックプレッシャーによって引き起こされる間接的干渉の不安全な取り扱いを特定・是正すること。
• Xiongら[18]の手法を含む先行手法の限界を解決すること。これらの手法は、下流干渉の誤ったモデル化により、過剰に楽観的または楽観的すぎる結果をもたらすことが示された。
• すべての既知の干渉およびバッファリング効果を捉えつつ、安全（すなわち、境界値を覆す反例が存在しない）であることを保証する新しい解析手法を開発すること。
• 一般的に平均性能を高めるために大きなバッファが好まれるとされる仮定とは対照的に、小さなバッファが最悪応答時間の予測可能性を高めることを示すこと。
• サブルートおよび下流レベルでの干渉計算の洗練を通じて、NoCおよびその他の優先順位プリエンプティブなワームホールネットワークにおけるよりきめの細かいリアルタイム解析の基盤を築くこと。

提案手法

• 式(8)に新たに導入された精錬された指標 $ I^{down}_{ji} $ を用いて、バックプレッシャーによって引き起こされる下流での多重干渉を具体的にモデル化した、間接的干渉の新たな定式化を提案する。
• 下流フローからの干渉計算において、安全に重要な洗練を施し、応答時間を過小評価しないように保証する。
• 直接的干渉、バックプレッシャー、非ゼロの臨界瞬間、サブルート干渉を含む形式的モデルを用い、パケットの経路に沿った複数の干渉イベントを明示的に処理する。
• Xiongら[18]の手法が、下流の間接的干渉の誤ったモデル化により不安全であることを示す反例を提示し、本手法の必要性を検証する。
• 大規模な合成実験および教育的例を用いて、本手法の有効性を検証し、ShiとBurns、KashifとPatel、Xiongらの手法と比較する。
• 将来的な改善、例えばビジーパリオードベースの干渉推定やサブルート粒度の干渉計算をサポートするように解析を拡張可能であるが、これらは今後の研究課題として残す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Xiongら[18]の最先端手法は、バッファバックプレッシャーによって引き起こされる下流の間接的干渉を考慮した場合、安全であるか？
• RQ2 優先順位プリエンプティブなワームホールネットワークにおいて、すべての既知の干渉およびバッファリング効果を捉えつつ、安全かつきめの細かいリアルタイム解析を開発できるか？
• RQ3 バッファサイズは、間接的干渉下でのワームホールネットワークの最悪応答時間および予測可能性にどのように影響するか？
• RQ4 干渉をサブルートレベルでモデル化するのと、全ルートレベルでモデル化するのとを比較した場合、解析のきめの細かさおよび安全性にどのような影響があるか？
• RQ5 提案手法は、安全性を損なわず、混合クリティカルティシステムやより詳細な干渉計算をサポートするように拡張可能か？

主な発見

• 反例により確認されたように、本手法は、テストされたすべての干渉およびバッファリング条件下で、唯一安全であることが知られている。Xiongら[18]の手法は、反例によって無効であることが示された。
• 本解析は、大きなバッファが最悪応答性能を悪化させることを示しており、これは「大きなバッファが予測可能性を高める」という仮定とは対照的である。むしろ、小さなバッファがよりきめの細かい境界値をもたらす。
• 本手法とXiongら[18]の手法との間の応答時間境界の差は、最大で数パーセンテージにとどまる。これは、下流の間接的干渉の問題が微細で、容易に見過ごされがちなことの証明である。
• 合成フローセットを用いた実験により、本手法が、とくに大きなバッファを備えた高負荷環境下で、先行手法よりもきめの細かい境界値を提供することが確認された。
• 本手法は、下流での多重干渉を正しくモデル化しており、Xiongらを含む先行手法は、これを適切に扱えず、不安全な楽観的結果を導いていた。
• 本手法は、サブルート干渉やビジーパリオードベースの干渉推定をサポートするように拡張可能であり、今後の研究で境界値をさらに洗練する道筋を提供する。