[논문 리뷰] A Traffic-Aware Medium Access Control Mechanism for Energy-Efficient Wireless Network-on-Chip Architectures

Naseef Mansoor, Abhishek Vashist외 4명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 04.

Interconnection Networks and Systems참고 문헌 24인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 예측된 트래픽 수요에 따라 전송 슬롯을 동적으로 조정함으로써 부분 패킷 전송을 가능하게 하는 두 가지 트래픽 인지형 중계접근제어(MAC) 기법을 제안한다. 시스템 수준의 시뮬레이션을 통해 검증된 결과, 정적 또는 비적응형 MAC 기법에 비해 에너지 효율성과 더 높은 데이터 대역폭을 확보할 수 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다양한 애플리케이션 워크로드 하에서 무선 NoC(WiNoC)에서의 효율이 떨어지는 중계접근 문제를 해결하기 위해.
• 실시간 트래픽 수요에 맞춰 전송 슬롯 할당을 적응적으로 조정할 수 있는 동적 MAC 프rotocol를 설계하기 위해.
• 다핵 온칩 무선 상호연결에서의 에너지 효율성과 네트워크 활용도를 향상시키기 위해.
• 공유된 무선 중계접근 환경에서 지연을 줄이고 공정성을 향상시키기 위해 부분 패킷 전송을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 제안된 MAC 기법들은 역사적 및 현재의 트래픽 패턴을 기반으로 각 무선 인터페이스(WI)에서 트래픽 수요를 예측한다.
• 예측된 트래픽 부하에 따라 전송 슬롯이 동적으로 할당되어 공유된 무선 중계접근 매체를 효율적으로 사용한다.
• 기본적으로 부분 패킷 전송을 지원하여 전체 슬롯을 확보할 수 없는 경우 패킷을 조각으로 나누어 전송할 수 있다.
• 두 가지 별도의 동적 MAC 체계를 설계하였으며, 하나는 트래픽 예측 기반이고, 다른 하나는 공정성 제약 조건을 통합한 것이다.
• 다핵 환경과 WiNoC 상호연결을 모델링한 시스템 수준의 시뮬레이션 프레임워크를 구축하여 다양한 트래픽 시나리오 하에서 성능을 평가하였다.
• 에너지 효율성과 대역폭을 주요 평가 지표로 삼았으며, 기준 정적 MAC 프로토콜과의 비교 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무선 NoC(WiNoC)의 MAC 프로토콜을 어떻게 동적 트래픽 수요에 적응시켜 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 트래픽 예측에 기반한 동적 슬롯 할당이 네트워크 스루풋과 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 부분 패킷 전송 기법은 공유된 무선 채널에서 에너지 소비를 줄이고 공정성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 트래픽 인지형 MAC 기법은 정적 또는 비적응형 기법에 비해 에너지 효율성과 대역폭 확장성 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 동적 WiNoC MAC 설계에서 공정성, 에너지 효율성, 스루풋 사이의 최적의 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 트래픽 인지형 MAC 기법은 정적 슬롯 할당 기법에 비해 최대 25% 높은 에너지 효율성을 달성한다.
• 동적 슬롯 적응 덕분에 고밀도 및 변동성이 큰 트래픽 하중 조건에서 대역폭 활용도가 최대 30% 향상된다.
• 부분 패킷 전송 기법은 혼잡한 상황에서 평균 종단 간 지연을 18% 감소시킨다.
• 폭발적인 트래픽 패턴 조건에서도 경쟁하는 무선 인터페이스 간의 공정성을 유지한다.
• 시스템 수준의 시뮬레이션 결과, 에너지 소비를 늘리지 않고도 동적 기법이 더 높은 데이터 전송 속도를 유지함을 확인하였다.