[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出两种面向无线片上网络（WiNoC）的交通感知介质访问控制（MAC）机制，通过基于预测的交通需求动态调整传输时隙，支持部分数据包传输。与静态或非自适应MAC方案相比，该机制在系统级仿真中验证了其在提升能量效率和维持更高数据带宽方面的优势。

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.

研究动机与目标

• 解决在不同应用工作负载下无线NoC（WiNoC）中介质访问效率低下的挑战。
• 设计一种动态MAC协议，根据实时交通需求自适应调整传输时隙分配。
• 提升多核片上无线互连中的能量效率与网络利用率。
• 通过支持部分数据包传输，降低延迟并提升共享无线介质访问的公平性。

提出的方法

• 所提出的MAC机制利用历史与当前的交通模式，在每个无线接口（WI）上预测交通需求。
• 基于预测的交通负载动态分配传输时隙，确保共享无线介质的高效利用。
• 该机制支持部分数据包传输，当无法获得完整时隙时，允许数据包以分段形式发送。
• 设计了两种不同的动态MAC方案：一种基于交通预测，另一种则整合了公平性约束。
• 系统级仿真框架模拟了具有WiNoC互连的多核环境，在多种交通场景下评估性能。
• 以能量效率和带宽为主要度量指标，并与基线静态MAC协议进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使WiNoC中的MAC协议对动态交通需求具有自适应能力，以提升能量效率？
• RQ2 基于交通预测的动态时隙分配对网络吞吐量和延迟有何影响？
• RQ3 部分数据包传输机制是否能降低能量消耗并改善共享无线信道中的公平性？
• RQ4 在能量效率与带宽可扩展性方面，交通感知MAC机制与静态或非自适应方案相比表现如何？
• RQ5 在动态WiNoC MAC设计中，公平性、能量效率与吞吐量之间的最优权衡是什么？

主要发现

• 所提出的交通感知MAC机制相比静态时隙分配方案，能量效率最高提升25%。
• 由于动态时隙自适应，在高负载和变化频繁的交通负载下，带宽利用率最高提升30%。
• 在拥塞场景中，部分数据包传输将平均端到端延迟降低18%。
• 即使在突发性交通模式下，该机制仍能保持竞争无线接口之间的公平性。
• 系统级仿真结果证实，动态方案在不增加能量消耗的前提下，可维持更高的数据速率。