本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及一種光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)及通信方法，具體涉及一種基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡及其通信方法，可用于片上多核通信。

背景技術：

受到物理極限限制，單純通過縮小晶體管尺寸和提高頻率來提升單核處理器性能的方法不再可行，采用多核架構設計是未來片上系統(tǒng)(System-on-Chip，SoC)發(fā)展的必然趨勢，目前業(yè)界已從將關注點從多核系統(tǒng)設計轉向眾核甚至千核系統(tǒng)設計。隨著片上系統(tǒng)集成的IP(Intellectual Property)核數(shù)量越來越多，核間通信問題成為多核系統(tǒng)設計的關鍵。通信性能好、重用性好、擴展性好、并行能力強的片上網(wǎng)絡(Network-on-Chip，NoC)成為未來多核片上系統(tǒng)通信架構首選方案。未來幾年電路集成度將隨著超大規(guī)模集成電路工藝特征尺寸的進一步縮小而繼續(xù)提高，當芯片系統(tǒng)的工作頻率急速提高至數(shù)GHz甚至更高后，金屬導線的寄生效應、延遲時間、信號串擾和能耗等問題將嚴重限制片上網(wǎng)絡系統(tǒng)性能的進一步提高，電互連方式將無法進行更加高效的信號傳輸。

相比于傳統(tǒng)的電互連方式，片上光互連具有更高的帶寬密度、更小的通信時延、更低的系統(tǒng)功耗和較小的網(wǎng)絡串擾等優(yōu)勢。隨著近年來硅基光器件技術的不斷發(fā)展和成熟，光波導、微環(huán)諧振器、光電探測器、片上激光源等新型片上器件不斷產(chǎn)生和創(chuàng)新，性能表現(xiàn)也不斷提高。這些硅基光器件的突破性發(fā)展推動了光片上網(wǎng)絡(Optical Network-on-Chip，ONoC)的產(chǎn)生和迅速發(fā)展。

隨著硅通孔(Through Silicon Vias，TSV)等三維集成電路(3D IC)技術的發(fā)展成熟，設計三維光片上網(wǎng)絡成為可能。相比于二維光片上網(wǎng)絡，三維光片上網(wǎng)絡可以在容納更多IP核的同時，更加高效地布局層間互連，設計相應的通信策略，在增加芯片系統(tǒng)容量的同時獲得更加良好的通信性能。

波長通信作為光互連通信的特點之一在進行光片上網(wǎng)絡架構及其通信方法的設計中承擔著重要作用。以往的光片上網(wǎng)絡設計中，波長資源通常被用于兩種用途，第一是利用豐富的波長資源增加光片上網(wǎng)絡的帶寬密度，以獲得更快的分組調制速度和更高的網(wǎng)絡吞吐性能；第二是利用不同波長的光信號可以同時在光波導內(nèi)同時互不干擾傳輸?shù)奶匦?，解決通信過程中的網(wǎng)絡阻塞和網(wǎng)絡資源競爭的技術問題。利用波長通信進行設計的光片上網(wǎng)絡僅僅考慮并實現(xiàn)以上兩種用途的其中之一，沒有綜合考慮網(wǎng)絡的通信需求、網(wǎng)絡負載狀況以及應用特點對波長資源進行動態(tài)配置，沒有優(yōu)化波長通信資源的利用方式。

例如，Dana Vantrease等人在2008年《International Symposium on Computer Architecture》36(3):153-164中發(fā)表了名稱為“Corona:System Implications of Emerging Nanophotonic Technology”的文章，提出了一種基于光令牌的三維光片上網(wǎng)絡及其通信方法，通過吸收和釋放光令牌表示對通信資源的占用和釋放，Corona中采用64個波長對數(shù)據(jù)分組進行調制傳輸，具有良好的網(wǎng)絡帶寬密度和數(shù)據(jù)分組調制速度；但是在高網(wǎng)絡負載下，Corona中通信資源競爭加劇，網(wǎng)絡阻塞情況嚴重，導致整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的通信效率低下。授權公告號CN102638311B，名稱為《基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)及其通信方法》的發(fā)明專利，公開了一種基于波長分配的光片上網(wǎng)絡系統(tǒng)及其通信方法，針對光片上網(wǎng)絡采用波長通信時，使用波長數(shù)過多、光路由器結構復雜、網(wǎng)絡擴展性差的問題，采用波長分配矩陣對通信波長進行分配，減少了波長使用數(shù)，提高了光片上網(wǎng)絡的可擴展性，克服了光片上網(wǎng)絡容易進入擁塞狀態(tài)的問題。但是由于只采用一個波長對所有長度的數(shù)據(jù)分組進行調制傳輸，沒有考慮不同長度數(shù)據(jù)分組的傳輸需求，導致在低網(wǎng)絡負載下波長資源的利用率低，且網(wǎng)絡帶寬密度低，并且網(wǎng)絡的擴展性受到波長數(shù)量的限制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術不足，提出了一種基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡及通信方法，通過實現(xiàn)波長資源的動態(tài)配置，以平衡波長資源使用中增加網(wǎng)絡帶寬密度和解決阻塞需求，用于解決現(xiàn)有基于波長通信的光片上網(wǎng)絡及通信方法中存在的網(wǎng)絡資源利用率和網(wǎng)絡通信效率低的技術問題

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡，其特征在于，包括電層、光傳輸網(wǎng)絡層和光控制網(wǎng)絡層，該三個層面形成層疊結構；所述電層，包括N個簇，N≥2，每個簇連接有第一TSV pad；所述光傳輸網(wǎng)絡層，包括通過環(huán)形傳輸光波導連接的N個發(fā)送/接收單元，每個發(fā)送/接收單元連接有第二TSV pad；所述光控制網(wǎng)絡層，包括分別與環(huán)形通知光波導和環(huán)形仲裁光波導相連的N個控制單元，每個控制單元連接有第三TSV pad；所述N個簇在電層中的位置、N個發(fā)送/接收單元在光傳輸網(wǎng)絡層中的位置和N個控制單元在光控制網(wǎng)絡層中的位置對應，且第一TSV pad、第二TSV pad和第三TSV pad通過TSV相互連接，形成三維光片上網(wǎng)絡。

上述基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡，所述簇，包括IP核和電交換單元，所述IP核為多個，分別與電交換單元相連，用于實現(xiàn)簇內(nèi)電信號的交換傳輸。

上述基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡，所述發(fā)送/接收單元，包括處理單元、由多個第一檢測器組成的第一接收單元和由多個第一調制器組成的第一發(fā)送單元，所述處理單元與第一接收單元和第一發(fā)送單元相連，用于控制處理通知分組，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分組，產(chǎn)生和發(fā)送回應分組，所述多個第一檢測器和多個第一調制器分別與環(huán)形傳輸光波導相連，用于發(fā)送、傳輸和接收光信號。

上述基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡，所述控制單元，包括仲裁/通知控制單元、由多個第二檢測器和一個通知用檢測器組成的第二接收單元和由多個第二調制器組成的第二發(fā)送單元，所述仲裁/通知控制單元與第二接收單元和第二發(fā)送單元相連，用于實現(xiàn)波長資源的動態(tài)配置、處理通知分組和回應分組，所述多個第二檢測器和多個第二調制器分別與環(huán)形仲裁光波導相連，用于實現(xiàn)波長資源仲裁，所述通知用檢測器和多個第二調制器分別與環(huán)形通知光波導相連，用于發(fā)送和接收通知信息和多播廣播信息。

一種基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡的通信方法，包括如下步驟：

(1)網(wǎng)絡初始化，實現(xiàn)步驟為：

1a)假設簇間通信數(shù)據(jù)分組的長度，設定簇間通信調制傳輸不同長度數(shù)據(jù)分組時需要的波長數(shù)量：

當數(shù)據(jù)分組的長度為(0,256]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(256,512]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為2n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(512,768]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為3n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(768,1024]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為4n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1024,1280]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為5n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1280,1536]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為6n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1536,1792]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為7n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1792,+∞)bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為8n；

其中n≥1，且n為整數(shù)；

1b)光控制網(wǎng)絡層中任一控制單元通過第二調制器，向環(huán)形仲裁光波導中注入K個不同的光脈沖信號，其中K≥8n，且K為整數(shù)，得到活躍的環(huán)形仲裁光波導：

1c)設定仲裁超時門限T；

1d)對簇及IP核分別進行編號，得到每一個IP核的位置(X，Y)，其中X表示簇編號，Y表示IP核編號；

(2)源IP核產(chǎn)生不同的通信需求，當通信需求為單一目的IP核時，執(zhí)行步驟3)；當通信需求為多播廣播時，執(zhí)行步驟6)；

(3)源IP核產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組，該數(shù)據(jù)分組包含從步驟1d)得到的每一個IP核位置(X，Y)中提取的源IP核位置(Xs，Ys)和目的IP核位置(Xd，Yd)，其中Xs表示源IP核所在簇編號，Ys表示源IP核編號，Xd表示目的IP核所在簇編號，Yd表示目的IP核編號；根據(jù)Xs和Xd的關系，判斷數(shù)據(jù)分組的通信類型，若Xs＝Xd，則該數(shù)據(jù)分組的通信類型為簇內(nèi)通信，并執(zhí)行步驟4)，否則，該數(shù)據(jù)分組的通信類型為簇間通信，并執(zhí)行步驟5)；

(4)電交換單元將源IP核產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組傳輸至目的IP核，完成簇內(nèi)通信；

(5)簇間通信的實現(xiàn)步驟為：

5a)源IP核產(chǎn)生控制分組，該控制分組包含有數(shù)據(jù)分組長度信息、源IP核位置信息和目的IP核位置信息，電交換單元通過第一TSV pad、TSV和第三TSV pad，將控制分組傳輸至對應的仲裁/通知控制單元，并通過第一TSV pad、TSV和第二TSV pad，將源IP核產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組傳輸至對應的處理單元進行緩存；

5b)源IP核對應的仲裁/通知控制單元，對數(shù)據(jù)分組傳輸時可使用的波長資源進行仲裁，實現(xiàn)步驟為：

5b1)源IP核對應的仲裁/通知控制單元，根據(jù)其接收的控制分組中攜帶的數(shù)據(jù)分組長度信息和步驟1a)中的設定的簇間通信調制傳輸不同長度數(shù)據(jù)分組時需要的波長數(shù)量，確定傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量m，再控制m個第二檢測器從步驟1b)中得到的活躍環(huán)形仲裁光波導中，吸收不同的光脈沖信號，并判斷已吸收的光脈沖信號的數(shù)量k與傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量m的關系，若k＝m，執(zhí)行步驟5c)，否則，執(zhí)行步驟5b2)；

5b2)源IP核對應的仲裁/通知控制單元，控制m-k個第二檢測器從步驟1b)中得到的活躍環(huán)形仲裁光波導中，吸收不同的光脈沖信號，并判斷已吸收的光脈沖信號數(shù)量k與傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量m的關系，若k＝m，執(zhí)行步驟5c)，否則，執(zhí)行步驟5b3)；

5b3)源IP核對應的仲裁/通知控制單元，判斷已經(jīng)仲裁的時間t與步驟1c)設定的仲裁超時門限T的關系，若t＜T，執(zhí)行步驟5b2)，否則，執(zhí)行步驟5b4)；

5b4)源IP核對應的仲裁/通知控制單元，判斷已吸收的光脈沖信號數(shù)量k與0之間的關系，若k≠0，執(zhí)行步驟5c)，否則，執(zhí)行步驟5b2)；

5c)源IP核對應的仲裁/通知控制單元產(chǎn)生攜帶已吸收光脈沖信號對應波長信息的通知分組，再根據(jù)其接收的控制分組中攜帶的目的IP核位置信息確認通知分組的發(fā)送波長，最后控制第二調制器將通知分組調制成相應發(fā)送波長的通知光信號，注入到環(huán)形通知光波導中，并執(zhí)行步驟5d)；

5d)目的IP核對應的通知用檢測器，從環(huán)形通知光波導中吸收并解調通知光信號，還原成通知分組；目的IP核對應的仲裁/通知控制單元，通過第三TSV pad、TSV和第二TSV pad將通知分組傳輸至對應處理單元；處理單元根據(jù)通知分組中攜帶的波長信息，配置相應波長的第一檢測器進入工作狀態(tài)；

5e)源IP核對應的仲裁/通知控制單元，通過第三TSV pad、TSV和第二TSV pad將步驟5b)中產(chǎn)生的通知分組發(fā)送至對應處理單元，該處理單元根據(jù)通知分組攜帶的波長信息，控制相應波長的第一調制器，將數(shù)據(jù)分組調制成數(shù)據(jù)光信號，并注入到環(huán)形傳輸光波導中；

5f)目的IP核對應的發(fā)送/接收單元中的第一檢測器，吸收并解調環(huán)形傳輸光波中的數(shù)據(jù)光信號，還原成數(shù)據(jù)分組；目的IP核對應的處理單元通過第二TSV pad、TSV和第一TSV pad，將還原成的數(shù)據(jù)分組傳輸至目的IP核所在簇，所在簇的電交換單元將數(shù)據(jù)分組傳輸至目的IP核；目的IP核對應的處理單元產(chǎn)生回應分組，通過第二TSV pad、TSV和第三TSV pad，將該回應分組傳輸至目的IP核對應的仲裁/通知控制單元；

5g)目的IP核對應的仲裁/通知控制單元接收到回應分組，根據(jù)從步驟5d)中得到的通知分組中攜帶的波長信息，控制第二調制器向環(huán)形仲裁光波導中注入對應的光脈沖信號，完成簇間通信；

(6)多播廣播通信的實現(xiàn)步驟為：

6a)源IP核產(chǎn)生攜帶有目的IP核位置信息和多播廣播數(shù)據(jù)信息的信息分組，源IP核對應的電交換單元通過第一TSV pad、TSV和第三TSV pad，將信息分組傳輸至對應的仲裁/通知控制單元；

6b)仲裁/通知控制單元根據(jù)信息分組中攜帶的目的IP核位置信息，控制第二調制器將信息分組調制成不同波長的數(shù)據(jù)光信號，并注入到環(huán)形通知光波導中；

6c)不同目的IP核對應的通知用檢測器，分別吸收并解調環(huán)形通知光波導中的數(shù)據(jù)光信號，還原成信息分組；不同目的IP核對應的仲裁/通知控制單元，分別通過第三TSV pad、TSV和第一TSV pad，將信息分組傳輸至目的IP核所在簇，所在簇的電交換單元將信息分組傳輸至目的IP核，完成多播廣播通信。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：

1.本發(fā)明采用根據(jù)數(shù)據(jù)分組的長度，和網(wǎng)絡初始化中的設定的簇間通信調制傳輸不同長度數(shù)據(jù)分組時需要的波長數(shù)量，確定傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量的方法，實現(xiàn)了對不同長度數(shù)據(jù)分組通信需求的動態(tài)適應，與現(xiàn)有基于波長通信的光片上網(wǎng)絡的通信方法相比，有效地提高了網(wǎng)絡的通信效率。

2.本發(fā)明采用對數(shù)據(jù)分組傳輸時可使用的波長資源進行仲裁的方法，實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)分組長度和不同網(wǎng)絡負載情況下波長資源的動態(tài)配置，實現(xiàn)了使用波長資源增加網(wǎng)絡帶寬密度和使用波長資源解決阻塞的動態(tài)平衡，與現(xiàn)有基于波長通信的光片上網(wǎng)絡的通信方法相比，有效地提高了低網(wǎng)絡負載時網(wǎng)絡資源的利用率，并降低了高網(wǎng)絡負載時網(wǎng)絡的阻塞情況。

3.本發(fā)明可實現(xiàn)單一目的IP核通信需求和多播廣播通信需求，擁有良好的通信普適性。

4.本發(fā)明在不增加網(wǎng)絡通信資源的前提下擴展網(wǎng)絡的規(guī)模，擁有良好的可擴展性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的三維光片上網(wǎng)絡的整體結構示意圖；

圖2是本發(fā)明簇的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明發(fā)送/接收單元的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明控制單元的結構示意圖；

圖5是本發(fā)明通信方法的實現(xiàn)流程框圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參照圖1，一種基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡，包括電層1、光傳輸網(wǎng)絡層2和光控制網(wǎng)絡層3，該三個層面1，2和3形成層疊結構，該三個層面的相對位置不固定，可以有以下六種由下自上的層疊方式：1)電層1-光傳輸網(wǎng)絡層2-光控制網(wǎng)絡層3，2)電層1-光控制網(wǎng)絡層3-光傳輸網(wǎng)絡層2，3)光傳輸網(wǎng)絡層2-電層1-光控制網(wǎng)絡層3，4)光傳輸網(wǎng)絡層2-光控制網(wǎng)絡層3-電層1，5)光控制網(wǎng)絡層3-電層1-光傳輸網(wǎng)絡層2和6)光控制網(wǎng)絡層3-光傳輸網(wǎng)絡層2-電層1；本實施例采用電層1、光傳輸網(wǎng)絡層2和光控制網(wǎng)絡層3由下自上的層疊方式，所述電層1，包括由16個簇12組成的方陣，每個簇12連接有第一TSV pad11；所述光傳輸網(wǎng)絡層2，包括通過環(huán)形傳輸光波導23連接的16個發(fā)送/接收單元22，所有發(fā)送/接收單元22組成方陣，每個發(fā)送/接收單元22連接有第二TSV pad21；所述光控制網(wǎng)絡層3，包括分別與環(huán)形通知光波導33和環(huán)形仲裁光波導34相連的16個控制單元32，所有控制單元32組成方陣，每個控制單元32連接有第三TSV pad31；所述16個簇12在電層1中的位置、16個發(fā)送/接收單元22在光傳輸網(wǎng)絡層2中的位置和16個控制單元32在光控制網(wǎng)絡層3中的位置對應，且第一TSV pad11、第二TSV pad21和第三TSV pad31通過TSV相互連接，形成三維光片上網(wǎng)絡。

參照圖2，所述簇12，包括IP核121和電交換單元122，所述IP核121為多個，分別與電交換單元122相連，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的產(chǎn)生、處理和簇內(nèi)電信號的交換傳輸，所述電交換單元122通過導線束與第一TSV pad11相連，用于數(shù)據(jù)分組的層間傳輸。

參照圖3，所述發(fā)送/接收單元22，包括處理單元221、由多個第一檢測器222組成的第一接收單元和由多個第一調制器223組成的第一發(fā)送單元，所述處理單元221與第一接收單元和第一發(fā)送單元相連，用于控制處理通知分組，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分組，產(chǎn)生和發(fā)送回應分組，所述處理單元221中包含緩存單元，可以緩存數(shù)據(jù)分組，所述處理單元221通過導線束與第二TSV pad21相連，用于數(shù)據(jù)分組的層間傳輸；所述多個第一檢測器222和多個第一調制器223分別與環(huán)形傳輸光波導23相連，用于發(fā)送、傳輸和接收光信號，各個第一調制器223可調制形成光信號的波長各不相同，各個第一檢測器222可檢測光信號的波長各不相同。

參照圖4，所述的基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡，所述控制單元32，包括仲裁/通知控制單元321、由多個第二檢測器322和一個通知用檢測器323組成的第二接收單元和由多個第二調制器324組成的第二發(fā)送單元，所述仲裁/通知控制單元321與第二接收單元和第二發(fā)送單元相連，用于實現(xiàn)波長資源的動態(tài)配置、處理通知分組和回應分組，所述仲裁/通知控制單元321通過導線束與第第三TSV pad31相連，用于數(shù)據(jù)分組的層間傳輸；所述多個第二檢測器322和多個第二調制器324分別與環(huán)形仲裁光波導34相連，用于實現(xiàn)波長資源仲裁，各個第二調制器324可調制形成光信號的波長各不相同，各個第二檢測器322可檢測光信號的波長各不相同，所述通知用檢測器323和多個第二調制器324分別與環(huán)形通知光波導33相連，用于發(fā)送和接收通知信息和多播廣播信息，不同簇對應的通知用檢測器323可檢測的波長唯一且各不相同，通知用檢測器始終處于工作狀態(tài)，光信號從環(huán)形通知光波導33經(jīng)過相應通知用檢測器323時，將被其檢測并吸收。

參照圖5，一種基于環(huán)形控制光網(wǎng)絡的三維光片上網(wǎng)絡的通信方法，包括如下步驟：

步驟1，網(wǎng)絡初始化，實現(xiàn)步驟為：

步驟1a，假設簇間通信數(shù)據(jù)分組的長度，設定簇間通信調制傳輸不同長度數(shù)據(jù)分組時需要的波長數(shù)量：

當數(shù)據(jù)分組的長度為(0,256]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(256,512]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為2n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(512,768]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為3n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(768,1024]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為4n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1024,1280]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為5n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1280,1536]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為6n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1536,1792]bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為7n；

當數(shù)據(jù)分組的長度為(1792,+∞)bit時，設定簇間通信調制傳輸時所用波長的數(shù)量為8n；

其中n≥1，且n為整數(shù)，n的數(shù)量可以根據(jù)應用需求動態(tài)設定，8n≤光片上網(wǎng)絡中可使用波長的總數(shù)，光片上網(wǎng)絡中可使用波長的數(shù)量隨著技術的發(fā)展不斷增加；

步驟1b，光控制網(wǎng)絡層中任一控制單元通過第二調制器，向環(huán)形仲裁光波導中注入K個不同的光脈沖信號，其中K≥8n，且K為整數(shù)，得到活躍的環(huán)形仲裁光波導，光脈沖信號注入到環(huán)形仲裁光波導后，如果不被相應的第二檢測器吸收，將在環(huán)形仲裁光波導中一直傳輸：

步驟1c，設定仲裁超時門限T，T的大小可以根據(jù)應用需求動態(tài)設定；

步驟1d，對簇及IP核分別進行編號，得到每一個IP核的位置(X，Y)，其中X表示簇編號，Y表示IP核編號；

步驟2，源IP核產(chǎn)生不同的通信需求，當通信需求為單一目的IP核時，執(zhí)行步驟3)；當通信需求為多播廣播時，執(zhí)行步驟6；

步驟3，源IP核產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組，該數(shù)據(jù)分組包含從步驟1d得到的每一個IP核位置(X，Y)中提取的源IP核位置(Xs，Ys)和目的IP核位置(Xd，Yd)，其中Xs表示源IP核所在簇編號，Ys表示源IP核編號，Xd表示目的IP核所在簇編號，Yd表示目的IP核編號；根據(jù)Xs和Xd的關系，判斷數(shù)據(jù)分組的通信類型，若Xs＝Xd，即源IP核和目的IP核位于同一簇內(nèi)，則該數(shù)據(jù)分組的通信類型為簇內(nèi)通信，并執(zhí)行步驟4，若Xs≠Xd，即源IP核和目的IP核位于不同簇，則該數(shù)據(jù)分組的通信類型為簇間通信，并執(zhí)行步驟5；

步驟4，電交換單元將源IP核產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組傳輸至目的IP核，完成簇內(nèi)通信；

步驟5，簇間通信的實現(xiàn)步驟為：

步驟5a，源IP核產(chǎn)生控制分組，該控制分組包含有數(shù)據(jù)分組長度信息、源IP核位置信息和目的IP核位置信息，電交換單元通過第一TSV pad、TSV和第三TSV pad，將控制分組傳輸至對應的仲裁/通知控制單元，并通過第一TSV pad、TSV和第二TSVpad，將源IP核產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組傳輸至對應的處理單元進行緩存；

步驟5b，源IP核對應的仲裁/通知控制單元，對數(shù)據(jù)分組傳輸時可使用的波長資源進行仲裁，實現(xiàn)步驟為：

步驟5b1，源IP核對應的仲裁/通知控制單元，根據(jù)其接收的控制分組中攜帶的數(shù)據(jù)分組長度信息和步驟1a中的波長數(shù)量設定結果，確定傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量m，再控制m個第二檢測器從步驟1b中得到的活躍環(huán)形仲裁光波導中，吸收不同的光脈沖信號，并判斷已吸收的光脈沖信號的數(shù)量k與傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量m的關系，由于源IP核對應的仲裁/通知，控制單元控制m個第二檢測器從步驟1b中得到的活躍環(huán)形仲裁光波導中，吸收不同的光脈沖信號，則k≤m；若k＝m，即表示網(wǎng)絡中的波長資源充足，數(shù)據(jù)分組可以使用步驟1b中設定的波長數(shù)量進行調制傳輸，執(zhí)行步驟5c，若k＜m，即表示網(wǎng)絡中的波長資源不足，數(shù)據(jù)分組尚不能使用步驟1b中設定的波長數(shù)量進行調制傳輸，需等待其他通信完成并釋放波長資源，執(zhí)行步驟5b2；

步驟5b2，源IP核對應的仲裁/通知控制單元，控制m-k個第二檢測器從步驟1b中得到的活躍環(huán)形仲裁光波導中，吸收不同的光脈沖信號，并判斷已吸收的光脈沖信號數(shù)量k與傳輸數(shù)據(jù)分組時所需的波長數(shù)量m的關系，由于源IP核對應的仲裁/通知控制單元，控制m-k個第二檢測器從步驟1b中得到的活躍環(huán)形仲裁光波導中，吸收不同的光脈沖信號，則k≤m；若k＝m，即表示網(wǎng)絡中的波長資源充足，數(shù)據(jù)分組可以使用步驟1b中設定的波長數(shù)量進行調制傳輸，執(zhí)行步驟5c，若k＜m，即表示網(wǎng)絡中的波長資源不足，數(shù)據(jù)分組尚不能使用步驟1b中設定的波長數(shù)量進行調制傳輸，需等待網(wǎng)絡中其他通信過程完成并釋放波長資源，執(zhí)行步驟5b3；

步驟5b3，源IP核對應的仲裁/通知控制單元，判斷已經(jīng)仲裁的時間t與步驟1c設定的仲裁超時門限T的關系，若t＜T，則表示已經(jīng)進行仲裁的時間尚未超過設定的仲裁超時門限，即數(shù)據(jù)分組的發(fā)送的時延尚在容忍范圍之內(nèi)，數(shù)據(jù)分組希望獲得更多的波長資源用于調制傳輸，執(zhí)行步驟5b2，若t≥T，則表示已經(jīng)進行仲裁的時間已超過設定的仲裁超時門限，即數(shù)據(jù)分組的發(fā)送的時延已不可容忍，數(shù)據(jù)分組希望立刻發(fā)送以保證通信效率和端到端時延性能，執(zhí)行步驟5b4；

步驟5b4，源IP核對應的仲裁/通知控制單元，判斷已吸收的光脈沖信號數(shù)量k與0之間的關系，若k≠0，即表示數(shù)據(jù)分組可以使用這k個波長資源進行調制傳輸，執(zhí)行步驟5c，若k＝0，即表示網(wǎng)絡中波長資源嚴重不足，沒有可用于調制傳輸?shù)牟ㄩL資源，必須等待網(wǎng)絡中其他的通信過程完成并釋放波長資源，執(zhí)行步驟5b2；

通過步驟5b1至5b4，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分組進行調制發(fā)送時使用的波長資源仲裁，保證了在網(wǎng)絡中有可用波長資源的前提下，數(shù)據(jù)分組會在仲裁超時門限T時間內(nèi)發(fā)送；如果網(wǎng)絡資源嚴重不足，網(wǎng)絡中可用波長資源緊張，已經(jīng)仲裁的時間超過仲裁超時門限，一旦網(wǎng)絡中其他的通信過程完成并釋放了波長資源，數(shù)據(jù)分組將使用有限的波長資源立刻進行調制傳輸，以保證端到端的通信時延；

步驟5c，源IP核對應的仲裁/通知控制單元產(chǎn)生攜帶已吸收光脈沖信號對應波長信息的通知分組，再根據(jù)其接收的控制分組中攜帶的目的IP核位置信息確認通知分組的發(fā)送波長，最后控制第二調制器將通知分組調制成相應發(fā)送波長的通知光信號，注入到環(huán)形通知光波導中，并執(zhí)行步驟5d；

步驟5d，目的IP核對應的通知用檢測器，從環(huán)形通知光波導中吸收并解調通知光信號，還原成通知分組；目的IP核對應的仲裁/通知控制單元，通過第三TSV pad、TSV和第二TSV pad將通知分組傳輸至對應處理單元；處理單元根據(jù)通知分組中攜帶的波長信息，配置相應波長的第一檢測器進入工作狀態(tài)；

步驟5e，源IP核對應的仲裁/通知控制單元，通過第三TSV pad、TSV和第二TSV pad將步驟5b中產(chǎn)生的通知分組發(fā)送至對應處理單元，該處理單元根據(jù)通知分組攜帶的波長信息，控制相應波長的第一調制器，將數(shù)據(jù)分組調制成數(shù)據(jù)光信號，并注入到環(huán)形傳輸光波導中；

步驟5f，目的IP核對應的發(fā)送/接收單元中的第一檢測器，吸收并解調環(huán)形傳輸光波中的數(shù)據(jù)光信號，還原成數(shù)據(jù)分組；目的IP核對應的處理單元通過第二TSV pad、TSV和第一TSV pad，將還原成的數(shù)據(jù)分組傳輸至目的IP核所在簇，所在簇的電交換單元將數(shù)據(jù)分組傳輸至目的IP核；目的IP核對應的處理單元產(chǎn)生回應分組，通過第二TSV pad、TSV和第三TSV pad，將該回應分組傳輸至目的IP核對應的仲裁/通知控制單元；

步驟5g，目的IP核對應的仲裁/通知控制單元接收到回應分組，根據(jù)從步驟5d中得到的通知分組中攜帶的波長信息，控制第二調制器向環(huán)形仲裁光波導中注入對應的光脈沖信號，釋放占用的波長資源，完成簇間通信；

步驟6，多播廣播通信的實現(xiàn)步驟為：

步驟6a，源IP核產(chǎn)生攜帶有目的IP核位置信息和多播廣播數(shù)據(jù)信息的信息分組，源IP核對應的電交換單元通過第一TSV pad、TSV和第三TSV pad，將信息分組傳輸至對應的仲裁/通知控制單元；

步驟6b，仲裁/通知控制單元根據(jù)信息分組中攜帶的目的IP核位置信息，控制第二調制器將信息分組調制成不同波長的數(shù)據(jù)光信號，并注入到環(huán)形通知光波導中，利用不同簇的IP核對應通知用檢測器可檢測光信號的波長不同，可以實現(xiàn)一對多的通信傳輸，且光信號在環(huán)形傳輸光波導中的傳輸互不干擾；

步驟6c，不同目的IP核對應的通知用檢測器，分別吸收并解調環(huán)形通知光波導中的數(shù)據(jù)光信號，還原成信息分組；不同目的IP核對應的仲裁/通知控制單元，分別通過第三TSV pad、TSV和第一TSV pad，將信息分組傳輸至目的IP核所在簇，所在簇的電交換單元將信息分組傳輸至目的IP核，完成多播廣播通信。

以上描述僅是本發(fā)明的一個具體實例，不構成對本發(fā)明的修改限制。顯然對于本領域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結構的情況下，進行形式和細節(jié)上的各種修改和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修改和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。