CSMA como MAC para DWiNoCs

Abstract

A Rede-em-Chip Sem Fio (Wireless Network-on-Chip — WiNoC) surge como uma das mais promissoras tecnologias para enfrentar os problemas de escalabilidade da Rede- em-Chip (Network-on-Chip — NoC) convencional. Entretanto, fornecer acesso múltiplo e simultâneo ao meio sem fio compartilhado é um dos principais desafios dessa tecnologia e o uso de múltiplos canais não sobrepostos não é uma solução escalável devido à limitação da largura de banda disponível e da complexidade do transceptor. Para lidar com essa limitação, a WiNoC com Antenas Direcionais (Directional Wireless Network-on-Chip — DWiNoC) utiliza outra abordagem que tira proveito das características das antenas direcionais para criar múltiplos canais não sobrepostos. Entretanto, o mecanismo de controle de acesso ao meio utilizado pela DWiNoC é energeticamente ineficiente para baixas cargas de tráfego. Conhecendo a capacidade que o mecanismo de Acesso Múltiplo com Detecção da Portadora (Carrier Sense Multiple Access — CSMA) tem de responder bem a essa categoria de tráfego, esse trabalho propõe o uso desse como mecanismo de controle de acesso ao meio para a DWiNoC, visando melhorar a eficiência energética do canal mantendo um nível aceitável de desempenho. O uso desse mecanismo pode reduzir, em média, entre 39 e 42% o consumo de energia de cada canal, considerando uma distribuição uniforme do tráfego de entrada. Isso, sem impactar significativamente a taxa de transferência e a latência para cargas de tráfego de entrada inferiores a 40%.

Wireless Network-on-Chip (WiNoC) emerges as one of the most promising tech- nologies to face the scalability problems of conventional NoCs (Network-on-Chip). However, providing multiple and simultaneous access to the shared wireless medium is one of the main challenges of this technology and the use of multiple non-overlapping channels is not a scalable solution due to the limitation of the available bandwidth and of the transceiver complexity. To address this limitation, Directional Wireless Network-on-Chip (DWiNoC) uses another approach that takes advantage of directional antennas characteristics to create multiple non-overlapping channels. However, the media access control mechanism used by DWiNoC is energy inefficient for low traffic loads. Knowing the capacity that CSMA has to deal well with this category of traffic, this work proposes the use of it as a media access control mechanism for DWiNoCs, with the objective of improving channel energy efficiency while maintaining an acceptable level of performance. The use of this mechanism can re- duce, on average, from 39 to 42% the energy consumption of each channel, considering a uniform distribution of the incoming traffic. This, without significantly impacting throughput and latency for inbound traffic loads below 40%.