Problèmes de plus courts chemins dans les NoC et leurs extensions aux cas difficiles
Résumé
Nous définissons et étudions un problème d'optimisation combinatoire et un programme linéaire en nombres entiers, qui modélise le routage multi-chemin dans un réseau sur puce à garantie de trafic. Basé sur le multiplexage temporel et l'émission cyclique des messages, le modèle permet d'éviter les collisions, les blocages statiques et dynamiques dans des réseaux à topologie irrégulière, tout en minimisant les temps de latence. Une extension de ce problème de routage multi-chemin, qui permet une reconfiguration dynamique du routage au moment de l'exécution est également présentée. Dans ce cas, des ensembles indépendants de chemins valides sont pré-calculés de telle sorte qu'ils peuvent être inter-changés en cours d'exécution sans impact sur le trafic courant, tout en réutilisant tous les intervalles de temps dont les ressources sont vacantes ou libérées. L'approche du graphe spatio-temporel étendu est retenue dans les processus de résolution. Tout d'abord, nous présentons un ensemble d'opérateurs de base de calcul de plus courts chemins. Se sont une heuristique de construction parallèle gloutonne, un opérateur de voisinage, et un algorithme de Dijkstra modifié dans un graphe spatio-temporel étendu qui calcul un chemin unique dans un NoC occupé en temps pseudo-polynomial. Ensuite, pour résoudre l'ensemble des problèmes, les opérateurs sont introduits et combinés dans trois méthodes de recherche locale itérée capable de générer rapidement des solutions admissibles, un algorithme évolutionnaire à base de population solutions conférant une grande diversité à la recherche de solutions et un algorithme mémétique, tirant partie des avantages des deux précédents. Les expériences sont réalisées sur un ensemble d'instances d'applications réelles, et d'instances d'applications artificielles générées aléatoirement à partir des cas réels, pour illustrer les performances et la robustesse des méthodes de recherche.
Mots-clés
Memetic algorithm, Evolutionnary algorithm, Local search methods, Heuristic, Time-expanded graph, Maximum flow problem, Dynamic reconfiguration, K-Shortest Paths Problem, Mixed-integer linear programming, Combinatorial optimization, Best effort, Guaranteed traffic routing, Network on Chip, Programme linéaire en nombres entiers, Réseau sur puce, Trafic garantie, Trafic au mieux, Optimisation combinatoire, Problème des K-plus courts chemins, Reconfiguration dynamique, Problème de flot maximum, Graphe spatio-temporel, Heuristique, Recherche locale, Algorithme évolutionnaire, Algorithme mémétique