CN100525492C - 控制连接到无线网络的便携式装置的功耗的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于控制无线装置中的功耗的方法和设备，该无线装置基于预定单位时间将数据发送到另一无线装置，并从所述另一无线装置接收数据，所述方法和设备包括：在最大接收模式时间的范围内，从所述另一无线装置接收至少一个数据帧；根据便携式无线装置的流量要求和状态信息，以调整的发送率将至少一个数据发送到所述另一无线装置；以及在单位时间的剩余时间，将便携式无线装置的当前模式切换到休眠模式。

Description

控制连接到无线网络的便携式装置的功耗的方法和设备

本申请要求于2005年9月1日在韩国知识产权局提交的10-2005-0081464号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开在此以资参考。

技术领域

本发明涉及用于无线局域网(LAN)的技术，更具体地说，本发明涉及一种用于减少连接到无线LAN的便携式装置的功耗的方法和设备。

背景技术

图1示出以传统的一般基础架构实现的无线LAN的配置。参照图1，多个便携式装置32、33和34能够使用IEEE 802.11系列标准通过接入点(AP)31发送和接收数据。便携式装置的示例包括个人计算机、笔记本电脑、蜂窝式电话和个人数字助理(PDA)。便携式装置32可通过IEEE 802.11系列标准下的协议将数据发送到另一便携式装置33和从另一便携式装置33接收数据。另外，便携式装置32允许用户通过将VoIP包发送到笔记本电脑34和从笔记本电脑34接收VoIP包来引导与笔记本电脑34进行语音通信。

通常，这种连接到无线LAN的便携式装置不断地需要稳定的供电以在高速无线LAN上操作。然而，由于便携式装置一般是由具有有限容量的小型电池供电的，因此减少在这些装置中的功耗变得更加重要。

在公开号为2001-075670和1999-065379的韩国专利，以及第5355518号美国专利中公开了减少无线便携式装置中功耗的传统方法的示例。

公开号为2001-075670的韩国专利公开了一种在通信系统中减少电池功耗的方法，包括：确定接收并解调的信号是否能够被解码；如果信号不能被解码，则切断对接收机的供电；以及如果信号可被解码，则操作接收机。另外，公开号为1999-065379的韩国专利公开了一种无线呼叫系统，该系统使用包括在从现有呼叫系统发送的信号的头排列中的时隙号码来确定是否以预先设置方式设置数据排列，以及如果以预先设置方式设置了数据排列，则通过供电来开启射频(RF)模块。第5355518号美国专利公开了具有节能电路的接收机，该节能电路在节能模式下监控信道，以便根据是否已经检测到有效的编码静噪信号(CSS)将接收机保持在休眠模式或操作模式。

然而，上述传统的方法存在一些问题，因为传统的方法集中在最小化在数据传输期间需要的能量，或者集中在通过收集空闲时间信息并在在空闲时间期间将便携式装置的操作模式转换为休眠模式来降低忙闲度的方法。因此，没有考虑到应用程序的流量要求。而是将重点放在了优化数据发送或数据接收上。由于这个原因，很难在整个无线系统中减少功耗。

在这点上，期望一种在数据传输期间控制功耗并降低便携式装置的忙闲度的方法，其中，根据应用程序的流量要求在数据传输期间采用了最小化能量，以及在流量要求的范围内计算节能时间以将便携式装置切换到休眠模式。

发明内容

本发明提供一种用于减少在连接到以IEEE802.11分布式协调功能(DCF)标准实现的无线局域网的便携式装置中的功耗的方法和设备。

根据本发明的一方面，提供了一种控制便携式无线装置中的功耗的方法，该便携式无线装置在预定单位时间将数据发送到另一便携式无线装置，并从所述另一便携式无线装置接收数据。该方法包括：a)在最大接收模式时间的范围内，从所述另一便携式无线装置接收至少一个数据帧；b)根据便携式无线装置的流量要求和状态信息，以调整的发送率将至少一个数据帧发送到所述另一便携式无线装置；c)在已经执行了操作a)和操作b)之后，在预定单位时间的剩余时间，将便携式无线装置的当前模式切换到休眠模式。

根据本发明的另一方面，提供了一种在预定单位时间将数据发送到另一便携式无线装置，并从所述另一便携式无线装置接收数据的便携式无线装置。该便携式无线装置包括：用于在最大接收模式时间的范围内，从所述另一便携式无线装置接收至少一个数据帧的手段；用于根据便携式无线装置的流量要求和状态信息，以调整的发送率将至少一个数据帧发送到所述另一便携式无线装置的手段；以及用于在已经接收和发送数据之后，在预定单位时间的剩余时间，将便携式无线装置的当前模式切换到休眠模式的手段。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它方面将会变得更加清楚，其中：

图1示出以传统的一般基础架构实现的无线LAN的配置；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的便携式无线装置的配置的框图；

图3示出根据本发明的示例性实施例的无线LAN调制解调器的配置；

图4示出在单位时间周期期间便携式无线装置的操作；

图5是示出设置能量性能表的方法的流程图；

图6示出在坐标平面显示的数组的示例；

图7示出当RTS/CTS帧交换和帧分段都不执行时数据发送和接收的示例；

图8示出当仅执行RTS/CTS帧交换时数据发送和接收的示例；

图9示出当仅执行RTS/CTS帧分段时数据发送和接收的示例；

图10示出当RTS/CTS帧交换和帧分段都执行时数据发送和接收的示例；以及

图11是示出根据本发明的示例性实施例的控制便携式无线装置中的功耗的方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。通过参照结合附图详细描述的本发明的示例性实施例，本发明的各方面和特点以及实现所述方面和特点的方法将变得清楚。然而，本发明不限于以下公开的示例性实施例，而是可以用各种形式实现。例如详细的结构和部件的在说明书中定义的内容是提供的特定细节以帮助本领域的普通技术人员全面理解本发明，并且本发明仅限于权利要求的范围。在本发明的整个描述中，相同的标号用于指示各个图中相同的或相似的部件。

根据本发明的示例性实施例的便携式无线装置在IEEE 802.11DCF模式下操作。便携式无线装置从应用程序接收数据发送和接收要求，定义最大延迟时间为单位时间，将PS-Poll帧发送到接入点(AP)，并且接收在AP缓冲的数据。如果不再有在AP缓冲的数据，则便携式无线装置发送该缓冲的数据。

在便携式无线装置完成数据发送之后，如果在单位时间内除去用于数据发送和接收所需的时间之外的时间大于预定的阈时间，则在便携式无线装置中设置的无线LAN调制解调器在剩余的时间期间被切换到休眠模式。连续测量实际的发送率和实际的接收率，从而如果在应用程序的流量要求与测量的发送和接收率之间存在差异，则以调整的发送率来发送数据。此外，根据从无线LAN调制解调器提供的各种状态信息，并参照无线LAN最佳设置的能量性能表来设置便携式无线装置。因此，便携式无线装置在数据传输期间使用最小功率发送数据。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的便携式无线装置100的配置的框图。参照图2，便携式无线装置100包括：应用10、无线LAN调制解调器30和在应用10与无线LAN调制解调器30之间设置的功率管理模块20。便携式无线装置100被配置为在应用10与无线LAN调制解调器30之间发送和接收媒体访问控制(MAC)业务数据单元(MSDU)。即，如果无线LAN调制解调器30接收与从应用10提供的数据相应的MSDU，则无线LAN调制解调器30中设置的MAC单元将预定的MAC头和物理层(PHY)头添加到MSDU，并在发送之前对它们进行调制。无线LAN调制解调器30对接收的RF信号进行解调，去除PHY头和MAC头以恢复MSDU，并将MSDU提供给应用10。

在本发明的示例性实施例的便携式无线装置100中，以与现有的便携式无线装置相同的方式在应用10与无线LAN调制解调器30之间发送和接收MSDU。然而，在本发明的示例性实施例中，在应用10与无线LAN调制解调器30之间设置功率管理模块20以有效地管理在便携式无线装置100与另一便携式无线装置之间数据发送和接收期间的功耗。

无线LAN调制解调器30根据IEEE 802.11系列标准来处理MAC层和PHY层。图3示出根据本发明的示例性实施例的无线LAN调制解调器30的配置。

无线LAN调制解调器30包括至少一个天线1和低噪放大器(LNA)2。尽管可分别提供发送天线和接收天线，但是如果如图3所示，一个天线用于发送和接收，则无线LAN调制解调器30还包括开关7。在此，所述开关7将发送模式切换到接收模式，反之亦然。参照图3，如果将无线LAN调制解调器30切换到状态“a”，则将它切换到了接收模式。另一方面，如果将无线LAN调制解调器30切换到状态“b”，则将它切换到了发送模式。

在接收模式中，由天线1接收无线LAN射频(RF)信号，并由LNA2放大它。然后将放大的RF信号输出到正交解调器3。正交解调器3将RF信号下转换为基带信号。为此，由本地振荡器信号Lo1去乘RF信号。

由压控振荡器(VCO)提供本地振荡器信号Lo1。由VCO通过反馈将振荡信号提供给锁相环(PLL)17，锁相环设置振荡器信号的相位。

将由正交解调器3提供的基带信号输入到可变增益放大器(VGA)5。VGA5通过自动增益控制(AGC)放大基带信号。VGA 5允许在大于LNA 2的增益的范围内进行增益控制。可设置一个VGA 5或多个VGA。

低通滤波器(LPF)4对从VGA 5提供的信号进行低通滤波，以从提供的信号分离具有真实数据的频带。

输出缓冲器控制从LPF 4提供的信号的电平和延迟，并将该信号提供给模数转换器(ADC)6。ADC 6将该信号转换为数字信号，并将该数字信号提供给基带处理器(BBP)8。

BBP 8处理数字信号以恢复MPDU，并将MPDU提供给MAC单元9。MAC单元9解析MPDU的MAC头，并将已去除MAC头的数据MSDU提供给应用10。

在发送模式中，MAC单元9从应用接收MSDU，并将MAC头添加到MSDU，然后将具有MAC头的MSDU输出到BBP 8。

BBP 8将PHY头添加到MPDU以产生PHY协议数据单元(PPDU)，并将PPDU输出到数模转换器(DAC)16。DAC 16将从BBP 8提供的数字数据，即PPDU转换为模拟信号。

LPF 14对从DAC 16输出的信号执行低通滤波，并提取与该信号相应的频带。VGA 15通过自动增益控制来放大从LPF 14输出的信号。

正交调制器13将从VCO提供的本地振荡器信号Lo2乘以从VGA 15输出的信号，并将该信号上转换为RF信号带。

功率放大器12是放大从正交调制器13输出的信号的推动放大器。放大的信号通过开关7之后，将其通过天线1发送。

现将参照图2详细描述根据本发明的示例性实施例的功率管理模块20，其中，如表1所示定义信号“a”至信号“k”。

表1 信号“a”至“k”

 

a	流量要求：平均发送率，平均接收率，最大延迟时间等

 

b	用于算法运算的主要参数：流量要求
		c	用于算法运算的主要参数：平均发送率
d	用于满足流量要求的调整的数据发送率
		e	从无线LAN调制解调器提供的MAC/PHYMIB值
f	被处理以检索能量性能表的状态参数
		g	一组检索的最优控制参数值
h	控制参数设置命令
		i	用于设置控制参数值的无线LAN调制解调器控制信号
j	流量发送和接收状态信息
		k	用于将无线LAN调制解调器切换到休眠模式和空闲模式的控制信号

流量要求设置单元21从应用10接收用于数据发送和接收的流量要求，并确定所需的参数值。

流量要求设置单元21可通过应用编程接口(API)或应用程序配置信息接收流量要求。流量要求包括：平均数据发送率

(Mbps)，平均数据接收率

(Mbps)，和最大延迟时间

平均数据发送率

(Mbps)表示在平均水平发送流传输数据的发送率。平均数据接收率(Mbps)表示在平均水平接收流传输数据的接收率。最大延迟时间

表示在没有延迟的情况下显示传输流数据所需的最大允许时间。因此，便携式无线装置100在接收到先前的流传输数据包之后，在最大延迟时间过去之前接收下一流传输数据包。

流量要求设置单元21通过所述要求计算输出信息。输出信息包括：单位时间T_u，将在每个单位时间发送的平均数据

将在每个单位时间接收的平均数据

最大接收模式时间

和最小休眠时间

单位时间T_u表示在最大延迟时间

的范围内信标间隔I_b的最大倍数值。例如，假设最大时间延迟是200ms而信标间隔为30ms，单位时间T_u将为180ms。

由

和T_u相乘获得平均数据

而由和T_u相乘获得的平均数据

可在便携式无线装置100的PHY结点实际设置的平均发送率

大于

和

之和，并小于无线LAN调制解调器的最大发送率。

最大接收模式时间

表示在单位时间T_u内连接接收数据的最大时间。便携式无线装置100可在单位时间T_u内排去除用于发送的时间之外的时间内保持在接收模式。因此，可由等式1表示

$T_{\mathrm{Rx}}^{\max }=T_u-\frac{L_{\mathrm{Tx}}^{\mathrm{avg}}}{R_{\mathrm{Tx}}^{\mathrm{req}}}$ 　　　　　　　(等式1)

休眠时间

表示在具有减少功耗效果的休眠模式和空闲模式中的最小时间。如果休眠模式的时间太短，则从休眠模式切换到空闲模式消耗的能量大于在空闲模式消耗的能量。因此，如果在单位时间T_u的剩余时间小于休眠时间，则切换到休眠模式可具有减少功耗的效果。

状态参数收集单元24从无线LAN接口收集关于无线LAN信道的操作状态有关的各种状态信息。能够以管理信息库(MIB)类型从无线LAN调制解调器30提供状态信息。状态参数收集单元24根据来自控制参数确定单元23的请求从无线LAN调制解调器30收集所需的状态信息。状态参数收集单元24处理状态信息以获得先前定义的状态参数，并将该状态参数提供给控制参数确定单元23。状态参数收集单元24周期性地从无线LAN调制解调器30读取分段发送次数C_TxFrags和重新发送总数C_retry，并根据等式2计算将被发送的每帧的重新发送次数

$C_{\mathrm{RPF}}^i=\frac{C_{\mathrm{retry}}^i-C_{\mathrm{retry}}^{t-1}}{C_{\mathrm{TxFrags}}^i-C_{\mathrm{TxFrags}}^{i-1}}$ 　　　　　　　　　(等式2)

因此，输入到状态参数收集单元24的信息与从无线LAN调制解调器30提供的低层状态参数[s₁，..，s_l]相应。输出到控制参数确定单元23的信息与参照能量性能表处理的参数[S₁，..，S_m]相应。低层状态参数[s₁，..，s_l]包括：接收信号强度指示(RSSI)、短重试计数(SRC)、长重试计数(LRC)和每帧的重新发送次数

控制参数确定单元23参照预定的能量性能表26获得控制参数的值。在此，控制参数基于无线LAN状态信息和流量要求控制在满足给出的流量要求的范围内所需功率的最小化。即，以下面的方式检索最优控制参数[C₁，..，C_n]：每次发送数据时，基于状态参数[S₁，..，S_m]和目标数据发送率检索能量性能表26。

当提供给控制参数应用单元25的输出信息与一组检索到的最优控制参数值相应时，控制参数确定单元23的输入信息与

、[S₁，..，S_m]和能量性能表26的检索结果相应。控制参数[C₁，..，C_n]包括如表2所示的参数。

表2-详细的控制参数

 

参数名称	描述	范围	符号
				Tx率(包括调制和编码)	包发送期间使用的发送率	1～54Mbps	R<sub>Tx</sub>
Tx功率	包发送期间消耗的Tx功率级	0～20dBm	P<sub>Tx</sub>
				dot11RTS阈值	RTS阈值	0～2347	K<sub>Rts Thr</sub>
dot11分段阈值	分段阈值	256～2346	K<sub>Frag Thr</sub>
				dot11短重试限度	短重试限度	1～255	K<sub>SRL</sub>
dot11长重试限度	短重试限度	1～255	K<sub>LRL</sub>

能量性能表26与具有在制造过程期间设置的不同的最优能量性能的预定的权衡(trade-off)表相应。该表的每一行包括功耗、数据发送率、控制参数值和状态参数值。稍后将描述通过控制参数确定单元23参照能量性能表26检索最优控制参数值的过程。

控制参数应用单元25设置可通过无线LAN接口控制的控制参数值。即，控制参数应用单元25为无线LAN调制解调器30的每个控制参数设置从控制参数确定单元23提供的最优控制参数值[C₁，..，C_n]。

休眠模式控制单元22计算空闲时间并在空闲时间期间将无线LAN切换到休眠模式，在所述空闲时间，监控通过无线LAN的数据发送和接收流量。即，当完成数据发送(或接收)时，休眠模式控制单元22基于流量要求计算并积累发送(或接收)的数据量及所需的时间。如果通过从当前的单位时间中减去积累的发送时间和积累的接收时间而获得的时间大于最小休眠时间

则休眠模式控制单元22控制无线LAN调制解调器30在相应的时间切换到休眠模式。

从流量要求设置单元21输入到休眠模式控制单元22的信息包括：

和

从休眠模式控制单元22输出到控制参数确定单元23的信息包括目标数据发送率

从休眠模式控制单元22输出到无线LAN调制解调器30的信息包括用于在休眠模式下控制无线LAN调制解调器30的控制信号。

将更详细地描述关于休眠模式控制单元22的操作。首先，休眠模式控制单元22将参数

和参数

初始化为0。参数

表示单位时间发送数据的积累长度，而参数

表示单位时间接收数据的积累长度。

然后，休眠模式控制单元22通过无线LAN调制解调器30将PS-Poll帧发送到AP，并接收在AP中缓冲的所有数据。只要没有超过并且包括在接收的数据的MAC头中的“more data bit”为1，休眠模式控制单元22继续接收数据。在完成数据接收之后，休眠模式控制单元22从便携式无线装置100发送在发送队列(未示出)中的所有数据。以这种方式，在数据接收和发送之后，计算在T_u内的剩余时间

以确定剩余时间是否大于

如果剩余时间大于

则休眠模式控制单元22在剩余时间

继续在休眠模式下控制无线LAN调制解调器30。可以按这样的方式计算剩余时间

即，从当前时间中减去T_u的开始时间，并将所得结果从T_u中减去。

因此，便携式无线装置100在单位时间T_u操作的每个周期如图4所示。如上所述，收集接收周期和发送周期(即，在单位时间内接收所有数据之后发送所有数据)，从而可获得最大休眠周期。

以下，将参照图5详细描述设置能量性能表26的方法。首先，在S1，确定无线LAN调制解调器30的参数。无线LAN调制解调器30的参数包括如上所述的控制参数[C₁，..，C_n]和状态参数[S₁，..，S_m]。

然后，在S2，定义无线LAN调制解调器30的能量性能模型。在这种情况下，通过具有作为独立参数的控制参数和状态参数的函数f_energy来确定发送能量E_Tx ^d。通过具有作为独立参数的控制参数和状态参数的函数f_perf确定发送性能R_Tx ^d。然而，可通过稍后将描述的预定算法确定函数f_energy和f_perf。即，可以按下面的方式确定发送能量E_Tx ^d和发送性能R_Tx ^d：重复测量与具有特定值的控制参数和具有特定值的状态参数相应的能量和性能，以获得任意控制参数值和任意状态参数值。

随后，在S3，计算包括所有可用参数值的参数组(数组)。一个数组包括控制参数[C₁，..，C_n]、状态参数[S₁，..，S_m]和与控制参数和状态参数相应的函数f_energy和f_perf。

在S4，从多个数组中选择与最少能量消耗相应的数组，并在S5，选择的数组设置能量性能表。

例如，假设如图6所示，在具有水平轴R_Tx ^d和垂直轴E_Tx ^d的坐标平面上显示包括所有可用参数值的数组。在这种情况下，在操作S4，在具有相同的相应性能R₀的数组61、62、63和64之间选择与最小能量消耗相应的数组64。以这种方式，可根据每个性能选择在给出的性能下与最少的能量消耗相应的数组64、65、66、67和68。这些数组64、65、66、67和68设置能量性能表。

以下，将详细描述获得定义能量模型的函数f_energy和定义性能模型的函数f_perf的方法。下面的表3示出在IEEE 802.11系列标准下的分布式协调功能(DCF)模式中根据包大小L_d、请求发送(RST)、阈值K_RtsThr和分段阈值K_FragThr而划分的四种帧模式。

表3-在DCF模式中的四种帧模式

 

情况	条件	RTS/CTS	分段	描述
					1	L<sub>d</sub>≤K<sub>FragThr</sub>，L<sub>d</sub>≤K<sub>RtsThr</sub>			RTS/CTS帧交换和帧分段都不执行。
2	L<sub>d</sub>≤K<sub>FragThr</sub>，K<sub>RtsThr</sub><L<sub>d</sub>	O		执行RTS/CTS帧交换而不执行帧分段。
					3	K<sub>FragThr</sub><L<sub>d</sub>，L<sub>d</sub>≤K<sub>RtsThr</sub>		O	执行RTS/CTS帧分段而不执行帧交换。
4	K<sub>FragThr</sub><L<sub>d</sub>，K<sub>RtsThr</sub><L<sub>d</sub>	O	O	RTS/CTS帧交换和帧分段都执行。

以下，通过下面四种情况定义表3的每个条件下的性能模型 $R_{\mathrm{Tx}}^d=f_{\mathrm{perf}}$ (C₁，..，C_n，S₁，..，S_m)和能量模型 $E_{\mathrm{Tx}}^d=f_{\mathrm{energy}}$ (C₁，..，C_n，S₁，..，S_m)。

情况1

在情况1中，如图7所示请求发送/准许发送(RTS/CTS)帧交换和帧分段都不执行。参照图7，便携式无线装置100已经将数据帧发送到AP 200，但是没有从AP 200接收到确认(ACK)。因此，便携式无线装置100将所述数据帧重新发送到AP 200。后来，在短帧间空隙(SIFS)之后便携式无线装置100从AP 200接收到ACK，并且在分布式帧间空隙(DIFS)之后进行回退。

在图7中，可以这样的方式定义R_Tx ^d，即由总逝去时间去除包大小L_d。可通过等式3获得R_Tx ^d。

　　　　　　(等式3)

在等式3中，T_d表示发送数据帧所需的时间，T_AckTimeout表示ACK超时时间。T_SIFS表示SIFS所需的时间，T_DIFS表示DIFS所需的时间，T_ack表示发送ACK所需的时间。另外，T_CW表示竞争窗所需的时间。

E_Tx ^d表示在发送期间消耗的能量，并可由等式4表示。

$E_{\mathrm{Tx}}^d=E_{\mathrm{PA}}^d+E_{\mathrm{RFE}}^{\mathrm{Tx},d}+E_{\mathrm{DSP}}^{\mathrm{Tx},d}$ 　　　　　　　　(等式4)

在等式4中，E_Tx ^d可被分成由功率放大器消耗的能量

由数字信号处理器(DSP)消耗的能量和由关于发送的其它单元消耗的能量

也可由等式5表示

在等式5中，

表示当便携式装置100处于发送模式时消耗的功率，表示当便携式装置100处于空闲模式时消耗的功率。

(等式5)

$E_{\mathrm{PA}}^d=(P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_d+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_d+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·(T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}})$

可由等式6表示

在等式6中，假设一个滤波器、两个混频器、两个低频滤波器和两个DAC被用于发送数据。

(等式6)

$E_{\mathrm{RFE}}^{\mathrm{Tx},d}=P_{\mathrm{RFE}}^{\mathrm{Tx}}\·T_d\·C_{\mathrm{RPF}}+P_{\mathrm{RFE}}^{\mathrm{Tx}}\·T_d$

$P_{\mathrm{RFE}}^{\mathrm{Tx}}=P_{\mathrm{filt}\_\mathrm{tx}}+2\·P_{\mathrm{mix}}+2\·P_{\mathrm{lpf}}+2\·P_{\mathrm{DAC}}$

可根据硬件特性预先计算P_filt-tx，P_mix，P_lpf，P_DAC和例如，它们可以是无线LAN调制解调器30的基本选择中指定的值。

情况2

在情况2中，如图8所示执行RTS/CTS帧交换而不执行帧分段。参照图8，便携式无线装置100已经将RTS帧发送到AP 200，但是直到CTS超时时间过去也没有从AP 200接收到CTS帧。因此，便携式无线装置100将RTS帧重新发送到AP 200。随后，在SIFS之后便携式无线装置100从AP 200接收到CTS帧，并在另一SIFS之后将数据帧发送到AP 200。在此，假设后面的操作与情况1中的相同。

在图8中，可以按这样的方式定义R_Tx ^d，即由总逝去时间去除包大小L_d。可由等式7表示R_Tx ^d。

            (等式7)

$(T_d+T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+T_d+T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}}$

在等式7中，T_rts表示发送RTS帧所需的时间，T_CtsTimeout表示CTS超时时间，

表示每帧重新发送RTS帧的次数。

可由等式4表示E_Tx ^d，参照图8，可由等式8表示等式4中的

。

(等式8)

$E_{\mathrm{PA}}^d=(P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{\mathrm{rts}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·T_{\mathrm{CtsTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}^{\mathrm{RTS}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{\mathrm{rts}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·(T_{\mathrm{cts}}+{2\·T}_{\mathrm{SIFS}})+$

$(P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_d+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_d+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·(T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}})$

情况3

在情况3中，如图9所示执行RTS/CTS帧分段而不执行帧交换。参照图9，便携式无线装置100想要将多个数据段1、2和3发送到AP 200。然而，在便携式无线装置100将数据段2发送到AP200后，在ACK超时时间便携式无线装置100没有从AP 200接收到ACK。因此，假设便携式无线装置100将段2重新发送到AP 200。在这种情况下，可由等式9表示R_Tx ^d。

        (等式9)

$(T_{F_n}+T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+T_{F_n}+T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}}$

在等式9中，

表示发送数据段1或段2所需的时间，

表示最后段，即发送段3所需的时间。

同时，可由等式4表示E_Tx ^d，参照图9，可由等式10表示等式4中的

。

等式10

$(P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{F_n}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{F_n}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·(T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}})$

情况4

在情况4中，如图10所示RTS/CTS帧交换和帧分段都执行。参照图10，在RTS/CTS帧交换之后，便携式无线装置100将多个数据段1、2和3发送到AP200。在这种情况下，假设在发送第一RTS帧期间发生差错，并且在发送第一数据段2期间也发生差错。同时，可由等式11表示R_Tx ^d。

(等式11)

$(T_{F_n}+T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+T_{F_n}+T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}}$

同时，可由等式4表示E_Tx ^d，参照图10，可由等式12表示等式4中的

。

(等式12)

$E_{\mathrm{PA}}^d=(P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{\mathrm{rts}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·T_{\mathrm{CtsTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}^{\mathrm{RTS}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{\mathrm{rts}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·(T_{\mathrm{cts}}+{2\·T}_{\mathrm{SIFS}})+$

$(P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{F_n}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·T_{\mathrm{AckTimeout}})\·C_{\mathrm{RPF}}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{Tx}}\·T_{F_n}+P_{\mathrm{PA}}^{\mathrm{idle}}\·(T_{\mathrm{SIFS}}+T_{\mathrm{ack}}+T_{\mathrm{DIFS}}+T_{\mathrm{CW}})$

如上所述，图2或图3的每个组件可表示为诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)的软件或硬件组件，但是不限于这样的软件或硬件组件。组件可以方便地被配置以驻留在可寻址的存储介质上，并且可被配置以在一个或多个处理器上执行。在组件中提供的功能可被分离成另外的组件，或者可被组合为执行特定功能的组件。

图11是示出根据本发明的示例性实施例的控制便携式无线装置中的功耗的方法的流程图。如图11所示，该方法包括：数据接收操作S10、数据发送操作S20和休眠控制操作S30。基于单位时间T_u，即在最大延迟时间

的范围内信标间隔I_b的最大倍数值执行所述操作。

首先，在数据接收操作S10中，在S11，便携式无线装置100将PS-Poll帧发送到AP 200，并请求数据接收。如果没有接收数据(在S12为N)，则执行操作S21。如果存在接收数据(在S12为Y)，则在S13，便携式无线装置100从AP 200接收数据帧。

便携式无线装置100确定包括在接收的数据帧的MAC头中的“more databit”是否为1。如果包括在接收的数据帧的MAC头中的“more data bit”为0(在S14为N)，则没有更多数据将从AP 200被接收。在这种情况下，执行操作S21。如果包括在接收的数据帧的MAC头中的“more data bit”为1(在S14为Y)，则有更多的数据从AP 200被接收。在这种情况下，在S15确定是否超过最大接收模式时间。

如果超过了最大接收模式时间(在S15为Y)，则尽管存在更多将被接收的数据，但是也停止数据接收，并执行发送操作的操作S21。如果没有超过最大接收模式时间(在S15为N)，则在S13便携式无线装置100继续接收数据帧。

在数据发送操作S20中，在S21，便携式无线装置100确定是否存在将被发送到AP 200的数据。如果没有将被发送的数据(在S21为N)，则执行操作S31。如果存在更多将被发送的数据(在S21为Y)，则在S22，便携式无线装置100通过状态参数收集单元24收集状态参数，并在S23，参照收集的状态参数和能量性能表26获得用于减少功耗的一组最优控制参数值。便携式无线装置100将获得的控制参数值应用于无线LAN调制解调器30。因此，在S25，无线LAN调制解调器30根据控制参数值以校正的发送率发送数据帧。随后，如果在剩余单位时间T_u期间存在更多将被发送的数据，则重复从操作S21开始的操作。

如果操作S20结束，则在剩余单位时间T_u执行操作S30。在休眠控制操作S30中，在S31，便携式无线装置100计算单位时间T_u中的剩余时间。如果剩余时间小于最小休眠时间(在S32为N)，则当前操作返回操作S11以执行下一单位时间T_u的操作。如果剩余时间大于最小休眠时间

(在S32为Y)，则在S33，在剩余时间将便携式无线装置100的无线LAN调制解调器30从当前模式切换到休眠模式。如果剩余时间过去，则在S34，便携式无线装置100返回空闲模式，并且当前操作返回到操作S11以执行下一单位时间T_u的操作。

为了最小化无线LAN调制解调器的功耗，除实现降低忙闲度的方法之外，应该在数据发送期间适当地控制发送所需的功率。在降低忙闲度的方法中，考虑到应用程序的流量要求在空闲时间将无线LAN调制解调器切换到休眠模式。

在本发明的示例性实施例中，基于发送和接收率及最大延迟时间要求来计算空闲时间，并在计算的空闲时间将无线LAN调制解调器切换到休眠模式。另外，以这种方式执行数据发送，即，连续地监控实际的发送和接收率以计算调整的满足流量要求的发送率。在数据发送期间检索无线LAN调制解调器的控制参数值，从而使其与满足所要求的数据发送率需要的最少能量相应，因而最小化了能量消耗。

尽管以示例性的目的描述了本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求公开的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改、添加和置换。

Claims (20)

1、一种控制无线装置中的功耗的方法，该方法包括：

在最大接收模式时间的范围内，从另一无线装置接收至少一帧数据；

根据无线装置的流量要求或状态信息，以调整的发送率将至少一帧数据发送到所述另一无线装置；以及

在预定的单位时间的剩余时间，将无线装置的当前模式切换到休眠模式，

其中，单位时间表示在最大延迟时间的范围内信标间隔的最大倍数值，最大延迟时间表示在没有延迟的情况下显示传输流数据所需的最大允许时间，最大接收模式时间表示在单位时间内连续接收数据的最大时间，剩余时间表示在单位时间内除去用于数据发送和接收所需的时间之外的时间。

2、如权利要求1所述的方法，其中，单位时间与在由应用请求的最大延迟时间的范围内信标间隔的最大倍数值相应。

3、如权利要求2所述的方法，其中，以IEEE 802.11系列标准实现无线装置，而所述另一无线装置是接入点。

4、如权利要求3所述的方法，其中，用于发送和接收的数据是流传输数据。

5、如权利要求3所述的方法，其中，接收至少一帧数据的步骤包括：

(a)将PS-Poll帧发送到接入点，并且请求数据接收；

(b)如果存在接收数据，则从接入点接收数据帧；

(c)当“more data bit”为1时，从接入点接收更多的数据；以及

(d)在最大接收模式时间重复(b)和(c)。

6、如权利要求1所述的方法，其中，发送至少一帧数据的步骤包括：

收集无线装置的状态参数；

设置能量性能表；

参照收集的状态参数和能量性能表获得一组最优控制参数值；

使用获得的那组最优控制参数值来设置无线装置的无线LAN调制解调器；以及

以通过设置无线LAN调制解调器调整的发送率，将所述至少一帧数据发送到所述另一无线装置。

7、如权利要求6所述的方法，其中，状态参数包括以下参数中的至少一个：接收信号强度指示、短重试计数、长重试计数和每帧的重新发送次数。

8、如权利要求7所述的方法，其中，以管理信息库类型从无线LAN调制解调器提供状态参数。

9、如权利要求6所述的方法，其中，控制参数值包括以下参数中的至少一个：包发送率、包发送所需的发送功率级、请求发送阈值、分段阈值、短重试限度和长重试限度。

10、如权利要求6所述的方法，其中，设置能量性能表的步骤包括：

定义能量模型和性能模型；

计算包括所有可用状态参数值的参数组；

从所述参数组中基于相同的发送率选择与最小能量消耗相应的参数组；以及

使用选择的参数组设置能量性能表。

11、如权利要求10所述的方法，其中，以数据发送所需的总时间与数据帧的大小相应的方式定义性能模型。

12、如权利要求10所述的方法，其中，由功率放大器消耗的能量，数字信号处理器消耗的能量，和关于数据发送的其它单元消耗的能量之和定义能量模型。

13、如权利要求12所述的方法，其中，关于数据发送的其它单元包括：混频器、低频滤波器和数模转换器中的至少一个。

14、如权利要求3所述的方法，其中，只有当剩余时间大于预定阈值时间时，才执行切换当前模式。

15、一种基于预定的单位时间将数据发送到另一无线装置并从所述另一无线装置接收数据的便携式无线装置，该便携式无线装置包括：

用于在最大接收模式时间的范围内，从所述另一无线装置接收至少一个数据帧的装置；

用于根据便携式无线装置的流量要求和状态信息，以调整的发送率将至少一个数据帧发送到所述另一无线装置的装置；以及

用于在已经接收和发送数据之后，在预定的单位时间的剩余时间，将便携式无线装置的当前模式切换到休眠模式的装置，

其中，单位时间表示在最大延迟时间的范围内信标间隔的最大倍数值，最大延迟时间表示在没有延迟的情况下显示传输流数据所需的最大允许时间，最大接收模式时间表示在单位时间内连续接收数据的最大时间，剩余时间表示在单位时间内除去用于数据发送和接收所需的时间之外的时间。

16、一种基于预定的单位时间将数据发送到另一无线装置并从所述另一无线装置接收数据的便携式无线装置，该便携式无线装置包括：

接收器，在最大接收模式时间的范围内，从所述另一无线装置接收至少一个数据帧；

发送器，根据便携式无线装置的流量要求和状态信息，以调整的发送率将至少一个数据帧发送到所述另一无线装置；以及

休眠模式控制单元，在已经接收和发送数据之后，在预定的单位时间的剩余时间，将便携式无线装置的当前模式切换到休眠模式，

其中，单位时间表示在最大延迟时间的范围内信标间隔的最大倍数值，最大延迟时间表示在没有延迟的情况下显示传输流数据所需的最大允许时间，最大接收模式时间表示在单位时间内连续接收数据的最大时间，剩余时间表示在单位时间内除去用于数据发送和接收所需的时间之外的时间。

17、如权利要求16所述的便携式无线装置，其中，单位时间与由应用请求的最大延迟时间的范围内信标间隔的最大倍数值相应。

18、如权利要求16所述的便携式无线装置，其中，所述便携式无线装置能够实现IEEE 802.11系列标准。

19、如权利要求16所述的便携式无线装置，其中，所述便携式无线装置能够发送和接收流传输数据。

20、如权利要求16所述的便携式无线装置，还包括无线局域网调制解调器。

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