CN101056229A

CN101056229A - 一种提高无线局域网节能效率的方法

Info

Publication number: CN101056229A
Application number: CNA2006100116554A
Authority: CN
Inventors: 石寅; 肖宛昂
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-10-17

Abstract

本发明涉及无线局域网技术领域，一种提高无线局域网节能效率的方法，包括：基于时间驱动和报文驱动相结合的节能方式。当有源站点要发送数据时，先向目的站点发送RTS报文，目的站点收到RTS报文后发CTS报文给源站点，其中RTS和CTS均包含后续数据交换所需要的时间；按照报文驱动的节能方式，其他站点根据上面RTS/CTS报文指示的传输时间进入睡眠状态；上面所述的数据交换结束后，睡眠站点唤醒；若在规定时间T_IDLE内媒介处于空闲，说明所有站点都没有数据发送，则提前结束ATIM窗口，所有站点进入睡眠状态，等待下一个BI周期再唤醒。T_IDLE的值等于IEEE 802.11标准中规定的DIFS值。

Description

一种提高无线局域网节能效率的方法

技术领域

本发明涉及无线局域网技术领域，特别是一种提高IEEE 802.11 AdHoc无线局域网节能效率的方法。

背景技术

IEEE 802.11 WLAN(Wireless Local Area Networks，WLANs)的网络结构分为两种类型：一种是无中心网络，又称Ad-hoc网络；另一种是有中心网络，也称为基础网络(Infrastructure Network)。无中心网络(无AP网络)也称对等网络，它覆盖的服务区称IBSS(IndependentBasic Service Set)，对等网络用于一台无线工作站(STA，Station)和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能独立使用，这是最简单的无线局域网结构。有中心网络是一种带AP(Access Point)的网络，它由无线AP、无线工作站STA以及分发系统服务(Distribution System Service，DSS)构成，覆盖的区域分BSS和ESS(Extended Service Set)。

因为无线站点经常工作于电池供电的状态，因而节能就显得非常重要，所以IEEE 802.11在MAC(Media Access Control)层规定了一种节能方式，同样分为Ad-hoc网络的节能方式和基础网络的节能方式。因为本发明涉一种提高IEEE 802.11 Ad Hoc无线局域网的节能效率的方法，下面介绍IEEE 802.11标准中Ad hoc网络的节能方法，参见附图1：时间分为一个一个的信标帧间隔(Beacon Interval，BI)，BI的前部分为ATIM窗口，后面是数据传送窗口。在每一个BI开始的时刻(Target BeaconTransmission Time，TBTT)，所有站点都唤醒，站点先采用DCF方式竞争发送Beacon帧，最先发送成功的Beacon作为网络的同步帧，其他站点不再发送。然后在ATIM窗口内，有报文要发送的站点发送ATIM帧到目的站点，目的站点收到ATIM帧后发送ACK帧到源站点；ATIM窗口结束后，有报文要发送或接收的站点继续处于活跃状态，进行报文的发送或接收，并且活跃状态一直保持到这个信标帧间隔BI的结束；既没有报文发送也没有报文接收的站点则在ATIM窗口后进入睡眠状态。

可以看出，以上方式有以下不足：

一是ATIM窗口的设置很难做到合适，ATIM窗口设置过大，则ATIM帧和ACK帧交换完成后，站点还不能立即发送数据或进入睡眠状态，一定要等待ATIM窗口结束；如果ATIM窗口设置过小，则有可能ATIM帧和ACK帧来不及交换完成。

二是在ATIM窗口后面的数据交换窗口中，哪怕站点已经发送完成或已经接收完毕，也不能进入睡眠状态，而要一直保持活跃态到帧间隔BI的结束，这无疑降低了节能效率。

IEEE 802.11规定帧间隔BI等于100mS，ATIM窗口等于20mS，则最大节能效率为80％(此时相当于没有站点进行数据交换)。当有报文要发送的站点增加时，节能效率急剧下降，因为在ATIM窗口结束后，有报文要发送或接收的站点都一直处于活跃状态等待发送或接收报文。实际上，大多时候都是在监听发送到别的站点的报文，进入节能状态(睡眠态)的时间很少。所以原有节能方法需要改进。

到目前为止，已经提出了多种改进IEEE 802.11 Ad hoc的节能方法，本发明提出了一种基于时间驱动和报文驱动结合的节能方法。

发明内容

一种提高无线局域网节能效率的方法，包括：基于时间驱动和报文驱动相结合的节能方法。参见图2。

当有源站点要发送数据时，先向目的站点发送RTS报文，目的站点收到RTS(Request To Send)报文后发CTS(Clear To Send)报文给源站点，其中RTS和CTS均包含后续数据交换所需要的时间(以微秒为单位)。按照报文驱动的节能方式，其他站点根据上面RTS，CTS报文指示的传输时间进入睡眠状态；上面所述的数据交换结束后，睡眠站点唤醒；同时，上次的发送站点发送Beacon帧对网络站点进行时间同步，进入时间驱动的节能方式，时间轴分为一个一个的信标间隔(BeaconInterval，BI)，每个BI的前面一段时间是ATIM(Ad hoc TrafficIndication Map)窗口。若有站点有数据待发送，则在ATIM窗口发送RTS报文从而又使得网络站点按报文驱动的节能方式工作；若在规定时间T_IDLE内媒介处于空闲，说明所有站点都没有数据发送，则提前结束ATIM窗口，所有站点进入睡眠状态，等待下一个BI周期再唤醒。T_IDLE的值等于IEEE802.11标准中规定的DIFS(DCF Interframe Space)值。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：

图1是IEEE 802.11标准中Ad hoc网络的节能方式示意图；

图2是本发明提出的Ad hoc网络的节能方式工作示意图；

图3是提高无线局域网节能效率的节能方式工作流程图；

图4是报文驱动节能方式下的节能效率曲线。

具体实施方式

图1是IEEE 802.11标准中Ad hoc网络的节能方式示意图，在背景技术中已做描述；(在此从略)

图1中英文对应中文：

Beacon 信标 DATA 数据 ACK(Acknowledge)确认

BI(Beacon Interval)信标间隔 AW(ATIM Window)网络传输指示图窗口

ATIM(Ad hoc Traffic Indication Map)Ad hoc网络传输指示图

TBTT(Target Beacon Transmission Time)目标信标传输时间

图2是本发明提出的Ad hoc网络的节能方式工作示意图，在发明内容中已做描述。(在此从略)

图2中英文对应中文：

Message-Drive报文驱动 T_IDLE值空闲时间 RTS(Request-To-Send)请求发送 CTS(Clear-To-Send)允许发送 Next BI下一个信标帧

请参阅图3，本发明为一种应用于IEEE 802.11 Ad hoc无线局域网节能方法，包括；基于时间驱动的节能方式和基于报文驱动的节能方式，相结合的节能方式，步骤如下：

第1步，当有源站点要发送数据时，假设源站点A向目的站点B发送数据，源站点A先向目的站点B发送RTS报文；

第2步，目的站点B收到RTS报文后发CTS报文给源站点A，RTS和CTS均包含后续数据交换所需要的时间(以微秒为单位)；

第3步，其他站点根据前面的RTS和CTS报文中指示的传输时间决定是否进入睡眠状态，若时间超过门限值则进入睡眠模式；若没有超过门限值，则不进入，因为从活跃态到睡眠态和从睡眠态到活跃态要消耗额外的能量，门限值取20Ms，也即为AW的大小；

第4步，上面所述源站点A到目的站点B的数据交换结束后，睡眠站点唤醒；

第5步，上次的发送源站点A负责发送Beacon帧对网络站点进行时间同步，进入时间驱动的节能方式，时间轴分为一个一个的信标间隔(Beacon Interval，BI)，每个BI的前面一段时间是ATIM(Ad hoc TrafficIndication Map)窗口，也记为AW；

第6步，若有站点有数据待发送，则在ATIM窗口内交互RTS报文和CTS报文后进入报文驱动的节能方式；

第7步，若在规定时间T_IDLE内媒介处于空闲，说明所有站点都没有数据发送，则提前结束ATIM窗口，所有站点进入睡眠状态，等待下一个BI周期再唤醒。

所述的提高无线局域网节能效率的方法，无线局域网指IEEE 802.11Ad hoc WLAN。

所述的提高无线局域网节能效率的方法，源站点和目的站点先交互RTS报文和CTS报文，根据报文驱动的节能方式，无关节点进入睡眠模式。

所述的提高无线局域网节能效率的方法，源站点发送完数据后，接着发送Beacon帧对全网进行时间同步，网络进入基于时间驱动的节能方式。

所述的提高无线局域网节能效率的方法，其源站点和目的站点先交互RTS报文和CTS报文，进入报文驱动的节能方式。根据报文中指示的传输时间决定是否进入睡眠状态。若时间超过门限值则进入睡眠模式，若没有超过门限值，则不进入，因为从活跃态到睡眠态和从睡眠态到活跃态要消耗额外的能量。

所述的提高无线局域网节能效率的方法，进入时间驱动的节能方式后，时间轴分为一个一个的信标间隔(Beacon Interval，BI)，每个BI的前面一段时间是ATIM(Ad hoc Traffic Indication Map)窗口，也记做AW。若有站点有数据待发送，则在ATIM窗口内交互RTS报文和CTS报文后进入报文驱动的节能方式；若在规定时间T_IDLE内媒介处于空闲，说明所有站点都没有数据发送，则提前结束ATIM窗口，所有站点进入睡眠状态，等待下一个BI周期再唤醒。T_IDLE的值等于IEEE 802.11标准中规定的DIFS(DCF Interframe Space)值。

所述的提高无线局域网节能效率的方法，门限值取20Ms，也即为AW的大小。

可以看出，在网络流量少时，站点的节能方式主要为时间驱动的节能方式，在网络没有流量的情况下，节能效率达到极限，记做ρ_max。

ρ_{\max} = \frac{DIFS}{BI},

DIFS＝aSIFSTime+2×aSlotTime

对于IEEE 802.11b，aSIFSTime＝10μs，aSlotTime＝20μs，DIFS＝50μs；而BI＝100ms，所以ρ_max≈95％，考虑到睡眠状态到活跃态以及活跃态到睡眠态转换要消耗一部分功率，具体要根据无线网卡的硬件电路而定，实际节能效率要稍微低些。

在网络流量多时，站点的节能方式主要为报文驱动的节能方式，图4是报文驱动的节能效率仿真曲线，图中M是网络的节点数，L是报文的长度。可以看出，在报文驱动节能方式下，网络流量增加时，节能效率随着增加，最高有70％的节能效率。

本发明的节能方式是将时间驱动的节能方式和报文驱动的节能方式结合起来，网络流量低时，采用时间驱动的节能方式；而网络流量大时，采用报文驱动的节能方式。

Claims

1、一种提高无线局域网节能效率的方法，包括：基于时间驱动和报文驱动相结合的节能方式，其步骤如下：

第2步，目的站点B收到RTS报文后发CTS报文给源站点A，RTS和CTS均包含后续数据交换所需要的时间；

第3步，其他站点根据前面的RTS和CTS报文中指示的传输时间决定是否进入睡眠状态，若时间超过门限值则进入睡眠模式；若没有超过门限值，则不进入，因为从活跃态到睡眠态和从睡眠态到活跃态要消耗额外的能量；

第5步，上次的发送源站点A负责发送Beacon帧对网络站点进行时间同步，进入时间驱动的节能方式，时间轴分为一个一个的信标间隔BI，每个BI的前面一段时间是ATIM窗口，也记为AW；

第6步，若有站点有数据待发送，则在ATIM窗口内发送RTS报文和CTS报文后进入报文驱动的节能方式；

2、根据权利要求1所述的提高无线局域网节能效率的方法，其特征在于，无线局域网指IEEE 802.11 Ad hoc WLAN。

3、根据权利要求1所述的提高无线局域网节能效率的方法，其特征在于，源站点和目的站点先交互RTS报文和CTS报文，根据报文驱动的节能方式，无关节点进入睡眠模式。

4、根据权利要求1所述的提高无线局域网节能效率的方法，其特征在于，源站点发送完数据后，接着发送Beacon帧对全网进行时间同步，网络进入基于时间驱动的节能方式。

5、根据权利要求3所述的提高无线局域网节能效率的方法，其特征在于，源站点和目的站点先交互RTS报文和CTS报文，进入报文驱动的节能方式，根据报文中指示的传输时间决定是否进入睡眠状态，若时间超过门限值则进入睡眠模式，若没有超过门限值，则不进入，因为从活跃态到睡眠态和从睡眠态到活跃态要消耗额外的能量。

6、根据权利要求4所述的提高无线局域网节能效率的方法，其特征在于，进入时间驱动的节能方式后，时间轴分为一个一个的信标间隔BI，每个BI的前面一段时间是ATIM窗口，也记做AW，若有站点有数据待发送，则在ATIM窗口内交互RTS报文和CTS报文后进入报文驱动的节能方式；若在规定时间T_IDLE内媒介处于空闲，说明所有站点都没有数据发送，则提前结束ATIM窗口，所有站点进入睡眠状态，等待下一个BI周期再唤醒，T_IDLE的值等于IEEE 802.11标准中规定的DIFS值。

7、根据权利要求1或5所述的提高无线局域网节能效率的方法，其特征在于，门限值取20Ms，也即为AW的大小。