CN101610566A - 动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统及其方法。该系统包含有至少一基站及至少一无线网络装置。该基站通过该方法来适当地延后并合并数据传送，以动态调整休眠/唤醒时程，进而让无线网络装置可以在一段调整过的唤醒时程中完成数据传送后，进入休眠模式。本发明可在满足服务质量需求的情况下，降低移动装置端唤醒帧的个数。

Description

动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统及其方法

技术领域

本发明是有关于一种无线通讯装置的系统及其方法，且特别是有关于一种通过动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程来达到省电目的的系统及其方法。

背景技术

全球微波接入互通介面(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess，WiMAX)是一个新兴的无线宽频网络系统，系统的运作主要采用国际电机电子学会(IEEE)制订的802.16相关标准。另外，相应于移动式无线通讯的需求，而在2005年新制订了IEEE 802.16e标准。IEEE 802.16e标准因为具备高频宽、高移动性、可覆盖大范围区域以及链接品质保证等优越特性，故在宽频无线接入(Broadband Wireless Access，BWA)技术中备受瞩目。

在IEEE 802.16e标准中，基站(Base Station，BS)与移动装置(MobileSubscriber Station，MSS)之间的联系是通过一连串的帧(Frame)送收来达成。另外，相应于不同的网络环境，IEEE 802.16e标准中定义了以下多种的服务质量(Quality of Service，QoS)类型，例如非请求授与服务(Unsolicited Grant Service，UGS)、实时轮询服务(real-time PollingService，rtPS)、扩展的实时轮询服务(Extended rtPS，ErtPS)、非实时轮询服务(non-reatl-time Polling Service，nrtPS)以及尽力而为服务(BestEffort，BE)，以期能对于无线通讯的应用上能更有效率。

对于IEEE 802.16e的移动装置来说，如何通过降低电源的消耗了延长使用时间，是一个重要的课题。为达到省电的目的，IEEE 802.16e定义了三种省电模式。请参考图1，图1为IEEE 802.16e于三种省电模式的时序图，用以显示当移动装置处于休眠状态期间12，在三种不同省电模式14、16和18下的休眠(sleep)时间20与倾听(listen)时间22。其中，休眠状态期间12介于两正常运作期间10之间。在正常运作期间10，移动装置处于正常运作模式；而在休眠状态期间12，移动装置处于休眠模式。上述三种不同省电模式14、16和18即是当移动装置处于休眠模式时被启动。

在第一种省电模式14中，移动装置休眠一段时间后会于倾听时间22醒来听听看是否有分组要接收，如果没有分组需要送收，移动装置之后的休眠时间20会以指数倍延长。此种省电模式适合BE和nrtPS的数据传输。

在IEEE 802.16e的第二种省电模式16中，移动装置休眠一段时间后，也会醒来听听看是否有分组要接收，如果没有分组需要送收，即再进入休眠状态。与第一种省电模式不同的是，第二种省电模式的每段的睡眠时间20是固定的，因此适合用来传送实时的数据，如UGS和rtPS。

第三种省电模式则是基站(Base Station，BS)订出休眠20时间，移动装置经过休眠时间20后即返回正常运作模式。

在802.16e的标准中，一个移动装置可以同时建立多条链接，而每一条链接会有它自己的休眠时间和倾听时间。如果一个移动装置有多条链接同时存在，就必须计算出它真正能休眠和倾听的时间。如图2所示，移动装置(Mobile Subs criber Station，MSS)A有三条链接同时存在，并有各自的休眠时间24与倾听时间26。因此MSS A只有当这三条链接同时为睡眠状态时(即图中标示为28的期间)，才能进入睡眠的状态，这对移动装置的电量使用考虑是非常没有效率的。

有关IEEE 802.16e省电机制的议题，目前的专利文件大多集中在感测网络和无线区域网络的环境。至于学术领域方面，虽然已有学者针对IEEE802.16e所制定的省电机制进行探讨，但这些学术文件大多偏重以数学模型来分析其效能，且只考虑到实时(real time)的数据型态，而未将占网络大部分传输的非实时(non-real time)数据型态列入考虑。

发明内容

本发明的实施例提供一种通过动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程来达到省电目的的方法。该方法可改善IEEE 802.16e所制定的标准中省电方法效能不佳的问题，可降低能源的消耗。

本发明的实施例提出一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法。此方法包括依据该无线网络装置的至少一周期性链接的传送周期和最大允许延迟，来决定该无线网络装置的至少一唤醒帧候选集合；并依据该无线网络装置的至少一非周期性链接的数据产生率和最大允许延迟时间，来决定该无线网络装置的至少一休眠时程和至少一唤醒时程。之后，再依据该唤醒帧候选集合、该休眠时程以及该唤醒时程，来决定该无线网络装置的实际休眠时程和实际唤醒时程。

本发明的另一实施例提出一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统。该系统包括至少一无线网络装置以及至少一基站。该基站与该无线网络装置之间会建立多条链接，且该基站会依据该多条链接中的至少一周期性链接的传送周期和最大允许延迟，决定该无线网络装置的至少一唤醒帧候选集合。该基站会依据该多条链接中的至少一非周期性链接的数据产生率和最大允许延迟时间，决定该无线网络装置的至少一休眠时程和至少一唤醒时程，之后该基站依据该唤醒帧候选集合、该休眠时程以及该唤醒时程，决定该无线网络装置的实际休眠时程和实际唤醒时程。

本发明的另一实施例提出一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法。该方法包括依据该无线网络装置的多条周期性链接的传送周期和最大允许延迟，决定该多条周期性链接的每一传送帧的允许延迟范围。之后，再依据每一传送帧的允许延迟范围的重迭性，决定该无线网络装置的一唤醒帧候选集合，并使该无线网络装置于该唤醒帧候选集合内的传送帧传递数据。

本发明的另一实施例提出一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法。该方法会依据该无线网络装置的多条非周期性链接的最大允许延迟时间的信息，求得该多条非周期性链接的最大允许延迟时间的最小值。此外，该方法还会依据该无线网络装置的第i个休眠时程的长度、第i个唤醒时程的长度以及该多条非周期性链接的数据产生率，求得一队列大小，其中i为正整数。之后，再依据该队列大小以及该无线网络装置的一链接容量，求得该无线网络装置的第(i+1)个唤醒时程的长度。进一步地，再依据该最小值、该第i个休眠时程的长度、该第i个唤醒时程的长度以及该第(i+1)个唤醒时程的长度，求得该无线网络装置的第(i+1)个休眠时程的长度，并限制该第i个休眠时程、该第i个唤醒时程、该第(i+1)个休眠时程和该第(i+1)个唤醒时程的长度总和不超过该最小值。其中，该无线网络装置会受到控制，而使得该无线网络装置于该第i个和第(i+1)个休眠时程内处于休眠模式，并使该无线网络装置于该第i个和第(i+1)个唤醒时程内传送数据。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为IEEE 802.16e于三种省电模式的时序图；

图2显示移动装置MSS A的三条链接的时序图；

图3显示移动装置MSS B的三条UGS链接的时序图；

图4用以说明本发明合并两条UGS链接的唤醒帧的几种可能方式；

图5用以说明本发明合并三条UGS链接的唤醒帧的方式；

图6为本发明rtPS、ErtPS或nrtPS链接的唤醒时程和休眠时程的时序图；

图7为本发明唤醒时程和休眠时程的另一时序图；

图8绘示本发明决定实际唤醒时程时的第一种状况；

图9绘示本发明决定实际唤醒时程时的第二种状况；

图10绘示本发明决定实际唤醒时程时的第三种状况；

图11绘示本发明决定实际唤醒时程时的第四种状况；

图12为本发明动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统的功能方块图；

图13为公知方式与本发明的能源消耗率的对照图；

图14为公知方式与本发明的下行链接延迟的对照图；

图15为公知方式与本发明的上行链接延迟的对照图。

附图标记说明

10：正常运作期间

12：休眠状态期间

14、16、18：省电模式

20、24：休眠时间

22、26：倾听时间

28：装置MSSA的实际休眠时间

50、52、54：唤醒时程

100：系统

102：基站

104：无线网络装置；移动装置；MSS

106：链接

d(A，k)：最大允许延迟时间

[F，Y]、[F’，Y’]：唤醒帧候选集合

S_max：最大休眠时程

S_i、S_i+1、S_i+2、S_i+3、S₁、S₂、S₃：休眠时程

W、W_i、W_i+1、W_i+2、W_i+3、W₁、W₂、W₃：唤醒时程

T₁、T₂、T_in1、T_in2、T_out1、T_out2：时间点

具体实施方式

本发明在确保服务质量(QoS)的需求的情况下，考虑实时和非实时的数据型态，而提出移动装置延长休眠时间的机制，以达到省电的目的。本发明的实施实施例中，根据IEEE 802.16e中第三种省电模式中“休眠/唤醒(sleep/awake)的时间长短是非周期性的，而移动装置处于休眠或倾听的状态取决于业务负载量(traffic load)与QoS的需求”的类似运作概念，而提出可动态地调整移动装置休眠时间的省电机制。

以图3的例子来说明周期性链接的动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法。假设移动装置MSS B有三条非请求授与服务(UGS)链接UGS1、UGS2和UGS3，其数据特性以传送周期(p)和最大允许延迟(Grant Delay，gd)这两种参数来表示，并找出此MSS B的唤醒帧候选集合。此实施例中，其中第一链接UGS1的分组传送周期p等于4，最大延迟gd等于1；第二链接UGS2的分组传送周期p等于5，最大延迟gd等于2；而第三链接UGS3的分组传送周期p等于4，最大延迟gd等于2。在帧1期间，第一链接UGS1有分组需要传送，但是因为其gd等于1，所以往后看帧2，此时因第三链接UGS3也有分组需传送，所以移动装置MSS B将第一链接UGS1的分组延迟一个帧传送，而在帧2期间才醒来同时做第一链接UGS1和第三链接UGS3的分组传输。同理，在帧3期间，第二链接UGS2有分组须传送，而因其gd等于2，故往后看，当帧5时，第一链接UGS1也有分组要传送，因此移动装置MSS B可停留在休眠状态直至帧5时才醒来做第一链接UGS1和第二链接UGS2的分组传输。依此方法可计算出非周期性的休眠/唤醒(Sleep/Awake)调度，在确保链接品质的情况下，延长移动装置的休眠时间。另外，除了考虑实时的UGS数据型态，本发明亦可在保证QoS的基础上，计算出移动装置于传送非实时的数据型态(如nrtPS和BE)时的省电调度。综上所述，本发明所提出的移动装置动态省电机制，因同时考虑到IEE 802.16e中的实时与非实时的数据传送，故更能符合不同频道设定的需求。

本发明可针对Mobile WiMAX(即IEEE 802.16e)网络提出通过动态调整休眠与唤醒时程，以达到省电效果。与其他先前的技术的最大不同，为本发明所提出的方法可以支援WiMAX标准中所定义的。由于rtPS和ErtPS使用相同的业务参数(traffic parameters)，所以下列的方法说明仅以rtPS表示。此外为达到最佳省电效果，BE的数据将在唤醒时程中一起被传送。为达到此目标，本发明所提的省电方法具有三个程序，其将分述如后。

程序一：决定周期性链接的唤醒帧候选集合

在本程序中，以周期性链接的UGS链接为例。为了使每个UGS链接的分组尽可能地在同一个帧内传送，需依据每个UGS链接的传送周期、数据量和最大允许延迟，而尽可能地将分散在各时间点的UGS数据帧合并在一起，并找出合并在哪个帧。

依程序一执行的结果是一段以上的可能唤醒帧时程，而唤醒帧时程的大小可能是多个连续的帧，也可能只有一个帧。虽然找出的是一段可能的唤醒帧时程，但实际操作时仅须从可能的唤醒帧时程中选出其中一个帧作为传送数据使用。这样作法的原因是当多个移动装置切换于休眠与唤醒模式时，操作于唤醒模式的移动装置会使用到原先预备分配给在休眠模式的移动装置的频宽；同理，当移动装置进入休眠模式时，其休眠时程的可使用资源可释放出来给由休眠模式切换至唤醒模式的移动装置使用。在本发明的一实施例中，通过矩阵运算方式来计算唤醒帧候选集合，此方式会依据实际累积的数据量，决定唤醒帧个数。此外，因为程序一执行的结果是至少一段“可能的”唤醒帧时程，故可称之为“唤醒帧候选集合”。

程序一的设计概念如图4所示，第一链接UGS1的第1个帧与第二链接UGS2的第3个帧，除了可以合并到第3个帧之外，也可以合并到第4个或第5个帧，其前提是每个被延迟的帧的所延迟传送的时间长度不超过所对应的UGS链接的最大允许延迟。

更详细地说，程序一会先针对每个UGS链接，找出还没合并前，下个要被唤醒并传送数据的帧，再根据UGS链接的最大允许延迟，找出最近的帧，并进一步决定有哪些帧可以与此帧相合并。如图5所示，MSS有三个UGS链接，分别是UGS1、UGS2和UGS3。以UGS1链接为例，UGS1链接的传送周期p是5(即在第2个、第7个、第12个…帧传送数据)，而最大允许延迟gd是3(表示第2个帧需要传送的数据最慢可以延迟到第5个帧才传送)。三个UGS链接的第一个传送帧分别是第2个、第3个和第6个帧，在考虑三个链接UGS1、UGS2和UGS3的最大允许延迟分别为3、2和4个帧的情况下，可决定每一传送帧的允许延迟范围，亦即可判断出UGS1、UGS2和UGS3链接分别可在帧区间[2、3、4、5]、[3、4、5]以及[6、7、8、9、10]内传送数据。因此，可依据每一传送帧的允许延迟范围的重迭性，来决定唤醒帧候选集合，例如UGS1链接与UGS2链接的数据可以合并在帧区间[3、4、5]内传送，而UGS1链接和UGS2链接的第二个传送帧可以与UGS3链接的第一个传送帧合并到帧区间[7、8]。因此，可决定出两个唤醒帧候选集合分别为帧区间[3、4、5]以及帧区间[7、8]。

若以伪码(pseudo code)来表示，则上述算法可表示如下：

Step 1：Let[F_i，j，Y_i，j]be the next awake-frame candidate set ofconnection(i，j)，where F_i，j is the next transmission frame ofconnection(i，j)，and Y_i，j＝F_i，j+d(i，j).We define[F_i，j，Y_i，j]＜[F_i，k，Y_i，k] if F_i，j＜F_i，k，or F_i，j＝F_i，k and Y_i，j＜Y_i，k，where j≠k.Let Sbe the union of the next awake-frame candidate sets of all UGSconnections.

Step 2：Choosing the smallest[F_i，s，Y_i，s] in S.LetF＝F_i，s，Y＝Y_i，s.UpdateS by S＝S-[F_i，s，T_i，s].

Step 3：If S is empty，go to step 6.Else go to step 4.

Step4：Choosing the smallest[F_i，t，Y_i，t]in S.If F_i，t≤Y，go to step5.Else go to step 6.

Step5：LetF＝max[F_i，t，F]，Y＝min[Y_i，t，Y].Update S by S＝S-[F_i，t，Y_i，t].Go to step 3.

Step 6：Get the next awake-frame candidate set[F，Y].

上述伪码中，(i，j)代表第i个MSS的第j个链接；d(i，j)代表链接(i，j)的最大允许延迟；[F_i，j，Y_i，j]为链接(i，j)的下一个唤醒帧候选集合；F_i，j代表链接(i，j)的唤醒帧候选集合[F_i，j，Y_i，j]的第一个帧；Y_i,j代表链接(i，j)的唤醒帧候选集合[F_i，j，Y_i，j]的最后一个帧；而S则代表所有链接的下一个唤醒帧候选集合的并集。其中，Step 1和Step 2用以决定所有UGS链接的唤醒帧候选集合的大小关系，并从中选出最小的候选集合(即F_i，s，Y_i，s])，令它是[F，Y]，并将[F_i，s，Y_i，s]由S中删除。其中，各唤醒帧候选集合的大小关首先依据其各自的第一个帧于时间轴上的先后次序来决定，而具有较早次序的第一个帧的唤醒帧候选集合会小于具有较晚次序的第一个帧的唤醒帧候选集合，简言之，若F_i，j＜F_i，k，则[F_i，j，Y_i，j]＜[F_i，k，Y_i，k]；然而，如果有两个唤醒帧候选集合的第一个帧在时间轴上的时间点是相同的，则这两唤醒帧候选集合的大小关系会再依据各自的最后一个帧来决定，简言之，若F_i，j＝F_i，k且Y_i，j＜Y_i，k，则[F_i，j，Y_i，j]＜[F_i，k，Y_i，k]。需要决定[F，Y]的原因是较小的唤醒帧候选集合代表该链接需较早醒来传送数据，应优先考虑。此外，因为当进行Step 2或Step 5时已由S中删除掉最小的候选集合[F_i，s，Y_i，s]或[F_i，t，Y_i，t]，故Step 3中的S会包含其它链接的唤醒帧候选集合，然而若S为空集合，则表示S集合内已经没有其它链接的唤醒帧候选集合了，故此时[F，Y]即为MSS的UGS链接的唤醒帧候选集合。Step 4主要是要依序找出集合S内有哪些唤醒帧候选集合可以和目前的[F，Y]合并。如果可以合并，则进行Step5，以更新F值和Y值，而更新后的F值是未更新前的F值和目前F_i，t两者中的最大值，Y值是未更新前的Y值和目前S_i，t两者中的最小值；相对地，如果已经没有更多唤醒帧候选集合可以合并，或S集合内已经没有其它链接的唤醒帧候选集合了，则进行Step 6，以针对每个链接，更新唤醒帧候选集合。以图5为例，在Step 1中，UGS1链接的第一个唤醒帧为帧2(即F_i，j＝2)，由于最大允许延迟是3，所以第一个唤醒帧候选集合的最后一个帧是2+3＝5，故[2，3，4，5]为第一个唤醒帧候选集合。由于UGS1属周期性链接，依序可以找出它后续的唤醒帧候选集合。同理UGS2和UGS3链接的第一个唤醒帧候选集合分别为[3，4，5]和[6，7，8，9，10]。比较这三个唤醒帧候选集合的大小，可知[2，3，4，5]＞[3，4，5]＞[6，7，8，9，10]。在Step 2中，最小的唤醒帧候选集合为[2，3，4，5]，故F＝2，Y＝5。在步骤4(Step 4)中，目前最小的唤醒帧候选集合为[3，4，5]，因此F_i，t＝3，Y_i，t＝5。因为(F_i，t＝3)≤(Y＝5)，所以跳到Step 5。在Step 5中，F＝max[3，2]＝3；Y＝min[5，5]＝5，而算法执行到此，找出UGS1和UGS2链接合并传送的第一个唤醒帧候选集合为[3，4，5]。在Step 6中，算法将继续针对UGS2链接的第二个唤醒帧候选集合进行合并，这是因为UGS1链接的第二个唤醒帧候选集合为[7，8，9，10]：UGS2链接的第二个唤醒帧候选集合为[6，7，8]；UGS3链接的第一个唤醒帧候选集合为[6，7，8，9，10]，故三者中最小的集合按照前述定义是[6，7，8]。

在本发明的实施例中，上述唤醒帧候选集合依据该无线网络装置的多条周期性链接的传送周期和最大允许延迟而决定。上述决定该唤醒帧候选集合的步骤包括依据每一链接的最大允许延迟，来决定每一传送帧的允许延迟范围，并依据每一传送帧的允许延迟范围的重迭性，来决定该唤醒帧候选集合。

程序二：计算非周期性链接(rtPS、ErtPS或nrtPS链接)的唤醒时程和 休眠时程

针对rtPS、ErtPS或nrtPS的非周期性链接，系统会累积一段时间的数据量后再一次传送，用于传送数据的那些帧就称作唤醒时程(awakeinterval)，而没有数据要传送的那些帧称为休眠时程(sleep interval)。每个唤醒时程所传送的数据是前一个唤醒时程和前一个休眠时程所累积的数据。以图6为例，S_i与W_i分别代表移动装置MSS A的第i个休眠时程与唤醒时程，d(A，k)表示移动装置MSS A的链接k的最大允许延迟时间。移动装置MSS A在进入休眠模式之前会将它的队列大小(queue size)告诉基站，而基站会在移动装置MSS A的唤醒时程进行频宽分配，来让移动装置MSS A传送数据。因此，MSS A的第(i+1)个唤醒时程(即W_i+1)所要传送的数据量是休眠时程S_i和唤醒时程W_i所累积的数据量；第(i+2)个唤醒时程(即W_i+2)所要传送的数据量是休眠时程S_i+1和唤醒时程W_i+1所累积的数据量。

决定唤醒时程和休眠时程的帧个数是程序二的目的。如图6所示，移动装置会将于编号1～8的帧期间所产生的数据量在第8个帧结束前通知基站，并在编号12～14的帧时程内传送。为保证延迟时间的服务质量，假设分组在编号1的帧开始时(即时间点T₁)就进到队列(queue)里，并在编号第14个帧结束前(即时间点T₂)才传送出去，则时程S_i+1、W_i+1、S_i+2以及W_i+2的总和不能大于最大允许延迟时间d(A，k)。此外，当数据于时程S_i+1与W_i+1内所累积的量较少时，相对应地唤醒时程W_i+2会较短，而使得休眠时程S_i+2的时间可以比较长。然而，若因休眠时程S_i+2较长而使S_i+2期间所累积的数据量大时，就需要较长的唤醒时程W_i+3才能传送完分组，进而可能发生时程S_i+2、W_i+2、W_i+3以及W_i+3的时间总和大于最大允许延迟时间d(A，k)的状况，而造成QoS不被满足。如此，可将休眠时程S_i+3调整且可为零，故为了避免QoS不被满足，时程S_i+2、W_i+2以及W_i+3的时间总和须小于或等于d(A，k)。值得注意的是当时程S_i+2、W_i+2以及W_i+3的时间总和等于d(A，k)时，代表休眠时程S_i+3为零。基于以上所述，唤醒时程与休眠时程的大小可由式(1)与式(2)求得。

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{i+1}+W_{i+1}+S_{i+2}+W_{i+2}\≤d(A,k)\\ S_{i+2}+W_{i+2}+W_{i+3}\≤d(A,k)\end{array}\right.............\left(1\right)$

$W_{i+1}=\left[\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\λ}(A,j)(S_i+W_i)}{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\μ}}_{\min }(A,j)}\right]...........\left(2\right)$

式(2)的λ(A，j)表示装置A的链接j于每个帧所产生的数据量，μ_min(A，j)表示装置A的链接j在每个帧时间所能传送的最小数据量。当休眠时程S_i和唤醒时程W_i为已知时，唤醒时程W_i+1可以通过式(2)求得，而休眠时程S_i+1可以通过式(1)求得。

再以图7说明如何决定唤醒时程与休眠时程大小。假设一移动装置决定进入休眠模式时，其队列是空的，且第一个休眠时程S₁与唤醒时程W₁的帧个数均为1。再假设一个帧时间为1秒，而移动装置有六个链接，且这六个链接的数据产生率分别为256Kbps、256Kbps、512Kbps、512Kbps、2Mbps、2Mbps。若这六个链接的最大延迟时间d(A，k)分别是4个、4个、5个、5个、6个及6个帧，故最小的d(A，k)会等于4。假设装置的链接容量(linkcapacity)为20Mbps，即移动装置于一个帧时间内可以传送20 Mbits的数据。因此第一个休眠时程S₁与第一个唤醒时程W₁预估将有(256Kbits×2+512Kbits×2+2Mbits×2)×2的数据量，即11.072 Mbits的数据量。而欲传送11.072 Mbits的数据，第二个唤醒时程(即W₂)仅需一个帧即可。在考虑最小的d(A，k)等于4必须被满足的情况下，第二个休眠时程S₂最多可以有一(即4-1-1-1)个帧。为了避免第二个休眠时程S₂过长，导致S₂与W₂累积的数据过多，而造成即使S₃的帧个数为0时，仍无法在最大延迟时间内传送完数据的情况，则须要更进一步地验证S₂+W₂+W₃是否小于或等于4。因在时程S₂与W₂所累积的数据量同为11.072 Mbits，故可求得第三个唤醒时程W₃帧个数为1。由此可知，时程S₂、W₂及W₃的总长度会等于3(即1+1+1)，而使得(S₂+W₂+W₃)须小于或等于最小的d(A，k)的条件被满足。换言之，若两个分组分别在时间点T_in1和T_in2进到队列里，并分别在时间点T_out1和T_out2被传送出去，则时间长度(T_out1-T_in1)和(T_out2-T_in2)皆会小于或等于最小的d(A，k)。

经由上述的方式，程序二中在考虑QoS得以被满足的情况下，会尽可能地求出每个休眠时程的最大值S_max，以使装置的被唤醒时间相对地缩短，而上述的最大值S_max则被定义为最大休眠时程S_max。

在本发明的实施例中，上述决定该休眠时程和该唤醒时程的步骤包括求得多条非周期性链接的最大允许延迟时间的最小值，并依据该最小值来限制该休眠时程和该唤醒时程的长度。上述实际休眠时程和实际唤醒时程依据该唤醒帧候选集合中最后一个帧在时间轴上与该休眠时程和该唤醒时程之间的相对位置而决定。

程序三：基站考虑唤醒帧候选集合、唤醒时程与休眠时程，决定MSS实 际唤醒时程与休眠时程

程序三主要目标是整合程序一与程序二的结果，以决定一MSS的实际唤醒时程与休眠时程。如上所述，在程序一当中，UGS链接的数据会被合并，而得到唤醒帧候选集合[F ,Y］；而在程序二当中，依据rtPS、ErtPS或nrtPS的链接数据得到最大休眠时程S_max和唤醒时程W。程序三即依据程序一与程序二的结果进行整合，以得到MSS实际唤醒时程与实际休眠时程。详言之，实际休眠时程和实际唤醒时程依据唤醒帧候选集合[F，Y]中最后一个帧Y在时间轴上与最大休眠时程S_max。和唤醒时程W之间的相对位置而决定。以下即针对三种不同的情况，并同时参考图8至图11，来说明程序三如何决定MSS实际的唤醒时程与实际休眠时程。

(1)  在只有UGS链接的情况下：MSS下次实际要醒来的帧是候选集合的最后一个帧。如图8所示，在第Y个及第Y’个帧，MSS会被唤醒。

(2)  在只有rtPS、ErtPS或nrtPS链接的情况下：假设最大休眠时程S_max的前一个帧为第N个帧，则MSS下次实际要唤醒帧是[N+S_max+1～N+s_max+W]帧，如图9所示，其实际唤醒时程为时程50。

(3)  在有rtPS、ErtPS和nrtPS链接三者中至少一者并有UGS链接的情况下：本实施例中是以UGS数据合并的结果为主，如果在S_max时程内有UGS链接的唤醒帧候选集合的话，则休眠至第(Y-1)个帧，而唤醒时程W会被提前至第Y个帧开始，因此实际唤醒时程为[Y～Y+W-1]帧。如图10所示，其实际唤醒时程为时程52，而第一个唤醒帧为第Y个帧。然而，若UGS数据的唤醒帧候选集合[F，Y]与唤醒时程W有重迭，则唤醒时程为[S_max+1～S_max+W]帧，亦即实际唤醒时程为唤醒时程W所在的帧。如图11所示，其实际唤醒时程为时程54。

程序三的算法可以下列伪码表示：

Step 1： Let X be the set of all awake-frame candidate sets.

Step 2： Find the candidate set with the smallest F value from X，anddenoted as [F₁，Y₁].

Step 3： For[F₁，Y₁]，finding the closest sleep and awake intervalsand denoting them as [S，W].The first frame in S is representedas s₁.The number of frames  in  W is  represented as  Num_w.

Step 4：If Y₁＜S₁，adding a new awake frame that is equal to Y₁ thengo to step 7；else go to step 5.

Step 5：If Y₁∩ S≠0，adjusting awake interval W to be[Y₁，Y₁+Num_w-1] then go to step 7；else go to step 6；

Step 6：If Y₁∩W≠0， awake interval  W remains  intact.  Go to step 7.

Step 7：X＝X-[F，Y]，and go to step 2.

简言之，针对每一个UGS链接的唤醒帧候选集合[F,Y]，先找出与之最接近的rtPS、ErtPS或nrtPS链接的唤醒时程和休眠时程[S,W]，再考虑[F，Y]与[S，W]是否有交集，以进行合并。Step 4则先是判断[F，Y]与[S,W]是否有交集，若无交集则会为[F，Y]新增一个唤醒时程(即Y)。Step 5则是进一步判断[F，Y]与S是否有交集，若有交集则将整个唤醒时程W往前调整。Step 6则是再进一步判断[F,Y]与唤醒时程W是否有交集，若有交集则使整个唤醒时程W维持不变。最后，自所有的唤醒帧候选集合中扣除掉目前所判断的唤醒帧候选集合[F，Y]，之后再回到Step 2，以对下一个唤醒帧候选集合进行判断。

因为无线网络装置在实际休眠时程期间的消耗功率会低于在实际唤醒时程的消耗功率的缘故，通过上述方法可使得实际唤醒时程大幅地缩短，故可提高省电效能。

请参考图12，图12为本发明动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统100之功能方块图。系统100包含有至少一基站102及一无线网络装置104，而在IEEE 802.16e标准中，无线网络装置104即为一个移动装置(MobileSubscriber Station，MSS)。基站102与移动装置104之间会建立多条链接106，以收送帧。其中，每一条链接106可为UGS、rtPS、ErtPS、nrtPS或BE链接。基站102会利用上述的三个程序，来动态地调整移动装置104的休眠/唤醒时程，以达到省电的目的。

对于上述动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法，以下分别以移动装置(MSS)端以及基站端来讨论：

(1)MSS端：MSS 104仅需在这一次醒来区间结束前以搭载(piggyback)方式或送一信号给基站102，通知基站102它将进入睡眠区间，以及它目前的队列大小。此机制的最大优点是现有的MSS 104不需增添其它硬体设备，亦不需定义新的帧格式。

(2)基站端：基站102收到MSS 104送来的队列大小后，根据MSS 104的每一条链接106的服务质量参数，计算出MSS 104可以休眠的时间以及下次醒来须分配给它的资源(即帧的数目)，以决定MSS 104的实际休眠时程和实际唤醒时程。由于实际休眠时程和实际唤醒时程可以通过下行链路映射(downlink-MAP，DL-MAP)以及上行链路映射(uplink-MAP，UL-MAP)通知MSS104，故基站102亦不需要额外定义新的帧格式。MSS 104则可依据由基站102所定义的实际休眠时程和实际唤醒时程，于休眠模式和唤醒模式之间进行切换。

此外，图13至图15为以程式模拟方式评估动态休眠/唤醒时程调整方法的效能示意图。首先将能源消耗率定义为等于唤醒帧数除以所有的帧个数，而如图13所示，与IEEE 802.16e所定义的省电机制相比较，本发明所提的方法大量减少了节点的唤醒帧的个数。此外，本发明亦分别针对下行(downlink)以及上行(uplink)链接，观察延迟时间的效能，其与公知的比较结果分别如图14与图15所示，而由于本发明的方法以延迟传送方式达到省电效果，所以平均延迟时间比IEEE 802.16e长，但仍符合链接对最大延迟时间的要求。

需注意的是，以上的实施例虽然是以IEEE 802.16e的网络架构来作说明，但上述本发明并不一定需要在IEEE 802.16e的架构下才能实施。凡符合上述“依据实时和非实时的数据型态，分别计算出唤醒帧候选集合和最大休眠时程，之后再依据所计算出来的唤醒帧候选集合和最大休眠时程，来动态调整休眠/唤醒时程”的发明概念者，皆应属本发明所欲保护的范畴。

综上所述，本发明针对无线网络，尤其是IEEE 802.16e Mobile WiMAX网络，提供一动态调整休眠/唤醒时程的省电机制，在动态调整休眠/唤醒时程的概念下，通过适当延后并合并数据传送，让移动装置(MSS)可以在一段时程中完成数据传送后，进入休眠模式。本发明的具体贡献为大幅降低移动装置端唤醒帧(awake frames)的个数，但仍能提供使用者所需的服务质量(包括使用频宽与平均延迟时间等)。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作许多更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (23)

1.一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法，包括：

依据该无线网络装置的至少一周期性链接的传送周期和最大允许延迟，决定该无线网络装置的至少一唤醒帧候选集合；

依据该无线网络装置的至少一非周期性链接的数据产生率和最大允许延迟时间，决定该无线网络装置的至少一休眠时程和至少一唤醒时程；以及

依据该唤醒帧候选集合、该休眠时程以及该唤醒时程，决定该无线网络装置的实际休眠时程和实际唤醒时程。

2.如权利要求1所述的方法，其中该周期性链接为非请求授与服务链接。

3.如权利要求1所述的方法，其中该非周期性链接选自由实时轮询服务链接、扩展的实时轮询服务链接以及非实时轮询服务链接所组成的群组。

4.如权利要求1所述的方法，其中该唤醒帧候选集合依据该无线网络装置的多条周期性链接的传送周期和最大允许延迟而决定。

5.如权利要求4所述的方法，其中决定该唤醒帧候选集合的步骤包括：

依据每一链接的最大允许延迟，延迟该链接的数据的传送，并使该数据的延迟传送的时间长度不超过该最大允许延迟。

6.如权利要求4所述的方法，其中决定该唤醒帧候选集合的步骤包括：

依据每一链接的最大允许延迟，决定传送帧的允许延迟范围；以及

依据每一传送帧的允许延迟范围的重迭性，决定该唤醒帧候选集合。

7.如权利要求1所述的方法，其中该休眠时程和该唤醒时程依据该无线网络装置的多条非周期性链接的数据产生率和最大允许延迟时间。

8.如权利要求7所述的方法，其中决定该休眠时程和该唤醒时程的步骤包括：

求得该多条非周期性链接的最大允许延迟时间的最小值；以及

依据该最小值，限制该休眠时程和该唤醒时程的长度。

9.如权利要求7所述的方法，其中决定该休眠时程和该唤醒时程的步骤包括：

依据该多条非周期性链接的数据产生率以及前一休眠时程、前一唤醒时程以及该休眠时程的长度，计算出一传送数据量；以及

依据该传送数据量以及该无线网络装置的链接容量，计算出该唤醒时程的长度。

10.如权利要求9所述的方法，其中决定该休眠时程和该唤醒时程的步骤包括：

依据该传送数据量，调整该休眠时程的长度。

11.如权利要求1所述的方法，其中该实际休眠时程和该实际唤醒时程依据该唤醒帧候选集合中最后一个帧在时间轴上与该休眠时程和该唤醒时程之间的相对位置而决定。

12.如权利要求11所述的方法，其中决定该实际休眠时程和该实际唤醒时程的步骤包括：

当该唤醒帧候选集合中最后一个帧与该休眠时程及该唤醒时程都不重迭时，将该唤醒帧候选集合中最后一个帧设定为该实际唤醒时程的一部份。

13.如权利要求11所述的方法，其中决定该实际休眠时程和该实际唤醒时程的步骤包括：

当该唤醒帧候选集合中最后一个帧与该休眠时程重迭时，则提前该唤醒时程。

14.如权利要求11所述的方法，其中决定该实际休眠时程和该实际唤醒时程的步骤包括：

当该唤醒帧候选集合中最后一个帧与该唤醒时程重迭时，则设定该实际唤醒时程为该唤醒时程。

15.如权利要求1所述的方法，其中该无线网络装置依据IEEE 802.16e标准建立链接并传送数据。

16.一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的系统，包括：

至少一无线网络装置；以及

至少一基站，该基站与该无线网络装置之间会建立多条链接，该基站会依据该多条链接中的周期性链接的传送周期和最大允许延迟，决定该无线网络装置的唤醒帧候选集合，该基站还会依据该多条链接中的非周期性链接的数据产生率和最大允许延迟时间，决定该无线网络装置的休眠时程和唤醒时程，之后该基站依据该唤醒帧候选集合、该休眠时程以及该唤醒时程，决定该无线网络装置的实际休眠时程和实际唤醒时程。

17.如权利要求16所述的系统，其中该周期性链接为非请求授与服务链接。

18.如权利要求16所述的系统，其中该非周期性链接选自由实时轮询服务链接、扩展的实时轮询服务链接以及非实时轮询服务链接所组成的群组。

19.如权利要求16所述的系统，其中该多条链接依据IEEE 802.16e标准而建立。

20.一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法，包括：

依据该无线网络装置的多条周期性链接的传送周期和最大允许延迟，决定该多条周期性链接的每一传送帧的允许延迟范围；以及

依据每一传送帧的允许延迟范围的重迭性，决定该无线网络装置的一唤醒帧候选集合，并使该无线网络装置于该唤醒帧候选集合内的传送帧传递数据。

21.如权利要求20所述的方法，还包括：

依据每一链接的最大允许延迟，延迟该链接的数据的传送，并使该数据的延迟传送的时间长度不超过该链接的最大允许延迟。

22.一种动态调整无线网络装置的休眠/唤醒时程的方法，包括：

依据该无线网络装置的多条非周期性链接的最大允许延迟时间的信息，求得该多条非周期性链接的最大允许延迟时间的最小值；

依据该无线网络装置的第i个休眠时程的长度、第i个唤醒时程的长度以及该多条非周期性链接的数据产生率，求得第一队列大小，其中i为正整数；

依据该第一队列大小以及该无线网络装置的一链接容量，求得该无线网络装置的第(i+1)个唤醒时程的长度；

依据该最小值、该第i个休眠时程的长度、该第i个唤醒时程的长度以及该第(i+1)个唤醒时程的长度，求得该无线网络装置的第(i+1)个休眠时程的长度，并限制该第i个休眠时程、该第i个唤醒时程、该第(i+1)个休眠时程和该第(i+1)个唤醒时程的长度总和不超过该最小值；以及

控制该无线网络装置，以使该无线网络装置于该第i个和第(i+1)个休眠时程内处于休眠模式，并使该无线网络装置于该第i个和第(i+1)个唤醒时程内传送数据。

23.如权利要求22所述的方法，还包括：

依据该第(i+1)个休眠时程的长度、第(i+1)个唤醒时程的长度以及该多条非周期性链接的数据产生率，求得第二队列大小；以及

依据该第二队列大小以及该链接容量，求得该无线网络装置的第(i+2)个唤醒时程的长度，并限制该第(i+1)个休眠时程、该第(i+1)个唤醒时程和该第(i+2)个唤醒时程的长度总和不超过该最小值。

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