CN102186229A - 一种独立基本服务组ibss系统及其功率管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种独立基本服务组IBSS系统及其功率管理方法。所述方法包括：取消ATIM帧的发送，在每个TBTT，IBSS中的每个节点若没有MSDU发送，再等待DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态。本发明的技术方案，节省了节点的能量，提升了系统的效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种独立基本服务组IBSS系统及其功率管理方法。
背景技术
IEEE Std 802.11标准中的独立基本服务组(IBSS)通常称作自组网。组成IBSS的无线节点主要靠电池供电，只能提供有限的能量。目前受制于电池制造技术，在保持电池重量一定的条件下，电池容量很难有突破性的提高；另一方面，移动节点性能不断提高，功能也越来越强大，对电源供应的需求也更加强烈，因此研究新的技术以减少能耗并延长电源使用时间非常有必要。
基于802.11标准的操作处于节能(PS)模式的节点可以处于以下两种不同功率状态之一：
活动：节点处于全功率状态，节点可在任何时间接收帧；
睡眠：节点不能发送和接收，只消耗非常低的功率。
在节能模式下，当结点没有数据传输时可以进入睡眠状态，所有的节点应为已知工作于睡眠状态的节点缓存MAC服务数据单元(MSDU)。在任何有效时间，MSDU都可以被发往处于活动状态的节点。
这两种功率状态是通过MAC帧头的帧控制域的功率管理字段进行定义的。图1是MAC帧头的帧控制域的格式示意图。如图1所示，功率管理字段的长度为1个比特，用于指示节点的功率管理模式。在节点进行帧交换时，对于来自某个节点的所有帧，该字段值保持不变。该字段还指示了在帧交换序列成功完成后的节点的模式。该字段值为1，指示节点处于睡眠状态；值为0，指示节点处于活动状态。
节点处于睡眠状态时的功耗要远低于处于活动时的状态，因此尽可能将节点置于睡眠状态是降低结点功耗的关键。
节点在两种不同功率状态之间的转换方式由该节点的功率管理机制决定。802.11的IBSS设计的功率管理机制是首先同步所有的节点，同步机制是通过信标帧和位于各节点的分布式同步算法实现的。
在IBSS中信标的产生是分布式的。信标周期包含在信标帧和探询响应帧中，节点在加入IBSS时应采用该信标周期。IBSS的所有成员都参与信标的产生。每一个节点维护自己的TSF定时器，用于对信标周期定时。IBSS内的信标时间间隔由发起IBSS的节点建立。这准确定义了一系列相隔信标周期的目标信标传输时间(TBTT)。零时刻被定义为一个TBTT，在每个TBTT，IBSS中的每个节点应：
1)延缓对任何待发的非信标帧的发送退避计时器(包括通告通信量指示消息(ATIM)帧的发送退避计时器)的递减；即除了信标帧以外的其他帧的发送退避计时器都进行延缓；
2)计算一个随机延迟时间，它均匀分布于零到两倍的最小竞争窗与时隙长度的乘积之间，启动随机延迟定时器，该定时器的定时时间即为所计算出的随机延迟时间；这里最小竞争窗与时隙长度是802.11标准中规定的参数；
3)等待随机延迟周期，即等待随机延迟定时器溢出；这里用与退避算法相同的算法递减随机延迟定时器；
4)如果信标帧在随机延迟定时器溢出前到达，则取消剩余的随机延迟(即关闭随机延迟定时器)和取消待发的信标帧的发送，并且ATIM帧的发送退避定时器恢复递减；
5)如果随机延迟定时器溢出，并且在延迟期间没有信标帧到达，则发送一个信标帧。
通过信标帧和位于各节点的分布式同步算法，同步所有的节点后，并且在所有的节点都活动期间，当要把一个MSDU发送到操作于节能(PS)模式的节点时，发送节点首先在ATIM窗口期间传输一个ATIM帧，在ATIM窗口中，所有节点包括操作于PS模式的节点都是活动的。ATIM窗口定义为一个TBTT后的特定的时间周期，在这个时间内应仅能传输信标或ATIM帧。
如果节点在ATIM窗口期间收到一个定向ATIM，它应对定向ATIM进行确认，并在整个信标间隔内保持活动来接收通告的MSDU。如果节点没有收到ATIM，它应在ATIM窗口结束时进入睡眠状态。
在ATIM时间间隔后，只有那些由确认ATIM成功通告的定向MSDU和由ATIM通告过的广播/组播MSDU被传送到操作于PS模式的节点。这些帧的传输应通过使用常规的DCF访问规程来实现。
处于PS模式的节点应根据如下规则在活动状态和睡眠状态之间转变：
1)如果节点运行于PS模式，它应在每个TBTT前进入活动状态；
2)如果节点收到一个包含它自身地址的定向ATIM管理帧，或者在ATIM窗口内收到一个组播ATIM管理帧，它应保持活动状态，直到下一个ATIM窗口的结束；
3)如果节点传送一个信标帧或一个ATIM管理帧，则无论是否收到ATIM的确认它都应一直保持活动状态到下一个ATIM窗口的结束；
4)如果节点没有传送ATIM，或者它既没有收到包含它自身地址的定向ATIM管理帧，也没有在ATIM窗口内的组播ATIM管理帧，它应在当前ATIM窗口结束时返回到睡眠状态。
节点应一直保持它当前的功率管理模式，直到该节点通过一个成功的帧交换通告其他节点它的功率管理模式发生变化，在任何单个帧交换序列当中，功率管理模式应保持不变。
信标帧的接收：
节点应使用所有接收到的信标帧的无竞争(CF)参数集合元素的信息来更新他们的网络接入矢量(NAV)，并在随后的ATIM窗口保持活动状态，当有MSDU要发送，则竞争发送ATIM帧；如果没有MSDU帧要发送，则等待可能到来的ATIM帧。在ATIM窗口结束时，既没有MSDU要发送也没有MSDU要接收的节点进入睡眠状态，其他节点保持活动状态。
可以看出，现有的802.11的IBSS的功率管理机制中，ATIM帧的帧体为空，且在ATIM窗口内，所有节点都保持活动状态，耗费能量比较多，降低了系统效率；此外，有MSDU发送的节点和没有MSDU发送的节点采用同样的优先级竞争发送信标，信标完成定时同步功能，但不能保证有MSDU要发送的节点优先发送信标。
发明内容
本发明提供了一种独立基本服务组IBSS系统，该系统能够节省节点的能量，提升系统的效率。
本发明还提供了一种独立基本服务组IBSS中的功率管理方法，该方法能否节省节点的能量，提升系统的效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种独立基本服务组IBSS系统，该系统包括多个节点，其特征在于，这些节点取消通告通信量指示消息ATIM帧的发送，并且，在每个目标信标传输时间TBTT：
每个节点，若没有MAC服务数据单元MSDU发送，再等待分布式帧间间隔DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则执行信标接收处理流程；
在所述信标接收流程中：节点解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态。
本发明还公开了一种IBSS中的功率管理方法，其特征在于，取消通告通信量指示消息ATIM帧的发送，该还方法包括：
在每个目标信标传输时间TBTT，IBSS中的节点执行的步骤包括：若没有MAC服务数据单元MSDU发送，再等待分布式帧间间隔DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则执行信标接收处理流程；
所述信标接收流程包括：节点解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态。
由上述可见，本发明这种取消ATIM帧的发送，在每个TBTT，IBSS中的节点若没有MSDU发送，再DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态的技术方案，由于取消了ATIM帧的发送，用信标帧完成原来由ATIM帧完成的功能，减少了管理帧的发送，并且由于取消了ATIM窗口期，减少了无业务数据收发的节点的处于活动状态的时间，节省了节点的能量，并且由于减少了管理帧的发送，相应地就增加了数据帧交换的时间，提升了系统的效率。
附图说明
图1是MAC帧头的帧控制域的格式示意图；
图2是本发明实施例中的一种独立基本服务组IBSS系统的组成示意图。
具体实施方式
在本发明中，对现有的802.11标准中的IBSS功率管理机制进行了改进，取消了ATIM帧的发送，通过信标帧代替ATIM帧的功能，并对活动状态和睡眠状态之间的转变机制进行了修改，其他的机制不变。具体如下：
在每个TBTT，IBSS中的每个节点应：
1)延缓对任何待发的非信标帧的发送退避计时器的递减；
2)若没有MSDU要发送，再等待分布式帧间间隔(DIFS)，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则转入3)，如果在DIFS期间收到信标帧，则执行信标帧接收处理流程；如果有MSDU要发送，则直接转入3)；
3)计算一个随机延迟时间，它均匀分布于零到两倍的最小竞争窗与时隙长度的乘积之间，启动随机延迟定时器，该随机延迟定时器的定时时间即为所计算出的随机延迟时间；这里最小竞争窗与时隙长度是802.11标准中规定的参数；
4)等待随机延迟周期，即等待随机延迟定时器溢出；这里用与退避算法相同的算法递减随机延迟定时器；
5)如果信标帧在随机延迟定时器溢出前到达，则关闭随机延迟定时器并取消待发的信标帧的发送；
6)如果随机延迟定时器溢出，并且在延迟期间没有信标帧到达，则发送一个信标帧。
在本申请文件中，将上述的3)-6)称为随机延迟定时器处理流程。
处于P S模式的节点应根据如下规则在活动状态和睡眠状态之间转变：
1)如果节点运行于PS模式，它应在每个TBTT前进入活动状态；
2)如果节点收到的信标帧中的通信量指示图(TIM)字段指示有MSDU要接收，则一直保持活动状态，如果TIM字段指示没有MSDU要接收，并且也不处于帧交换序列状态，则转入睡眠状态；
3)如果节点传送一个信标帧，则一直保持活动状态到下一个信标窗口的结束；
4)如果节点没有传送信标，或者它收到的信标帧的TIM字段表示没有MSDU要接收，则在信标帧后转入睡眠状态。
信标帧的接收处理流程如下：
节点应使用所有接收到的信标的CF参数集合元素的信息来更新他们的NAV，并解析信标帧的TIM字段，判断有没有MSDU要接收，如果有，则保持活动状态，否则转入睡眠状态。
由上述可见，本发明设计了802.11的分布式网络中发送信标的方式，对节点竞争发送信标帧的原则进行了修改，对于没有MSDU帧要发送的节点通过使其等待DIFS帧间隔的方式，提高了有MSDU帧要发送的节点的竞争发送信标帧的优先级。对信标帧赋予了新的功能，接收到信标帧的节点一方面要利用该信标帧的时间参数完成同步的功能，另一方面还要看是否有发送给自己的MSDU，这样就使得信标帧具备了ATIM管理帧的功能。位于PS模式的节点要根据信标帧的TIM字段判断是否有MSDU要接收，并根据判断结果决定是否进入睡眠状态(处于帧交换序列时除外)。
基于上述实施例，接下来给出本发明中的一种IBSS系统。
图2是本发明实施例中的一种独立基本服务组IBSS系统的组成示意图。如图2所示，该系统包括多个节点(图2中示意性地画出了4个节点)，这些节点取消了通告通信量指示消息ATIM帧的发送，并且，在每个目标信标传输时间TBTT：
每个节点，若没有MAC服务数据单元MSDU发送，再等待分布式帧间间隔DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则执行信标接收处理流程；
在所述信标接收流程中：节点解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态。
在图2所示的系统中，在所述随机延迟定时器处理流程中：
节点计算一个随机延迟时间，启动随机延迟定时器，该随机延迟定时器的定时时间为所述计算出的随机延迟时间；
如果信标帧在随机延迟定时器溢出前到达，则节点关闭随机延迟定时器和待发的信标帧的发送并取消待发的信标帧的发送；
如果随机延迟定时器溢出，并且在延迟期间没有信标帧到达，则节点发送一个信标帧。
在图2所示的系统中，在每个目标信标传输时间TBTT，每个节点还延缓对任何待发的非信标帧的发送退避计时器的递减。
在图2所示的系统中，每个节点还用于：
在每个TBTT前进入活动状态；
如果传送一个信标帧，则一直保持活动状态到下一个信标窗口的结束；
如果没有传送信标帧，或者该节点收到的信标帧的TIM字段表示没有MSDU要接收，则转入睡眠状态。
如果接收到信标帧，解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，如果TIM字段指示有MSDU要接收，是则保持活动状态，如果TIM字段指示没有MSDU要接收，并且也不处于帧交换序列状态，则转入睡眠状态。
综上所述，本发明这种取消ATIM帧的发送，在每个TBTT，IBSS中的节点若没有MSDU发送，再DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态的技术方案，由于取消了ATIM帧的发送，用信标帧完成原来由ATIM帧完成的功能，减少了管理帧的发送，并且由于取消了ATIM窗口期，减少了无业务数据收发的节点的处于活动状态的时间，节省了节点的能量，并且由于减少了管理帧的发送，相应地就增加了数据帧交换的时间，提升了系统的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种独立基本服务组IBSS系统，该系统包括多个节点，其特征在于，这些节点取消通告通信量指示消息ATIM帧的发送，并且，在每个目标信标传输时间TBTT：
每个节点，若没有MAC服务数据单元MSDU发送，再等待分布式帧间间隔DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则执行信标接收处理流程；
在所述信标接收流程中：节点解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述随机延迟定时器处理流程中：
节点计算一个随机延迟时间，启动随机延迟定时器，该随机延迟定时器的定时时间为所述计算出的随机延迟时间；
如果信标帧在随机延迟定时器溢出前到达，则节点关闭随机延迟定时器和待发的信标帧的发送并取消待发的信标帧的发送；
如果随机延迟定时器溢出，并且在延迟期间没有信标帧到达，则节点发送一个信标帧。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在每个目标信标传输时间TBTT，每个节点还延缓对任何待发的非信标帧的发送退避计时器的递减。
4.根据权利要求2所3所述的系统，其特征在于，每个节点还用于：
在每个TBTT前进入活动状态；
如果传送一个信标帧，则一直保持活动状态到下一个信标窗口的结束；
如果没有传送信标帧，或者该节点收到的信标帧的TIM字段表示没有MSDU要接收，则转入睡眠状态。
如果接收到信标帧，解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，如果TIM字段指示有MSDU要接收，是则保持活动状态，如果TIM字段指示没有MSDU要接收，并且也不处于帧交换序列状态，则转入睡眠状态。
5.一种独立基本服务组IBSS中的功率管理方法，其特征在于，取消通告通信量指示消息ATIM帧的发送，该还方法包括：
在每个目标信标传输时间TBTT，IBSS中的节点执行的步骤包括：若没有MAC服务数据单元MSDU发送，再等待分布式帧间间隔DIFS，如果在DIFS期间没有收到信标帧，则执行随机延迟定时器处理流程，如果在DIFS期间收到信标帧，则执行信标接收处理流程；
所述信标接收流程包括：节点解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，根据TIM字段判断是否有MSDU要接收，是则保持活动状态，否则转入睡眠状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述随机延迟定时器处理流程包括：
计算一个随机延迟时间，启动随机延迟定时器，该随机延迟定时器的定时时间为所述计算出的随机延迟时间；
如果信标帧在随机延迟定时器溢出前到达，则关闭随机延迟定时器和待发的信标帧的发送并取消待发的信标帧的发送；
如果随机延迟定时器溢出，并且在延迟期间没有信标帧到达，则发送一个信标帧。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在每个目标信标传输时间TBTT，IBSS中的节点执行的步骤还包括：延缓对任何待发的非信标帧的发送退避计时器的递减。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
IBSS中的节点在每个TBTT前进入活动状态；
如果IBSS中的节点传送一个信标帧，则一直保持活动状态到下一个信标窗口的结束；
如果IBSS中的节点没有传送信标帧，或者该节点收到的信标帧的TIM字段表示没有MSDU要接收，则转入睡眠状态。
如果IBSS中节点接收到信标帧，解析所接收信标帧的通信量指示图TIM字段，如果TIM字段指示有MSDU要接收，是则保持活动状态，如果TIM字段指示没有MSDU要接收，并且也不处于帧交换序列状态，则转入睡眠状态。
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