CN105429763A - 用于具有安全规定的节能网络适配器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于具有安全规定的节能网络适配器的系统和方法。根据实施例，网络设备包括网络控制器和耦合到网络控制器的至少一个网络接口，该至少一个网络接口包括被配置为耦合到至少一个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备。网络控制器可以被配置为确定包括至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有耦合到至少一个PHY的可用介质类型的最低功率消耗和最小安全属性。

Description

用于具有安全规定的节能网络适配器的系统和方法

本申请要求于2014年9月15日提交的、题为“SystemandMethodforanEnergyEfficient/SecurityAwareNetworkAdaptor”的美国临时申请No.62/050,621的权益，并且还是于2015年3月30日提交的、题为“SystemandMethodforanEnergyEfficientNetworkAdaptorwithSecurityProvisions”的美国非临时申请No.14/672,977的部分延续申请，其是于2012年9月28日提交的、题为“SystemandMethodforanEnergyEfficientAdaptor”的美国非临时申请No.13/631,504的部分延续申请，其要求于2011年11月11日提交的、题为“SystemandMethodforanEnergyEfficientNetworkAdaptor”的美国临时申请No.61/558,752的权益，由此以上申请的整体公开内容通过引用并入于此。

技术领域

本发明总体上涉及联网系统，并且更具体地，涉及用于具有安全规定(provision)的节能网络适配器的系统和方法。

背景技术

由于联网设备已经变得更便宜并且更有能力，这些设备的市场已经激增。此外，用户向这些设备需求更快的速度、更好的性能、以及无缝操作。用户对更好的QoS和高网络可用性加上设备互操作性的需求，驱动着具有多个网络接口的设备以及用于将多个接口集成到单个家庭区域网络中的标准的发展。设备和网络接口的增殖意味着网络接口的功率消耗成为了与设备拥有者和操作者越发相关的问题。

功率消耗具有若干用户可见的负面影响，其中一些包括：其是拥有设备的长期成本的重要贡献者；其减少了电池寿命并且增加了电源的成本和复杂性；以及其可以提高设备温度，从而潜在地增加了设计尺寸和复杂度以容纳更强大的冷却机制。可以通过减少有效时钟速度并且通过在它们未使用的时段将设备的部件禁用，来减少设备功率消耗。这些技术更加难以应用于给定设备的联网层，因为设计通常假设网络请求将是不可预测的。

发明内容

根据实施例，网络设备包括网络控制器和耦合到该网络控制器的至少一个网络接口，至少一个网络接口包括被配置为耦合到至少一个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备。网络控制器可以被配置为确定包括至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有耦合到至少一个PHY的可用介质类型的最低功率消耗和安全属性。

根据第一方面，提供了一种网络设备，其包括：网络控制器；和至少一个网络接口，耦合到所述网络控制器，所述至少一个网络接口包括被配置为耦合到至少一个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备，其中：所述网络控制器被配置为：确定包括至少一个网络接口的网络路径，所述网络路径具有耦合到所述至少一个PHY的可用介质类型的最低功率消耗并且满足最小安全属性集合，并且将功率消耗数据和安全数据传输到第一其它网络设备，其中所述功率消耗数据包括对由所述网络设备消耗的功率的测量。

根据第一方面的实施例，最小安全属性集合包括加密算法、密钥交换方法、以及密钥长度中的至少一个。

根据第一方面的实施例，网络控制器进一步被配置为确定所述最小安全属性集合，其中所述最小安全属性集合是基于用户设置、应用要求、服务要求、协议要求、以及流量类型中的至少一个来确定的。

根据第一方面的实施例，网络控制器进一步被配置为通过从其它网络设备接收功率消耗数据和安全数据、基于所接收的所述功率消耗数据选取多个所述其它网络设备、以及在所选取的多个所述其它网络设备上路由数据，来确定所述网络路径。

根据第一方面的实施例，网络控制器进一步被配置为确定所选取的多个所述其它网络设备的数据路径，并且确定用于所选取的多个所述其它网络设备中的至少一个其它网络设备的路径、功率管理方法、以及安全方法。

根据第一方面的实施例，网络控制器进一步被配置为接收来自所述第一其它网络设备的基于传输的所述功率消耗数据和所述安全数据的数据路径指派，并且基于所述路径指派将来自所述第一其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

根据第一方面的实施例，网络控制器被配置为接收来自所述第一其它网络设备的请求路径、安全方法、以及功率管理方法，并且进一步基于所接收的所述路径、所述安全方法、以及所述功率管理方法，将来自所述第一其它网络设备的所述数据转送到所述第二其它网络设备。

根据第一方面的实施例，网络控制器被配置为确定功率管理方法和安全方法，并且进一步基于所确定的路径、安全方法、以及功率管理方法将来自所述第一其它网络设备的所述数据转送到所述第二其它网络设备。

根据第一方面的实施例，网络控制器进一步被配置为确定具有安全措施的最低功率消耗的所述网络路径，所述安全措施满足所述最小安全属性集合。

根据第二方面，提供了一种网络设备，其包括：第一数据接口；混合网络控制器，耦合到所述第一数据接口；以及多个网络接口，耦合到所述混合网络控制器，所述多个网络接口包括被配置为耦合到多个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备，其中所述混合网络控制器被配置为：确定包括所述多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，所述网络路径具有耦合到所述多个PHY的可用介质类型的最低功率消耗并且满足最小安全属性集合；基于所确定的所述网络路径，确定所述第一数据接口通过所述多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据；将功率消耗数据和安全数据传输到第一其它网络设备；接收来自所述第一其它网络设备的基于所传输的所述功率消耗数据和所述安全数据的数据路径指派；并且基于所述路径指派，将来自所述第一其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

根据第二方面的实施例，最小安全属性集合包括加密算法、密钥交换方法、以及密钥长度中的至少一个；并且混合网络控制器进一步被配置为确定所述最小安全属性集合，其中所述最小安全属性集合是基于用户设置、应用要求、服务要求、协议要求、以及流量类型中的至少一个来确定的。

根据第二方面的实施例，在物理层和介质访问层之间的接口被配置为从所述MAC设备或者从所述多个PHY中的一个PHY接收传输的功率成本度量标准和安全属性，其中所述传输的所述功率成本度量标准包括安全属性的功率成本。

根据第二方面的实施例，混合网络控制器被配置为通过当流量控制器基于流量要求信道状况和链路安全要求确定数据压缩和加密不必要时，禁用所述数据压缩和所述加密，来减少所述PHY或者所述MAC的功率。

根据第二方面的实施例，混合网络控制器基于所述网络设备的功率评级度量标准和安全属性确定所述网络路径。

根据第二方面的实施例，网络设备进一步包括功率/安全测量子系统，所述功率/安全测量子系统被配置为：测量所述功率评级度量标准；确定最小安全属性；并且向所述混合网络控制器报告所述功率评级度量标准和所述最小安全属性。

根据第二方面的实施例，功率测量设备进一步被配置为使得所述功率评级度量标准和所述安全数据可用于流量控制器和耦合到所述网络设备的网络。

根据第三方面，提供了一种操作包括第一数据接口和多个网络接口的网络设备的方法，所述方法包括：确定包括所述多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，所述网络路径具有可用介质类型的最低功率消耗并且具有最小安全属性，其中确定所述网络路径包括使用基于硬件的控制器；基于所确定的所述网络路径，确定所述第一数据接口通过所述多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据，其中确定所述第一数据接口通过所述多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据包括使用所述基于硬件的控制器；将功率消耗数据和安全数据传输到第一其它网络设备；接收来自所述第一其它网络设备的基于所传输的所述功率消耗数据和所述安全数据的数据路径指派；并且基于所述路径指派，将来自所述第一其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

根据第三方面的实施例，方法进一步包括确定所述最小安全属性，其中所述最小安全属性基于用户设置、应用要求、服务要求、协议要求、以及流量类型中的至少一个来确定，并且所述最小安全属性包括加密算法、密钥交换方法、以及密钥长度中的至少一个。

根据第三方面的实施例，方法进一步包括确定具有所述最小安全属性的可用介质类型的最低功率消耗。

根据第三方面的实施例，方法进一步包括：确定所述网络设备的功率评级度量标准，其中确定所述网络路径是基于所确定的所述功率评级度量标准和所述最小安全属性来执行的。

根据第三方面的实施例，确定所述网络路径进一步包括确定具有安全措施的最低功率消耗的网络路径，所述安全措施满足所述最小安全属性。

在附图和下面的描述中阐述了本发明的一个或者多个实施例的细节。根据描述和附图以及权利要求，本发明的其它特征、目的以及优势将变得显而易见。

附图说明

为了更完整地理解实施例及其优势，现在参考结合附图进行的以下描述，其中：

图1是混合网络系统的框图；

图2图示了混合网络系统的硬件框图；

图3a至图3b图示了混合网络系统的实施方式示例；

图4a至图4b图示了实施例系统；

图5图示了用于IEEE1901的示例信标时段配置；

图6图示了常规的无线电参数协商处理；

图7图示了MPDU格式和接收状态图；

图8图示了用于延迟优化传输的逻辑结构和对应MPDU；

图9图示了用于效率优化传输的逻辑结构和对应MPDU；

图10图示了示出了发送器处的传输的最大按频率能量分布的频谱图；

图11图示了示出了在接收器处的示例能量分布的频谱图；

图12图示了具有幅度协商的实施例信道估算处理；

图13图示了根据实施例系统的经调节的传输幅度的频谱图；

图14图示了根据实施例系统的在经调节的传输幅度情况下所接收的频率能量分布的图；

图15图示了在发送器处的示例前导码波形；

图16图示了使用慢增益调节所接收的前导码波形；

图17图示了使用快增益调节所接收的前导码波形；

图18图示了描绘了将传输大量数据所需要的能量作为帧长度和编码率的函数的热图；

图19图示了实施例融合网络；

图20图示了两个站的使用多个接口的连接；

图21图示了实施例状态机；

图22图示了描述示例实施例安全属性和安全要求的表；并且

图23图示了实施例安全方法的流程图。

不同图中的对应的数字和符号一般指代对应的部分，除非另外指示。图被绘制为清楚地图示优选实施例的相关方面，并且不必要按比例绘制。为了更清楚地图示某些实施例，在附图编号之后可以是指示相同结构、材料或者处理步骤的变体的字母。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的做出和使用。然而，应该领会的是，本发明提供可以在种类繁多的特定上下文中采用的很多可应用的发明性概念。所讨论的特定实施例仅说明做出和使用本发明的特定方法，并且不限制本发明的范围。

将关于特定上下文中的实施例，描述本发明，例如，用于混合网络中的节能网络适配器的系统和方法。然而，实施例系统和方法不限于混合网络，并且可以被应用于其它类型的联网系统。

在实施例中，利用诸如IEEE1905.1-2013[IEEE1905.1]和IEEE1905.1a-2014[IEEE1905.1a或者基本上IEEE1905.1]标准之类的多个MAC/PHY堆栈的混合网络方法，通过允许通信在可能的情况下沿着更低功率的路径行进，并且通过当用户不需要附加的网络容量时禁用补充的通信信道，可以减少功率消耗。

在一些实施例中，通过不路由到不满足安全要求(诸如安全性或者端到端安全性的等级)的路径和/或使用其安全机制消耗最少量功率的路径，链路级安全性也可以被添加到路径(链路)决定处理。

在一些实施例中，执行功率优化，使得减少设备功能以使得不妥协QoS的方式来减少。换句话说，一些实施例功率优化方法包括当不需要特定设备容量时有策略地减少这些特定容量；仅当需要这么做时，才增加容量，并且仅到达所需要的程度；并且，当相同功能可以以多种方法执行时，为所旨在的目的选择最高效的方法。

在一些实施例中，功率消耗优化使用以下信息：系统客户端何时将需要来自系统的一些功能；系统客户端需要执行该功能所处的等级；将那些需要和数据传达到系统的相关部分所需要的能量；以及改变系统的容量等级需要多少时间和能量。一些实施例功率消耗优化处理包括保持这一信息集、发展可以进行分析以检测趋势和模式(作为示例)的历史知识、以及遵照其行动。

通常，本发明的实施例涉及调度和选取具有多个网络接口的混合系统中的数据传输路径。例如，IEEE标准和后续修正案(例如1905.1a、1905.1b等)“1905.1–StandardforaConvergentDigitalHomeNetworkforHeterogeneousTechnologies”支持融合数字家庭网络(CDHN)。一些实施例包括用于运行在家庭网络中的多网络接口设备的抽象层，其用途为向异构网络技术提供共用的数据和控制接口，异构网络技术包括：Wi-Fi(IEEE802.11x，其中“x”指示各种带字母版本中的任何一个)、Ethernet(IEEE802.3)、ZigBee(IEEE802.15.4系列)、Bluetooth协议(例如BluetoothSpecification4.1)、MoCA1.1、以及HomePlugAV1.1(即IEEE1901-2010^TM[IEEE1901]的部分)。抽象层共用接口允许应用和上层协议对于底层家庭网络技术而言是不可知的。

图1图示了实现为抽象层的IEEE1905.1标准的实施例。框图100示出了具有统一的服务访问点(SAP)102的抽象层，该服务访问点执行块104和106中的各种功能以实现对之前特定于每个介质的独立SAP(诸如HomePlug108、Wi-Fi110以及MoCA112)的融合、抽象以及统一。框图100可以称为混合网络结构100。在本发明的一些实施例中，混合网络结构100可以包括更好、更少、和/或不同的网络类型和功能。

图2图示了混合网络系统200的硬件框图，其示出了耦合到混合网络控制器204的快速(Turbo)介质无关接口(TMII)202，该混合网络控制器在一个接口处输出电力线通信(PLC)信号206并且在另一接口处输出Wi-Fi信号208。在一个实施例中，Wi-Fi信号208由经由PCIe接口210耦合到混合网络控制器204的802.11x适配器212产生。应该理解的是，图2中的图表仅描绘了混合网络系统的一个示例。其它实施例混合系统可以具有各种网络接口类型的任何数目的网络接口。例如，这可以包括经由PCIe接口(以与块212相同的方式耦合)耦合到控制器204的独立PLC接口。备选地，可以实现完全集成的设备，使得控制器204还包括适配器212的一些或者所有功能。

诸如IEEE1905.1之类的混合网络可以用于例如提供多路径数据通信，其中数据经由多个网络连接传输，如图3a所示，其示出了路由器220经由HomePlug网络连接224和Wi-Fi网络连接226与电视机222通信。混合网络系统还可以用于如图3b所示那样的延伸范围，其中平板电脑230经由HomePlug网络连接234和Wi-Fi网络连接236的串联连接耦合到路由器232。在实施例中，这一串联连接可以用于代替单个Wi-Fi网络连接238。应该领会的是，图1至图3所示的网络类型和设备类型仅是可以用于本发明的实施例中的混合网络配置的特定表示性示例。使用其它不同的网络类型和连接拓扑的其它配置可以使用。

图4a图示了适配器系统300的实施例。数据接口302(其也可以是SAP)耦合到控制器304，该控制器进一步耦合到网络接口306、308和310。这些网络接口可以包括若干不同的MAC和PHY块，或者它们可以包括单个MAC块和耦合到该MAC块的多个PHY块。这些块还可以是可动态适配的单个设备，如题为“Couplingbetweenpowerlineandcustomerinpowerlinecommunicationsystem”的美国专利No.7,440,443所述并且如题为“Integrateduniversalnetworkadapter”的美国专利No.8,050,287所述，由此以上专利的整体公开内容并入于此。控制器304向数据接口输出数据并且输入来自数据接口的数据，并且基于功率控制操作和包括QoS在内的其它参数以及本文所描述的方法，确定经由网络接口306、308以及310中的哪个传输和接收数据。可以同时经由各种MAC/PHY块发送和接收数据以利用耦合到所述块的多个介质类型，包括如下传输，其中分组(packet)在多个介质类型当中交织和/或重复。在一些实施例中，呈现到诸如图1所示的块108、110以及112之类的各种MAC/PHY块的分组不一定对应于统一SAP层102处呈现的分组，因为它们可能经历了转译和重新打包。

在实施例中，传统上驻留在介质特定MAC中的一些MAC功能被整合到统一MAC引擎(执行多个介质类型的所述功能)中，并且进一步与CDHN类型的功能集成。通常，MAC执行很多排队和缓冲管理以应付QoS要求和流量优先化/整形。在一些实施例中，MAC还可以执行分组再传输和再排序。在单个集成引擎执行CDHN和多个MAC功能两者的情形下，所需要的存储器的大小可以减少，这是由于队列和缓冲区数目的减少以及资源在多个介质特定接口当中的共享。例如，在一个实施例中，可以消除MAC队列，并且CDHN队列可以用于所有用途。同时，CPU的单个实例可以管理多个介质特定MAC，从而提供对成分和复杂性的减少。

在实施例中，控制器还可以确定各种处理块以及不同的MAC和PHY块的省电模式的状态(诸如时钟频率控制)以及掉电状态。在一些情形下，控制器还可以调度在此期间不允许网络接口进行传输或者网络接口被调度为掉电的时间区间。由控制器做出的确定可以包括确定使用哪个省电策略以及发出实现这些功率管理策略的命令和控制信号。此外，功率管理策略的确定可以以各种组合做出，以便满足特定用户的需要，或者满足特定类型的网络或者网络用例情况的需要。例如，如果内容源正在向回放设备传输视频和音频，则音频内容可以经由与视频内容不同的链路传输。因为视频和音频具有不同的带宽需要，相比于如果它们在相同的流中传输或者是经由相同的链路的不同流，可以对链路进行进一步优化。

图4b图示了根据备选实施例的适配器系统350。系统350相似于图4a中描绘的系统300，但是添加了MAC处理引擎352。在实施例中，MAC处理引擎352可以在系统中的多个介质特定MAC当中执行排队功能。例如，MAC处理引擎352可以整合否则将驻留在介质特定MAC中的排队功能，该介质特定MAC驻留在MAC/PHY块354、356以及358中。这种实施例的优势包括能够进一步减少系统实施方式的尺寸和复杂性。

在实施例中，MAC处理引擎352执行在系统中的多个介质特定MAC当中共同或者相似的MAC功能。作为示例，它可以将所有否则将驻留在介质特定MAC中的排队与抽象层所必要的排队整合成单个经优化引擎，其进一步允许了减少整个实施方式的尺寸和复杂性。

图4a至图4b所示的系统可以在单个集成电路上实现，或者可以使用多个集成电路或者本领域已知的其它部件来实现。控制器可以使用微处理器、微控制器、自定义逻辑、或者其它本领域已知电路实现。在一些实施例中，控制器的操作可以是可进行软件编程的、以可以或者不可以配置和/或编程的硬件实现、或者两者的组合。

在一些实施例中，功率可以在四个域中减少：在单个设备中的单个网络接口中；在跨共享该网络的所有设备的单个网络接口中；在单个设备中的多个网络接口中；以及在跨可以使用这些网络通信的设备联合体的多个网络接口中。因此，在一些实施例中，功率可以如下减少：在单个设备上的单个MAC/PHY实施方式内；在跨整个网络的单个MAC/PHY实施方式内；跨单个设备上的多个MAC/PHY实施方式；以及跨多个MAC/PHY实施方式(跨整个网络)。虽然在本文中关于IEEE1901(作为网络MAC/PHY的示例)和IEEE1905.1-2013(作为混合网络的示例)描述了实施例，但是实施例可以超出这些具体描述的上下文而广泛应用。

IEEE1901标准定义了用于PLC的MAC/PHY，包括对用于介质协调的时分多址(TDMA)和载波感测多址(CSMA)模式的规定。IEEE1901网络包括单个网络管理节点，称为BSS管理器，其为网络上的其它设备提供稳定的时钟参考，并且其协调用于设备通信的TDMA和CSMA时段的分配。

IEEE1901中的TDMA区域由BBS管理器管理，并且通过网络信标(Beacon)中的永久和非永久调度BENTRY传达到网络站。为了在TDMA区域中通信，站必须按流量规范(TSPEC)表征可能出现在TDMA区域中的网络流量，并且在TDMA分配请求中将这一TSPEC呈现到BSS管理器。图5图示了用于IEEE1901的示例信标时段配置。

图示无线电参数协商的图500图示在图6中。在IEEE1901网络中，单播通信参数是表示为站A502的源和表示为站B504的目的地之间的协商的产物。在该协商处理中，站A502首先将SOUND帧506发送到站B504。在接收到SOUND帧时，站B504从PHY收集关于该帧的接收保真度的信息。这一信息被用于计算站A502应该用于与站B504的未来通信的无线电配置信息(或者“声调图”)。站B504用SOUND_ACK508对SOUND帧做出响应，从而指示站A是否应该在声调图被返回到站A502之前发送更多SOUND帧506。在收集了足够的信息之后，站B504将向站A502发送CM_CHAN_EST.indication(指示)消息510。这一消息包括站A502应该用于未来向站B504的传输的声调图集合。

虽然IEEE1901PHY被设计为能够高达4096-QAM调制，但是大百分比的介质时间将具有需要少得多的发送器和接收器准确性的形式。在这种时段期间，PHY时钟可以以减少的速率运行，从而节省功率。

在没有站在进行传输时(介质空闲)，PHY可以仅需要足够的准确性以检测优先级分辨率符号(PRS)(在PRS窗口期间)或者前导码的开头。在检测到PRS之后，PHY不需要接收任何附加的介质信号，直到当前PRS时段结束。另一方面，在处理MAC协议数据单元(MPDU)时接收有效载荷需要增加接收器保真度：前导码的开头可以比前导码到帧控制边界更简单地检测到；并且相比于解码帧控制或者有效载荷数据，检测前导码的结尾更简单。在实施例中，MPDU的较简单部分可以潜在地在降低的采样频率下被传输和接收，从而节省功率。例如，在实施例中，初始前导码检测(和PRS检测)可以比前导码边界检测在更低的采样频率下运行。

图7图示了MPDU格式和接收状态图550。在接线上的流量处于空闲的同时，接收器开始搜索前导码状态560。当接收器接收到前导码552时，接收器转变为搜索前导码结尾状态562。在电信工业协会(TIA)帧控制(FC)554的接收处，接收器转变为接收TIAFC564，直到接收AVFC566，在接收AVFC566情形下接收器转变为接收ACFC状态。这些TIAFC消息符合“TIA/TR-30.1,TIA1113:AMediumSpeed(Upto14Mbps)PowerLineCommunications(PLC)Modem,May2008”[TIA1113]标准，其整体内容并入于此。一旦接收到有效载荷帧558，则接收器转变为接收有效载荷帧状态568。在有效载荷帧558的接收完结时，接收器再一次呈搜索前导码状态560。

减少采样时钟速率可以对功率消耗产生有益影响；并且完全禁用接收逻辑可以产生甚至更大的积极影响。这需要标识其中没有有效数据应该接收的时段。这种时段可以称为“接收器无关时段”或者RIP。一些RIP容易标识(诸如当站本身是发送器时或者在MPDU间的区间期间)，一些RIP将由于接收操作的阶段性本质而出现，而其它的RIP依赖于单独站性质和信标时段中的区域类型。

一些RIP包括在检测到接线上的MPDU数据与接收器无关和接收器用于该MPDU的虚拟载波感测定时器到期之间的时间。这可以以至少两种方法发生：对于MPDU数据的早期接收操作可能失败(阻止后期接收——例如检测前导码结尾失败可以阻止帧控制接收，并且帧控制解码失败可以阻止有效载荷接收)；或者早期MPDU数据可以指示本地接收器不是所旨在的接收方。例如，目的地终端设备标识符或者AV帧开始(Start-of-Frame)帧控制中的短网标识符可能不匹配本地设备的配置。在任一情形下，该帧保证不以本地设备为目的地，并且在本发明的一些实施例中可以忽略。

其它RIP可以通过信标区域分配确定。一般地，不参与特定全局或者本地链路的站在被分配到这些链路的TDMA区域期间不活跃于介质上。(BSS管理器或者代理BSS管理器是例外，其需要在TDMA区域期间为了计费和维护目的而收听介质活动)。站一般不需要在停工(stayout)或者受保护区域期间收听介质，并且一般仅BSS管理器将需要在用于外网的信标区域期间收听介质。

如先前描述的，在停工或者受保护区域期间，站既不发送也不接收网络有效载荷。因此，功率消耗速率在这些区域期间可以大幅减少。IEEE1901BSS管理器站控制信标区域的总体结构。图5图示了具有停工区域402和412、信标区域404和414、CSMA区域406、以及TDM区域408和410的示例信标区域配置400。通过减少CSMA区域406的大小，并且增加停工区域402或者414的大小，BSS管理器可以减少跨IEEE1901网络中的每个设备的功率消耗。

减少CSMA区域406的大小将减少整个网络的可用带宽，这可能降低用户感知网络性能。在实施例中，这一担忧可以通过使BSS管理器观察在CSMA时段期间的介质利用率，来部分地解决。当使用率下降到某个阈值之下足够的时间段时，BSS管理器可以增加停工区域402或者414的持续时间并且减少CSMA区域406的持续时间。如果使用率超过不同阈值足够的时间段，则BSS管理器可以执行相反的操作，使更多时间可用于CSMA期间的网络流量。

用于通信的声调图可以对发送器的功率消耗产生一些作用。例如，高带宽声调图可能每个活跃传输时间需要比低带宽声调图更多的功率，这是由于处理了更大量的数据。高带宽声调图还可能需要比低带宽声调图更少的介质上的活跃传输时间。因为将传输数据放置在介质上比针对要接收的MPDU轮询介质需要更多的能量，这暗示着，在信号生成等级，每单位传输数据，更高带宽声调图通常将比低带宽声调图节能。当可能针对传输从声调图集合中选择时，实施例功率消耗可以通过使用该声调图而减少，这将导致：第一，最少量的能量被放置在介质上；以及第二，需要最少的能量用于编码数据。在实际中，这通常将意味着确定哪些声调图将在介质上占据最短的时间段，并且于是从该集合选择最低带宽的声调图。

在实施例中，减少所传输的信号中的能量也可以帮助减少设备中的功率消耗。然而传输幅度的统一减少很可能降低接收器处的信噪比(SNR)，从而损害QoS，有策略地减少特定频率范围内的发送器幅度可以减少用于发送MPDU所需要的功率，并且不会劣化——并且甚至可以改进——一些实施例中的接收器性能。实施例发送器可以通过减少声调图中的不活跃频率上的传输幅度以利用这一机会。可以通过在IEEE1901网络级修改声调图协商处理对其进一步改进。这种技术在下面描述。

任何IEEE1901长MPDU需要超过用于传达有效载荷严格必要的通信开销：其包括MPDU报头；MPDU的传输可能向帧流中引入填补；并且通常将预期接收器传输响应MPDU。因此，减少给定数量的有效载荷所需要的MPDU的数目可以改进IEEE1901网络的效率。在一些情形下，站将能够确定目的地不立即需要可用于传输的数据。在这种情形下，站可以推迟传输，直到接收方需要该数据，或者已经积累了足够的数据使得传出的传输将最佳高效。

图8图示了用于延迟优化传输的逻辑结构600和对应MPDU601。在逻辑结构600中，MSDU602、606以及608连同填补区域604和610一起被映射到PHY块612、614、616以及618中，使得填补区域604延伸到PHY块614的结尾。在产生的MPDU中，PHY块612和614跟随报头620，并且PHY块616和618跟随由响应块622分离的报头624。

图9图示了用于效率优化传输的逻辑结构630和对应的MPDU631。在逻辑结构630中，MSDU602、606以及608连同填补区域632一起被映射到PHY块612、614以及616中，使得填补区域632延伸到PHY块616的结尾。在产生的MPDU中，PHY块612、614以及616跟随报头634，之后是响应块622。

所有TDMA区域具有预期的流量模式(其中流量模式包括如下方面，即预期的介质使用率、两个通信端点)。在TDMA区域内，接收站将总是知道传输站的身份。因此，接收器可以通过预配置用于从这一特定发送器接收的无线电，改进其保真度并且减少其活动。例如，从发送器到接收器的信号质量不太可能非常频繁地改变；接收器可以依靠这一点在发送器在接线上发送任何有效载荷之前，对其预期要应用于这一发送器的增益进行预编程。这将简化动态接收行为，从而改进性能同时略微减少功率消耗。

在本发明的实施例中，可以使用其可以在网络级改进功率消耗的各种实施例技术。在一些实施例中，这些改进涉及多个设备之间的协调，并且可以对IEEE1901协议进行增强以实现这些增强。应该进一步理解的是，相似的实施例增强还可以用于其它系统和协议。

给定的IEEE1901站将通常针对所有其传输使用恒定的幅度。这意味着对于不同接收器而言，发送器将被感知为更大声或者更安静，这依赖于信号沿着从发送器的路径的衰减。对于任何给定的接收器，信号衰减通常将跨所有频率不均匀：一些频率范围将示出比其它频率范围更大的衰减。例如，图10图示了功率谱密度图，其示出了可以发送的最大按频率能量，而图11图示了功率谱密度图，其示出了在用于该传输的接收器处的示例能量分布。在这一示例中，所有频率在接收器处示出至少15db的衰减，并且在24MHz附近存在空值(null)。

通过向所接收的信号施加增益，接收器将传输归一化，使得来自AFE的ADC将呈现最大的可能范围，同时避免限幅(clipping)。这总体上改进了接收器准确性，使得更高带宽的调制可用于发送器。然而，增益通常跨所有频率以均匀方式施加。这意味着接收器将通常在较小衰减的频率范围内看到改进的准确性，而在较多衰减的频率范围内看到较差的准确性。

图12图示了具有幅度协商的实施例信道估算处理700。这里，通过将传输幅度协商包括在信道估算处理中，可以改进接收器响应，并且发送器可以在介质上发射更少的能量。由站B504表示的接收器检测SOUND帧506中的不同信道处的能量水平，并且在称为CHES_AMP_MAP.indication(指示)710的新的管理消息条目(MME)中将这一信息转发到发送器。由站A502表示的发送器在接收到这一MME时可以以如下方式调节其幅度图，使得通过增加之前相对微弱的信道的经增益调节的使用性，接收器观察到跨频率的更平坦的能量分布。经调节的传输幅度的功率谱密度图在图13中图示，并且在经调节的传输幅度情况下产生的接收频率能量分布的功率谱密度图在图14中示出。

这一处理用较低的SNR换取了更低能量载波的数字输出分辨率的改进。在实施例中，为了保证发送器具有足够的信息用于做出合适的权衡，CHES_AMP_MAP.indication710MME还可以包括收集的按频率SNR数据。

IEEE1901接收器使用前导码来标识经调制有效载荷的开始，并且在检测到前导码之后确定应该施加于所接收信号的增益值。这需要的时间量可以依赖于所使用的增益调节技术以及接收器处的信号的幅度而变化。总体上，当介质空闲时的增益设置和用于接收操作的目标增益设置之差越大，增益到达其目标值所用的时间将越长。如果在接收操作中，增益未足够早地到达目标值，则在一些情形下数据解调可以妥协。

图15示出了发送器处的示例前导码波形。图16图示了在指定为“站A”的第一接收器处的使用慢增益调节接收的前导码波形，并且图17图示了在指定为“站B”的第二接收器处的使用快增益调节接收的前导码波形。在图16和图17两者的开始处，在介质上没有信号的同时，站A和站B两者具有在最大值处的增益。在实施例中，这便于接收最微弱的可能MPDU。站B比站A微弱得多地听取前导码，因此站B使用更少的时间将其增益调节到目标值。这意味着站B可以比站A使用更多的前导码，并且这一额外前导码数据中的一些对于解码数据而言可以是不必要的。如果发送器已经向站B发出了单播传输，并且如果其发送了经缩短的前导码，则已经在介质上放置更少的能量，并且站B仍然能够解码传输。在实施例中，接收器测量调节其增益所用的时间量，并且将这一时间报告给发送器作为CM_CHAN_EST.indication的部分。然后，发送器可以使用这一信息来缩短针对该目的地的传出前导码。

在IEEE1901网络中传达MPDU所需要的能量的量可以表达如下：

E_MPDU＝E_symN_sym+KM_PDU(1)

其中E_MPDU是传达MPDU所需要的能量的量；E_sym是传达每个数据符号所需要的能量的量；N_sym是要传输的数据符号的数目；并且K_MPDU是用于传达MPDU的不变化部分的能量的某个恒定量。E_sym和N_sym两者受用于传输有效载荷的无线电参数的影响。比起使用高带宽声调图调制的数据，使用低带宽声调图调制的数据可以使用更低的PHY采样率编码和解码，并且可以以更低的幅度可靠地传输。假设传输数据符号所需要的的能量与数据编码率成比例，则传输数据符号所用的能量的量可以表达为：

E_sym＝K_symR，(2)

其中R是数据编码率。另一方面，以更低数据编码率传输的数据一般将需要更多数据符号用于传输：

$N_{sym}=ceil\left(\frac{8\left(L+8\right)}{R}\right).---\left(3\right)$

使用E_sym和N_sym的方程式展开等式(1)，则获得以下方程式，以用于基于帧长度和数据编码率来计算传输MPDU所需要的能量：

$E_{MPDU}=K_{sym}R\·ceil\left(\frac{8(L+8)}{R}\right)+K_{MPDU}.---\left(4\right)$

图18图示了热图，该热图描绘了作为帧长度和编码率的函数的传输大量数据所需要的能量。如图所示，对于任何给定的帧长度，编码率可以对传输帧所用的能量的量产生显著影响，尤其在高数据速率的情况下。虽然这一关系的本质依赖于E_sym的方程式(其将是发送器、接收器、以及(潜在地)环境相关的)，但是对于一些流量数量而言，情况可能是，通过减少声调图带宽可以节省能量。

可以通过修改IEEE1901信道估算处理以生成和传达相关的声调图的集合，来支持这一实施例优化。在实施例中，在给定数量的流量(从高数量/高带宽编码向下至低数量/低能量)情况下，集合中的每个声调图为了最大能量效率进行优化。有效载荷接收器可以利用如下事实，集合中的每个声调图从相同的信道无线电特性得出，以高效率地编码用于向发送器传达的声调图集合：容量最高的声调图可以使用当前的IEEE1901声调图编码机制，而容量较低的声调图可以作为从容量次高的声调图的增量传达。当声调图集合在发送器和接收器之间被同步时，发送器可以选择最佳的声调图用于跨介质发送有效载荷，从而节省功率。

上述实施例技术在TDMA区域中可以比在CSMA区域中更好地工作。IEEE1901使用CSMA/CA协议管理共享的介质，并且CSMA/CA依靠所有网络节点能够检测其它节点何时在通信以避免冲突。上述实施例技术可以减少未涉及的节点能够可靠地检测通信的似然(likelihood)。在一些实施例中，上述技术可以被进一步细化，以减少冲突的可能性以及网络性能降低的前景。

在实施例中，IEEE1901RTS/CTS协议可以用于解决CSMA区域中的这一问题。在一个实施例中，在RTS/CTS交换期间，未采用实施例功率减少技术：传输具有标准传输幅度和全长度前导码的RTS和CTSMPDU。由于其它站应该能够接收RTS和CTSMPDU，CSMA/CA算法在这一实施例中可以更具鲁棒性。在成功的RTS/CTS之后，有效载荷MPDU传输可以使用上述相关的实施例功率减少技术。在一些实施例中，使用RTS/CTS意味着可能有一些附加的通信开销、增加的功率消耗、增加的延迟、以及减少的带宽。在一些实施例中，要确定有效载荷通信中的功率节省是否会补偿使用RTS/CTS协议的代价。这一确定可以是由单个站或者由系统范围的合作(其中两个或者多个节点参与分析)执行的算法的部分。

图19图示了融合网络800，该融合网络可以被定义为其中每个节点802和804可以同时使用耦合到不同介质820、824以及826的多个MAC/PHY810、812以及814通信的网络。在实施例中，每个节点具有应用层806和混合融合层808。每个节点还具有由耦合到IEEE1901介质820的IEEE1901接口810、耦合到Wi-Fi介质824的Wi-Fi接口812、以及耦合到MoCA介质826的MoCA接口814表示的多个MAC/PHY。应该理解的是，图19所示的网络800是很多可能的实施例网络的一个示例。备选实施例网络可以包括例如利用相同或者不同网络类型的更多或者更少的MAC/PHY接口。

IEEE1905.1规范允许设备同时沿着多个底层技术通信。对于任何给定的IEEE1905.1站，可能的是，其底层网络接口的某个集合是未连接的(即使用该接口不能到达其它设备)或者是冗余的(即使用这一网络接口不能到达节点，使用另一网络接口也不能到达该网络接口)。未连接的网络接口可以被禁用以减少功率消耗。然而，当尝试发现仅可以使用该接口到达的其它设备时，可以启用这种接口。发现时间将是设备的总正常运行时间的某一部分。冗余接口可以潜在地被禁用，但是这是精细操作，如果实现得不好，则可能阻止设备间的通信。

禁用冗余接口可以降低网络中的可用通信路径冗余度。安全地禁用冗余接口涉及保证相邻节点不禁用到达本地节点的所有备选路径。例如，考虑图20中的网络，其描绘了由两个接口连接的两个站。接口INTERFACE1和INTERFAC2两者是冗余的，因此两个站可以选择禁用任一接口。在这一情形下，如果站1禁用INTERFACE1，而站2禁用INTERFACE2，那么在一些实施例中站将不再能够通信。

图21图示了实现使冗余接口掉电的安全手段的实施例状态机900。该状态机描述了网络接口的启用/禁用状态。使用这一机器，禁用活跃网络接口涉及向接口的控制平面发送SAFE_POWERDOWN命令。接口通过在备选接口上向网络中的所有远程设备发出拓扑更新以对这一命令做出响应。如果所有远程设备在超时到期之前确认拓扑更新，那么关闭这一接口将是安全的。否则，操作会失败，并且在所有其它接口上发送拓扑更新消息，以指示这一网络接口仍然活跃。

在实施例中，状态机900从空闲状态902开始，并且在接收到ACTIVATE命令时转变到活跃状态904。在接收到SAFE_POWERDOWN命令时，状态机900转变到PowerDown_Start(掉电_开始)状态906。如果接收到来自所有远程设备的确认，则状态机900转变回到空闲状态902。否则，状态机900再次进入活跃状态904。

在实施例中，禁用冗余接口可以节省设备上的能量。然而，一些接口很可能比其它接口吸取更多的功率。禁用这些高功率接口将导致更大的功率节省。禁用冗余接口还将减少设备的可用通信容量。为了保持QoS，当在一些实施例中需要更多带宽用于与使用该接口可到达的站之一通信时，重新启用这种接口。

流式介质应用的特征通常在于大数量介质数据的通信，其中所有介质数据可用于立即下载(受到介质主机和渲染设备之间的可用带宽的限制)，但除了渲染随时间发生的情况。在这种应用中，情况通常是，显著数量的数据可用于渲染，而该数据将在很久之后才被渲染。当数据进入网络时和当应用需要它时之间的大段时间创造了通过操纵传输定时来优化网络功率消耗以及优化传输路径的机会。优化传输路径可以使用网络级的信息，这将在下面描述。

依赖于环境状况，跨网络链路传输相同数量的数据可能需要或多或少的能量。例如，如果用户运行微波炉，则这可能干扰Wi-Fi流量，使得在这一区间期间的任何通信尝试将需要明显更多的功率才能成功。如果用户运行真空吸尘器，这可能干扰IEEE1901流量，意味着对于相同数量的数据而言，通信将消耗明显更多的功率。IEEE1905.1设备可以例如通过测量如由MAC级确认所确定的传输成功率，来检测何时有通信效率的突然降低。(在成功率下降时，通信效率也下降)。在介质非特征性地效率低下的同时，或者直到用户应用需要数据，IEEE1905.1设备可以避免传输。通过使用实施例方法在通信操作效率相对低下的同时避免通信，可以改进总体的能量效率。

融合网络的特征在于存在连接网络站的多个介质(见图19)。这暗示着在融合网络中的任何两个站之间通常有多个可用通信路径，并且每个这种路径具有独立的功率消耗分布(profile)。选择功率效率最高的路径需要关于所考虑的路径的功率效率的信息。

通信所消耗的功率依赖于若干因素，包括：保持网络接口活跃所需要的功率；将信号放置在介质上所需要的能量；以及介质链路质量。这些因素中的每个因素本身是底层网络接口技术和物理网络拓扑的函数。由于IEEE1905.1网络拓扑概念并入了可用于单个设备的网络接口、以及沿着那些接口的可用设备到设备链路两者，所以IEEE1905.1拓扑表是存储这些功率消耗数据的自然位置。为了便于这一点，在实施例中，IEEE1905.1拓扑查询消息可以被扩展，以包括诸如以下项的信息：

表1—扩展IEEE1905.1拓扑查询消息

如果这一功率消耗信息中的任何一个改变(例如，由于新的干扰源使得向目的地的传输更加高价)，则这可以被认为是网络拓扑的改变，并且可以在一些实施例中使用IEEE1905.1拓扑更新机制传达。

在实施例中，如果网络拓扑表增加了功率消耗信息，则这一信息可以用于确定对于用于数据通信而言最节能的路径。在这一情形下，诸如Dijkstra算法之类的加权路由算法可以用于遍历该拓扑表以找到从数据入口站到数据出口站的可以支持所需要的流量负载的最节能的路径。Dijkstra算法描述在EWDijkstra的“ANoteonTwoProblemsinConnexionwithGraphs”NumerischeMathematik,Vol.1,pp.269-271,1959中，其整体内容通过引用并入于此。

在实施例中，如果得到的路径由单个跳(hop)组成，那么流量可以被直接发送到目的地。另一方面，如果路径由多个跳组成，则存在至少两个可用路由策略：源可以使用路由规则配置沿着路径的每个站，引导每个节点沿着通信路径中的后续边缘(edge)转发来自这一数据流的数据；或者源可以将数据流转发到路径中的下一站，并且下一站可以使用其拓扑表确定其应该将分组沿着相同路径转发到的站。在一些实施例中，如果网络拓扑中存在突然改变，则第二机制可能更具鲁棒性。然而，如果本地拓扑表未在路径中的不同节点之间同步，则这可能导致路由环路。

另一种实施例节能方法是从另一方向思考问题：代替考虑如何减少功率消耗同时使网络性能的其它方面不改变，可以将功率消耗作为约束，并且考虑如何实现最大的网络性能，同时不允许功率消耗超出用户指定的包线(envelope)。在这一情形下，本文所描述的实施例技术可以与一些修改一起应用，并且可能导致增加可用通信容量而不增加功率消耗。

在实施例中，通过使用两个用户指定的参数来减少功率：最大功率消耗、和时间区间。可用功率在其需要用于通信时减少，并且随着时间逝去而增加。如果可用功率变得过低，通信技术可能变得更保守。以此方式，通信将是可能的，但是在功率消耗接近用户定义的限制时性能会劣化。

在联网上下文中，术语“服务质量”(QoS)旨在捕获所有用户可见的网络性能的方面。商业上对改进QoS的尝试强烈趋向于集中在QoS的那些用户最不满意的方面——即市场需求最强烈的方面。由于联网技术变得更便宜并且更有能力，很多新型的联网应用可以变得经济上可行。对于这些应用中的一些应用，高的功率消耗可以大幅劣化用户体验，如当智能电话的电池太快用尽时，或者当平板设备或者膝上型电脑变热而不能触摸时。在快速增长的细分市场中，功率消耗正成为越来越相关的QoS方面。

在一些实施例中，单独应用任何给定的技术可以导致一些效率的改进。在一些情形下，通过同时应用多个实施例技术可以获得更高的效率。例如，比起如果接收器必须花费时间调节增益的可能情况，在TDMA区间期间自动设置接收增益将使得发送器能够使用短得多的前导码通信——将TDMA固定增益与缩短所传输的前导码的能力结合可以产生比孤立地应用每个技术更好的效率。

在实施例CDHN中，共同的设置过程可以用于向网络添加设备、建立安全的链路、实现QoS、以及管理网络。当链路暂时故障或者阻塞时，备选路径可以用于保持数据传输。此外，吞吐量可以经由CDHN的多个接口整合和/或最大化。该多个接口甚至可以允许多个同时的流。在诸如交互式TV之类的应用情况下，甚至单个人可以同时观看多个流。

诸如IEEE1905.1之类的CDHN还可以支持流量负载平衡，其中例如智能分布的多个视频流被智能地分布在不同的路径之上以限制任何单个介质上的阻塞并且保持可靠性。还可以经由在多个技术之上的优先化来支持服务质量(QoS)。IEEE1905.1还可以允许设备以相同方式配置，例如通过简单的按键按下。IEEE1905.1混合网络还可以支持先进诊断，其中整个网络对自身进行监控。此外，IEEE1905.1混合网络还可以支持经由无线连接性(移动手机以及平板)和通用连接性的移动性。例如，CDHN/IEEE1905.1可以支持混合网络，其中可以从房子中的每个房间连接到混合网络，而不必知道他们的设备当前通过接口连接的是网络的哪个部分和什么介质。

同时，用户生成内容(UGC)的增殖、向着过顶(OverTheTop，OTT)递送的转移、以及游动和静止内容渲染点的数目的暴增，已经极大地增加了联网层到设备功能的重要性：用户需要可靠的、能察觉QoS的联网平台。存在至少两个互补方法以满足这一市场需要：一个可以工作以改进诸如MAC/PHY之类的给定网络接口的性能；而一个可以尝试利用多个类型的介质进行链路级通信，如IEEE1905.1混合网络中的。

单个网络MAC/PHY内的更高性能可以导致增加的功率消耗。例如，跨更宽的频带通信可能需要介质上的更多的信号能量；更先进的FEC技术可能需要更复杂的电路以实现更复杂的算法；并且MIMO技术可能需要PHY层的某些部分的多个实例，以对于给定收发器操作而言并行运行。这些技术中的每个均可能增加系统的功率消耗。

在实施例中，诸如能量和流量度量标准之类的度量标准被用于确定从一个设备到至少一个其它设备经由至少一种介质类型进行通信的更低能量的方法。实施例可以应用智能手段以主动地并且动态地调节设备和所选取的通信网络的参数，以便将用于通信的能量的量最小化。在一些实施例中，减少了能量同时保持了用户预期的服务质量。

在一个实施例中，例如，在简单网络中，实施例系统和方法使用例如关于设备管理功率的能力、将传输功率减少到特定应用所必要的最小水平的能力的信息、以及关于使用哪种协议的知识(例如具有或不具有安全性或者重试)。

在多协议和混合介质网络实施例中，实施例功率减少技术提供了更大的益处，因为网络节点可以选择使用多个路径或者使用多个并发路径将数据从一个节点递送到至少另一节点。

实施例系统可以涉及单个设备上的单个MAC/PHY实施方式，跨整个网络的多个设备上的单个MAC/PHY实施方式、跨耦合到不同介质类型的多个MAC/PHY接口的单个设备、和/或跨整个网络的跨耦合到不同介质类型的多个MAC/PHY接口的多个设备。

在实施例集成网络适配器中，基于可以支持流量的可用介质类型的最低功率消耗，动态地选取了通过网路的最佳路径。功率消耗的确定可以包括基于接收器信道状况的PHY输出功率的动态减少，其中接收器信道状况基于包括AGC(自动增益控制)、SNR、以及QoS(对于丢失分组的容忍度)的质量参数。在本发明的实施例中，最低的功率消耗可以是对传输和接收对于特定应用有意义的某个量的数据所需要的包含性和/或总系统功率的量度。

在实施例中，当未被选取用于通信时，未使用的介质接口、功能、或者部件被关闭或者置于省电模式以用于功率减少。实施例省电模式可以包括减少CPU时钟、逻辑块时钟、和/或系统时钟的频率。在一些实施例中，当流量控制器确定它们对于满足流量要求和信道状况不是必要的时，诸如压缩之类的CPU功率密集型功能被禁用或者不使用以节省功率。使用更低阶数的调制也允许使用更低的时钟速率。

在实施例中，基于每个设备的网络功率评级度量标准，选取了支持流量要求的网络中的不同设备。这一功率评级度量标准可以被指派为单个或者多个度量标准并且以数字方式存储在设备中，并且可以由功率测量设备来测量，该功率测量设备将结果报告到设备或者以其它方式可由网络访问，以使其度量标准可用于混合网络控制器。在一些实施例中，通过按时间或者按分组序列调度流量，减少了功率。为了调节功率，可以选取突发、缓冲、信号级、调制方法和密度、FEC技术、以及介质访问机制。基于队列统计、流量类型、QoS要求、应用信息、信道历史等的信息可以用于确定影响功率消耗的所选取的网络参数。在一个实施例中，响应于流量类型、信道状况、网络阻塞，按数据流或者按分组路由数据。在另一实施例中，网络协议可以增加或者减少CSMA竞争窗口或者停工区域(所分配的时间槽)，以进一步减少使用网络所需要的能量。使用这种方法，网络控制器可以有效地减少跨网络中的每个设备的功率消耗。

在实施例中，可以通过多个CDHN设备将多个网络链接，其中CDHN设备可以执行简单的分组转发或者更复杂的诸如IP路由或者甚至多协议转译之类的功能。每个链路均可以是“跳”，其中每个设备向源CDHN控制器发送相关的功率消耗数据，并且源CDHN控制器(或者具有这种做决定任务的另一设备/节点)决定哪个路径和功率管理方法适合使用，并且据此路由流量。可以通过多个CDHN设备将多个网络链接，每个链路均是“跳”，其中每个设备可以与两侧的设备共享相关的功率消耗数据(度量标准)，所以其可以自己决定哪个路径和功率管理手段适合于使用最小能量。在一些实施例中，可以应用在题为“AtomicSelf-HealingArchitecture”的美国专利公开No.2005/0043858中描述的系统和方法，该公开的全部内容通过引用并入于此。

在实施例中心化方法中，控制器最可能与IEEE1901中的像中心协调器(CCo)这样的功能关联。在这一情形下，与整个系统的带宽需要相关的信息可用于控制器做出这种决定。如果中心协调功能不存在或者是不期望的，则实施例去中心化方法将适合网络。在这一情形下，联网节点可以监控网络加载水平，并且做出与特定链路的传输功率减少相关的决定，该决定基于历史(最近的或者经延长时间段分析的)网络加载、网络加载的趋势(加载方面的增加或者减少)、以及本地TX队列的加载。在实施例中，该算法提供恒定网络加载监控，所以在阻塞增加的情形下，TX功率可以被提升以增加链路性能。在实施例中，功率消耗分析要与流量类型关联，并且节点或者整个系统可以“学习”如何将功率消耗模式与某些流量类型(VoIP、视频流式传输、突发下载等)关联，并且应用存储在设备或者系统的存储器中的功率管理模式，或者开发学习流量模式的最合适的功率管理模式，并且当下一次检测到相同类型的流量时应用这种模式。这种学习机制还可以包括随每个操作循环自身改进的能力。例如，在一个实施例中，混合网络控制器可以将功率消耗模式与流量类型关联，并且将功率管理模式应用于所关联的流量类型。混合网络控制器可以通过用日志记录所监控的流量类型和所测量的对应于所监控的流量类型的功率消耗数据，来关联功率消耗模式。

在实施例中，网络行为被用作功率和系统管理控制器的输入。通过将功率消耗度量标准引入到路径选择算法，可以减少混合网络的功率消耗。通过选取各种数据路径并且通过选取各种掉电和省电选项的这种类型的功率消耗优化可以应用于若干不同类型的网络。

例如，本发明的实施例可以应用于基于单个介质类型的网络和基于两个或者多个介质类型的混合网络。单个介质类型网络的一个示例是IEEE1901电力线网络，而多个介质网路的示例是包括IEEE1901、IEEE802.11x、和/或如上面讨论的其它网络类型的网络。在一些实施例中，在设备级预测功率消耗。这一预测可以基于数据队列的内容、QoS参数、以及网络行为。在一些实施例中，例如网络使用率统计的历史度量标准可以用于确定和预测功率消耗，并且帮助确定合适的路径选取算法和掉电参数。在设备级，还可以考虑关于设备自身如何使用的历史信息。

关于诸如IEEE1901网络之类的单个介质类型(单个路径)网络，可以通过改变数据调度、突发缓冲、以及其它类型的网络行为，来优化设备和系统功率消耗。关于多路径混合网络，数据路径选取和设备功率参数既可以如上文所述那样在设备级执行，又可以如单个路径网络的情形那样通过改变数据调度、突发缓冲、以及其它类型的网络行为来执行。

功率消耗可以针对特定数据链路和/或应用进行优化。这一优化可以基于QoS驱使的槽指派或者带宽预留，通过使用心跳技术或者其它方法。在一些实施例中，这些方法允许调度流量，所以相关接口和部件需要活跃的时间是可预测的。心跳技术还可以用于指示系统的哪些部分已进入休眠或者不可用。在一个实施例中，例如，在多跳数据连接的情形下，每个跳的功率也被包括作为实施例功率优化算法的输入。如果使用了不同阶数的调制，则实施例功率优化算法还可以确定减少了多少功率。外围设备也可以被禁用。例如，如果实施例功率优化算法确定一个技术端点/网络接口足以以必需的QoS递送必需量的数据，其它接口和/或外围设备可以被关闭和/或禁用，以便允许混合网络在较低功率下操作。在实施例中，物理层和介质访问层实施例和他们所附接到的系统之间的接口允许该系统从PHY/MAC接收与传输的“功率成本”有关的信息以及其它这种参数，作为示例，从“待机”状态“苏醒”或者转变到“空闲”或者“活跃”状态所需要的时间。这一相同接口可以进一步允许系统配置功率管理选项和/或模式。

在优选实施例的一个示例中，系统可以以如下方式构成，使得每个介质特定PHY/MAC能够向中心化控制器提供信息，该信息包含传输和接收的每单元信息的功率成本、特定PHY/MAC从“空闲”转变到“活跃”以及此外从“接收”转变到“传输”并且反之亦然所需要的时间。同时，中心化控制器还可以负责流量调度。在这一情形下，系统还可以选择操作模式，其中视频流的传输经由介质A完成，而与来自接收节点的不频繁状态更新信息关联的接收操作在介质B上完成，此外与介质B关联的PHY/MAC基于所调度的操作从“空闲”转变为“接收”并且回到“空闲”。

在一些实施例中，混合网络系统的各种部件的功率消耗可以在实验室环境中确定，并且功率分布基于所测量的性能来指派。在一些实施例中，每个网路设备甚至可以向自身指派功率度量标准。当在实验室中测量功率时，可以接近功率分布来执行实时测量，以便确定系统级功率消耗。在一个实施例中，由系统消耗的功率(如在能量供应处测量的)被测量并且与由接口测量的能量消耗比较，使得每个网路所需要的系统能量消耗的准确度量标准被评估。在一些实施例中，队列、内容、调度、类型、数量等用于控制功率消耗。还可以使用省电方法的组合。

在实施例中，依赖于由硬件或者CPU使用的不同量的功率，可以确定是否使用突发操作(同时执行所有处理)、连续操作(执行处理但是与其它CPU或者硬件处理共享时间)，或者可以确定是否使用诸如压缩之类的消耗很多CPU周期的功能。

在本发明的一些实施例中，传输功率可以基于吞吐量要求和可得SNR。例如，如果链路提供负担非常高的吞吐量的高SNR，但是仅有需要在这一链路上传输的流量是相对低比特率的音频，那么可以使用更短的前导码和/或更低的传输功率，以便在提供所需要的吞吐量的同时减少功率消耗。还可以使用反馈机制。此外，基于QoS要求和整体的网络加载，可以减少传输功率，以避免例如人为创造的网络阻塞。

在一个实施例中，信道估算处理可以被延伸以包括如下功能，即不仅协商源(发送器)传输功率，而且协商接收器的传输和响应功率水平，如果协议要求接收器向发送器提供确认或者任何其它类型的响应的话。例如，传输的功率字段可以被添加到信道估算请求。在中间信道估算响应中，接收器可以指示发送器应该如何修改传输功率水平。例如，接收器可以请求传输功率的特定增加。在一些实施例中，保证接收器可以听取发送器信道估算请求。在一些实施例中，准备发送/清除发送(RTS/CTS)帧控制可以在协商期间以最大传输功率使用。这种实施例示例可以用于确定响应的返回信道信号幅度。在一些实施例中，控制器或者接收设备将针对给定数量的流量的最大能量效率进行优化的声调图外推，例如从高流量数量/高带宽外推到低流量数量/低带宽。使用用于特定性能水平的图集合减少了传输多个动态声调图所需要的能量。

在实施例中，基于信道估算响应计算最佳的发送器功率，而不因需要提供附加的信息而给接收器造成负担。这一技术可以在以下情形下应用，例如其中实施例系统正在网络上进行操作，该网络部分由未配备这一功能的较旧设备构成。

在一些实施例中，功率优化可以在整合信号级上执行或者在每个载波(在多载波或者OFDM系统中)上单独执行。在每个载波调节的情形下，可以使用性能良好的载波，同时关闭性能不好的载波。可能的是，呈现低性能的载波将与如由发送器所见的网络的较低阻抗关联。这可以有助于附加减少功率同时改进传输路径驱动器/放大器的线性。在一些实施例中，可以应用在题为“AdaptiveRadiatedEmissionControl”的美国专利公开No.2003/0071721中描述的系统和方法，将该公开的整体通过引用并入于此。

在一个实施例中，传输节点可以使用相同的方法执行信道估算，但是在以全TX功率完成了对声调图的计算之后，在TX功率由TX节点调节以保持足够的SNR(总体的或者每个载波的)以提供足够的吞吐量之后，生成了新的请求。

在一个实施例中，可以以经分割的(divided)时钟速率检测早期的前导码符号以节省功率。在一些实施例中，这些前导码符号可以不需要相位测量或者精确的划分。

在实施例中，网络设备或者接口可以使用来自能量效率更高的源的能量。例如，可以从连接到AC市电或者DC电路的PLC网络接口取用AC功率。以太网网络可以在以太网之上运载DC功率并且对于设备使用而言更高效和方便，尤其在切断了设备供电的情况下。

在一些实施例中，可以从所接收的传输积累功率。例如，传输能量中的一些可以从所接收的信号采集，以用于在后续的传输中使用，或者以较低电流从电源采集。此外，对网络状态的软件级理解可以用于启用或者禁用网络硬件的部分。一个实施例方法是采集来自接收信号的能量以执行大幅减少的功率消耗下的“局域网唤醒”功能，而系统的包括AC/DC或者DC/DC电源的其它部件处于待机模式或者掉电模式。

在一些实施例中，用于传输的频率范围可以基于诸如SNR之类的参数关于到不同目的地的传输进行管理。例如，可以使用更少的基于IEEE1901的载波来执行通信。备选地，传输载波的数目可以在其它系统中减少以便节省功率。在一些实施例中，传输可以回环到源，从而允许源测量其实际输出在传输频谱的不同部分上的能量。在一些实施例中，这一回环传输方案使用衰减器执行。从回环传输获得的信息可以被送给数据接收方，使得可以测量沿不同频率的实际信号劣化，而不是基于完美发送器假设来推断信号劣化水平。在一个实施例中，系统或者节点可以学习如何以分组在连续频带内的更少载波进行传输，和如何降低在这一模式下操作的传输和接收节点的时钟速度要求。

在一些实施例中，可以在软件代码中使用面向方面的编程(AOP)，该软件代码控制混合网络适配器以便将功率管理决定中心化同时确保没有对剩余系统的组分的干扰。在实施例中，通过使用消息传递软件架构，可以允许功率管理代码拦截系统不同部件之间的消息。于是，功率管理代码保持系统将如何运转的内部模型。这一内部模型可以用于根据是否需要该硬件部件来启用、禁用不同硬件部件、以及调节不同硬件部件的电压、时钟和其它参数，其中是否需要该硬件部件是根据系统的特定功率消耗状态和/或由这种管理代码做出的操作决定。在一些实施例中，混合适配器有能力沿其关联的功率消耗学习网络拓扑。

在一些实施例中，要确定是使用按流路由还是使用按分组路由。例如，在具有很多可用带宽的网络中，当遇到阻塞时，可以选取按分组路由。在一些实施例中，按流路由可能比按分组路由较不计算密集。在一些实施例中，可以使用节流阀时钟将功率消耗最小化。

在一些实施例中，可以通过启用或者禁用网络适配器系统内的特定底层接口来控制功率，这依赖于带宽要求和设备覆盖率。例如，如果仅有两个可以在特定网络之上连接的设备，例如Wi-Fi设备或者MoCA设备，则用于通信的最低功率连接可能是仅使用一个设备，直到它不再能满足其带宽要求。

在一个实施例中，混合网络可以具有设备，该设备用于发现建立沿着网路路径的流量模式、以及沿着路径传输给定流量模式将消散多少边际功率。例如，由建立流量模式消散的功率将是功率获取者启用特定网络接口所消散的功率。在一个示例中，路径从IEEE1901设备接口(STA1)前进到第二设备中的IEEE1901接口(STA2)，前进到第二设备中的以太网设备(STA2ETH)，前进到第三设备中的以太网接口(STAETH)，前进到第三设备(STA3)。这一特定路径或者设置序列可以表示为：STA1IEEE1901->STA2IEEE1901->STA2ETH->STA3Eth->STA3。应该理解的是，这一特定路径仅是特定路径的一个具体实施例示例，因为可以实现使用设备和接口类型的其它组合的其它实施例路径。在一些实施例中，时钟缩放可以基于关于流量要求以及带宽预留和调度的知识进行管理。在一些实施例中，由设置序列消散的功率可以通过如下方式来确定：使用路径和模式的各种组合、测量由网络改变的功率消耗、以及将这一功率消耗改变报告回控制器。

根据实施例，网络设备包括第一数据接口、耦合到第一数据接口的混合网络控制器、以及耦合到混合网络控制器的多个网络接口。多个网络接口包括被配置为耦合到多个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备。混合网络控制器被配置为：确定包括多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有耦合到多个PHY的可用介质类型的最低功率消耗；并且基于所确定的网络路径，确定第一数据接口通过多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据。网络路径可以在混合网络控制器的操作期间动态确定，和/或网络路径可以在每分组的基础上或者在每分组分段的基础上动态地确定。

在实施例中，物理层和介质访问层之间的接口被配置为从MAC设备或者从多个PHY中的一个PHY接收对传输的功率成本度量标准。混合网络控制器可以进一步被配置为基于由多个网络接口中的至少一个所见的信道状况，来减少至少一个PHY的输出功率。通过在减少载波模式中减少分组在连续频带中的传输载波的数目，和/或通过减少当在减少载波模式下操作时的传输和接收节点的时钟速度要求，控制器可以减少至少一个PHY的输出功率。

混合网络控制器可以进一步被配置为基于包括自动增益控制(AGC)设置、可用介质类型的信噪比(SNR)、以及所传输数据的服务质量(QoS)参数在内的参数，来确定可用介质类型的最低功率消耗。在一些情形下，QoS参数包括优先级参数。混合网络控制器还可以进一步被配置为通过当网络接口未被选取用于通信时，使该网络接口掉电或者将该网络接口置于省电模式，来减少多个网络接口中的网络接口的输出功率。在一些实施例中，混合网络控制器被配置为通过减少CPU时钟或者系统时钟的频率来将网络接口置于省电模式。

混合网络控制器可以被配置为当流量控制器基于流量要求信道状况确定数据压缩和加密不必要时，通过禁用数据压缩和加密，来减少PHY或者MAC的功率。在一些实施例中，混合网络控制器可以包括流量控制器。

在实施例中，混合网络控制器基于网络设备的功率评级度量标准来确定网络路径。网络设备的功率评级度量标准可以以数字形式存储在设备上，作为单个功率评级度量标准或者作为多个功率评级度量标准。网络设备可以进一步包括功率测量子系统，该功率测量子系统被配置为测量功率评级度量标准并且将该功率评级度量标准报告给混合网络控制器。功率测量设备可以进一步被配置为使得功率评级度量标准可用于流量控制器和耦合到网络设备的网络。

在实施例中，混合网络控制器进一步被配置为，通过使用突发、缓冲、调制复杂性、前导码方法、或者使用基于队列统计、流量类型、应用信息或者信道历史的信息，按时间或按分组序列调度流量，来减少网络设备的功率消耗。混合网络控制器可以进一步被配置为响应于流量类型、信道状况、以及对流量阻塞的量度，按数据流或者按分组路由数据。

在实施例中，混合网络控制器进一步被配置为将功率消耗模式与流量类型关联。例如，混合网络控制器可以进一步被配置为将功率管理模式应用于所关联的流量类型。混合网络控制器可以进一步通过用日志记录所监控的流量类型和所测量的对应于所监控的流量类型的功率消耗数据，来关联功率消耗模式。

根据进一步的实施例，网络设备包括网络控制器和耦合到该网络控制器的至少一个网络接口，该至少一个网络接口包括被配置为耦合到至少一个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备。网络控制器可以被配置为确定包括至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有耦合到至少一个PHY的可用介质类型的最小功率消耗。在一些实施例中，网络控制器可以是混合网络控制器。

在一些实施例中，网络控制器可以进一步被配置为通过从其它网络设备接收功率消耗数据、基于所接收的功率消耗数据选取多个其它网络设备、以及在所选取的多个其它网络设备上路由数据，来确定网络路径。网络控制器可以进一步被配置为确定所选取的多个其它网络设备的数据路径，并且确定用于所选取的多个其它网络设备中的至少一个的路径和功率管理方法。

在一些实施例中，网络控制器进一步被配置为向第一其它网络设备传输功率消耗数据，接收来自其它网络设备的基于所传输的功率消耗数据的数据路径指派，并且基于路径指派将来自其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。网络控制器还可以被配置为接收来自第一其它网络设备的请求路径和功率管理方法，并且进一步基于所接收的路径和功率管理方法，将来自其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

在一些实施例中，网络控制器被配置为确定功率管理方法，并且进一步基于所确定的路径和功率管理方法，将来自其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

根据进一步的实施例，操作网络设备的方法包括：确定包括多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有可用介质类型的最低功率消耗；并且基于所确定的网络路径，确定第一数据接口通过多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据。确定网络路径可以在网络设备的操作期间动态地执行。

在一些实施例中，方法还包括基于由多个网络接口中的至少一个所见的信道状况，减少至少一个物理层接口(PHY)的输出功率。该方法还可以包括基于包括自动增益控制(AGC)设置、可用介质类型的信噪比(SNR)、以及可用介质类型的服务质量(QoS)参数在内的参数，确定可用介质类型的最低功率消耗。

在实施例中，方法进一步包括减少多个网络接口中的网络接口的输出功率，该减少包括通过当网络接口未被选取用于通信时，使该网络接口掉电或者将该网络接口置于省电模式。将网络接口置于省电模式可以包括减少CPU时钟或者系统时钟的频率。

在实施例中，方法进一步包括：基于流量要求信道状况来确定数据压缩和加密是不必要的；以及基于确定了数据压缩和加密不是必要的，通过禁用数据压缩，来减少由网络设备消耗的功率。方法可以进一步包括：基于流量要求信道状况确定数据压缩和加密可以放松；以及基于确定了数据压缩和加密可以放松，通过降低禁用数据压缩的前向错误校正(FEC)的复杂性，来减少由网络设备消耗的功率。

在实施例中，方法可以进一步包括确定网络设备的功率评级度量标准，其中确定网络路径基于所确定的功率评级度量标准来执行。确定功率评级度量标准可以包括执行功率测量，并且功率度量标准评级可以被定义为所传输或者接收的信息的每个单元所消耗的功率。该方法可以进一步包括将功率评级度量标准报告给耦合到网络设备的其它网络设备。

在实施例中，方法进一步包括通过使用突发、缓冲、调制复杂性、前导码方法、或者使用基于队列统计、流量类型、应用信息或者信道历史的信息，按时间或按分组序列调度流量，来减少网络设备的功率消耗。该方法还可以包括响应于流量类型、信道状况、以及对流量阻塞的量度，按数据流或者按分组路由数据。

根据进一步的实施例，网络设备包括混合网络控制器、和耦合到该混合网络控制器的多个网络接口。多个网络接口中的每个网络接口可以被配置为耦合到对应的物理层接口(PHY)。网络设备还包括被配置为执行多个网络接口共同的MAC功能的处理引擎。混合网络控制器可以进一步被配置为确定包括至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有耦合到多个PHY的可用介质类型的最低功率消耗。在一些实施例中，MAC功能包括将多个网络接口的功能排队。

根据进一步的实施例，网络设备包括耦合到混合网络控制器的多个网络接口。多个网络接口中的每个网络接口可以被配置为经由对应的物理层接口(PHY)耦合到对应的物理介质。网络设备还包括处理引擎，该处理引擎被配置为执行多个网络接口共同的MAC功能和混合网络控制器功能。混合网络控制器可以被配置为确定包括多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有降低功率消耗的参数。在一些实施例中，混合网络控制器进一步被配置为确定满足服务质量(QoS)要求的网络路径。在一些实施例中，混合网络控制器被配置为确定包括多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，该网络路径具有最佳地满足服务质量和功率消耗要求的参数。与其它实施例一样，MAC功能可以包括针对多个网络接口和网络融合层的排队功能。

在一些实施例中，或者在先前解释的实施例的组合中，安全或者链路安全属性也可以用于确定最低可能能量消耗路径，和/或满足安全水平(即最小安全要求或者属性集合)的最低可能能量消耗路径。在实施例中，“安全”可以包括保护数据机密性、认证、以及访问控制的方法和系统。安全水平通常由用户或者应用确定。例如，用户可以将电子邮件设置为在安全链路上发送，或者建立虚拟私人网络(VPN)以便访问安全网络上的数据。

安全属性可以由用户、系统管理员、系统自身、或者甚至作为选择诸如安全电子邮件之类的功能的结果来设置。例如，在一些实施例中，安全属性可以包括系统是否使用认证协议(例如，挑战握手认证协议、密码认证协议、摘要访问认证、可扩展认证协议(EAP)等)，以及这一认证协议是否支持诸如鲁棒性安全网络联合(RSNA)、基于设备的安全网络联合(DSNA)、或者成对安全联合(PSA)之类的安全联合方案。安全属性还可以包括认证或者配对是否是“自动的”或者这种认证是否需要操作者按下按键。属性还可以包括其中在哪个(哪些)OSI层中提供安全性。例如，这种OSI层属性可以包括链路是否支持传输层安全(TLS)或者是否必须使用链路层安全或者应用层安全。例如，属性还可以包括系统是否支持诸如OpenPGP或者X.509之类的标准安全交换格式，使用了哪种加密算法(例如Camellia、DES、AES模式的CCMP、CBC等)，使用了什么类型的加密初始化矢量(IV)或者新鲜值(nonce)(例如，串级IV、与秘密根密钥混合的IV等)。其它实施例属性包括：系统是支持公开密钥基础设施(PKI)还是支持私人密钥交换，以用于交换例如网络成员密钥(NMK)、成对点对点加密密钥(PPEK)、或者其它流量加密密钥(TEK)；以及如果使用任何类型的非对称密钥交换方法会怎么样(例如，RSA使用密码认证的密钥交换、Diffie-Helman、椭圆曲线Diffie-Helman(ECDH)等)。实施例属性还可以包括每个加密块的位宽度(例如用于AES-256的128位块)、密钥位长度(例如用于AES-256的256位)、如何检查数据完整性(例如，完整性检查值(ICV))、以及支持哪种散列函数(例如SHA1、SHA-256)。应该领会的是，这些安全属性仅是许多可能的实施例属性中的几个示例。在备选实施例中，可以使用其它属性。

在各种实施例中，可以选择链路，只要最小安全满足系统要求并且与系统的其余部分兼容，或者可以被转换或者重新打包以满足系统中其它链路的要求。更简单的诸如使用了128位密钥长度(例如AES-128)的加密(相比于256位加密(例如AES-256))之类的安全方法、或者预留密钥(pre-keyed)的和不需要公开密钥管理功能的系统(例如，EAP预共享密钥(EAP-PSK))，可以需要更少的能量来实现并且可以更快地处理。此外，从链路的端到端使用相同类型的安全可以不再需要在安全系统之间转换帧，例如将能量支出加倍用于解密和再加密数据以将其置于正确的格式中以用于特定链路需要。使用最小方法和安全属性来加强链路选择处理可以减少整体通信、链路、以及系统功率消耗。例如，在一些实施例中，不论它们的能量效率，不支持最小所需要安全的链路将不会被选取，并且可以在不使用时减少功率消耗。

图22图示了表920和922，其指示了实施例安全属性和可以从中得出用于示例实施例的安全要求(例如，最小安全属性集合)的项。如表920所示，安全属性包括指向安全、认证、密钥管理以及协议层的属性。涉及安全的安全属性包括所使用的加密算法、位宽度、初始化矢量类型、散列函数、以及完整性检查值。涉及认证的安全属性包括认证协议和认证协议所支持的网络联合类型，并且涉及密钥管理的安全属性包括所使用的密钥类型、密钥长度、以及密钥交换方法。涉及协议的安全属性包括在应用层、传输层、和/或链路层是否应用其它安全属性。

在实施例中，最小安全属性集合可以基于在表922中表示的安全要求得出和/或确定。例如，最小安全属性可以基于用户设置和偏好、应用要求、服务要求(例如认证、完整性、机密性)、协议要求、以及流量类型来确定。例如，用户设置可以定义最小密钥长度和/或密钥类型。从这一用户设置，可以得出最小安全属性和/或最小安全属性集合。作为第二示例，家庭银行应用可以将Diffie-Helman定义为最小密钥交换方法，使得使用Diffie-Helman或者椭圆曲线Diffie-Helman将满足最小安全属性。作为第三示例，诸如拥有版权的视频、机密财务数据、或者其它所有权网络流量类型之类的网络流量内容也可以用于确定针对加密算法、密钥长度等的最小安全要求。作为第四示例，协议设置可以指定设备应该使用诸如IEEE1901之类的需要使用链路级AES-128加密的协议通信。应该理解的是，图22所示的安全属性和要求仅是指向特定实施例的属性和要求的一个实施例集合。在备选实施例中，可以使用不同的属性集合和要求。

在一个示例实施例中，第一网络设备可以选择使用各种通信链路与其它网络设备通信。如在诸如IEEE1901之类的标准中指定的那样，确定哪个链路最节能的初始步骤可以是通过监控信标帧(例如，使用扩展信息块(EIB))或者通过使用消息确定其它设备支持什么安全性的主动探测，来探测其它站的安全能力。如果用户拥有发源设备和接收设备两者以及要在短程内发送的文件(例如，两个设备都在房间中)，可能足以同时按下每个设备上的按键以向彼此认证设备，以建立共用的密钥或者私人链路。Wi-Fi快速连接和蓝牙配对两者是上述内容的示例。如果第一设备正在发送被认为是私人的(诸如“自拍”)但是不重要的(不像例如银行信息)文件，则不加密传输该文件可以满足最小安全要求。然而，如果要发送银行信息，则最小安全要求可以是使用具有基于SHA-256完整性验证的AES-128加密来发送文件。

在实施例中，第一网路设备通过考虑用户设置、应用、要传输的内容、以及相关的数据，来确定合适的最小要求。如果其它设备被探测并且其具有这一传输所不需要的SHA-256散列函数和AES-128加密的能力，则那些功能可以被关闭以节能。如果例如备选低能量链路根本不具有这些能力，则它可以连同其它可能链路一起考虑。另一方面，如果数据是银行信息(应用要求使用SHA-256散列编码和AES-128加密来发送)，并且链路必须在长距离上遍历公共基础设施从而需要方法交换和管理网络/加密密钥，则第一设备探测以确定哪个链路可以支持这一新的最小安全要求属性的集合。不支持这些要求的其它可能通信链路可以被关闭。如果没有可用的链路，则第一设备可以通知用户关于可用的安全服务、等待直到服务可用、或者终止初始化会话。应该领会的是，安全属性和确定最小安全要求的特定示例是许多可能实施例属性和要求中的几个示例。备选地，依赖于特定系统和其规范，可以使用其它安全属性和最小要求。

在其中其它设备将有效载荷数据路由到第二其它设备的实施例中，所选取的用于向第二其它设备通信的链路可以在独立的安全域内，即第一设备无法访问的域。因此，可以以与第一链路相同的方式选取安全属性。如果在其它设备和第二其它设备之间的链路中使用了相同的安全属性，则可以避免解码来自第一链路的数据并且将其编码用于第二链路所需要的能量，并且该能量可以作为因素计入最低能量链路选取。

图23图示了可以由实施例网络控制器执行的实施例安全方法930的流程图。如图所示，在步骤932中，确定了安全要求。例如，这些安全要求可以包括例如根据安全要求表922确定的并且应用于图22中的表920所描述的属性的最小的安全属性集合。在步骤934中数据准备发送之后，网络控制器轮询数据可能被发往的候选其它设备的安全能力。这些安全能力可以包括相似于表920中列出的那些的安全属性。在步骤938中，网络控制器将候选其它设备的安全属性与诸如最小安全属性之类的安全要求比较。如果不能建立到候选其它设备的满足这些要求的链路，则操作在步骤940中被推迟、重试、和/或终止。另一方面，如果一个或者多个候选其它设备满足安全要求，考虑和/或选择使用具有与安全相关的最小功率消耗(仍然满足最小安全要求)的链路。如果不需要特定的安全相关的子系统满足最小安全要求，则这种安全相关的子系统可以在一些实施例中禁用。应该理解的是，图23中描述的方法930仅是许多可能实施例安全方法之一。

在一些实施例中，消息/数据可能需要第一安全性水平，但是针对第一消息的确认消息/数据可能需要第二安全性水平，第二安全性水平与第一安全性水平不同。例如，电子邮件可以在诸如安全Wi-Fi之类的高安全性信道上发送，但是该电子邮件的确认消息可以经由诸如蓝牙之类的更低功率要求和更低安全性信道发送。在这一示例中，混合网络控制器可以确定电子邮件需要高安全性并且决定使用其不是最低功率消耗信道的安全信道，但是接着确定对确认消息的安全要求没有这么高，并且经由更低功率消耗和更低安全性信道发送确认消息。

实施例系统的优势包括通过使用本文所描述的实施例系统、方法、以及系统和方法的组合以优化能量消耗，能够减少能量、拥有成本和改进系统设计。

实施例系统的另一优势包括能够改进功率效率同时保持传统的QoS度量标准。其它优势包括：能够减少实际在通信链路上窃听的范围，能够减少无线电网络之间的干扰；以及能够减少对功率分布基础设施的需求。

以下美国专利申请公开和美国专利通过引用整体并入于此：题为“Adaptiveradiatedemissioncontrol”的美国专利公开No.2003/0071721；题为“Atomicself-healingarchitecture”的美国专利公开No.2005/0043858；题为“MethodandsystemofchannelanalysisandcarrierselectioninOFDMandmulti-carriersystems”的美国专利公开No.2008/0205534；题为“Transmittingdatainapowerlinenetworkusinglinkqualityassessment”的美国专利No.6,891,796；题为“Methodandsystemforpowerlinenetworkfaultdetectionandqualitymonitoring”的美国专利No.6,917,888；题为“Methodandsystemformodifyingmodulationofpowerlinecommunicationssignalsformaximizingdatathroughputrate”的美国专利No.7,106,177；题为“Methodandsystemformaximizingdatathroughputrateinapowerlinecommunicationssystembymodifyingpayloadsymbollength”的美国专利No.7,193,506；题为“Network-to-networkadaptorforpowerlinecommunications”的美国专利No.7,245,625；以及题为“Couplingbetweenpowerlineandcustomerinpowerlinecommunicationsystem”的美国专利No.7,286,812。在上述美国专利和美国专利申请中描述的系统和方法可以应用于本文所描述的实施例。

以下标准文档通过引用整体并入于此：IEEEStd1901-2010^TM-IEEEStandardforBroadbandoverPowerLineNetworks:MediumAccessControlandPhysicalLayerSpecifications,NewYork,NY:IEEE；IEEEStd1905.1-2013,IEEEStandardforaConvergentDigitalHomeNetworkforHeterogeneousTechnologies,NewYork,NY:IEEE；以及IEEEStd1905.1-2014,IEEEStandardforaConvergentDigitalHomeNetworkforHeterogeneousTechnologies,Amendment1:SupportofNewMAC/PHYsandEnhancements.NewYork,NY:IEEE。

本领域技术人员还将容易理解的是，材料和方法可以变化，同时保持在本发明的范围内。还要领会的是，本发明提供了除了用于说明实施例的特定上下文之外的很多可应用的发明性概念。因此，所附权利要求旨在将这种处理、机器、制造、物质组分、手段、方法、或者步骤包括在其范围内。

Claims (21)

1.一种网络设备，包括：

网络控制器；和

至少一个网络接口，耦合到所述网络控制器，所述至少一个网络接口包括被配置为耦合到至少一个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备，其中：

所述网络控制器被配置为：

确定包括至少一个网络接口的网络路径，所述网络路径具有耦合到所述至少一个PHY的可用介质类型的最低功率消耗并且满足最小安全属性集合，并且

将功率消耗数据和安全数据传输到第一其它网络设备，其中所述功率消耗数据包括对由所述网络设备消耗的功率的测量。

2.根据权利要求1所述的网络设备，其中所述最小安全属性集合包括加密算法、密钥交换方法、以及密钥长度中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的网络设备，其中所述网络控制器进一步被配置为确定所述最小安全属性集合，其中所述最小安全属性集合是基于用户设置、应用要求、服务要求、协议要求、以及流量类型中的至少一个来确定的。

4.根据权利要求1所述的网络设备，其中所述网络控制器进一步被配置为通过从其它网络设备接收功率消耗数据和安全数据、基于所接收的所述功率消耗数据选取多个所述其它网络设备、以及在所选取的多个所述其它网络设备上路由数据，来确定所述网络路径。

5.根据权利要求4所述的网络设备，其中所述网络控制器进一步被配置为确定所选取的多个所述其它网络设备的数据路径，并且确定用于所选取的多个所述其它网络设备中的至少一个其它网络设备的路径、功率管理方法、以及安全方法。

6.根据权利要求1所述的网络设备，其中所述网络控制器进一步被配置为接收来自所述第一其它网络设备的基于传输的所述功率消耗数据和所述安全数据的数据路径指派，并且基于所述路径指派将来自所述第一其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

7.根据权利要求6所述的网络设备，其中所述网络控制器被配置为接收来自所述第一其它网络设备的请求路径、安全方法、以及功率管理方法，并且进一步基于所接收的所述路径、所述安全方法、以及所述功率管理方法，将来自所述第一其它网络设备的所述数据转送到所述第二其它网络设备。

8.根据权利要求6所述的网络设备，其中所述网络控制器被配置为确定功率管理方法和安全方法，并且进一步基于所确定的路径、安全方法、以及功率管理方法将来自所述第一其它网络设备的所述数据转送到所述第二其它网络设备。

9.根据权利要求1所述的网络设备，其中所述网络控制器进一步被配置为确定具有安全措施的最低功率消耗的所述网络路径，所述安全措施满足所述最小安全属性集合。

10.一种网络设备，包括：

第一数据接口；

混合网络控制器，耦合到所述第一数据接口；以及

多个网络接口，耦合到所述混合网络控制器，所述多个网络接口包括被配置为耦合到多个物理层接口(PHY)的至少一个介质访问控制(MAC)设备，其中

所述混合网络控制器被配置为

确定包括所述多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，所述网络路径具有耦合到所述多个PHY的可用介质类型的最低功率消耗并且满足最小安全属性集合，

基于所确定的所述网络路径，确定所述第一数据接口通过所述多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据，

将功率消耗数据和安全数据传输到第一其它网络设备，

接收来自所述第一其它网络设备的基于所传输的所述功率消耗数据和所述安全数据的数据路径指派，并且

基于所述路径指派，将来自所述第一其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

11.根据权利要求10所述的网络设备，其中：

所述最小安全属性集合包括加密算法、密钥交换方法、以及密钥长度中的至少一个；并且

所述混合网络控制器进一步被配置为确定所述最小安全属性集合，其中所述最小安全属性集合是基于用户设置、应用要求、服务要求、协议要求、以及流量类型中的至少一个来确定的。

12.根据权利要求10所述的网络设备，其中：

在物理层和介质访问层之间的接口被配置为从所述MAC设备或者从所述多个PHY中的一个PHY接收传输的功率成本度量标准和安全属性，其中所述传输的所述功率成本度量标准包括安全属性的功率成本。

13.根据权利要求10所述的网络设备，其中所述混合网络控制器被配置为通过当流量控制器基于流量要求信道状况和链路安全要求确定数据压缩和加密不必要时，禁用所述数据压缩和所述加密，来减少所述PHY或者所述MAC的功率。

14.根据权利要求10所述的网络设备，其中所述混合网络控制器基于所述网络设备的功率评级度量标准和安全属性确定所述网络路径。

15.根据权利要求14所述的网络设备，进一步包括功率/安全测量子系统，所述功率/安全测量子系统被配置为：

测量所述功率评级度量标准；

确定最小安全属性；并且

向所述混合网络控制器报告所述功率评级度量标准和所述最小安全属性。

16.根据权利要求15所述的网络设备，其中功率测量设备进一步被配置为使得所述功率评级度量标准和所述安全数据可用于流量控制器和耦合到所述网络设备的网络。

17.一种操作包括第一数据接口和多个网络接口的网络设备的方法，所述方法包括：

确定包括所述多个网络接口中的至少一个网络接口的网络路径，所述网络路径具有可用介质类型的最低功率消耗并且具有最小安全属性，其中确定所述网络路径包括使用基于硬件的控制器；

基于所确定的所述网络路径，确定所述第一数据接口通过所述多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据，其中确定所述第一数据接口通过所述多个网络接口中的哪个网络接口发送数据和接收数据包括使用所述基于硬件的控制器；

将功率消耗数据和安全数据传输到第一其它网络设备；

接收来自所述第一其它网络设备的基于所传输的所述功率消耗数据和所述安全数据的数据路径指派；并且

基于所述路径指派，将来自所述第一其它网络设备的数据转送到第二其它网络设备。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括确定所述最小安全属性，其中所述最小安全属性基于用户设置、应用要求、服务要求、协议要求、以及流量类型中的至少一个来确定，并且所述最小安全属性包括加密算法、密钥交换方法、以及密钥长度中的至少一个。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括确定具有所述最小安全属性的可用介质类型的最低功率消耗。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

确定所述网络设备的功率评级度量标准，其中确定所述网络路径是基于所确定的所述功率评级度量标准和所述最小安全属性来执行的。

21.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述网络路径进一步包括确定具有安全措施的最低功率消耗的网络路径，所述安全措施满足所述最小安全属性。