CN1947357A - 802.11多播寻呼应用的节电方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有接入点和相关联的节电客户端的网络的节电方法。接入点缓冲包括单播帧和多播帧的无线数据。周期性排定的信标消息与单播指示元素和多播指示元素一起被传输。单播元素指示客户端保持苏醒以便接收被缓冲的单播帧，所述单播帧包括目的地MAC地址。多播元素指示客户端在信标之后保持苏醒便接收被缓冲的多播帧，所述多播帧包括指定客户端是其成员的多播群组的目的地多播地址。至少一个信标消息被指定为多播传递信标。被缓冲的多播帧在被指定的多播信标之后传输。多播元素包含条目列表，每个条目对应于多播MAC地址、多播IP地址或客户端标识符。

Description

802.11多播寻呼应用的节电方法
相关申请
本系统涉及2003年11月26日提交的题为“OPTIMIZING 802.11POWER-SAVE FOR IP MULTICAST GROUPS”的Griswold等人的美国专利申请No.10/723,328，该申请的全部内容通过引用结合于此。
背景技术
本发明总地涉及无线广播传输，更具体而言，涉及用于包含语音IP(Voice-over-Internet Protocol)和因特网协议寻呼应用的IEEE 802.11客户端台的功耗的方法。
既具有语音IP(VoIP)又具有因特网协议寻呼应用的IEEE 802.11客户端台必须接收单播VoIP消息、广播地址协议协议或ARP、消息，以及IP多播“寻呼”消息。在典型的计算机网络中，单播VoIP操作是网络上的单个发送者和单个接收者之间的通信传输。
与VoIP的单播传输不同，寻呼一般是多播操作。多播是允许数据(包括封装为分组形式的数据)被同时传输到选定的目的地集合的技术。一些网络(例如以太网)通过允许网络接口属于一个或多个多播群组来支持多播。在多播的一些应用中，相同数据被同时传输到网络中选定的目的地集合，而不获得该传输已被接收设备接收的确认。多播传输还能够被发送到多播地址，所述多播地址一般是用于同时定址(即指定)一个群组中的所有计算机的路由地址，并通常标识共享同一协议的计算机群组，而不是共享同一网络的计算机群组。
因此，虽然多播具有单个发送者和多个接收者，但是单播只具有单个发送者和单个接收者。与多播类似，广播操作是可以由一般不确认收到传输的台同时接收的信号的传输。
地址解析协议是用来将选定的因特网协议(IP)地址映射到预设的媒体访问控制(MAC)地址的通信协议。APR将高级IP地址与目的地主机的物理地址匹配。它使用查找表(称为ARP缓存)来执行转换。当在ARP缓存中找不到该地址时，利用称为ARP请求的特殊格式在网络上发出广播。如果网络上的机器之一在请求中识别出其自身的IP地址，则它将ARP回复发送回请求主机。回复包含接收主机的物理硬件(MAC)地址。请求主机在其ARP缓存中存储该地址，从而到该目的地IP地址的所有后续数据报都可被转换为物理地址。
在从802.11接入点(AP)发送的信标帧中可找到流量指示消息(TIM)。本质上，TIM被接入点用来告知节电客户端设备一个或多个单播分组正在等待它们。TIM由位标志的数组组成，其中与AP相关联的每个客户端对应一个位标志。如果AP具有为客户端缓冲的一个或多个帧，则它将台的TIM位设置为“1”。AP以固定间隔发送信标。如果802.11节电台仅需要接收单播分组，则它可以苏醒以接收信标、检查其TIM位，并且如果TIM位被设置为“0”则立即返回“休眠”模式。
接入点发送的传递流量指示消息(DTIM)信标中包含DTIM。如果节电台与AP相关联，则AP缓冲广播和多播帧，并紧随DTIM信标之后将所缓冲的帧发送到相关联的台。如果节电台必须接收广播或多播帧，则它必须针对每个DTIM信标传输苏醒，并且它必须保持苏醒直到DTIM信标之后的最后一个广播/多播帧被传输。
代理ARP是指这样的方法，其中当AP接收指向相关联的台的ARP请求时，AP代表相关联的台发送ARP响应。代理ARP使得节电台能够在DTIM信标之后的广播/多播期间休眠，如果它不需要接收任何其他多播或广播帧的话。
目前对实现代理ARP 802.11 VoIP电话应用的尝试都取得了有限的成功。这些对代理ARP的使用使得VoIP电话能够在漫长的广播/多播传输期间休眠或者以节电协议模数操作。但是，在寻呼应用需要电话在DTIM之后保持活动以便接收其他多播传输的情况下，这种机制本身对于802.11VoIP/寻呼设备来说是没有用的。
与支持VoIP和寻呼应用二者的802.11客户端设备相关联的一个问题是，802.11 VoIP电话中的无线电功耗远高于蜂窝电话中的无线电功耗。更大的能耗限制了VoIP和寻呼在单个设备中的应用。节电台必须在多播传递持续期间保持苏醒，以便接收多播传输。因此，广播/多播传输可能缩短节电台中的电池寿命。
因此，需要为组合VoIP/寻呼应用提供有效的节电方案的系统和方法。
发明内容
本发明解决了上述和其他缺点，并且教导了用于辅助IEEE 802.11VoIP/寻呼设备中的节电的系统和方法。
根据本发明，教导了一种用于无线数据传输的节电系统。接入点存储用于每个相关联的台的IP多播地址列表，其中列表中的每个条目对应于一个IP多播群组。接入点还维护一个IP多播群组的集合，其中集合中的每个多播由IP多播地址标识。与接入点相关联的至少一个台是接入点的多播群组集合中的多播群组中每一个的成员。每个多播群组被分类为“活动的”或“省电的”。如果多播群组中的所有台都在活动模式下操作，则代理ARP将多播群组分类为“活动的”；否则，如果多播群组中的至少一个台在节电模式下操作，则AP将该多播群组分类为“节电的”。在802.11链路上，接入点立即传输目的地为活动多播群组的多播分组，接入点缓冲目的地为节电多播群组的多播分组直到下一传递流量指示消息(DTIM)信标，PA不传输目的地既不是活动的也不是节电的多播群组的多播分组。
接入点在每个被传输的DTIM信标中包括多播流量指示消息(MTIM)元素。MTIM元素包括0个或多个条目的列表。MTIM元素标识节电IP多播群组，针对该群组的下行链路多播帧在接入点中被缓冲。当节电台是由MTIM元素中的条目标识的IP多播群组的成员时，台必须保持活动以便接收在DTIM信标之后发送的所有节电多播传输。
在本系统的一个方面中，MTIM元素由0个或多个IP多播地址的列表组成。在本系统的另一方面中，MTIM元素由0个或多个多播MAC地址组成，其中每个MAC地址与一个IP多播地址相对应。多播MAC地址适当地通过联结3字节十六进制01005E前缀和多播IP地址的低序3字节生成。在本系统的另一方面中，MTIM元素由必须在DTIM信标传输之后保持苏醒以便接收多播传输的台的列表组成。MTIM元素中的台列表可被构造为位标志的数组，其中每个MTIM位标志与台的关联标识符相对应，并且如果台正参与其中多播帧被缓冲以供DTIM信标之后的传输的多播群组，则AP将该台的MTIM位标志设置为“1”。
本发明的另一方面是MTIM元素通知IP多播群组中的台在传递流量指示消息的传输之后保持活动以便接收为IP多播群组缓冲的下行链路多播帧。本系统的另一方面是MTIM元素通知相关联的台接入点支持MTIM方法并使能相关联的台选择性地忽略无用的多播传输。
本发明的另一方面是将多播流量指示消息元素与现有的代理ARP机制组合在一起，以便为组合VoIP/寻呼应用提供有效的节电方案。此外，根据本发明，教导了用于无线数据流的节电系统。该系统包括向至少一个相关联的客户端提供无线数据链路的接入点。该接入点被放置在与数据网络的有线数据通信中。接入点包括为每个相关联的客户端台存储IP地址和MAC地址的存储器。接入点还包括为每个相关联的客户端台存储被使能的IP多播地址和MAC地址的列表的存储器。系统还包括适于将每个相关联的台注册到接入点的注册装置。系统包括适于将每个相关联的客户端的IP群组成员资格信息注册到网络基础设施的装置。系统包含与接入点相关联的接收器，所述接收器包括适于接收来自选定的数据网络的数据流的装置。系统还包括适于根据关系数据来选择性地把数据流通知每个相关联的客户端台的装置。然后，接入点将数据流从接入点转发到每个被通知的客户端。系统还包括适于在接入点和相关联的客户端之间传送链路数据的链路维护装置。链路数据代表接入点和相关联的客户端之间的正在进行的活动的无线数据流链路。
本系统的一个方面是，数据流包括VoIP和寻呼数据。本系统的另一个方面是，链路维护装置还包括适于向客户台传送未决多播传输的系统。在本系统的另一方面中，接入点包括适于确定流多播数据群组中的每个相关联的台的成员资格的装置。
此外根据本发明，教导了一种在包括适于向至少一个相关联的客户端提供无线数据链路的接入点的选定的网络上的节电方法，所述接入点适于位于与所述选定的网络的有线数据通信中。该接入点在相关联的存储器中存储与每个相关联的客户端相对应的IP地址和MAC地址。接入点在相关联的存储器中存储与每个相关联的客户端相对应的多播地址和MAC地址的列表。每个客户端都注册到接入点。用于每个注册客户端的与MAC地址、IP地址和多播地址列表相关联的关系数据被存储在存储器中。接入点从选定的数据网络接收数据流。然后，接入点根据选定数据有选择地把数据流通知每个相关联的客户端。当接入点具有一个或多个未决多播传输时，它用信号通知客户端，其中目的地多播地址在该客户端的多播地址列表中。然后，客户端保持苏醒以便接收多播传输。
本发明的一个方面是数据流包括VoIP和寻呼数据。本系统的另一方面是一种教导，其中接入点确定流多播数据群组中每个相关联的台的成员资格。
此外，根据本发明，教导了一种用于无线数据流的计算机可读介质。所述计算机可读介质包括适于向至少一个相关联的客户端提供无线数据链路的接入点，其中接入点位于与选定的数据网络的有线数据通信中。计算机可读介质还包括适于在与接入点相关联的存储器中存储用于每个相关联的客户端的IP地址数据和MAC地址数据中的至少一个的装置。所述计算机可读介质还包括适于在与接入点相关联的存储器中存储用于每个相关联的节电客户端的多播地址和MAC地址的列表的装置。该计算机可读介质还包括适于把一个相关联的客户端注册到接入点的注册装置。接入点包括适于在存储器中存储为每个注册客户端将MAC地址和IP地址关联起来的关系数据。接入点包括适于在存储器中存储为每个注册客户端将MAC地址和IP多播地址列表关联起来的关系数据。计算机可读介质教导了适于在与接入点相关联的接收器上接收来自选定的数据网络的数据流。计算机可读介质还教导了适于根据关系数据将数据流选择性地通知每个相关联的客户端台的装置。计算机可读介质还包括适于在接入点和相关联的客户端之间传送链路数据的链路维护装置，其中链路数据代表接入点和相关联的客户端之间正在进行的活动无线数据流链路。
本发明的一个优点是数据流包括VoIP和寻呼数据。本计算机可读介质的另一优点是教导了用于向相关联的客户端传送链路开放信息的系统。本系统的另一优点是教导了接入点确定流多播数据群组中每个相关联的台的成员资格。
此外，根据本发明，教导了一种用于无线数据流的计算机实现的节电方法。接入点在相关联的存储器中存储与每个相关联的客户端相对应的IP地址和MAC地址。接入点还在相关联的存储器中存储与相关联的客户端相对应的IP地址和MAC地址的列表。每个客户端都注册到接入点。将用于每个注册客户端的MAC地址和IP地址关联起来的关系数据被存储在存储器中。将用于每个注册客户端的多播地址列表和MAC地址关联起来的关系数据也被存储在存储器中。接入点接收来自选定的数据网络的数据流。然后，接入点根据关系数据选择性地把数据流通知每个相关联的台。
本发明的一个优点是，数据流包括VoIP和寻呼数据。本发明的另一优点是教导了接入点确定流数据群组中每个相关联的台的成员资格。本系统的另一优点是教导了将流数据群组分类为节电或活动群组。
此外，根据本发明，教导了具有接入点和相关联的节电客户端的节电方法。接入点缓冲包括单播帧和多播帧的无线数据。周期性排定的信标消息与单播指示元素和多播指示元素一起被传输。单播元素指示客户端保持苏醒以便接收被缓冲的包括目的地MAC地址的单播帧。多播元素指示客户端在信标之后保持苏醒以便接收被缓冲的包括指定了客户端是其成员的多播群组的目的地多播地址的多播帧。至少一个信标消息被指定为多播传递信标。被缓冲的多播帧在被指定的多播信标之后传输。多播元素包含条目列表，每个条目与多播MAC地址、多播IP地址或客户端标识符相对应。
从下面的描述中，本领域的技术人员将很清楚本发明的其他优点，下面的描述仅以说明用于执行本发明的最佳模式之一来示出了本发明的优选实施例。应当理解，本发明具有其他不同实施例，并且它的若干细节具有不脱离本发明的各种明显的修改。因此，附图和说明书本质上应被理解为说明性的而非限制性的。
附图说明
作为本发明一部分的附图示出了本发明的若干方面，并且与说明书一起说明本发明的原理。在附图中：
图1是示出IEEE 802.11网络的示意图；
图2是示出本发明的地址解析协议方面的流程图；以及
图3是示出本发明的多播流量指示消息的流程图。
具体实施方式
下文包括有利于实现的落在本系统范围内的组件的各种实施例和/或形式的示例。当然，这些示例并不是限制性的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下也可实现其他实施例。具体而言，节电台被适当地配置为不需要保持苏醒以便接收在DTIM信标之后由其主AP(parent AP)发送的所有节电多播/广播帧。
在这里，本系统和方法具有两个主要组件：
I.代理地址解析协议(代理ARP)，和
II.多播流量指示消息(MTIM)。
下面单独详细讨论每个组件。应当理解，这里描述的机制能够单独实现或组合起来实现。同样，本领域的技术人员将理解，这里描述的系统和方法并不限于IEEE 802.11语音IP(VoIP)和多播寻呼应用。但是，为了方便和说明目的，这里描述的实施例是针对VoIP/寻呼802.11应用进行的。
作为背景，图1示出了根据本系统和方法的典型网络100的简化系统图。网络100包括无线台105-130，其被适当地配置和连接到接入服务，并且经由接入点135接收网络100上的多播传输。应当理解，无线台105-130能够经由无线网络传输和/或接收数据分组，所述无线网络例如是多种无线设备(包括但不限于：具有适用于与有线网络的无线通信的Cardbus网络适配器的膝上型/笔记本便携式计算机；具有适当的无线网络适配器的电子平板计算机；包含适当的用于与有线网络通信的无线网络适配器的手持设备或个人数字助理，等等)中的任意一种。
图中示出了接入点135的基础服务集(BSS)140。无线台105-130被适当地配置为与接入点135通信，只要它们保持在BSS 140中。换言之，作为BSS 140的成员，无线台105-130在物理上位于接入点135无线通信覆盖区域内。
骨干网145被用来经由物理有线连接155连接接入点135和网络服务器150。一般地，骨干网是例如以太网这样的有线网络连接。本领域的技术人员将理解，本领域已知的任何适当的有线或无线装置以及任何联网协议都可被适当地采用，而不会脱离本系统和方法的精神和范围。
在系统100的正常操作期间，网络服务器150与接入点135一起被用来认证无线台105-130。虽然上述网络100示出了单个接入点和6个无线台，但是本领域的技术人员将理解，网络可以包括任意数量的接入点和任意数量或类型的无线台。
应当理解，无线台105-130的相对位置可以相对于彼此和相对于接入点135改变。但是，只要无线台105-130保持在BSS 140的覆盖区域内，它们就将保持作为接入点135的BSS 140的成员。
在操作中，系统100从远程位置接收IP多播流160。本领域的普通技术人员将理解，多播流160的(一个或多个)发送者的位置对于本系统来说关系不大。换言之，本系统和方法被配置为对于本地发送者和对于极远发送者同样地操作。
无线台105、110和115被适当地配置到多播群组165中。同样，无线台120、125和130被适当地配置到第二多播群组160中。当然，多播群组的生成是根据上面引用的相关美国专利申请完成的。
无线台105、115和125被配置为预订多播流IP多播流160，并且处于活动模式。相反，所示无线台110、120和130处于休眠或节电模式。如图所示，无线台110、120和130不是多播流IP多播流160的预定者。
根据早期的实现，在接入点135接收到IP多播流160时，接入点135确定BSS 140中包含的所有台的模式：节电或活动。在本示例中，接入点135被适当地配置为确定个体多播群组165、170中的所有台的模式。
无线台110、120和130处于节电模式，而所有其余台105、115和125都在活动模式下操作。根据早期的系统，因为台110、120或130中的至少一个在节电或PSP模式下操作，因此接入点135将自动把传入的IP多播流160分批和排队，直到下一传递流量指示消息(DTIM)信标被发送到BSS 140。
但是，根据上述相关申请的方法和系统，该系统被适当地配置为建立多播群组165、170，以便对多播消息进行流线型传递。在此情形下，每个个体群组都将采用早期实现的BSS的特性。
I.代理ARP节电机制
现在参考图2，其示出了本发明的地址解析协议组件200，其中代理ARP服务器被适当地配置为对指向相关联的客户端台的地址解析请求进行响应。本领域的技术人员将理解，ARP将高级IP地址与目的地主机的物理(即媒体访问控制或MAC)地址相匹配。当在ARP缓存中找不到IP地址时，利用称为ARP请求的特殊格式在网络上发出广播。当网络上的机器之一在请求中识别出其自身的IP地址时，它将ARP回复发送回请求主机。该回复包含接收主机的物理硬件地址。请求主机在其ARP缓存中存储该地址，从而到该目的地IP地址的所有后续数据报都可被转换为物理地址。代理ARP使得接入点能够对针对节电协议操作中的相关联的台的ARP请求进行响应。
为了说明目的，图2通过步骤205-235示出了代理ARP服务器获知相关联的客户端台地址的方法。方法从步骤205开始，接入点中的代理ARP服务器确定它是否具有相关联的或关联的客户端的地址。当代理ARP服务器在步骤205确定客户端地址是已知的时，代理ARP服务器在步骤225识别用于相关联的台的IP/MAC地址绑定。本领域的技术人员将理解，IP/MAC地址绑定的存储使得代理ARP服务器能够根据主题方法正确地工作。应当理解，当主接入点135中的代理ARP服务器已知该客户端的IP地址时，802.11客户端台105-130中的任何一个都不需要接收广播ARP请求。
在代理ARP服务器已经在步骤205确定代理ARP服务器不知道客户端地址的情况下，代理ARP服务器进行到步骤210，在该步骤中确定客户端未曾发送过任何IP分组或之前通过接入点对ARP请求进行过响应。步骤210的否定确定结果在步骤230提示代理ARP服务器探察客户端发送的IP和/或ARP分组，以获得客户端地址的知识。例如，接入点135通过探察客户端105发送的IP和ARP分组来自动确定客户端105的IP地址。在确认客户端地址之后，代理ARP服务器在步骤225在用于相关联的台的IP/MAC地址绑定中存储该地址。
在步骤210，当客户端台未曾发送任何IP或ARP分组时，代理ARP服务器进行到步骤215，其中代理ARP服务器确定客户端台已从前一接入点漫游到当前接入点。基于该确定结果，代理ARP服务器进行到步骤220，其中与客户端台相关联的IP地址通过上下文转移协议被从旧接入点转移到新接入点。当无线客户端105-120中的一个或多个漫游离开当前BSS 140时，无线客户端105-120中的任何客户端或所有客户端的IP地址都通过上下文转移协议从旧接入点135转移到新接入点。一旦IP地址已被转移，代理ARP服务器就在步骤225存储IP/MAC地址绑定。
返回步骤215，当代理ARP服务器确定客户端台未曾漫游离开前一接入点时，代理ARP服务器在步骤235通过在关联或重关联消息中包括IP地址元素来与主接入点进行注册过程，从而收集客户端台IP地址。例如，在从BSS 140漫游到新接入点的(未示出)BSS(未示出)时，无线客户端105-120通过在它们的关联或重关联请求消息中包括IP地址来将它们相应的IP地址注册到它们的新主接入点。在接收到客户端台IP地址时，代理ARP服务器在步骤225存储IP/MAC地址绑定。
继续图2流程图中所示的方法，在步骤240，接入点在其以太网端口上接收广播ARP请求。然后，接入点在步骤245搜索其IP/MAC地址绑定，以获得与嵌入在ARP请求中的目标IP地址相匹配的IP地址。在步骤250，在确定接入点不能在其存储的IP/MAC地址绑定中找到目标IP地址的匹配时，接入点随后在步骤255丢弃ARP请求。
当接入点在步骤250确定找到匹配的IP地址时，接入点随后在步骤260确定是否代理ARP服务器正在对针对目标IP地址的ARP请求进行响应。当代理ARP服务器负责对针对目标IP地址的ARP请求进行响应时，代理ARP服务器在步骤265在其以太网链路上传输具有对应于目标IP地址的MAC地址的ARP回复消息。
如果在步骤260，代理ARP服务器确定它没有在对针对相关联的客户端台的ARP请求进行响应时，代理ARP服务器在步骤270将ARP请求中的目的地广播MAC地址转换为与目标IP地址相对应的单播MAC地址。在步骤275，得到的单播ARP请求帧被随后作为任何其他(例如节电)单播消息转发到目标台。在接收到单播ARP请求时，目标台生成ARP回复。例如，在接收到指向台105的ARP请求时，接入点135中的代理ARP服务器(未示出)被配置为将ARP请求中包含的广播MAC地址转换为与目标IP地址相对应的单播MAC地址，以便将消息传输到台105。
如果i)接入点中的代理ARP服务器正在生成用于客户端的代理ARP回复；ii)客户端不具有任何其他未决多播消息，以及iii)客户端意识到代理ARP服务，则节电802.11台不需要保持在活动状态以便接收多播/广播传输。为了辅助客户端对代理ARP服务的意识，接入点被适当地配置为通过包含在专有802.11信息元素中的代理ARP标志来“通知”接入点正在提供该服务。所述专有信息元素被适当地包括在802.11信标和/或关联或重关联响应消息中。
本领域的技术人员将理解，根据802.11网络协议，节电VoIP台在待机模式下必须周期性地苏醒以便接收信标，即使它不需要接收多播/广播帧。为了通知台它已经有未决多播/广播消息，当接入点具有为特定台缓冲的帧时，与台的关联ID(AID)相对应的信标TIM位被设置。因此，不需要接收多播/广播的在节电模式下工作的台可以在它接收到信标中它的TIM为被设置为“OFF”时立即返回休眠。
II.多播TIM节电机制
本领域的技术人员应当理解，上述代理ARP方法对于接收单播传输的VoIP客户端台来说是有用的。在使用上述代理ARP方法时，纯粹VoIP操作的台大大受益于更低的功耗。但是，当客户端台既是VoIP台又是寻呼台时，上述方法导致寻呼应用错过多播。例如，如果双应用台不保持苏醒以接收节电广播/多播传输，则它将错过指向寻呼应用的IP多播帧。这一节描述了本系统和方法，其中接入点使用多播流量指示消息(MTIM)来指示它具有为各个节电多播群组中的台缓冲的未决IP多播帧。例如，接入点135通过使用MTIM来警告节电多播群组165中的台105、110和115有关被缓冲的IP多播帧的消息。
本领域的技术人员应当理解，IP多播群组(例如图1的IP群组165和170)可通过单个IP多播地址标识并且与其相关联。此外，IP多播应用和IP多播地址之间的一一对应存在于大多数配置和应用中。
现在参考图3，其示出了根据所公开的实施例适合于将多播流量指示消息包含在多播传输网络中的方法300的实施例的流程图。最初，在步骤305，接入点观察来自相关联的台的因特网群组管理协议(IGMP)成员资格消息，以确定IP多播群组中的成员资格。本领域的技术人员将理解，在台已从前一接入点漫游到新接入点的情况下，新接入点传输IGMP一般查询以索要成员资格报告，从而识别漫游台在哪些IP多播群组中预定。或者，群组成员资格信息被存储(例如缓存)在网络基础设施中，并被使用上下文转移协议在台漫游时转移到新的主接入点。
例如，主接入点135接收由相关联的台105-120发送的IGMP成员报告消息，以便确定每个台在特定IP多播群组(即群组165和170)中的身份。本领域的技术人员将理解，使用两个多播群组仅是示例性的，本发明并不仅限于两个群组。或者，当台(例如105-120)漫游离开其归属BSS140时，接入点135适当地能够发送IGMP一般查询以索要成员资格报告。
在步骤310，接入点识别与IP多播群组注册相对应的台。换言之，如上述相关申请中所述，系统识别特定多播群组及其相应的成员台。然后，在步骤315，接入点将具有相关联的台的每个多播群组分类为识别出的多播群组的类型，例如活动的或节电的。例如，一旦识别出IP多播群组165、170，接入点135就将每个IP多播群组165、170分类为活动的或节电的。如果一个多播群组中的所有台都在802.11活动模式下操作，则该群组被分类为活动的。否则，IP多播群组就被分类为节电的；例如如果IP多播群组中的至少一个客户端或台在802.11节电模式下操作，则该群组被分类为节电的。应当理解，IEEE 802.11规范定义了接入点确定相关联的台的活动/节电模式的机制。
在步骤320，接入点识别每个具有相关联的台的多播群组的类型和相关联的台的数量。同时，在步骤320，具有相关联的台的每个IP多播群组的类型和台计数被接入点存储。参考图1，接入点135存储每个IP多播群组165、170的类型(活动的或节电的)和台计数。同样，接入点135为每个相关联的台105-120存储IP多播地址的列表。
接下来，接入点在步骤325确定是否相应的多播群组台计数是“0”。如果在步骤325的确定结果是台计数是“0”，则接入点意识到它在先前识别出的多播群组中没有相关联的台(例如由于台的解除关联)，并且在步骤330丢弃该多播消息或下行链路IP多播帧。应当理解，当多播群组165和170中的台105-120中的任何一个关联、解除关联、加入多播群组、离开多播群组或改变其节电状态时，每个多播群组的台计数可以增加或减少。
当接入点在步骤325确定台计数大于“0”时，接入点在步骤330确定是否目标多播群组的所有台都处于恒定活动模式。当接入点确定目标IP多播群组中的所有相关联的台都处于活动模式时，在步骤340，接入点立即将IP多播/广播流量转发到目标IP多播群组。在操作中，接入点135立即发送目的地为活动多播群组165的IP多播分组，而不等待DTIM信标。如果在步骤335，接入点确定目标IP多播群组中至少有一个台在节电模式下操作，则接入点将在步骤345对多播/广播流量进行缓冲和排队。因此，接入点135缓冲目的地为节电多播群组170的多播分组，直到下一DTIM信标。
系统进行到步骤350，其中接入点确定是否应发送传递流量指示消息。如果还未到发送DTIM信标的时候，则接入点返回步骤345对传入IP多播分组的缓冲和排队。在步骤350，当DTIM信标将被发送时，接入点在步骤355发送包括MTIM元素的DTIM信标。
接入点135在每个DTIM信标中包括唯一的MTIM信息元素。MTIM的功能是通知节电IP多播群组170中的台120-130在DTIM信标之后保持苏醒，以便接收为各个群组170缓冲的下行链路多播帧。MTIM的功能还有通知台105-120接入点135支持MTIM方法，从而提示台105-120选择性地跳过无用的节电多播/广播传输。
MTIM元素由0个或多个条目的列表组成。MTIM条目能够有两种可替换的实现。首先，MTIM列出在接入点135中为其缓冲下行链路多播帧的未决多播地址。因此，台在苏醒以接收DTIM/MTIM信标时，检查未决地址的列表以确定是否未决地址中的任何地址与IP多播地址相对应。或者，MTIM仅列出在接入点135中为其缓冲下行链路多播帧的那些台。因此，台在接收DTIM/MTIM信标时，检查台的列表以确定是否台具有未决多播消息。在优选实施例中，MTIM被严格地构造为802.11TIM。MTIM由位标志的数组组成，其中每个位标志与相关联的台的关联标识符(AID)相对应。如果台是多播群组的成员并且接入点具有为该多播群组缓冲的帧，则接入点将该台的MTIM位设置为“1”。
被配置为支持代理ARP和MTIM机制的VoIP/寻呼台105-120针对每个DTIM信标苏醒。此外，如果台105-120中的某个台的TIM位由“OFF”状态表示，并且该台不是由MTIM中的条目标识的多播群组(例如165、170)的成员，则该台立即返回休眠(例如节电)而不接收无用的下行链路多播/广播帧。
本领域的技术人员将理解，MTIM由多播地址的列表组成，因此MTIM条目被配置为IP多播地址或相应的多播MAC地址。本领域的技术人员还将理解，用于IP多播群组的多播MAC地址是通过将3字节十六进制01005E前缀与多播IP地址的低序3字节联结而生成的。因此，台能够从IP地址获得MAC地址。因为多播MAC地址被在客户端LAN接口卡(例如以太网或802.11)上明确使能，因此还应当理解，存在管理接口，以便客户端台确定多播群组的成员资格。
本领域的技术人员将理解，用于支持MTIM机制的接入点编程和方法(包括逻辑和数据结构)适当地等同于支持活动IP多播群组所需的那些，如上述相关美国专利申请中所述。
本领域的技术人员应当理解，偶尔需要传输“合法的”广播分组以便所有相关联的台接收。标准802.11 TIM中的AID 0位不区分广播和多播，因此利用所提供的MTIM，AID 0位指示意识到MTIM的客户端监视MTIM以获得进一步的信息。在尝试实际广播的情形下，MTIM中的AID0位应被设置以指示广播。这种指示将使得所有意识到MTIM的客户端保持苏醒以便接收必要的广播。设置MTIM中的AID 0优选地是仅设置所有每个客户端的MTIM位，因为AID 0位对于客户端作出的任何短暂IP多播成员资格变化都不敏感。
返回图3，系统进行到步骤360，其中确定台是由MTIM中的条目标识的IP多播群组的成员。在得到肯定的确定结果时，在步骤375，台保持在活动状态以便接收被接入点排队以便传输的被缓冲的IP多播/广播流量。当在步骤360确定台没有被MTIM中的条目标识时，在步骤365，台验证与该台相对应的流量指示消息位被设置为“OFF”。当流量指示消息位被设置为“OFF”时，台在步骤370返回节电协议操作。在步骤365，在流量指示位没被设置为“OFF”时，台在步骤375保持苏醒，以便接收被缓冲的IP多播流量。本领域的技术人员将理解，如果在接收到被缓冲的IP多播/广播流量时，台意识到它不是预期的接收者，则流量被丢弃，台将返回节电协议操作。
本方法适于用硬件、软件或二者的组合实现。本发明不需要也不应被限制为上述实施例。虽然通过对其实施例的描述示出了本发明，并且相当详细地描述了实施例，但是本申请并不意图将所附权利要求的范围限制为这样的细节。额外的优点和修改对于本领域的技术人员来说将是很清楚的。因此，本系统就其更广方面而言并不限于所示出和所描述的特定细节、代表性装置和说明性示例。因此，在不脱离申请人的一般创造性原理的精神或范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (45)

1.一种用于具有至少一个接入点和至少一个相关联的节电客户端的网络的节电方法，包括：
在所述接入点处缓冲包括单播帧和多播帧中的至少一种的无线数据；
在至少一条无线链路上传输周期性排定的信标消息，所述信标消息包括单播指示元素和多播指示元素；
将至少一个信标消息指定为多播传递信标；以及
在被指定的至少一个多播传递信标之后传输被缓冲的多播帧。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述单播指示元素包括单播指示符，所述单播指示符指示所述客户端保持苏醒以便接收在所述接入点中缓冲的至少一个单播帧；以及
所述多播指示元素包括多播指示符，所述多播指示符指示所述客户端在信标传输之后保持苏醒以便接收至少一个多播帧。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述单播帧包括标识所述客户端的目的地MAC地址，其中所述多播帧包括指定了所述客户端为其成员的多播群组的目的地多播地址。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述多播指示元素还包括具有多个条目的列表。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述列表中的每个条目都与一个多播MAC地址相对应。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述列表中的每个条目都与一个多播IP地址相对应。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述列表中的每个条目都与一个客户端标识符相对应，其中所述客户端标识符标识了接收所述传输信标之后的多播帧的客户端。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述多播指示元素被构造为包括位标志数组的标准802.11 TIM元素。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述位标志数组的每个位标志都与802.11 16位关联标识符相对应。
10.如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
将所述位标志数组中的位标志之一设置为0，其中设置为0指示具有相应的16位关联标识符的客户端返回节电模式；以及
将所述位标志数组中的位标志之一设置为1，其中设置为1指示具有相应的16位关联标识符的客户端保持活动以便接收所述多播传输。
11.如权利要求9所述的方法，还包括将所述位标志数组中的特殊位标志设置为1的步骤，其中设置为1指示所有相关联的客户端保持活动以便接收多播传输。
12.如权利要求1所述的方法，还包括操作代理地址解析协议服务的步骤，其中所述节电客户端不需要在所述多播信标传输之后保持苏醒以便接收广播地址解析协议消息。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述多播指示元素包括特殊条目，所述特殊条目指示所有相关联的客户端将在传递所述信标消息之后保持苏醒。
14.如权利要求1所述的方法，还包括从所述信标消息中忽略所述多播指示元素，其中所述忽略指示所有客户端保持活动模式。
15.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
确定每个相关联的客户端台的多播群组成员资格；以及
将每个多播群组分类：
其中当没有相关联的客户端是其成员时，多播群组被禁用，
其中当所有成员台都处于活动模式时，多播群组是活动的，并且
其中当至少一个相关联的成员台处于节电模式时，多播群组是节电的。
16.如权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：
删除目的地为被禁用的多播群组的多播帧；
立即传输目的地为活动多播群组的多播帧；以及
缓冲目的地为节电多播群组的多播帧，以便在信标传输之后传输。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述多播指示元素包括指示为所述节电多播群组缓冲帧的信息。
18.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
检查至少一个因特网群组管理协议成员资格报告；以及
从所述至少一个因特网群组管理协议成员资格报告确定所述相关联的客户端的多播群组成员资格。
19.一种由节电客户端使用的节电方法，包括以下步骤：
在至少一条无线链路上接收周期性排定的信标消息，所述信标消息包括单播指示元素和多播指示元素；
苏醒以便接收包括所述多播指示元素的所述周期性信标消息；以及
当所述多播指示元素指示所述多播群组没有由所述接入点缓冲的未决多播消息时，并且当所述单播指示元素指示所述客户端没有由所述接入点缓冲的未决单播消息时，立即休眠。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述客户端是包括智能无线网络通信适配器的主计算机，所述适配器被配置为独立于所述主计算机苏醒和接收所述周期性信标消息。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述网络适配器被配置为经由编程接口确定多播群组中的成员资格，其中所述主计算机使能所述网络适配器上的多播地址。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述网络适配器通过检查所述主计算机传输的至少一个消息来确定多播群组中的成员资格。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述由所述主计算机传输的至少一个消息是因特网群组管理协议成员资格报告。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述单播指示元素包括单播指示符，所述单播指示符指示所述客户端在信标传输之后保持苏醒，以便接收在所述接入点中缓冲的至少一个单播帧；以及
所述多播指示元素包括多播指示符，所述多播指示符指示所述客户端在信标传输之后保持苏醒以便接收至少一个多播帧。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述单播帧包括标识所述客户端的目的地MAC地址，其中所述多播帧包括指定了所述客户端为其成员的多播群组的目的地多播地址。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述单播指示元素和所述多播指示元素中的至少一个还包括具有多个条目的列表。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述列表中的每个条目都与MAC地址相对应。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述列表中的每个条目都与IP地址相对应。
29.一种用于无线数据流的节电系统，包括：
适于向至少一个相关联的节电客户端提供无线数据链路的接入点；
适于在所述接入点处缓冲包括单播帧和多播帧中的至少一种的无线数据的装置；
适于在至少一条无线链路上传输周期性排定的信标消息的装置，所述信标消息包括单播指示元素和多播指示元素；
适于将至少一个信标消息指定为多播传递信标的装置；以及
适于在被指定的至少一个多播传递信标之后传输被缓冲的多播帧的装置。
30.如权利要求29所述的节电系统，其中所述单播指示元素包括单播指示符，所述单播指示符指示所述客户端保持苏醒以便接收在所述接入点中缓冲的至少一个单播帧；以及
所述多播指示元素包括多播指示符，所述多播指示符指示所述客户端在信标传输之后保持苏醒以便接收至少一个多播帧。
31.如权利要求30所述的节电系统，其中所述单播帧包括标识所述客户端的目的地MAC地址，其中所述多播帧包括指定了所述客户端为其成员的多播群组的目的地多播地址。
32.如权利要求31所述的节电系统，其中所述多播指示元素还包括具有多个条目的列表。其中所述列表中的每个条目与由多播MAC地址、多播IP地址和客户端标识组成的组中的一个相对应。
33.如权利要求32所述的节电系统，其中TIM元素中的位标志数组的每个位标志都与802.11 16位关联标识符相对应，并且还包括：
适于将所述位标志数组中的位标志之一设置为0的装置，其中设置为0指示具有相应的16位关联标识符的客户端返回节电模式；
适于将所述位标志数组中的位标志之一设置为1的装置，其中设置为1指示具有相应的16位关联标识符的客户端保持活动以便接收所述多播传输；以及
适于将所述位标志数组中的特殊位标志设置为1的装置，其中设置为1指示所有相关联的客户端保持活动以便接收多播传输。
34.如权利要求29所述的节电系统，还包括适于操作代理地址解析协议服务的装置，其中所述节电客户端不需要在所述多播信标传输之后保持苏醒以便接收广播地址解析协议消息。
35.如权利要求29所述的节电系统，还包括：
适于确定每个相关联的客户端台的多播群组成员资格的装置；
适于将每个多播群组分类的装置：
其中当没有相关联的客户端是其成员时，多播群组被禁用，
其中当所有成员台都处于活动模式时，多播群组是活动的，并且
其中当至少一个相关联的成员台处于节电模式时，多播群组是节电的；
适于删除目的地为被禁用的多播群组的多播帧的装置；
适于立即传输目的地为活动多播群组的多播帧的装置；以及
适于缓冲目的地为节电多播群组的多播帧，以便在信标传输之后传输的装置。
36.如权利要求29所述的节电系统，还包括：
适于检查至少一个因特网群组管理协议成员资格报告的装置；以及
适于从所述至少一个因特网群组管理协议成员资格报告确定所述相关联的客户端的多播群组成员资格的装置。
37.一种节电客户端，包括：
适于在至少一条无线链路上接收周期性排定的信标消息的装置，所述信标消息包括单播指示元素和多播指示元素；
适于苏醒以便接收包括所述多播指示元素的所述周期性信标消息的装置；以及
适于当所述多播指示元素指示所述多播群组没有由所述接入点缓冲的未决多播消息时，并且当所述单播指示元素指示所述客户端没有由所述接入点缓冲的未决单播消息时，立即休眠的装置，
其中所述客户端被配置为包括智能无线网络通信适配器的主计算机，所述适配器被配置为独立于所述主计算机苏醒和接收所述周期性信标消息。
38.如权利要求37所述的节电客户端，其中所述网络通信适配器被配置为经由编程接口确定多播群组中的成员资格，其中所述主计算机使能所述网络适配器上的多播地址。
39.一种用计算机实现的用于具有至少一个接入点和至少一个相关联的节电客户端的网络的节电方法，包括以下步骤：
在所述接入点处缓冲包括单播帧和多播帧中的至少一种的无线数据；
在至少一条无线链路上传输周期性排定的信标消息，所述信标消息包括单播指示元素和多播指示元素；
将至少一个信标消息指定为多播传递信标；以及
在被指定的至少一个多播传递信标之后传输被缓冲的多播帧。
40.如权利要求39所述的用计算机实现的方法，其中所述单播指示元素包括单播指示符，所述单播指示符指示所述客户端保持苏醒以便接收在所述接入点中缓冲的至少一个单播帧；以及
所述多播指示元素包括多播指示符，所述多播指示符指示所述客户端在信标传输之后保持苏醒以便接收至少一个多播帧。
41.如权利要求40所述的用计算机实现的方法，其中所述单播帧包括标识所述客户端的目的地MAC地址，其中所述多播帧包括指定了所述客户端为其成员的多播群组的目的地多播地址。
42.如权利要求41所述的用计算机实现的方法，其中所述多播指示元素还包括具有多个条目的列表，其中所述列表中的每个条目与由多播MAC地址、多播IP地址和客户端标识符组成的组中的一个相对应。
43.如权利要求42所述的用计算机实现的方法，其中TIM元素中的位标志数组的每个位标志都与802.11 16位关联标识符相对应，还包括以下步骤：
将所述位标志数组中的位标志之一设置为0，其中设置为0指示具有相应的16位关联标识符的客户端返回节电模式；
将所述位标志数组中的位标志之一设置为1，其中设置为1指示具有相应的16位关联标识符的客户端保持活动以便接收所述多播传输；以及
将所述位标志数组中的特殊位标志设置为1的步骤，其中设置为1指示所有相关联的客户端保持活动以便接收多播传输。
44.如权利要求42所述的用计算机实现的方法，还包括操作代理地址解析协议服务的步骤，其中所述节电客户端不需要在所述多播信标传输之后保持苏醒以便接收广播地址解析协议消息。
45.如权利要求39所述的用计算机实现的方法，还包括：
确定每个相关联的客户端台的多播群组成员资格；以及
将每个多播群组分类：
其中当没有相关联的客户端是其成员时，多播群组被禁用，
其中当所有成员台都处于活动模式时，多播群组是活动的，并且
其中当至少一个相关联的成员台处于节电模式时，多播群组是节电的；
删除目的地为被禁用的多播群组的多播帧；
立即传输目的地为活动多播群组的多播帧；以及
缓冲目的地为节电多播群组的多播帧，以便在信标传输之后传输。
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