CN1976297A - 降低网络中无线设备功耗的方法 - Google Patents

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张勇
叶喜涛
寿国梁
杨军
吴南健
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Abstract

本发明所述的一种降低网络中无线设备功耗的方法无线设备在接收完数据后，将不参加通信的无关站点在信道预留的时间段内设置为睡眠模式。因睡眠模式较接收模式消耗的功率少。可以大量减小无关站点的功耗，对数据的时延没有任何影响，并可以和现有802.11无线设备的完全兼容。特别使用于繁忙网络中，并可以与现有技术配合使用。

Description

降低网络中无线设备功耗的方法
技术领域
本发明涉及无线网络通信技术领域，尤其涉及一种降低网络中无线设备功耗的方法。
背景技术
20世纪90年代末期以来，在Ad Hoc网络技术(无线自组网络技术)得到迅速发展，并很快从军事通信渗透到相关的各个民用通信领域。Ad Hoc网络可以在没有基础设施支持的情况下提供灵活方便的通信，这种技术扩宽了移动通信的应用领域，具有光明的前景。
Ad Hoc网络的特点是各节点地位平等，能自由移动，并且通过无线信道进行通信。由于移动终端本身由电池供电，而电池容量有限，因此在Ad Hoc网络中采用各种节能机制成为延长其工作时间的一种主要手段。
无线芯片组在发射状态或接收状态消耗功率要远远大于在睡眠状态下的功耗，无线设备节能方案的要点就是尽可能使设备处于睡眠状态，来达到降低功耗的目的。
现有技术中，针对802.11无线局域网协议的特点，主要的节能方法是：
Ad Hoc网络的节能机制是各个站点将时间轴分为若干连续的Beacon(中文：信标)周期。平时站点如果没有数据要发送或接收的话，则处于睡眠模式。当每一Beacon周期开始的时候，所有处于睡眠模式的站点都被唤醒一段时间，称之为ATIM(announcementtraffic indication message，中文：通告通信量指示消息)窗口。在ATIM窗口开始的时刻，各站点都处于活跃状态并进行全网同步(通过竞争发送Beacon帧达到全网同步)。同步后，有报文要发送的站点通过发送ATIM帧与接收站点进行信息交互，接收站点收到发给自己的ATIM帧后，应答一个ACK(acknowledgment，响应)帧(如果ATIM帧的地址是一个广播地址，则无需应答)。站点如果有数据要发送或接收，则在剩余的Beacon周期内一直处于活跃状态，那些没有数据要发送或接收的站点则可在剩余时间内置于睡眠模式。工作过程示意图如图1所示：
这一方案的缺点为：
1、当发送站点的负荷达到一定程度之后，收发站点在每一个Beacon周期内由于有报文要发送或接收而一直处于活跃状态(即使只有一个报文要发送或接收)。特别是当网络中流数较多时，几乎所有节点(参与通信的那些节点)会一直处于活跃状态，这时这种方案几乎没有节能效果；
2、由于ATIM窗口内所有节点都必须处于活跃状态，并且在ATIM窗口内只能发送ATIM帧和ACK帧，所以ATIM窗口的大小对系统的节能效率和吞吐率有较大影响。ATIM窗口设置得过大会导致实际用来发送数据的时间缩短而使最大吞吐率减低，并且会使节能效率降低；而ATIM窗口过小则可能导致某些发送节点在ATIM窗口内来不及与接收节点建立连接，也可能使最大吞吐率降低。
3、在站点睡眠期间，要发送给睡眠站点的数据需要缓存在发送站点，数据量大的话，站点的负担很重，对硬件的要求也很高；
4、由于发送给睡眠站点的数据需要先缓存，因此数据的时延大。
此外遵循802.11协议的无线设备接收空中数据的传统控制方案如图2所示：
1、检测到空中数据，开始接收；
2、空中数据接收完毕后，根据帧体中的FCS(frame check sequence，帧校验序列)字段，校验数据是否正确接收，如果正确正确，则根据帧体中的Duration(持续时间)字段更新本站的NAV(network allocation vector，网络分配向量，也就是信道预留时间)；
3、如果是发给自己的帧，且校验正确，则发ACK帧确认；
4、如果不是自己的帧，则继续保持接收状态。
这一方案的缺点为：
802.11 MAC(medium access control，媒体访问控制)协议使用了虚拟信道检测的机制，在每个MAC层帧中都包含一个Duration字段，表示该帧结束后，该站点还要占用信道多长时间。这段被预留的时间是为响应帧或下一个分包保留的。而在该时间段里无关站点认为信道是被占用的。因此，数据通信过程中，无关站点仍然处于接收状态，消耗大量能量。上述方案中802.11MAC帧结构如图3所示。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种降低网络中无线设备功耗的方法，通过动态关闭节点的方式，减少无关节点处于接收状态模式的时间，从而降低系统功耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种降低网络中无线设备功耗的方法，包括：
无线设备在接收完数据后，将不参加通信的无关站点在信道预留时间段内设置为睡眠模式。
所述的信道预留时间为根据在媒体访问控制MAC层帧中的持续时间Duration字段承载的参数值确定。
所述的不参加通信的无关站点为：
无线设备在接收完数据后，确定所接收的数据包不是发给该站点自身的数据包，则确定此站点为无关站点。
所述的降低网络中无线设备功耗的方法还包括：
无线设备在接收完数据后，确定所述的数据是发给该站点自身的数据包，则发确认ACK消息。
所述的降低网络中无线设备功耗的方法还包括：
超过信道预留时间，则唤醒该站点，将该无关站点转入接收模式；
或者，
若所述信道预留时间为0，则直接将该无关站点转入接收模式。
所述的降低网络中无线设备功耗的方法，还包括：
处于接收模式的站点检测到数据并开始接收，数据接收完毕后，进行数据校验处理，并在根据校验结果确定数据正确接收时，更新本站点的信道预留时间。
所述的降低网络中无线设备功耗的方法，还包括：
根据帧体中的帧校验序列FCS字段校验数据是否正确接收。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的一种降低网络中无线设备功耗的方法可以大量减小无关站点的功耗，对数据的时延没有任何影响，并可以和现有802.11无线设备的完全兼容。特别使用于繁忙网络中，并可以与现有技术配合使用。
附图说明
图1为现有技术一的工作过程示意图；
图2为现有技术二的工作过程示意图；
图3为现有技术的MAC帧结构示意图；
图4为本发明所述一种降低网络中无线设备功耗的方法的工作过程示意图一；
图5为本发明所述一种降低网络中无线设备功耗的方法的工作过程示意图二；
图6为本发明所述一种降低网络中无线设备功耗的方法的流程图。
具体实施方式
本发明所述的一种降低网络中无线设备功耗的方法，802.11 MAC协议使用了虚拟信道检测的机制，在每个MAC层帧中都包含一个Duration字段，表示该帧结束后，该站点还要占用信道多长时间。这段被预留的时间是为响应帧或下一个分包保留的。而在该时间段里无关站点认为信道是被占用的。因此我们考虑在这段时间里，关闭无关站点，从而节省系统功耗。改进的控制示意图如图4与图5所示。
其具体实施方式的具体控制流程如图6所示：
步骤61、检测到空中数据，开始接收；
步骤62、数据接收完毕后，根据帧体中的FCS字段，校验数据是否正确接收，如果正确，执行步骤63；否则执行步骤64；
步骤63、根据帧体中的Duration字段更新本站的NAV；
NAV为信道预留时间是在MAC层帧中的一个Duration字段。
步骤64、保持为接收状态，准备接收下一个数据包；
步骤65、判断所述的数据是否有发给该站点自身的数据包；如是执行步骤66；否则执行步骤612；
步骤66、确定此站点为无关站点；
步骤67、判断NAV是否为0，如是执行步骤68；否则执行步骤611；
步骤68、将此无关站点设置为睡眠模式，并开始NAV倒计时；
这里的睡眠模式较接收模式消耗的功率少。
步骤69、检测NAV是否为0，如是执行步骤610；否则执行步骤69；
步骤610、唤醒该站点；
步骤611、将该无关站点转入接收模式。
步骤612、该站点发ACK确认。
由于RF(radio frequency，中文：射频)从睡眠状态转换到接收模式，需要一段时间，因此无关站点处于睡眠模式的时间：
TP＝TNAV-TD-TST
TP：睡眠时间；
TNAV：信道预留时间；
TD：基带，RF的接收时延；
TST：RF从睡眠模式到正常工作模式．
综上所述，本发明技术方案可以大量减小无关站点的功耗，对数据的时延没有任何影响，并可以和现有802.11无线设备的完全兼容。特别使用于繁忙网络中，并可以与现有技术配合使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，包括：
无线设备在接收完数据后，将不参加通信的无关站点在信道预留时间段内设置为睡眠模式。
2、根据权利要求1所述的降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，所述的信道预留时间为根据在媒体访问控制MAC层帧中的持续时间Duration字段承载的参数值确定。
3、根据权利要求1所述的降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，所述的不参加通信的无关站点为：
无线设备在接收完数据后，确定所接收的数据包不是发给该站点自身的数据包，则确定此站点为无关站点。
4、根据权利要求1所述的降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
无线设备在接收完数据后，确定所述的数据是发给该站点自身的数据包，则发确认ACK消息。
5、根据权利要求1所述的降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，还包括：
超过信道预留时间，则唤醒该站点，将该无关站点转入接收模式；
或者，
若所述信道预留时间为0，则直接将该无关站点转入接收模式。
6、根据权利要求1所述的降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，还包括：
处于接收模式的站点检测到数据并开始接收，数据接收完毕后，进行数据校验处理，并在根据校验结果确定数据正确接收时，更新本站点的信道预留时间。
7、根据权利要求6所述的降低网络中无线设备功耗的方法，其特征在于，还包括：
根据帧体中的帧校验序列FCS字段校验数据是否正确接收。
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