DE60300158T2

DE60300158T2 - Verfahren und System zur Regelung des Leistungsverbrauchs eines Netzwerk-Schnittstellenmoduls in einem drahtlosen Computer

Info

Publication number: DE60300158T2
Application number: DE60300158T
Authority: DE
Inventors: Edwin Gainesville Hernandez; Arun Seattle Ayyagari; Timothy M. Bellevue Moore; Krishna Redmond Ganugapati; Pradeep Redmond Bahl
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Corp
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: JP2004252928A; AU2003204025A1; DK1361708T3; EP1361708B1; DE60300158D1; KR20030087578A; BR0301303A; US7564810B2; CA2427307A1; MXPA03004056A; JP4267963B2; EP1361708A3; ZA200303350B; TW200401983A; ES2233895T3; US20030210658A1; EP1361708A2; TWI281110B; AU2003204025B2; NO20032049D0

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Drahtlos-Computervorrichtungen, und insbesondere die Stromverwaltung in Drahtlos-Computervorrichtungen mit Batterien als Energiequellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Drahtlos-Computervorrichtungen, wie z. B. Laptop-Computer, Geräte wie persönliche digitale Assistenten usw., die mit anderen Vorrichtungen über drahtlose Übertragungen kommunizieren, werden zunehmen populär. Drahtlos-Computervorrichtungen werden typischerweise mit Batterien betrieben. Da die Energiemenge, die eine Batterie liefern kann, ziemlich begrenzt ist, ist eine Minimierungsmöglichkeit des Stromverbrauchs zur Verlängerung der Betriebsdauer der mit der Batterie betriebenen Vorrichtung ein wichtiges Problem für diese Vorrichtungen.
Eine Komponente in einer drahtlosen Vorrichtung, welche einen erheblichen Anteil an Energie verbraucht, ist das Netzwerk-Schnittstellenmodul, welche das drahtlose Senden und Empfangen von Netzwerkkommunikationsdaten abwickelt. Es wurde ermittelt, dass im Mittel etwa 20% der von einem drahtlosen Laptop-Computer verbrauchten Gesamtenergie für drahtlose LAN-Schnittstellenkommunikationen aufgewendet wird. Der größte Teil dieser Energie wird für das drahtlose Senden und Empfangen von Daten verwendet. Um den Stromverbrauch zu reduzieren, verwenden die meisten Drahtlos-Vorrichtungen ein Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren, welche eine Umschaltung des Netzwerk-Schnittstellenmoduls zwischen unterschiedlichen Stromverbrauchszuständen mit unterschiedlichen Stromverbrauchspegeln ermöglicht, wobei eine derartige Vorrichtung beispielsweise in dem Dokument Lettieri P. et al. Advances in Wireless Terminals IEEE Personal Communications, February 1999, Vol. 6, No. 1, pages 6–19 offenbart ist. Diese Zustände umfassen Zustände mit hohem Stromverbrauch, in welchen der Sender mit Strom versorgt wird, um das Senden und Empfan gen von Netzwerkkommunikationsdaten zu ermöglichen, und Zustände mit niedrigem Stromverbrauch, in welchen das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einen Schlafmodus versetzt oder abgeschaltet wird. Die Zeitdauer, in welcher das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt ist, wird manchmal als die "Leerlaufzeit" bezeichnet. Da der Sender abgeschaltet ist, wenn sich das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch befindet, wird das Senden von Netzwerkverkehrsdaten verzögert, und die verzögerten Verkehrsdaten müssen temporär in einer Warteschlange gespeichert werden, wo sie auf das Senden warten, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den Zustand mit hohem Stromverbrauchzurückgeschaltet wird. Eine signifikante Menge verzögerter Netzwerkverkehrsdaten kann in der Sendewarteschlange angesammelt werden, wenn die Schnittstellen-Netzwerkkarte zu oft oder zu lange in die Zustände mit niedrigem Stromverbrauch versetzt wird. Somit ist es erforderlich, ein vernünftiges Gleichgewicht zwischen dem Sparen an Batterieenergie und der Vermeidung eines unzulässigen Netzverkehrsstaus zu treffen. Demzufolge besteht ein Bedarf für ein neues Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren, um festzustellen, wann das Netzwerk-Schnittstellenmodul einer Drahtlos-Vorrichtung in einen Niedrigzustand und für wie lange zu schalten ist, um eine ausreichende Energieeinsparung bereitzustellen ohne eine übermäßige Verzögerung und Akkumulation des Netzwerkverkehrs (d. h. einen Netzstau) zu bewirken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des Vorstehenden stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verwalten des Stromverbrauchs für den Betrieb des Netzwerk-Schnittstellenmoduls einer Drahtlos-Vorrichtung bereit. Das Verfahren zum Verwalten des Stromverbrauchs nutzt Verkehrsstatistikdaten des Netzwerkes, um Parameter eines mathematischen Modells für die Vorhersage der Menge verzögerter Verkehrsdaten herzuleiten, die sich als eine Funktion der Länge der Zeit ansammeln, in der sich das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch befindet. Die Parameter können beispielsweise eine mittlere Zwischenankunftszeit bzw. Zwischenankunftsrate von Verkehrsdatenpaketen bei dem Netzwerk-Schnittstellenmodul und eine mittlere Servicerate bzw. Servicerate des Systems bei der Verarbeitung der Verkehrsdatenpakete einschließen. Auf der Basis des mathematischen Modells und der hergeleiteten Parame ter berechnet die Drahtlos-Vorrichtung den Wert einer Soll-Leerlaufzeit, für welche die vorhergesagte Menge akkumulierter Verkehrsdaten in der Warteschlange kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist.
Wenn die Drahtlos-Vorrichtung einem Zugangspunkt eines Infrastruktur-Drahtlosnetzes zugeordnet ist, wird das Netzwerk-Schnittstellenmodul der Vorrichtung in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für die berechnete Soll-Leerlaufzeit versetzt. Wenn die Vorrichtung einem Ad-hoc-Netzwerk zugeordnet ist, sendet die Vorrichtung zuerst ihre Soll-Leerlaufzeit in dem Ad-hoc-Netzwerk rund, und hört auf die Soll-Leerlaufzeiten, welche von den anderen Drahtlos-Vorrichtung in dem Ad-hoc-Netzwerk berechnet und rundgesendet werden. Die Vorrichtung wählt dann die kleinste von den Drahtlos-Vorrichtungen in dem Netzwerk rundgesendete Leerlaufzeit als die gemeinsame Leerlaufzeit für die Vorrichtungen aus, und schaltet das Netzwerk-Schnittstellenmodul für diese gemeinsame Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während die beigefügten Ansprüche die Merkmale der vorliegenden Erfindung im Detail darlegen, lässt sich die Erfindung und ihre Vorteile am besten aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen, in welchen:
1 eine schematische Darstellung ist, welche die Architektur einer exemplarischen Computervorrichtung darstellt, in welcher eine Ausführungsform der Erfindung implementiert sein kann;
2 eine schematische Darstellung ist, welche eine exemplarische Betriebsumgebung für eine Drahtlos-Computervorrichtung darstellt, die eine Ausführungsform des Verfahrens zum Verwalten des Stromverbrauchs der Erfindung implementiert;
3a eine schematische Darstellung ist, welche eine Zustandsmaschine darstellt, die eine Drahtlos-Vorrichtung modelliert, die eine Ausführungsform des Verfahrens zum Verwalten des Stromverbrauchs der Erfindung implementiert;
3b ein Zeitverlauf ist, welcher Perioden von Aktiv- und Leerlaufzuständen des Netzwerk-Schnittstellenmoduls der Drahtlos-Vorrichtung darstellt;
4 ein Flussdiagramm ist, welches die für die Verwaltung des Stromverbrauchs ausgeführten Schritte in einer Drahtlos-Vorrichtung darstellt, welche entweder mit einem Zugangspunkt oder einem Ad-hoc-Netz verbunden ist;
5 ein Flussdiagramm ist, das die für die Vorhersage der Leerlaufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul der Drahtlos-Vorrichtung ausgeführten Schritte darstellt; und
6a ein Zeitverlauf ist, welcher einen Einschaltverhältniszyklus für den Betrieb des Netzwerk-Schnittstellenmoduls darstellt, in welchem das Netzwerk-Schnittstellenmodul eine Abtastung von Prüfanforderungssignale aus anderen drahtlosen Vorrichtungen durchführt; und
6b ein Flussdiagramm ist, welches ein exemplarisches Verfahren zum Verwalten des Stromverbrauchs in einer Drahtlos-Vorrichtung ist, bevor die Drahtlos-Vorrichtung mit einem drahtlosen Netz in Verbindung tritt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Diese Erfindung arbeitet in einer Drahtlos-Vorrichtung mit einem Netzwerk-Schnittstellenmodul für einen drahtlosen Zugriff auf ein drahtloses Netzwerk und mit einer Energiequelle, wie z. B. einem Batteriesatz oder dergleichen, welcher eine eingeschränkte Menge an Strom darin gespeichert hat. Da das Netzwerk-Schnittstellenmodul eine erhebliche Energiemenge bei eingeschaltetem Sender verbrauchen kann, ist es erwünscht, den Stromverbrauch zu reduzieren, indem das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt wird, in welchem sich der Sender und Empfänger in einem Zustand mit verringertem Stromverbrauch befinden. Die Erfindung stellt ein Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren dafür bereit. Vor dem Beschreiben der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 wird eine exemplarische Computervorrichtung, in welcher die Erfindung implementiert werden kann, zuerst unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die Erfindung kann in einem System, welches verschiedene Arten von Geräten, einschließlich Mobiltelefonen, Handgeräten, drahtlosen Überwachungsvorrichtungen, Mikroprozessor-basierender programmierbarer Consumerelektronik und dergleichen verwendet, unter Anwendung von Instruktionen, wie z. B. Programmmodulen, die von einem Prozessor ausgeführt werden, implementiert verwendet. Im Allgemeinen beinhalten Programmmodule Routinen, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und dergleichen, welche spezielle Aufgaben ausführen oder spezielle abstakte Datentypen implementieren. Der Begriff "Programm" umfasst ein oder mehrere Programmmodule.
1 stellt eine exemplarische Computervorrichtung 100 zum Implementieren einer Ausführungsform der Erfindung dar. In ihrer grundlegendsten Konfiguration enthält die Computervorrichtung 100 wenigstens eine Verarbeitungseinheit 102 und einen Speicher 104. Abhängig von der genauen Konfiguration und dem Typ der Computervorrichtung kann der Speicher 104 flüchtig (wie z. B. ein RAM), nicht-flüchtig, (wie z. B. ein ROM, ein Flashspeicher, usw.) oder eine beliebige Kombination der zwei sein. Diese grundlegendste Konfiguration ist in 1 durch eine Strichlinie 106 dargestellt. Zusätzlich kann die Vorrichtung 100 auch zusätzliche Merkmale/Funktionalität besitzen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 auch zusätzlichen Speicher (entfernbaren und/oder nicht-entfernbaren) einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, magnetische oder optische Platten oder Bänder enthalten. Ein derartiger zusätzlicher Speicher ist in 1 durch einen entfernbaren Speicher 108 und einen nicht-entfernbaren Speicher 110 dargestellt. Computermedien umfassen flüchtige und nicht-flüchtige, entfernbare und nicht-entfernbare Medien, die in irgendeinem Verfahren oder irgendeiner Technologie zum Speichern von Information, wie z. B. Computer-lesbaren Befehlen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten implementiert sind. Der Speicher 104, der entfernbare Speicher 108 und der nicht-entfernbare Speicher 110 sind alles Beispiele von Computerspeichermedien. Die Computerspeichermedien umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, RAM, ROM, EEPROM, Flashspeicher, oder andere Speichertechnologie, CDROM, Digital Versatile Disc (DVD) oder anderen optischen Speicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder andere Magnetspeichervorrichtungen, oder irgendein anderes Medium, welches zum Speichern der gewünschten Information verwendet werden kann, und auf welches durch die Vorrichtung 100 zugegriffen werden kann. Jedes derartige Computerspeichermedium kann Teil der Vorrichtung 100 sein.
Die Vorrichtung 100 kann auch eine oder mehrere Kommunikationsverbindungen 112 enthalten, welche der Vorrichtung eine Kommunikation mit anderen Vorrichtungen ermöglicht. Die Kommunikationsverbindungen 112 sind ein Beispiel von Kommunikationsmedien. Ein Kommunikationsmedium verkörpert typischerweise Computer-lesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie z. B. einer Trägerwelle oder einen anderen Transportmechanismus, und umfasst jedes Informationsliefermedium. Der Begriff "moduliertes Datensignal" bedeutet ein Signal, das eines oder mehrerer seiner Merkmale in einer solchen Weise eingestellt oder verändert hat, dass es Information in dem Signal codiert. Im Sinne eines Beispiels und nicht einer Einschränkung umfasst ein Kommunikationsmedium ein verdrahtetes Medium, wie z. B. ein verdrahtetes Netzwerk oder eine Direktdrahtverbindung, und ein drahtloses Medium, wie z. B. ein akustisches, HF-, Infrarot- und anderes drahtloses Medium. Wie vorstehend diskutiert umfasst der Begriff Computerlesbares Medium, sowie er hierin verwendet wird, sowohl Speichermedien als auch Kommunikationsmedien.
Die Vorrichtung 100 kann auch eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 114 wie z. B. eine Tastatur, eine Maus, einen Stift, eine Spracheingabevorrichtung, eine berührungsempfindliche Eingabevorrichtung, usw. aufweisen. Eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen 116, wie z. B. eine Anzeige, Lautsprecher, Drucker, usw. können ebenfalls einbezogen sein. All diese Vorrichtungen sind im Fachgebiet allgemein bekannt und müssen hier nicht in größerer Länge diskutiert werden.
In Übereinstimmung mit der gewünschten Anwendung der Erfindung ist die Vorrichtung 100 als eine Drahtlos-Vorrichtung konfiguriert. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 100 mit einer tragbaren Energiequelle 120, wie z. B. einem Batteriesatz, einer Brennstoffzelle oder dergleichen, versehen. Die Energiequelle 120 liefert Energie für Berechnungen und drahtlose Datenübertragungen durch die Vorrichtung 100. Gemäß Darstellung in 2 enthält die Drahtlos-Vorrichtung 100 ferner ein Netzwerk-Schnittstellenmodul 210 für eine drahtlose Kommunikation mit unterschiedlichen Arten eines drahtlosen Netzwerkes. Das Netzwerk-Schnittstellenmodul enthält einen Sender 122, welcher mit einer Antenne 206 für das drahtlose Senden von Daten über einen geeigneten Frequenzkanal verbunden ist. Ein Empfänger 126 ist mit der Antenne 206 für das Empfangen drahtlos gesendeter Kommunikationspakete aus den Netzwerken verbunden, mit denen die Vorrichtung in Verbindung steht. Das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 und die Antenne 206 sind Teile der Kommunikationsverbindungen 112 in 1. In einer Ausführungsform verwendet das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 einen Drahtlos-Konfigurationsservice über die IEEE 802.11 Drahtlosverbindungen, um die Netzwerkkonfiguration einschließlich der Infrastruktur-Netzwerke und Ad-hoc-Netzwerke zu erleichtern. Ein exemplarisches Netzwerk-Schnittstellenmodul ist eine PCMCIA-Drahtloskarte. Es wird zugestanden werden, dass die physikalische Konfiguration des Netzwerk-Schnittstellenmoduls für die Erfindung nicht kritisch ist. Beispielsweise muss sich das Netzwerk-Schnittstellenmodul nicht auf einer getrennten Karte befinden und kann auf der Hauptleiterplatte des Computers oder möglicherweise in der Zukunft in dem Prozessor selbst eingebaut sein.
Über das Netzwerk-Schnittstellenmodul kann die Drahtlos-Vorrichtung 100 mit unterschiedlichen Arten drahtloser Netzwerke kommunizieren. Beispielsweise kann in der in 3 dargestellten Umgebung die Drahtlos-Vorrichtung 100 drahtlos mit einem Infrastrukturnetzwerk 230 über dessen Zugangspunkt 231 verbunden sein. Die Drahtlos-Vorrichtung 100 kann auch Teil eines Peer-to-Peer-Netzwerkes 220 sein, welches auch als ein Ad-hoc-Netzwerk bezeichnet wird, das eines oder mehrere Drahtlos-Vorrichtung umfasst, wie z. B. die Drahtlos-Vorrichtungen 221, 222 und 223. Vor einer Verbindung entweder mit dem Zugangspunkt 231 des Infrastrukturnetzwerkes oder mit dem Ad-hoc-Netzwerk 220 kann sich die Drahtlos-Vorrichtung 100 in einem Suchzustand für eine Zuordnung befinden, in dem sie periodisch Prüfanforderungssignale abtastet, welche von dem Zugangspunkt oder anderen Vorrichtungen gesendet werden.
Ein Netzwerktreiber 208 steuert den Betrieb des Netzwerk-Schnittstellenmoduls 201. Der Netzwerktreiber 208 ist entweder Teil des Betriebssystems der Drahtlos-Vorrichtung 100 oder ein getrenntes ausführbares Programm, welches auf der Drahtlos-Vorrichtung 100 abläuft. Ein exemplarischer Netzwerktreiber ist das Windows Management Instrument (WMI) von Microsoft Corporation. Der Netzwerktreiber 208 ent hält einen Stromverbrauchsverwalter 202 für die Verwaltung des Stromverbrauchs des Netzwerk-Schnittstellenmoduls gemäß der Erfindung, wie es nachstehend beschrieben wird. Eine Systemwarteschlange 205 wird zum Speichern von Kommunikationspaketen von einem Benutzer 210 verwendet, welche auf das Senden durch den Sender 122 warten. Die Systemwarteschlange wird auch zum Speichern von Paketen verwendet, die von dem Empfänger 126 empfangen werden.
Die Vorrichtung 100 enthält ferner eine Datenbank 204 zum Speichern von Verkehrsstatistikdaten, welche in dem Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren der Erfindung für die Feststellung einer Soll-Leerlaufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul verwendet werden, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird. Die Warteschlange 205 und die Verkehrsstatistikdatenbank 204 können sich in dem Systemspeicher 104, dem entfernbaren Speicher 108 oder dem nicht-entfernbaren Speicher 110 in 1 befinden. In einer Implementation werden die Verkehrsstatistikdaten durch das Betriebssystem auf Stand gehalten, und Zähler können als Objektidentifikatoren eingestellt werden, welche diskrete Verteilungen von Information repräsentieren, die bei unterschiedlichen Zwischenankunfts- als auch Serviceraten gemessen werden.
Ein Zufalls-Entscheider 203 der Stromspareinrichtung 202 analysiert unter Verwendung statistischer Verfahren die Verkehrsstatistikdaten in der Datenbank 204, um das historische Muster des drahtlosen Verkehrs zu identifizieren und um Stromverwaltungsentscheidungen zu treffen. Auf der Basis der von dem Zufalls-Entscheider 203 gelieferten Entscheidungen schaltet die Stromspareinrichtung 202 dynamisch das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 zwischen einem Zustand mit hohem Stromverbrauch, in welchem der Sender für das Senden von Paketen mit Strom versorgt wird, und einem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch um, in welchem der Sender ausgeschaltet wird, um Energie zu sparen.
Wie vorstehend erwähnt, weist das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 mehrere Stromverbrauchszustände einschließlich eines Zustandes mit hohem Stromverbrauch zum Senden oder Empfangen von drahtlosen Datenpaketen und eines Zustandes mit niedrigem Stromverbrauches auf. In dem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch befindet sich das Netzwerk-Schnittstellenmodul entweder in einem Schlafmodus oder ist abgeschaltet. Die Auswahl zwischen dem Schlafmodus und dem Ausschaltmodus hängt typischerweise von der umgebenden Umwelt ab. Wenn beispielsweise ein komplizierter Authentisierungsmechanismus wie der IEEE 802.1x während der Sitzung verwendet wird, kann das Netzwerk-Schnittstellenmodul nur in den Schlafmodus geschaltet werden. Im Gegensatz dazu kann in einem Haus, in welchem die Authentisierung einfach oder nicht vorhanden ist, das Netzwerk-Schnittstellenmodul vollständig für höhere Energieeinsparungen abgeschaltet werden.
In dem Zustand mit hohem Stromverbrauch wird, da der Sender 122 mit Strom versorgt wird, eine erhebliche Menge an Strom verbraucht. Im Gegensatz dazu befindet sich in dem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch der Sender und der Empfänger in Zuständen mit verringertem Stromverbrauch, was zu einer deutlichen Reduzierung des Stromverbrauchs führt. Ob das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 in einen Zustand mit hohem Stromverbrauch oder einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch zu versetzen ist, sollte von der Menge der in der Systemwarteschlange akkumulierten Verkehrsdaten abhängen, um eine ernsthafte Verzögerung in der Verarbeitung der in der Warteschlange befindlichen Verkehrsdaten zu vermeiden. Beispielsweise sollte, wenn die Menge der in der Warteschlange befindlichen Verkehrsdaten groß ist, das Netzwerk-Schnittstellenmodul in dem Zustand mit hohem Stromverbraucharbeiten, um die in der Warteschlange befindlichen Verkehrsdaten zu verarbeiten. Andererseits sollte, wenn die Menge der in der Warteschlange befindlichen Verkehrsdaten klein ist, dem Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 erlaubt sein, zu "schlafen" oder ausgeschaltet zu sein, um Energie zu sparen. Um eine effiziente Energienutzung zu erreichen, sollte das Profil der Stromverbrauchszustände des Netzwerk-Schnittstellenmoduls 201 idealerweise dem Profil der zeitabhängigen Erzeugung der Verkehrsdaten folgen, welche im Allgemeinen in tatsächlichen Anwendungen zufällige Kennlinien besitzt, jedoch statistisch vorhergesagt werden kann.
In Übereinstimmung mit diesem Konzept stellt die vorliegende Erfindung ein Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren bereit, welches historische Verkehrsstatistikdaten verwendet, um das Verkehrserzeugungsmuster bis zum aktuellen Zeitpunkt zu analysieren, und welches die Ergebnisse der Analyse nutzt, um vorherzusagen, wie viel ungelieferter Netzwerkverkehr akkumuliert wird, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den (als "Leerlaufzeit" bezeichneten) Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für eine Zeitdauer versetzt wird. Eine Soll-Leerlaufzeit, die zu keiner übermäßigen Verzögerung in der Verarbeitung der akkumulierten Verkehrsdaten (d. h., zu einem "Verkehrsstau") führt, wird dann ausgewählt.
Insbesondere wird die Menge nicht verarbeiteter Verkehrsdaten, welche sich erwartungsgemäß in der Systemwarteschlange ansammelt, wenn das Schnittstellenmodul in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt ist, mit einem mathematischen Modell vorhergesagt. Die Parameter dieses mathematischen Modells werden durch Analyse der Verkehrsstatistikdaten hergeleitet. Auf der Basis des mathematischen Modells mit den hergeleiteten Parametern wird eine Berechnung durchgeführt, um eine Soll-Leerlaufzeit zu ermitteln, für welche die erwartete Verkehrsakkumulation kleiner oder gleich als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Diesbezüglich repräsentiert der vorbestimmte Schwellenwert eine praktische Grenze der Verkehrsmenge, die aufgrund der Abschaltung des Senders verzögert wird. Diesbezüglich besitzen das Betriebssystem und Anwendungen Puffer, um Information zu speichern und bereitzuhalten, während diese über eine Netzwerkverbindung übertragen wird. Der Schwellenwert kann beispielsweise so gewählt werden, dass er der minimalen Puffergröße entspricht, welche ohne Bewirkung eines Paketverlustes während eines geplanten Energiesparzustandes auf der drahtlosen Karte beibehalten werden kann.
In einer Ausführungsform umfassen die Parameter des mathematischen Modells, die aus den Verkehrsstatistikdaten hergeleitet werden, eine durchschnittliche Zwischenankunftsrate und eine durchschnittliche Datenservicerate. Dieses mathematische Modell und die Ableitung dieser zwei Parameter werden nachstehend detaillierter beschrieben. Im Allgemeinen ist ein Stau die Menge von Paketen, welche nicht vor einem Zeitablauf bearbeitet werden können, oder der Pakete, die verloren gehen, da die verfügbare Puffergröße überschritten wird. Die Zwischenankunftsrate bezeichnet die Rate, die die Pakete von einem entfernten Zielort zu dem Server annehmen. Obwohl die Pakete bei einem Host mit einer bestimmten Rate ankommen können, werden die Pakete, die von dem Host gesendet werden, mit einer unterschiedlichen Rate bedient, die der durchschnittlichen Zeit entspricht, in der das Netzwerk ein spezifisches Paket verarbeitet. Unter vorübergehenden Netzwerkbedingungen wird der Datenverkehr an bestimmten Punkten verzögert, wenn Pakete mit einer höheren Rate ankommen, als sie von dem Netzwerk verarbeitet werden. Im Allgemeinen kann in einer Netzwerkumgebung dieses auf der Zugangspunktebene geschehen, wo viele mobile Hosts verbunden sein können, wo die durchschnittliche Bedienungsrate pro Netzwerkknoten kurzzeitig reduziert ist. Ad-hoc-Netzwerke mit Intra- und Inter-Netzwerkverbindungsmöglichkeit können nicht auf diese Probleme stossen, welche in einem gemeinsam genutzten Medienzugang (Zugangspunkt) vorhanden sind. Für ein stabiles Netzwerk ist die durchschnittliche Servicerate größer als oder gleich der durchschnittlichen Ankunftsrate unter stabilen Zustandsbedingungen.
Zurückkehrend zu 2 wird in dem dargestellten System das Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren unter der Steuerung der Stromspareinrichtung 202 ausgeführt. In einer Ausführungsform liest der Zufalls-Entscheider 203 der Stromspareinrichtung periodisch die Verkehrsstatistikdaten in der Datenbank 204 aus und führt eine statistische Analyse bezüglich der Daten durch. Die Periodizität ist ein Bruchteil eines voreingestellten Abtastzeitintervalls für die Drahtlos-Vorrichtung, um eine Abtastung nach Drahtlos-Kommunikationssignalen von anderen Vorrichtungen durchzuführen. Beispielsweise spezifiziert der Drahtlos-Konfigurationsservice für das IEEE 802.11 Protokoll eine Abtastzeit von 60 Sekunden für ein Drahtlos-Vorrichtung, und eine Prüfabfrageintervalldauer von 0,1 Sekunden. In diesem Falle kann die Stromspareinrichtung beispielsweise die Entscheidung treffen, ob sie das Schnittstellenmodul in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch bei einem mehrfachen periodischen Intervall versetzt, das eine Funktion des Prüfabfrageintervalls ist.
In einer Ausführungsform umfassen die Verkehrsstatistikdaten einen Satz historischer Zwischenankunftsraten und einen Satz historischer Serviceraten. Jede historische Zwischenankunftsrate repräsentiert eine Anzahl von Verkehrsdatenelementen (wie z. B. Paketen), die in dem Netzwerk-Schnittstellenmodul in einem bestimmten Zeiteinheitsintervall in der Vergangenheit angekommen sind. Jede Servicerate repräsentiert eine Anzahl durch das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einem Einheitszeitintervall verarbeiteter Verkehrsdaten. Um die ausgelesenen Verteilungsdaten statistisch zu beschreiben, werden eine Zwischenankunftsraten-Verteilungsfunktion und eine Serviceraten-Verteilungsfunktion definiert. Insbesondere modelliert die Zwischenankunftsraten-Verteilungsfunktion die Abhängigkeit der Zwischenankunftsraten von dem Zeitintervall, während die Serviceraten-Verteilungsfunktion die Abhängigkeit der Servicera ten von dem Zeitintervall modelliert. Aus den ausgelesenen historischen Verkehrsverteilungsdaten extrahiert der Zufalls-Entscheider 203 einen Satz von Parametern, welcher eine durchschnittliche Zwischenankunftsrate und eine durchschnittliche Servicerate auf der Basis ihrer entsprechenden Verteilungsfunktionen enthält. Aus den extrahierten durchschnittlichen Zwischenankunfts- und Serviceraten kann der Zufalls-Entscheider 203 die Menge der Verkehrsdaten vorhersagen, welche der Systemwarteschlange zusätzlich zugeführt werden, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für eine vorgegebene Länge an Leerlaufzeit versetzt wird. Im Allgemeinen wird mehr Energie gespart, wenn die Leerlaufzeit länger gemacht wird. Der Anteil verzögerter Verkehrsdaten nimmt jedoch ebenfalls mit der Leerlaufzeit zu. Somit ist es erforderlich, eine Leerlaufzeit zu wählen, welche vernünftig lang ist, um eine erhebliche Energieeinsparung zu erzielen, aber nicht zu lang, so dass ein nicht tolerierbarer Verkehrsstau erzeugt wird. Das Gleichgewicht wird erreicht, indem eine Soll-Leerlaufzeit festgelegt wird, welche erwartungsgemäß einen Anteil an verzögertem Verkehr bis zu einem vorgewählten Schwellenwert bewirkt. Nach der Ermittlung der Leerlaufzeit misst die Stromspareinrichtung 202 die aktuelle Zwischenankunftsrate und die Serviceraten des Netzwerk-Schnittstellenmoduls und aktualisiert die historischen Verteilungsdaten, die in der historischen Datenbank 204 gespeichert sind.
Wenn die ermittelte Leerlaufzeit entweder ungültig oder Null ist, wird das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 in dem Zustand mit hohem Stromverbrauch gehalten, welches der Vorgabe-Stromverbrauchszustand des Netzwerk-Schnittstellenmoduls 201 ist. Wenn die ermittelte Leerlaufzeit gültig ist, hängt es, ob das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für die berechnete Soll-Leerlaufzeit versetzt wird, davon ab, ob die Drahtlos-Vorrichtung mit einem Infrastrukturnetzwerk oder einem Ad-hoc-Netzwerk verbunden ist. Wenn die Drahtlos-Vorrichtung 100 mit dem Zugangspunkt 231 des Infrastrukturnetzwerks verbunden ist, schaltet die Stromspareinrichtung 202 das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 für die berechnete Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch. Andererseits sendet, wenn die Drahtlos-Vorrichtung 100 einem Ad-hoc-Netzwerk 220 zugeordnet ist, die Drahtlos-Vorrichtung ihre berechnete Leerlaufzeit in dem Ad-hoc-Netzwerk 220 rund, und hört die von den anderen Drahtlos-Vorrichtungen 221, 222 und 223 rundgesendeten Leerlaufzeitwerte ab. Jede von den Drahtlos-Vorrichtung in dem Ad-hoc- Netzwerk, einschließlich der Drahtlos-Vorrichtung 100 wählt dann die kleinste von den rundgesendeten Leerlaufzeitwerten als die verwendete Leerlaufzeit aus.
Danach wird das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 von der Stromspareinrichtung 202 in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt und in dem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für die kürzeste Leerlaufzeit gehalten.
Manchmal kann die Drahtlos-Vorrichtung 100 feststellen, dass sie nicht mit einem Zugangspunkt eines Infrastrukturnetzwerks oder einer anderen Vorrichtung in einem Ad-hoc-Netzwerk verbunden ist. In dieser Situation tritt die Drahtlos-Vorrichtung 100 periodisch in einen Abtastmodus ein, in welchem sie auf Prüfanforderungs- und Prüfantwortsignale von anderen Vorrichtungen hört, mit denen sie ebenfalls verbunden sein kann. In einer Ausführungsform definiert das Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren einen Einschaltzyklus mit einer aktiven Periode und einer Schlafperiode, wobei die Summe der zwei Perioden gleich einer festen Abtastzeit, wie z. B. der Abtastzeit ist, die von dem Drahtlos-Konfigurationsservice für IEEE 802.11 spezifiziert wird. Somit befindet sich das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 in jedem Zyklus in dem Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für die Schlafzeit für verringerten Stromverbrauch und wird dann in den Zustand mit hohem Stromverbrauch für die aktive Periode umgeschaltet, während welcher es die Abtastung ausführt.
In der Ausführung des Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahrens kann die Drahtlos-Vorrichtung 100 als eine Stromverbrauchs-Zustandsmaschine 300 gemäß Darstellung in 3a modelliert werden. Die Stromverbrauchs-Zustandsmaschine 300 weist zwei Zustände mit hohem Stromverbrauch: "Ein" und "Abtasten" auf. Der "Ein"-Zustand 301 stellt den Zustand dar, in welchem das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 (2) drahtlose Datenpakete empfängt oder sendet, und der "Abtasten"-Zustand 302 stellt den Zustand dar, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul eine Abtastung zur Verbindung mit einem Netzwerk durchführt. Zusätzlich zu den Zuständen mit hohem Stromverbrauch enthält die Stromverbrauchs-Zustandsmaschine 300 ferner zwei Zustände mit niedrigem Stromverbrauch: "Schlafen" und "Aus". Der "Schlafen"-Zustand 304 stellt den Zustand dar, wenn sich das Netzwerk-Schnittstellenmodul im Leerlauf befindet (keine Kommunikationsdaten sendet oder empfängt), und der "Aus"-Zustand 303 stellt den Zustand dar, in welchem das Netzwerk-Schnittstellenmodul ausgeschaltet ist. Das Netzwerk-Schnittstellenmodul kann zwischen diesen Stromverbrauchszuständen wechseln, und der Zufalls-Entscheider 103 trifft Entscheidungen, bezüglich der Veranlassung der Übergänge.
Nach dem Start des Systems wird das Netzwerk-Schnittstellenmodul als Vorgabe auf den "Ein"-Zustand 301 gesetzt. An diesem Punkt ist die Drahtlos-Vorrichtung noch nicht mit einem Netzwerk verbunden. Das Netzwerk-Schnittstellenmodul tritt periodisch (bei jedem Abtastzeitintervall T_scan) in den "Abtasten"-Zustand 302 ein, und tastet die Netzwerke durch Senden von Prüfanforderungssignalen gemäß IEEE 802.11 Standard ab. Nachdem die Drahtlos-Vorrichtung eine drahtlose Netzwerkverbindung aufgebaut hat, berechnet der Zufalls-Entscheider 103 periodisch eine Soll-Leerlaufzeit auf der Basis der Verkehrsstatistikdaten in der Datenbank 204.
Wenn die berechnete Leerlaufzeit Null oder ein ungültiger Wert ist, bleibt das Netzwerk-Schnittstellenmodul 201 in dem "Ein"-Zustand 301. Anderenfalls geht, wenn die berechnete Leerlaufzeit gültig ist und die Drahtlos-Vorrichtung mit einem Infrastrukturnetzwerk verbunden ist, das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den "Schlafen"-Zustand 304 über und bleibt für die berechnete Leerlaufzeit in diesem Zustand, um Energie zu sparen. Nach Ablauf der Leerlaufzeit kehrt das Netzwerk-Schnittstellenmodul zu dem "Ein"-Zustand 301 zurück. Während der Leerlaufzeit kann das Netzwerk-Schnittstellenmodul zu dem "Aus"-Zustand 303 übergehen. Wenn die Leerlaufzeit abgelaufen ist, kehrt das Netzwerk-Schnittstellenmodul zu dem "Ein"-Zustand 301 zurück.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, wird die Leerlaufzeit auf der Basis eines mathematischen Modells berechnet, das die Menge einer Verkehrsverzögerung als eine Funktion der Leerlaufzeit und eines vorgewählten Schwellenwertes der Verkehrsverzögerung vorhersagt. Die berechnete Leerlaufzeit kann länger als die von dem Drahtlos-Konfigurationsservice für IEEE 802.11 spezifizierte Abtastzeit sein, welche in 3b dargestellt ist. In 3b repräsentiert der Satz von Strichlinien die Abtastzeiten 315 gemäß dem Drahtlos-Konfigurationsservice für IEEE 802.11. Eine Leerlaufzeit 313 folgt einer aktiven Zeit 311, und eine weitere Leerlaufzeit 314 folgt einer weiteren aktiven Zeit 312. Während aktiver Perioden befindet das Netzwerk-Schnittstellenmodul in einem Zustand mit hohem Stromverbrauch. In den Leerlaufzeitperioden arbeitet das Netzwerk-Schnittstellenmodul in Zuständen mit niedrigem Stromverbrauch. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich die Leerlaufzeit 313 über die Abtastzeitlinien aus. Die Leerlaufzeit kann kürzer als das Abtastzeitintervall sein, wie z. B. die Leerlaufzeit 314, welche sich innerhalb eines Abtastintervalls befindet.
4 fasst die Schritte einer Ausführungsform des Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahrens zusammen. Beginnend mit dem Einschalten wird die Leerlaufzeit des Netzwerk-Schnittstellenmoduls berechnet (Schritt 401), um einen Leerlaufzeitwert zu ermitteln, welcher erwartungsgemäß eine Menge verzögerter Verkehrsdaten bewirkt, die einem vorgewählten Schwellenwert gleich ist. Die Gültigkeit der berechneten Leerlaufzeit wird ermittelt (Schritt 402). Wenn die Leerlaufzeit Null ist, wird das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den Zustand mit hohem Stromverbrauch bei dem Schritt 403 versetzt. Anderenfalls wird ermittelt, ob die Drahtlos-Vorrichtung einem Ad-hoc-Netzwerk oder einem Zugangspunkt zugeordnet ist (Schritt 404). Wenn ermittelt wird, dass die Drahtlos-Vorrichtung einem Zugangspunkt zugeordnet ist, wird das Netzwerk-Schnittstellenmodul auf den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch für die berechnete Leerlaufzeit gesetzt (Schritt 406). Andererseits ermittelt, wenn die Drahtlos-Vorrichtung einem Ad-hoc-Netzwerk zugeordnet ist, jede Drahtlos-Vorrichtung in dem Ad-hoc-Netzwerk ihre eigene Leerlaufzeit und sendet diese rund (Schritt 405) und hört auf die rundgesendete Leerlaufzeit aus den anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Netzwerk (Schritt 407). Die kürzeste Leerlaufzeit der rundgesendeten Leerlaufzeiten wird dann gewählt (Schritt 408) und als die gemeinsame Leerlaufzeit für alle Netzwerk-Schnittstellenmodule in allen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Netzwerk verwendet (Schritt 409). Jedes Netzwerk-Schnittstellenmodul wird dann für diese gemeinsame Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt (Schritt 410).
Die nachfolgende Beschreibung beschreibt die mathematische Modellierung, die in einer Ausführungsform zur Berechnung einer Soll-Leerlaufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul verwendet wird. Gemäß 5, Schritt 501, werden Verkehrsstatistikdaten aus der Datenbasis 204 (3) zur Analyse ausgelesen. Die Verkehrsstatistikdaten umfassen Zwischenankunftsraten, welche jeweils die Anzahl von bei dem Netzwerk-Schnittstellenmodul angekommenen Verkehrsdaten in einem Einheitszeitintervall darstellen, und Serviceraten, welche jeweils die Anzahl von Verkehrsdaten dar stellen, welche von dem Netzwerk-Schnittstellenmodul in einem Einheitszeitintervall verarbeitet werden. Diese empfangenen Zwischenzeitankunftsraten und Serviceraten werden mit einer Exponential-Verteilungsfunktion und einer Pareto-Verteilungsfunktion gemäß Darstellung in den Gleichungen 1 bzw. 2 (Schritt 502) modelliert.
wobei λ₀, α und β aus den Daten zu bestimmende Variablen sind, und t und die abgelaufene Zeit ist. Durch Anwendung der Exponential- und Pareto-Verteilungsfunktionen auf die ausgelesenen Daten der Zwischenankunftsraten bzw. Serviceraten wird die durchschnittliche Zwischenankunftsrate von Anforderungen λ_ave und die durchschnittliche Servicerate μ_ave extrahiert (Schritt 503). Insbesondere wird die durchschnittliche Zwischenankunftsrate λ_ave wie folgt berechnet:
wobei λ_i die i-te Zwischenankunftsrate ist. Die durchschnittliche Servicerate μ_ave wird wie folgt berechnet:
Die Leerlaufzeit T_idle wird auf den Reziprokwert der durchschnittlichen Zwischenankunftsrate der Anforderung λ_ave initialisiert, und die Aktivierungszeit T_on wird auf den Reziprokwert der durchschnittlichen Servicerate μ_ave (Schritt 504) initialisiert, wie es jeweils in den Gleichungen 5 und 6 dargestellt ist. Tidle = 1/λave (Gl. 5) Ton = 1/μave (Gl. 6)
Bei gegebener initialisierter Leerlaufzeit und Aktivierungszeit wird ermittelt (Schritt 505), ob die Summe der Leerlaufzeit und der Aktivierungszeit die von dem Drahtlos-Konfigurationsservice für IEEE 802.11 spezifizierte Abtastzeit T_scan überschreitet. Falls nicht, was anzeigt, dass die Verkehrsdaten in der Systemwarteschlange größer sein können, wird die Leerlaufzeit T_idle auf die Differenz der Abtastzeit T_scan und der Aktivierungszeit T_on (Schritt 510) gemäß Darstellung in Gleichung 7 zurückgesetzt. Tidle = Tscan – Ton (Gl. 7)
Die historische Verteilungsinformation wird aktualisiert (Schritt S511), indem die aktuelle Verkehrsstatistikverteilungsinformation, welche die aktuellen Zwischenankunftsraten, Serviceraten und die Anzahl der Verkehrsdaten in der Systemwarteschlange umfasst, gesammelt und die gesammelten Verteilungsdaten in der Datenbank 204 in 2 gespeichert werden. Die Leerlaufzeit T_idle wird dann als eine Ausgabegröße bereitgestellt und der Berechnungsvorgang beendet (Schritt S512). Die vorstehenden Gleichungen werden für Modellierungs- und Simulationszwecke verwendet, und können als ein Werkzeug zur Einstellung anfänglicher Schwellenwerte verwendet werden.
Wenn die Summe der initialisierten Leerlaufzeit und Aktivierungszeit das durch IEEE 802.11 spezifizierte Abtastzeitintervall überschreitet, was anzeigt, dass die Menge der Verkehrsdaten in der Systemwarteschlange in naher Zukunft klein sein wird, und das Netzwerk-Schnittstellenmodul für eine relativ lange Dauer schlafen kann, wird der Leerlaufzeitberechnungsvorgang fortgesetzt. Der Zufalls-Entscheider sagt die Menge der Verkehrsdaten in der Systemwarteschlange Q anhand der modellierten historischen Verteilungsdaten (Schritt S506) voraus. Die Verkehrsdaten besitzen zwei Verteilungen, eine aus der Drahtlos-Vorrichtung, dargestellt durch N_wd, und eine weitere aus den Verkehrsdaten einer weiteren Drahtlos-Vorrichtung, beispielsweise von einem Zugangspunkt oder einer Drahtlos-Vorrichtung in einem Ad-hoc-Netzwerk, welche durch N_ap dargestellt wird. N_wd kann durch die Gleichung 8 gelöst werden. Nwd = kp + λaveTscan – μaveTon (Gl. 8) wobei k_p die Anzahl von Restverkehrsdaten in der Systemwarteschlange der Drahtlos-Vorrichtung ist. Der Term λ_aveT_scan repräsentiert die durchschnittliche Anzahl von während der Abtastzeit angekommenen Verkehrsdaten, und der Term μ_aveT_on repräsentiert die durchschnittliche Anzahl von Verkehrsdaten, welche von der Drahtlos-Vorrichtung verarbeitet und ausgesendet wurden. In ähnlicher Weise kann N_ap wie folgt berechnet werden. Nap = μaveTscan – λaveTon (Gl. 9)wobei der Term μ_aveT_scan die Durchschnittanzahl der von der anderen Drahtlos-Vorrichtung während der Abtastperiode verarbeiteten Verkehrsdaten anzeigt, und der Term λ_aveT_on die durchschnittliche Anzahl von Verkehrsdaten repräsentiert, die bei der anderen Drahtlos-Vorrichtung während der Aktivierungsperiode angekommen sind. Die Differenz zwischen den zwei Termen liefert die erwartete durchschnittliche Anzahl von Verkehrsdaten, die an die Drahtlos-Vorrichtung gesendet werden. Durch Kombination der Gleichungen 8 und 9 kann die vorhergesagte Menge der Verkehrsdaten in der Systemwarteschlange wie folgt ausgedrückt werden: Q = Nwd + Nap = λaveTidle – μaveTidle + kp (Gl. 10)
Gemäß der Erfindung kann das Netzwerk-Schnittstellenmodul in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt werden, wenn die erwartete Menge der verzögerten Verkehrsdaten in der Systemwarteschlange klein ist. Zu diesem Zweck wird ein vorgewählter Verkehrsschwellenwert ε verwendet, um eine obere Grenze einer hinnehmbaren Menge von verzögerten Verkehrsdaten zu repräsentieren. Beispielsweise kann ε so gewählt sein, dass er 1500 Bits ist. Die erwartete Menge an Verkehr Q wird ε wie in Gleichung 11 gleichgesetzt, und die Leerlaufzeit wird dann gemäß der Gleichung 11 und 12 (Schritt 507) erhalten. Q = Nwd + Nap = λaveTidle – μaveTidle + kp = ε (Gl. 11) Tidle = (ε – kp)/(λave – μave) (Gl. 12)
Wenn die Gleichung 12 keine positive Lösung von T_idle (Schritt S508) liefert, wird die Leerlaufzeit auf Null gesetzt (Schritt 509). Ein positiver Wert zeigt andererseits eine gültige Leerlaufzeit an. Die Netzwerkverkehrsverteilungsinformation wird aktualisiert (Schritt 511). Der Zufalls-Entscheider liefert die Leerlaufzeit an den Stromspareinrichtung (Schritt 512).
Wie es vorstehend erwähnt wurde, versetzt das Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren zusätzlich zur Verwaltung des Stromverbrauchs in Drahtlos-Vorrichtungen, solange diese mit einem Netzwerk verbunden sind, das drahtlose Netzwerk-Schnittstellenmodul periodisch auch in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch, wenn die Drahtlos-Vorrichtung noch nicht mit einem drahtlosen Netzwerk verbunden worden ist. Dieser Aspekt des Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahrens wird nun unter Bezugnahme auf 6a und 6b diskutiert. Um den Stromverbrauch des Netzwerk-Schnittstellenmoduls der Drahtlos-Vorrichtung zu verringern, wenn die Vorrichtung noch nicht mit einem Netzwerk verbunden ist, geht das Netzwerk-Schnittstellenmodul durch einen Einschaltzyklus gemäß Darstellung in 6a. Der Einschaltzyklus umfasst das Senden eines Prüfanforderungssignals 616, das Warten über eine Warteperiode R614 in der das Netzwerk-Schnittstellenmodul auf Antworten auf das Prüfanforderungssignal wartet, und das Schlafen für eine Leerlaufdauer 617. Die Dauer des Einschaltzyklusses 610 wird durch D dargestellt. Die Warteperiode besitzt zwei Komponenten, eine Umlaufzeitdauer RTT 611 und eine Zufallszeit 612. Die Leerlaufzeit 615 wird zufällig gewählt, um eine Synchronisation des Netzwerk-Schnittstellenmoduls mit anderen Netzwerk-Schnittstellenmodul-Modulen zu vermeiden.
Gemäß 6b sendet die Drahtlos-Vorrichtung, um ein Netzwerk zu finden, an das es sich anschließen kann, periodisch ein Prüfanforderungssignal (Schritt 601), gefolgt von einem Warten über eine Wartezeit (Schritt 602). Während der Warteperiode ermittelt das Netzwerk-Schnittstellenmodul, ob ein Prüfanforderungssignal von einer anderen Drahtlos-Vorrichtung oder eine Antwort auf das Prüfanforderungssignal, das es ausgesendet hat, empfangen wird (Schritt 603). Die Menge der als eine Funktion der Leerlaufzeit eingesparten erwarteten Energie wird nachstehend beschrieben. Das Netzwerk-Schnittstellenmodul wird für die Leerlaufzeit in den Schlafmodus versetzt (Schritt 605). Wenn entweder ein Prüfanforderungssignal oder eine Antwort von einer anderen Drahtlos-Vorrichtung während der Warteperiode empfangen wird (Schritt 603), verbindet sich die Drahtlos-Vorrichtung mit dem Netzwerk (Schritt 606). In dieser Situation wird das in den 4 und 5 diskutierte Stromverbrauchs-Verwaltungsverfahren auf die Drahtlos-Vorrichtung angewendet.
Nachstehend wird eine Möglichkeit zum Abschätzen der als eine Funktion der Länge der Leerlaufzeit eingesparten Energie diskutiert. Es wird angenommen, dass sich eine erste Drahtlos-Vorrichtung in einer Nachbarschaft einer zweiten Drahtlos-Vorrichtung befindet, und die zwei Drahtlos-Vorrichtungen versuchen, miteinander durch Senden von Prüfanforderungssignalen zu kommunizieren. Die Wahrscheinlichkeit X, dass die zweite Drahtlos-Vorrichtung das von der ersten Drahtlos-Vorrichtung gesendete Prüfanforderungssignal empfängt, kann als X = R/D ausgedrückt werden, wobei R die Warteperiode und D die Dauer des Einschaltzyklus gemäß Darstellung in 6a ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass die erste Drahtlos-Vorrichtung eine Prüfanforderung aus der zweiten Drahtlos-Vorrichtung während der Warteperiode R empfängt ist ebenfalls X. Dann kann die Wahrscheinlichkeit, dass die zwei Drahtlos-Vorrichtungen Prüfanforderung voneinander in einem eine Warteperiode und eine Schlafperiode enthaltenden Einschaltzyklus empfangen als: (1 – (1 – X)² ausgedrückt werden. Daher ist die mittlere Anzahl N der Einschaltzyklen für die einander zugeordneten zwei Drahtlos-Vorrichtungen gleich N = 1/[1 – (1 – X)²]. Dann ist die Zeit T, welche für die Zuordnung der zwei Drahtlos-Vorrichtungen zueinander erforderlich ist, gleich T = N × D = D/[1 – (1 – R/D)²]. Da D auf die von dem Drahtlos-Konfigurationsservice für IEEE 802.11 spezifizierte Abtastzeit fixiert ist, wird R zum Einstellen der Zeit T verwendet. Beispielsweise werden, wenn D auf 60 Sekunden gesetzt ist, und R mit 20 Sekunden gewählt wird, 67% Energie eingespart.

Claims

Verfahren zum Verwalten des Stromverbrauchs einer Drahtlos-Computervorrichtung (100) mit einem Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) zum Senden und Empfangen von Drahtlos-Netzwerk-Kommunikationsdaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Analysieren von Verkehrsstatistikdaten (204), um Parameter eines Modells zum Vorhersagen einer Menge verzögerter Verkehrsdaten herzuleiten, die sich in Abhängigkeit von der Zeit akkumulieren, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) in einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt wird, in dem das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) aufhört, Netzwerk-Kommunikationsdaten zu senden; und Berechnen (401) einer Soll-Leerlaufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) auf Basis des Modells mit den hergeleiteten Parametern, wobei das Versetzen des Netzwerk-Schnittstellenmoduls (201) in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die Soll-Leerlaufzeit durch das Modell so vorhergesagt wird, dass sich eine Menge verzögerter Verkehrsdaten ergibt, die geringer ist als ein vorgewählter Schwellenwert oder diesem entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren einschließt: Feststellen, dass die Drahtlos-Vorrichtung (100) mit einem Zugangspunkt (231) eines Infrastruktur-Netzwerkes verbunden ist; und Schalten des Netzwerk-Schnittstellenmoduls (201) in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die Soll-Leerlaufzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren einschließt: Feststellen (404), dass die Drahtlos-Vorrichtung (100) mit einem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk (220) verbunden ist; Rundsenden (405) der Soll-Leerlaufzeit zu anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; Empfangen (407) von Soll-Leerlaufzeiten, die durch die anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk berechnet und rundgesendet werden; Auswählen (409) einer kürzesten der rundgesendeten Soll-Leerlaufzeiten als eine gemeinsame Leerlaufzeit für die Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; und Schalten (410) des Netzwerk-Schnittstellenmoduls in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die gemeinsame Leerlaufzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Parameter des Modells zum Vorhersagen der Menge verzögerter Verkehrsdaten eine durchschnittliche Zwischenankunftszeit und eine durchschnittliche Service-Zeit einschließen, und wobei der Schritt des Analysierens der Verkehrsstatistikdaten einschließt: Abrufen (501) der Verkehrsstatistikdaten einschließlich eines Satzes historischer Zwischenankunftszeiten, eines Satzes historischer Service-Zeiten und eines Satzes von Zahlen von Verkehrsdaten in der System-Warteschlange; Modellieren (502) der historischen Zwischenankunftszeiten unter Verwendung einer ersten Verteilungsfunktion und der historischen Service-Zeiten unter Verwendung einer zweiten Verteilungsfunktion; und Herleiten (503) der durchschnittlichen Zwischenankunftszeit und der durchschnittlichen Service-Zeit auf Basis der ersten bzw. der zweiten Verteilungsfunktion.
Verfahren nach Anspruch 4, das des Weiteren das Aktualisieren (511) der Verkehrsstatistikdaten durch Erfassen einer aktuellen Zwischenankunftszeit und einer aktuellen Service-Zeit einschließt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Verteilungsfunktion ein exponentiale Verteilungsfunktion ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zweite Verteilungsfunktion eine Pareto-Verteilungsfunktion ist.
Computerlesbares Medium, das durch Computer ausführbare Befehlen zum Durchführen von Schritten zum Verwalten des Stromverbrauchs einer Drahtlos-Computervorrichtung (100) mit einem Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) zum Senden und Empfangen von Drahtlos-Netzwerk-Kommunikationsdaten aufweist, die umfassen: Analysieren von Verkehrsstatistikdaten (204), um Parameter eines Modells zum Vorhersagen einer Menge verzögerter Verkehrsdaten herzuleiten, die sich in Abhängigkeit von der Zeit akkumulieren, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) in einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt wird, in dem das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) aufhört, Netzwerk-Kommunikationsdaten zu senden; und Berechnen (401) einer Soll-Leerlaufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) auf Basis des Modells mit den hergeleiteten Parametern, wobei das Versetzen des Netzwerk-Schnittstellenmoduls (201) in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die Soll-Leerlaufzeit durch das Modell so vorhergesagt wird, dass sich eine Menge verzögerter Verkehrsdaten ergibt, die geringer ist als ein vorgewählter Schwellenwert oder diesem entspricht.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 8, das des Weiteren durch Computer ausführbare Befehle zum Durchführen der folgenden Schritte aufweist: Feststellen, dass die Drahtlos-Vorrichtung (100) mit einem Zugangspunkt (231) eines Infrastruktur-Netzwerks verbunden ist; und Schalten des Netzwerk-Schnittstellenmoduls (201) in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die Soll-Leerlaufzeit.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 8, das des Weiteren durch Computer ausführbare Befehle zum Durchführen der folgenden Schritte aufweist: Feststellen (404), dass die Drahtlos-Vorrichtung (100) mit einem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk (220) verbunden ist; Rundsenden (405) der Soll-Leerlaufzeit zu anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; Empfangen (407) von Soll-Leerlaufzeiten, die durch die anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk berechnet und rundgesendet werden; Auswählen (409) einer kürzesten der rundgesendeten Soll-Leerlaufzeiten als eine gemeinsame Leerlaufzeit für die Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netz; und Schalten (410) des Netzwerk-Schnittstellenmoduls in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die gemeinsame Leerlaufzeit.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Parameter des Modells zum Vorhersagen der Menge verzögerter Verkehrsdaten eine durchschnittliche Zwischenankunftszeit und eine durchschnittliche Service-Zeit einschließen und wobei der Schritt des Analysierens der Verkehrsstatistikdaten einschließt: Abrufen (501) der Verkehrsstatistikdaten einschließlich eines Satzes historischer Zwischenankunftszeiten, eines Satzes historischer Service-Zeiten und eines Satzes von Zahlen von Verkehrsdaten in der System-Warteschlange; Modellieren (502) der historischen Zwischenankunftszeiten unter Verwendung einer ersten Verteilungsfunktion und der historischen Service-Zeiten unter Verwendung einer zweiten Verteilungsfunktion; und Herleiten (503) der durchschnittlichen Zwischenankunftszeit und der durchschnittlichen Service-Zeit auf Basis der ersten bzw. der zweiten Verteilungsfunktion.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 11, das des Weiteren durch Computer ausführbare Befehle zum Durchführen des Schritts des Aktualisierens (511) der Verkehrsstatistikdaten durch Erfassen einer aktuellen Zwischenankunftszeit und einer aktuellen Service-Zeit aufweist.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 11, wobei die erste Verteilungsfunktion eine exponentiale Verteilungsfunktion ist.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 11, wobei die zweite Verteilungsfunktion eine Pareto-Verteilungsfunktion ist.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem zum Einsatz in einer Drahtlos-Computervorrichtung (100) mit einem Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) zum Senden und Empfangen von Drahtlos-Netzwerk-Kommunikationen, das umfasst: eine Verkehrsstatistikdatenbank (204) zum Speichern von Verkehrsstatistikdaten einschließlich eines Satzes historischer Zwischenankunftszeiten und eines Satzes historischer Service-Zeiten; und dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: eine Stromspareinrichtung (202), die das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) selektiv in einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch einstellt, in dem das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) aufhört, Netzwerk-Kommunikationsdaten zu senden, wobei die Stromspareinrichtung eine Zufalls-Entscheidungseinrichtung (203) aufweist, die die Verkehrsstatistikdaten analysiert, um eine durchschnittliche Zwischenankunftszeit und eine durchschnittliche Service-Zeit herzuleiten, und eine Soll-Leer laufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) auf Basis der durchschnittlichen Zwischenankunftszeit und Service-Zeit berechnet, wobei die Soll-Leerlaufzeit so vorhergesagt wird, dass sich eine Menge verzögerter Netzwerk-Verkehrsdaten ergibt, die geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder diesem entspricht, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) über die Soll-Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt wird.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem nach Anspruch 15, wobei die Stromspareinrichtung (202) so programmiert ist, dass sie das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) über die Soll-Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt, wenn die Drahtlos-Vorrichtung (100) mit einem Zugangspunkt (231) eines Infrastruktur-Netzwerkes verbunden ist.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem nach Anspruch 15, wobei die Stromspareinrichtung (202) so programmiert ist, dass sie die folgenden Schritte durchführt: Feststellen (404), dass die Drahtlos-Vorrichtung mit einem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk (220) verbunden ist; Rundsenden (405) der Soll-Leerlaufzeit zu anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; Empfangen (407) von Soll-Leerlaufzeiten, die durch die anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk berechnet und rundgesendet werden; Auswählen (409) einer kürzesten der rundgesendeten Soll-Leerlaufzeiten als eine gemeinsame Leerlaufzeit für die Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; und Schalten (410) des Netzwerk-Schnittstellenmoduls in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die gemeinsame Leerlaufzeit.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem nach Anspruch 15, wobei die Zufalls-Entscheidungseinrichtung (203) so programmiert ist, dass sie die folgenden Schritte durchführt: Modellieren (502) der historischen Zwischenankunftszeiten unter Verwendung einer ersten Verteilungsfunktion und der historischen Service-Zeiten unter Verwendung einer zweiten Verteilungsfunktion; und Herleiten der durchschnittlichen Zwischenankunftszeit und der durchschnittlichen Service-Zeit auf Basis der ersten bzw. der zweiten Verteilungsfunktion.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem nach Anspruch 18, wobei die erste Verteilungsfunktion eine exponentiale Verteilungsfunktion ist.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem nach Anspruch 18, wobei die zweite Verteilungsfunktion eine Pareto-Verteilungsfunktion ist.
Stromverbrauchs-Verwaltungssystem nach Anspruch 18, wobei die Stromspareinrichtung des Weiteren so programmiert ist, dass sie die Verkehrsstatistikdaten durch Erfassen einer aktuellen Zwischenankunftszeit und einer aktuellen Service-Zeit aktualisiert.
Mobile Rechenvorrichtung (100), die umfasst: eine Stromquelle (120), die die mobile Vorrichtung mit Strom versorgt; ein Netzwerk-Schnittstellenmodul (201), das Drahtlos-Netzwerk-Kommunikationen sendet und empfängt; eine Verkehrsstatistikdatenbank (204), die Verkehrsstatistikdaten einschließlich eines Satzes historischer Zwischenankunftszeiten und eines Satzes historischer Service-Zeiten speichert; und dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Rechenvorrichtung umfasst: eine Stromspareinrichtung (202), die das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) selektiv in einen Zustand mit niedrigem Stromverbrauch einstellt, in dem das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) aufhört, Netzwerk-Kommunikationsdaten zu senden, um den Verbrauch von Strom der Stromquelle zu verringern, wobei die Stromspareinrichtung eine Zufalls-Entscheidungseinrichtung (203) aufweist, die die Verkehrsstatistikdaten analysiert, um eine durchschnittliche Zwischenankunftszeit und eine durchschnittliche Service-Zeit herzuleiten, und eine Soll-Leerlaufzeit für das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) auf Basis der durchschnittlichen Zwischenankunftszeit und der Service-Zeit berechnet, wobei die Soll-Leerlaufzeit so vorhergesagt wird, dass sich eine Menge verzögerter Netzwerk-Verkehrsdaten ergibt, die geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwert und diesem entspricht, wenn das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) über die Soll-Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch versetzt wird.
Mobile Rechenvorrichtung (100) nach Anspruch 22, wobei die Stromquelle (120) einen Akkupack enthält.
Mobile Rechenvorrichtung (100) nach Anspruch 22, wobei die Stromquelle (120) eine Brennstoffzelle ist.
Mobile Rechenvorrichtung (100) nach Anspruch 22, wobei die Stromspareinrichtung so programmiert ist, dass sie das Netzwerk-Schnittstellenmodul (201) über die Soll-Leerlaufzeit in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch schaltet, wenn die Drahtlos-Vorrichtung (100) mit einem Zugangspunkt (231) eines Infrastruktur-Netzwerkes verbunden ist.
Mobile Rechenvorrichtung (100) nach Anspruch 22, wobei die Stromspareinrichtung (202) so programmiert ist, dass sie die folgenden Schritte durchführt: Feststellen (404), dass die Drahtlos-Vorrichtung mit einem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk (220) verbunden ist, Rundsenden (405) der Soll-Leerlaufzeit zu anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; Empfangen (407) von Soll-Leerlaufzeiten, die durch die anderen Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk berechnet und rundgesendet werden; Auswählen (409) einer kürzesten der rundgesendeten Soll-Leerlaufzeiten als eine gemeinsame Leerlaufzeit für die Drahtlos-Vorrichtungen in dem Ad-hoc-Drahtlos-Netzwerk; und Schalten (410) des Netzwerk-Schnittstellenmoduls in den Zustand mit niedrigem Stromverbrauch über die gemeinsame Leerlaufzeit.