專利名稱：一種提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種提高IEEE 802.11 AdHoc無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法。
背景技術(shù)：
IEEE 802.11 WLAN(Wireless Local Area Networks，WLANs)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩種類型一種是無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)，又稱Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)；另一種是有中心網(wǎng)絡(luò)，也稱為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)(Infrastructure Network)。無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)(無(wú)AP網(wǎng)絡(luò))也稱對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，它覆蓋的服務(wù)區(qū)稱IBSS(IndependentBasic Service Set)，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)用于一臺(tái)無(wú)線工作站(STA，Station)和另一臺(tái)或多臺(tái)其他無(wú)線工作站的直接通訊，該網(wǎng)絡(luò)無(wú)法接入有線網(wǎng)絡(luò)中，只能獨(dú)立使用，這是最簡(jiǎn)單的無(wú)線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。有中心網(wǎng)絡(luò)是一種帶AP(Access Point)的網(wǎng)絡(luò)，它由無(wú)線AP、無(wú)線工作站STA以及分發(fā)系統(tǒng)服務(wù)(Distribution System Service，DSS)構(gòu)成，覆蓋的區(qū)域分BSS和ESS(Extended Service Set)。
因?yàn)闊o(wú)線站點(diǎn)經(jīng)常工作于電池供電的狀態(tài)，因而節(jié)能就顯得非常重要，所以IEEE 802.11在MAC(Media Access Control)層規(guī)定了一種節(jié)能方式，同樣分為Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方式和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方式。因?yàn)楸景l(fā)明涉一種提高IEEE 802.11 Ad Hoc無(wú)線局域網(wǎng)的節(jié)能效率的方法，下面介紹IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方法，參見(jiàn)附圖1時(shí)間分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)幀間隔(Beacon Interval，BI)，BI的前部分為ATIM窗口，后面是數(shù)據(jù)傳送窗口。在每一個(gè)BI開始的時(shí)刻(Target BeaconTransmission Time，TBTT)，所有站點(diǎn)都喚醒，站點(diǎn)先采用DCF方式競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送Beacon幀，最先發(fā)送成功的Beacon作為網(wǎng)絡(luò)的同步幀，其他站點(diǎn)不再發(fā)送。然后在ATIM窗口內(nèi)，有報(bào)文要發(fā)送的站點(diǎn)發(fā)送ATIM幀到目的站點(diǎn)，目的站點(diǎn)收到ATIM幀后發(fā)送ACK幀到源站點(diǎn)；ATIM窗口結(jié)束后，有報(bào)文要發(fā)送或接收的站點(diǎn)繼續(xù)處于活躍狀態(tài)，進(jìn)行報(bào)文的發(fā)送或接收，并且活躍狀態(tài)一直保持到這個(gè)信標(biāo)幀間隔BI的結(jié)束；既沒(méi)有報(bào)文發(fā)送也沒(méi)有報(bào)文接收的站點(diǎn)則在ATIM窗口后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
可以看出，以上方式有以下不足一是ATIM窗口的設(shè)置很難做到合適，ATIM窗口設(shè)置過(guò)大，則ATIM幀和ACK幀交換完成后，站點(diǎn)還不能立即發(fā)送數(shù)據(jù)或進(jìn)入睡眠狀態(tài)，一定要等待ATIM窗口結(jié)束；如果ATIM窗口設(shè)置過(guò)小，則有可能ATIM幀和ACK幀來(lái)不及交換完成。
二是在ATIM窗口后面的數(shù)據(jù)交換窗口中，哪怕站點(diǎn)已經(jīng)發(fā)送完成或已經(jīng)接收完畢，也不能進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而要一直保持活躍態(tài)到幀間隔BI的結(jié)束，這無(wú)疑降低了節(jié)能效率。
IEEE 802.11規(guī)定幀間隔BI等于100mS，ATIM窗口等于20mS，則最大節(jié)能效率為80％(此時(shí)相當(dāng)于沒(méi)有站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換)。當(dāng)有報(bào)文要發(fā)送的站點(diǎn)增加時(shí)，節(jié)能效率急劇下降，因?yàn)樵贏TIM窗口結(jié)束后，有報(bào)文要發(fā)送或接收的站點(diǎn)都一直處于活躍狀態(tài)等待發(fā)送或接收?qǐng)?bào)文。實(shí)際上，大多時(shí)候都是在監(jiān)聽(tīng)發(fā)送到別的站點(diǎn)的報(bào)文，進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)(睡眠態(tài))的時(shí)間很少。所以原有節(jié)能方法需要改進(jìn)。
到目前為止，已經(jīng)提出了多種改進(jìn)IEEE 802.11 Ad hoc的節(jié)能方法，本發(fā)明提出了一種基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)和報(bào)文驅(qū)動(dòng)結(jié)合的節(jié)能方法。

發(fā)明內(nèi)容
一種提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，包括基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)和報(bào)文驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的節(jié)能方法。參見(jiàn)圖2。
當(dāng)有源站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先向目的站點(diǎn)發(fā)送RTS報(bào)文，目的站點(diǎn)收到RTS(Request To Send)報(bào)文后發(fā)CTS(Clear To Send)報(bào)文給源站點(diǎn)，其中RTS和CTS均包含后續(xù)數(shù)據(jù)交換所需要的時(shí)間(以微秒為單位)。按照?qǐng)?bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，其他站點(diǎn)根據(jù)上面RTS，CTS報(bào)文指示的傳輸時(shí)間進(jìn)入睡眠狀態(tài)；上面所述的數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，睡眠站點(diǎn)喚醒；同時(shí)，上次的發(fā)送站點(diǎn)發(fā)送Beacon幀對(duì)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，進(jìn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，時(shí)間軸分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)間隔(BeaconInterval，BI)，每個(gè)BI的前面一段時(shí)間是ATIM(Ad hoc TrafficIndication Map)窗口。若有站點(diǎn)有數(shù)據(jù)待發(fā)送，則在ATIM窗口發(fā)送RTS報(bào)文從而又使得網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)按報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式工作；若在規(guī)定時(shí)間TIDLE內(nèi)媒介處于空閑，說(shuō)明所有站點(diǎn)都沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則提前結(jié)束ATIM窗口，所有站點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一個(gè)BI周期再喚醒。TIDLE的值等于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的DIFS(DCF Interframe Space)值。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖1是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方式示意圖；圖2是本發(fā)明提出的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方式工作示意圖；圖3是提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的節(jié)能方式工作流程圖；圖4是報(bào)文驅(qū)動(dòng)節(jié)能方式下的節(jié)能效率曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方式示意圖，在背景技術(shù)中已做描述；(在此從略)圖1中英文對(duì)應(yīng)中文Beacon 信標(biāo)DATA 數(shù)據(jù)ACK(Acknowledge)確認(rèn)BI(Beacon Interval)信標(biāo)間隔AW(ATIM Window)網(wǎng)絡(luò)傳輸指示圖窗口ATIM(Ad hoc Traffic Indication Map)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)傳輸指示圖TBTT(Target Beacon Transmission Time)目標(biāo)信標(biāo)傳輸時(shí)間圖2是本發(fā)明提出的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能方式工作示意圖，在發(fā)明內(nèi)容中已做描述。(在此從略)圖2中英文對(duì)應(yīng)中文Message-Drive報(bào)文驅(qū)動(dòng)TIDLE值空閑時(shí)間 RTS(Request-To-Send)請(qǐng)求發(fā)送 CTS(Clear-To-Send)允許發(fā)送Next BI下一個(gè)信標(biāo)幀
請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明為一種應(yīng)用于IEEE 802.11 Ad hoc無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能方法，包括；基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式和基于報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，相結(jié)合的節(jié)能方式，步驟如下第1步，當(dāng)有源站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，假設(shè)源站點(diǎn)A向目的站點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)，源站點(diǎn)A先向目的站點(diǎn)B發(fā)送RTS報(bào)文；第2步，目的站點(diǎn)B收到RTS報(bào)文后發(fā)CTS報(bào)文給源站點(diǎn)A，RTS和CTS均包含后續(xù)數(shù)據(jù)交換所需要的時(shí)間(以微秒為單位)；第3步，其他站點(diǎn)根據(jù)前面的RTS和CTS報(bào)文中指示的傳輸時(shí)間決定是否進(jìn)入睡眠狀態(tài)，若時(shí)間超過(guò)門限值則進(jìn)入睡眠模式；若沒(méi)有超過(guò)門限值，則不進(jìn)入，因?yàn)閺幕钴S態(tài)到睡眠態(tài)和從睡眠態(tài)到活躍態(tài)要消耗額外的能量，門限值取20Ms，也即為AW的大小；第4步，上面所述源站點(diǎn)A到目的站點(diǎn)B的數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，睡眠站點(diǎn)喚醒；第5步，上次的發(fā)送源站點(diǎn)A負(fù)責(zé)發(fā)送Beacon幀對(duì)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，進(jìn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，時(shí)間軸分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)間隔(Beacon Interval，BI)，每個(gè)BI的前面一段時(shí)間是ATIM(Ad hoc TrafficIndication Map)窗口，也記為AW；第6步，若有站點(diǎn)有數(shù)據(jù)待發(fā)送，則在ATIM窗口內(nèi)交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文后進(jìn)入報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式；第7步，若在規(guī)定時(shí)間TIDLE內(nèi)媒介處于空閑，說(shuō)明所有站點(diǎn)都沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則提前結(jié)束ATIM窗口，所有站點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一個(gè)BI周期再喚醒。
所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，無(wú)線局域網(wǎng)指IEEE 802.11Ad hoc WLAN。
所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)先交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文，根據(jù)報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，無(wú)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠模式。
所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，源站點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，接著發(fā)送Beacon幀對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間同步，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式。
所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)先交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文，進(jìn)入報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式。根據(jù)報(bào)文中指示的傳輸時(shí)間決定是否進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若時(shí)間超過(guò)門限值則進(jìn)入睡眠模式，若沒(méi)有超過(guò)門限值，則不進(jìn)入，因?yàn)閺幕钴S態(tài)到睡眠態(tài)和從睡眠態(tài)到活躍態(tài)要消耗額外的能量。
所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，進(jìn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式后，時(shí)間軸分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)間隔(Beacon Interval，BI)，每個(gè)BI的前面一段時(shí)間是ATIM(Ad hoc Traffic Indication Map)窗口，也記做AW。若有站點(diǎn)有數(shù)據(jù)待發(fā)送，則在ATIM窗口內(nèi)交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文后進(jìn)入報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式；若在規(guī)定時(shí)間TIDLE內(nèi)媒介處于空閑，說(shuō)明所有站點(diǎn)都沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則提前結(jié)束ATIM窗口，所有站點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一個(gè)BI周期再喚醒。TIDLE的值等于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的DIFS(DCF Interframe Space)值。
所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，門限值取20Ms，也即為AW的大小。
可以看出，在網(wǎng)絡(luò)流量少時(shí)，站點(diǎn)的節(jié)能方式主要為時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，在網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有流量的情況下，節(jié)能效率達(dá)到極限，記做ρmax。
ρmax=DIFSBI,]]>DIFS＝aSIFSTime+2×aSlotTime對(duì)于IEEE 802.11b，aSIFSTime＝10μs，aSlotTime＝20μs，DIFS＝50μs；而BI＝100ms，所以ρmax≈95％，考慮到睡眠狀態(tài)到活躍態(tài)以及活躍態(tài)到睡眠態(tài)轉(zhuǎn)換要消耗一部分功率，具體要根據(jù)無(wú)線網(wǎng)卡的硬件電路而定，實(shí)際節(jié)能效率要稍微低些。
在網(wǎng)絡(luò)流量多時(shí)，站點(diǎn)的節(jié)能方式主要為報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，圖4是報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能效率仿真曲線，圖中M是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，L是報(bào)文的長(zhǎng)度?？梢钥闯?，在報(bào)文驅(qū)動(dòng)節(jié)能方式下，網(wǎng)絡(luò)流量增加時(shí)，節(jié)能效率隨著增加，最高有70％的節(jié)能效率。
本發(fā)明的節(jié)能方式是將時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式和報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式結(jié)合起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)流量低時(shí)，采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式；而網(wǎng)絡(luò)流量大時(shí)，采用報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式。
權(quán)利要求
1.一種提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，包括基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)和報(bào)文驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的節(jié)能方式，其步驟如下第1步，當(dāng)有源站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，假設(shè)源站點(diǎn)A向目的站點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)，源站點(diǎn)A先向目的站點(diǎn)B發(fā)送RTS報(bào)文；第2步，目的站點(diǎn)B收到RTS報(bào)文后發(fā)CTS報(bào)文給源站點(diǎn)A，RTS和CTS均包含后續(xù)數(shù)據(jù)交換所需要的時(shí)間；第3步，其他站點(diǎn)根據(jù)前面的RTS和CTS報(bào)文中指示的傳輸時(shí)間決定是否進(jìn)入睡眠狀態(tài)，若時(shí)間超過(guò)門限值則進(jìn)入睡眠模式；若沒(méi)有超過(guò)門限值，則不進(jìn)入，因?yàn)閺幕钴S態(tài)到睡眠態(tài)和從睡眠態(tài)到活躍態(tài)要消耗額外的能量；第4步，上面所述源站點(diǎn)A到目的站點(diǎn)B的數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，睡眠站點(diǎn)喚醒；第5步，上次的發(fā)送源站點(diǎn)A負(fù)責(zé)發(fā)送Beacon幀對(duì)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，進(jìn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，時(shí)間軸分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)間隔BI，每個(gè)BI的前面一段時(shí)間是ATIM窗口，也記為AW；第6步，若有站點(diǎn)有數(shù)據(jù)待發(fā)送，則在ATIM窗口內(nèi)發(fā)送RTS報(bào)文和CTS報(bào)文后進(jìn)入報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式；第7步，若在規(guī)定時(shí)間TIDLE內(nèi)媒介處于空閑，說(shuō)明所有站點(diǎn)都沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則提前結(jié)束ATIM窗口，所有站點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一個(gè)BI周期再喚醒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其特征在于，無(wú)線局域網(wǎng)指IEEE 802.11 Ad hoc WLAN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其特征在于，源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)先交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文，根據(jù)報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，無(wú)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其特征在于，源站點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，接著發(fā)送Beacon幀對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間同步，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其特征在于，源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)先交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文，進(jìn)入報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，根據(jù)報(bào)文中指示的傳輸時(shí)間決定是否進(jìn)入睡眠狀態(tài)，若時(shí)間超過(guò)門限值則進(jìn)入睡眠模式，若沒(méi)有超過(guò)門限值，則不進(jìn)入，因?yàn)閺幕钴S態(tài)到睡眠態(tài)和從睡眠態(tài)到活躍態(tài)要消耗額外的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其特征在于，進(jìn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式后，時(shí)間軸分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)間隔BI，每個(gè)BI的前面一段時(shí)間是ATIM窗口，也記做AW，若有站點(diǎn)有數(shù)據(jù)待發(fā)送，則在ATIM窗口內(nèi)交互RTS報(bào)文和CTS報(bào)文后進(jìn)入報(bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式；若在規(guī)定時(shí)間TIDLE內(nèi)媒介處于空閑，說(shuō)明所有站點(diǎn)都沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則提前結(jié)束ATIM窗口，所有站點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一個(gè)BI周期再喚醒，TIDLE的值等于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的DIFS值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，其特征在于，門限值取20Ms，也即為AW的大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，一種提高無(wú)線局域網(wǎng)節(jié)能效率的方法，包括基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)和報(bào)文驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的節(jié)能方式。當(dāng)有源站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先向目的站點(diǎn)發(fā)送RTS報(bào)文，目的站點(diǎn)收到RTS報(bào)文后發(fā)CTS報(bào)文給源站點(diǎn)，其中RTS和CTS均包含后續(xù)數(shù)據(jù)交換所需要的時(shí)間；按照?qǐng)?bào)文驅(qū)動(dòng)的節(jié)能方式，其他站點(diǎn)根據(jù)上面RTS/CTS報(bào)文指示的傳輸時(shí)間進(jìn)入睡眠狀態(tài)；上面所述的數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，睡眠站點(diǎn)喚醒；若在規(guī)定時(shí)間T
文檔編號(hào)H04L12/56GK101056229SQ20061001165
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者石寅, 肖宛昂 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所