WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.11u協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法
【專(zhuān)利摘要】WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.11u協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，終端只處于激活狀態(tài)或睡眠狀態(tài)；當(dāng)終端接入時(shí)為激活狀態(tài)；AP有緩存數(shù)據(jù)時(shí)向各終端廣播控制信息GAS信令，各終端向AP競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送GAS-Respond信令；根據(jù)先到先傳算法確定終端的傳輸順序；進(jìn)行時(shí)鐘同步，確定各終端在一次傳輸周期內(nèi)的睡眠期和激活期；所有終端完成一次數(shù)據(jù)接收后一次傳輸周期結(jié)束；然后開(kāi)始下一次傳輸過(guò)程。本發(fā)明中終端能根據(jù)AP發(fā)送的傳輸序列信息改變其睡眠和激活狀態(tài)，避免終端在等待信道空閑時(shí)處于空閑狀態(tài)而浪費(fèi)能量，在接入終端較多的情況下節(jié)能效果尤為明顯。相對(duì)于傳統(tǒng)節(jié)能方法，本發(fā)明節(jié)能效果顯著。
【專(zhuān)利說(shuō)明】WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.11u協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，具體涉及一種WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法。
【背景技術(shù)】 [0002]隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，綠色環(huán)保、節(jié)能減排的思想不斷深入人心。在個(gè)人通信不斷發(fā)展普及的今天，在提供更高頻譜利用率、更高速率和更豐富多媒體業(yè)務(wù)的同時(shí)，終端功耗問(wèn)題顯得尤為嚴(yán)重。為了最大程度支持終端移動(dòng)性，保證優(yōu)良的用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，需要在保證用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下，盡可能的延長(zhǎng)終端續(xù)航時(shí)間。無(wú)論是WLAN(Wireless Local AreaNetworks)系統(tǒng)還是LTE (Long Term Evolution)系統(tǒng),都對(duì)節(jié)能機(jī)制進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化工作，從一定程度上說(shuō)明了節(jié)能的重要性。
[0003]802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中定義了一種節(jié)能模式PSM (Power Saving Mode),這是一種時(shí)間驅(qū)動(dòng)的W1-Fi接口動(dòng)態(tài)關(guān)閉機(jī)制。PSM定義了終端可以處于激活，空閑和睡眠三種狀態(tài)。PSM將時(shí)間軸分為連續(xù)的beacon周期，通過(guò)相關(guān)的緩存數(shù)據(jù)信息來(lái)控制終端的工作狀態(tài)，使終端在沒(méi)有緩存數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)入睡眠狀態(tài)節(jié)省能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。在一個(gè)beacon周期內(nèi)，AP發(fā)送的--Μ信令告知終端STA的緩存信息，所有目的STA等待信道空閑后，競(jìng)爭(zhēng)信道(DCF)接收數(shù)據(jù)。PSM規(guī)定了終端在有緩存數(shù)據(jù)時(shí)，在一個(gè)beacon周期內(nèi)沒(méi)有獲得最后一個(gè)數(shù)據(jù)包前必須保持激活狀態(tài)。因此，隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載的不斷增大(接入終端STA過(guò)多)，當(dāng)一個(gè)STA占據(jù)信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，其他未接收數(shù)據(jù)的STA則處于空閑狀態(tài)的情況，從而造成能量的浪費(fèi)。并且過(guò)多的終端接入也會(huì)造成嚴(yán)重的接入碰撞，從而減小系統(tǒng)的吞吐量。因此，針對(duì)過(guò)多終端接入的情況，設(shè)計(jì)一種合理的終端功耗管理方案和節(jié)能方案是有必要的。
[0004]近年來(lái)，很多學(xué)者在終端功耗方面做了很多工作，主要集中體現(xiàn)在傳節(jié)能方案(PSM)方案的改進(jìn)。文獻(xiàn)[Yi Xie, Xiapu Luo, Chang, R.K.C，“Centralized PSM: AnAP-centric powersaving Mode for802.11 infrastructure networks,，，SarnoffSymposium, 2009.SARN0FF09.1EEE, pp.1-5, March302009-Aprill2009.]提出了一種 AP 集中式的節(jié)能方案(AP-centric PSM)，通過(guò)AP根據(jù)傳輸情況為終端選擇最優(yōu)的PSM參數(shù)，例如beacon周期和監(jiān)聽(tīng)周期LI (Listen Interval)的大小，以此來(lái)獲取所有終端整體能量利用率的最大化。文獻(xiàn)[S.Nath, Z.Anderson, and S.Seshan.“Choosing beacon periodstoimproveresponse times for wireless HTTP clients,” In Proc.Mobiffac, 2004.]提出了一種根據(jù)當(dāng)前TCP握手協(xié)議的時(shí)間來(lái)動(dòng)態(tài)的選取合理的監(jiān)聽(tīng)周期LI。在文獻(xiàn)[R.Krashinsky and H.Balakrishnan.“Minimizing energy for wireless webaccesswith bounded slowdown, ” Wireless Networks, 11, 2005.]中，詳細(xì)分析了這種將時(shí)間分成beacon周期，終端的不連續(xù)連接對(duì)最小化終端能量消耗的影響。這些的改進(jìn)和分析工作都是選擇合理的PSM參數(shù)來(lái)進(jìn)一步提到節(jié)能性能，沒(méi)有從根本上解決終端處于空閑狀態(tài)造成的能量浪費(fèi)。在文獻(xiàn)[Li Ning, Xu Yan, Xie Shengli, “A Modified Version ofIEEE802.1lPower-Saving Protocol,，’In Proc.Journal Of System Simulation, Vol.17，N
0.1, Jan, 2005.]中，作者在傳統(tǒng)PSM基礎(chǔ)上做出一定改進(jìn)，在每次傳輸過(guò)程中，讓與該次傳輸無(wú)關(guān)的終端進(jìn)入睡眠狀態(tài)來(lái)節(jié)約能量。但作者沒(méi)有考慮過(guò)多終端接入時(shí)PSM會(huì)發(fā)生較大的碰撞概率，從而造成錯(cuò)誤傳輸和重傳次數(shù)增加，這也是一種能量浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，能夠在較多終端STA接入WLAN網(wǎng)絡(luò)的情況下，有效的提高終端STA能量利用率。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1 Iu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，終端STA只處于激活狀態(tài)或睡眠狀態(tài)，AP(Access Point,無(wú)線接入點(diǎn))為接入終端STA緩存數(shù)據(jù)，AP和終端STA之間通過(guò)802.1lu協(xié)議中的GAS (Generic advertisement service,公共廣播服務(wù))信令進(jìn)行信息交換，一次傳輸周期內(nèi)有緩存數(shù)據(jù)的終端STA都能獲取一次接收數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)；
[0008]具體包括以下步驟:
[0009]I)當(dāng)終端STA接入WLAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)處于激活狀態(tài)，等待AP發(fā)送GAS信令；
[0010]2) AP根據(jù)緩存信息向所有接入的終端STA發(fā)送GAS信令；
[0011]3)當(dāng)AP有緩存數(shù)據(jù)時(shí)，AP廣播附帶數(shù)據(jù)傳輸目的終端ID的GAS信令，接收到GAS信令的所有終端STA判斷其是否有數(shù)據(jù)緩存在AP中，并且AP開(kāi)啟應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口 RCW(Respond Contention Window)，在應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口中所有目的終端根據(jù)DCF競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則向AP競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送GAS-Respond信令,非目的終端直接進(jìn)入睡眠狀態(tài)；
[0012]4) AP接收到所有緩存數(shù)據(jù)的目的終端發(fā)送的GAS-Respond信令之后，應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口關(guān)閉，根據(jù)先到先傳算法確定目的終端的傳輸順序，進(jìn)入傳輸階段；
[0013]5) AP開(kāi)始傳輸時(shí)廣播GAS信令進(jìn)行時(shí)鐘同步，所有目的終端根據(jù)其攜帶的傳輸序列和傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度來(lái)確定其在一次傳輸周期內(nèi)的睡眠期和激活期；
[0014]6)每個(gè)終端STA開(kāi)始接收數(shù)據(jù)時(shí)，AP都發(fā)送GAS信令進(jìn)行時(shí)鐘同步，所有目的終端完成一次數(shù)據(jù)接收后一次傳輸周期結(jié)束；然后開(kāi)始下一次傳輸過(guò)程，重復(fù)步驟2)至步驟5)。
[0015]其競(jìng)爭(zhēng)接入方式為:802.11協(xié)議中所有終端STA都以分布式協(xié)調(diào)功能DCF作為MAC層的基本訪問(wèn)方式。
[0016]所述的步驟2)中當(dāng)AP無(wú)緩存數(shù)據(jù)時(shí)，開(kāi)啟計(jì)時(shí)器，并向終端STA發(fā)送睡眠控制信息，使終端STA睡眠至計(jì)時(shí)器溢出時(shí)刻，此時(shí)終端STA被喚醒，喚醒后終端STA繼續(xù)接收AP發(fā)送的GAS信令，若此時(shí)AP仍無(wú)緩存數(shù)據(jù)，則重新開(kāi)啟計(jì)時(shí)器，使終端STA繼續(xù)睡眠至計(jì)時(shí)器溢出時(shí)刻，終端STA被喚醒后重復(fù)上述步驟，直至AP有緩存數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行步驟3)。
[0017]所述的步驟3)中使用802.1lu協(xié)議中GAS信令預(yù)留的元素標(biāo)識(shí)使GAS信令攜帶目的終端的ID和其所要接受的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和接受順序，其中目的終端所要接受的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度被用來(lái)在接收到傳輸序列后確定其睡眠期時(shí)長(zhǎng)。
[0018]所述的步驟3)中的應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口為降低終端STA競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)碰撞概率所設(shè)置。
[0019]所述的步驟3)中在應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口中成功發(fā)送GAS-Respond信令后的終端STA不再參與信道競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于第i個(gè)競(jìng)爭(zhēng)成功的終端STA，其競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)不發(fā)生碰撞的概率Pi為:
【權(quán)利要求】
1.WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:終端STA只處于激活狀態(tài)或睡眠狀態(tài)，AP為接入終端STA緩存數(shù)據(jù)，AP和終端STA之間通過(guò)802.1lu協(xié)議中的GAS信令進(jìn)行信息交換，一次傳輸周期內(nèi)有緩存數(shù)據(jù)的終端STA都能獲取一次接收數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)； 具體包括以下步驟: 1)當(dāng)終端STA接入WLAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)處于激活狀態(tài)，等待AP發(fā)送GAS信令； 2)AP根據(jù)緩存信息向所有接入的終端STA發(fā)送GAS信令； 3)當(dāng)AP有緩存數(shù)據(jù)時(shí)，AP廣播附帶數(shù)據(jù)傳輸目的終端ID的GAS信令，接收到GAS信令的所有終端STA判斷其是否有數(shù)據(jù)緩存在AP中，并且AP開(kāi)啟應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口 RCW，在應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口中所有目的終端根據(jù)DCF競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則向AP競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送GAS-Respond信令，非目的終端直接進(jìn)入睡眠狀態(tài)； 4)AP接收到所有緩存數(shù)據(jù)的目的終端發(fā)送的GAS-Respond信令之后，應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口關(guān)閉，根據(jù)先到先傳算法確定目的終端的傳輸順序，進(jìn)入傳輸階段； 5)AP開(kāi)始傳輸時(shí)廣播GAS信令進(jìn)行時(shí)鐘同步，所有目的終端根據(jù)其攜帶的傳輸序列和傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度來(lái)確定其在一次傳輸周期內(nèi)的睡眠期和激活期； 6)每個(gè)終端STA開(kāi)始接收數(shù)據(jù)時(shí)，AP都發(fā)送GAS信令進(jìn)行時(shí)鐘同步，所有目的終端完成一次數(shù)據(jù)接收后一次 傳輸周期結(jié)束；然后開(kāi)始下一次傳輸過(guò)程，重復(fù)步驟2)至步驟5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:其競(jìng)爭(zhēng)接入方式為:802.11協(xié)議中所有終端STA都以分布式協(xié)調(diào)功能DCF作為MAC層的基本訪問(wèn)方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:所述的步驟2)中當(dāng)AP無(wú)緩存數(shù)據(jù)時(shí)，開(kāi)啟計(jì)時(shí)器，并向終端STA發(fā)送睡眠控制信息，使終端STA睡眠至計(jì)時(shí)器溢出時(shí)刻，此時(shí)終端STA被喚醒，喚醒后終端STA繼續(xù)接收AP發(fā)送的GAS信令，若此時(shí)AP仍無(wú)緩存數(shù)據(jù)，則重新開(kāi)啟計(jì)時(shí)器，使終端STA繼續(xù)睡眠至計(jì)時(shí)器溢出時(shí)刻，終端STA被喚醒后重復(fù)上述步驟，直至AP有緩存數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行步驟3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:所述的步驟3)中使用802.1lu協(xié)議中GAS信令預(yù)留的元素標(biāo)識(shí)使GAS信令攜帶目的終端的ID和其所要接受的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和接受順序，其中目的終端所要接受的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度被用來(lái)在接收到傳輸序列后確定其睡眠期時(shí)長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:所述的步驟3)中的應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口為降低終端STA競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)碰撞概率所設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:所述的步驟3)中在應(yīng)答競(jìng)爭(zhēng)窗口中成功發(fā)送GAS-Respond信令后的終端STA不再參與信道競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于第i個(gè)競(jìng)爭(zhēng)成功的終端STA，其競(jìng)爭(zhēng)信道時(shí)不發(fā)生碰撞的概率Pi為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:所述的步驟5)中每個(gè)終端STA僅在其傳輸時(shí)處于激活狀態(tài)，在時(shí)間上處于激活期，其余時(shí)間為睡眠期，第j個(gè)終端STA在一次傳輸周期內(nèi)的睡眠期的總時(shí)長(zhǎng)Tsleep (j)如式(5)所示，
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的WLAN網(wǎng)絡(luò)中基于802.1lu協(xié)議的終端節(jié)能功耗管理方法，其特征在于:所述的步驟5)中終端STA根據(jù)其攜帶的傳輸序列和傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度來(lái)確定其在一次傳輸周期內(nèi)的睡眠期和激活期的具體操作為:目的終端接收GAS信令后，根據(jù)傳輸序列確定出其處于傳輸序列的位置，并根據(jù)先于其傳輸?shù)哪康慕K端傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度進(jìn)一步確定其睡眠期和喚醒時(shí)刻，從而在該時(shí)刻處于激活狀態(tài)來(lái)接收數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H04W84/12GK103546909SQ201310475746
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】任品毅, 張迪, 杜清河, 孫黎 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)