一種基于流量過濾和Web緩存預(yù)取的WiFi接入設(shè)備節(jié)能方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于流量過濾和Web緩存預(yù)取的WiFi接入設(shè)備節(jié)能方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用增加，WiFi接入設(shè)備需要消耗更多能量來完成計算和通信業(yè)務(wù)，電池連續(xù)使用時間(續(xù)航時間)明顯縮短，其中網(wǎng)絡(luò)通信接口卡、CPU和LCD所占能耗比例較高。新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的涌現(xiàn)使WiFi接入設(shè)備的能量瓶頸日趨明顯，而電池容量年增長率僅為5%。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)下，WiFi接入設(shè)備在偵聽和閑置等待的狀態(tài)消耗大量電能，凸現(xiàn)能源低效的問題。因此，能量有限的WiFi接入設(shè)備難以滿足日益增長的移動服務(wù)需求，這勢必成為無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的障礙。
[0003]無線局域網(wǎng)(W1-Fi)已成為用戶獲取網(wǎng)絡(luò)資源的重要途徑，通過AP的數(shù)據(jù)流以Web服務(wù)為主。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的AP與WiFi接入設(shè)備的Web訪問模式，首先WiFi接入設(shè)備發(fā)出HTTP請求；接著，AP將該請求傳送到遠(yuǎn)方Web服務(wù)器。當(dāng)收到Web服務(wù)器的響應(yīng)頁面后，AP把它傳送給WiFi接入設(shè)備。之后，WiFi接入設(shè)備處理該頁面，并發(fā)出更多的請求，來下載該頁面所包含的Web對象，如圖片，CSS，JS腳本等。由于一個頁面常包含許多這些Web對象，WiFi接入設(shè)備需要多次發(fā)出Web請求來下載它們，直到所有的對象被下載，WiFi接入設(shè)備上的瀏覽器才能完整的顯示整個頁面。由此可見，在整個過程中，WiFi接入設(shè)備只能在發(fā)送請求后到接收到回復(fù)前進(jìn)行短暫的休息。此外，不斷的產(chǎn)生請求以及連續(xù)頻繁的wake-up的切換都需要消耗大量能量。
[0004]現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)主要利用WiFi接入設(shè)備休眠和功率管理來降低能耗，例如IEEE802.11協(xié)議的Power Save Mode (PSM)機(jī)制。WiFi接入設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口卡(WNIC)普遍支持四種狀態(tài):發(fā)送(Transmiss1n)、接收(Recept1n)、閑置(Idle)和休眠(Sleep)。前三種狀態(tài)都消耗高功率，而休眠狀態(tài)的功率則降低了 I到2個數(shù)量級。因此，PSM設(shè)定了 WiFi接入設(shè)備的休眠周期，減少傳輸能耗。但標(biāo)準(zhǔn)PSM缺乏自適應(yīng)性，會降低傳輸性能和服務(wù)質(zhì)量。例如，PSM的休眠和包緩存增大了數(shù)據(jù)包時延，嚴(yán)重的時延還會引起TCP發(fā)送端流量控制和擁塞控制的紊亂，最終降低數(shù)據(jù)的吞吐量。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)提出多種PSM改進(jìn)機(jī)制以兼顧能量和傳輸性能，主要分為兩類。第一類是部署在WiFi接入設(shè)備的分布式休眠節(jié)能機(jī)制。為了節(jié)約能量，設(shè)備獨立確定自己的協(xié)議參數(shù)和傳輸操作，并把相關(guān)設(shè)置向AP通告。這類算法大多可以適應(yīng)單個設(shè)備的數(shù)據(jù)流量變化，減少甚至最小化設(shè)備能耗。其缺點是增加了 WiFi接入設(shè)備的復(fù)雜性和計算量，忽視信道競爭和數(shù)據(jù)包沖突等因素對其他設(shè)備的影響。第二類是重點部署在AP的集中控制式休眠機(jī)制，其目標(biāo)是全局的能量優(yōu)化和公平性，指導(dǎo)WiFi接入設(shè)備的運作和重要協(xié)議參數(shù)的設(shè)置，并向所有設(shè)備通告這些設(shè)置。但是集中式節(jié)能機(jī)制多采用細(xì)致的調(diào)度算法，對WiFi接入設(shè)備的傳輸過程修改較大，與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密，難以與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在保證網(wǎng)絡(luò)可用性和滿足傳輸需求的條件下，減少WiFi接入設(shè)備的能量消耗的基于流量過濾和Web緩存預(yù)取的WiFi接入設(shè)備節(jié)能方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]—種基于流量過濾和Web緩存預(yù)取的WiFi接入設(shè)備節(jié)能方法，當(dāng)WiFi接入設(shè)備發(fā)送一個HTTP請求給遠(yuǎn)程的Web服務(wù)器時，將TCP鏈接分割成兩段:第一段TCP鏈接連接WiFi接入設(shè)備和AP，第二段TCP鏈接連接AP和Web服務(wù)器；
[0009]AP通過第一段TCP鏈接接收HTTP請求并查看緩存，如果AP緩存有相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，將響應(yīng)數(shù)據(jù)返回WiFi接入設(shè)備；否則，通過第二段TCP鏈接將該HTTP請求發(fā)送到Web服務(wù)器;AP接收到Web服務(wù)器響應(yīng)后，收集所請求網(wǎng)頁的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過預(yù)設(shè)的流量控制規(guī)則進(jìn)行過濾，然后存入AP緩存，并通過第一段TCP鏈接返回WiFi接入設(shè)備；
[0010]WiFi接入設(shè)備沒有數(shù)據(jù)收發(fā)時，進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0011]作為優(yōu)選，AP向休眠狀態(tài)的WiFi接入設(shè)備批量返回過濾后并已存入AP緩存的所請求網(wǎng)頁的響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0012]作為優(yōu)選，AP周期性地向休眠狀態(tài)的WiFi接入設(shè)備批量返回響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0013]作為優(yōu)選，AP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸速率自適應(yīng)，根據(jù)當(dāng)前無線局域網(wǎng)信道情況，向WiFi接入設(shè)備返回響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0014]作為優(yōu)選，設(shè)置AP為代理服務(wù)器，WiFi接入設(shè)備以AP為代理服務(wù)器，對Web服務(wù)器進(jìn)行請求。
[0015]作為優(yōu)選，通過Split-TCP命令，將TCP鏈接分割成兩段。
[0016]作為優(yōu)選，如果AP緩存不存在HTTP請求的響應(yīng)數(shù)據(jù)，則WiFi接入設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)，并通過第二段TCP鏈接向Web服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)HTTP請求；WiFi接入設(shè)備和AP之間的HTTP請求一直保持活動。
[0017]作為優(yōu)選，AP緩存的數(shù)據(jù)通過緩存預(yù)取方法進(jìn)行獲取，緩存預(yù)取方法包括預(yù)取方法、緩存方法；其中，預(yù)取方法為:模擬瀏覽器解析頁面后，找出需要嵌入在該頁面的其他Web對象并進(jìn)行下載的行為。
[0018]作為優(yōu)選，在進(jìn)行緩存的時候，頁面中尚未解析的域名將轉(zhuǎn)換成IP，并保留域名與IP的對應(yīng)關(guān)系。
[0019]作為優(yōu)選，預(yù)設(shè)的流量控制規(guī)則設(shè)定了，對從WiFi接入設(shè)備發(fā)出的對廣告信息的HTTP請求將被過濾。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
[0021]本發(fā)明采用Spilt-TCP技術(shù)，以AP為網(wǎng)絡(luò)代理，部署適合無線Web訪問的預(yù)取緩存和流量過濾算法，提高能源效率:通過減少請求數(shù)目和構(gòu)造批量數(shù)據(jù)流，控制發(fā)往WiFi接入設(shè)備的響應(yīng)數(shù)據(jù)的流量模式，延長WiFi接入設(shè)備的PSM休眠狀態(tài)以節(jié)約能量，同時保證終端服務(wù)質(zhì)量。通過緩存有用數(shù)據(jù)對象和過濾無用數(shù)據(jù)對象，減少WiFi接入設(shè)備的傳輸處理時間。
[0022]本發(fā)明面向WiFi環(huán)境，針對占主要流量的Web應(yīng)用，設(shè)計適合無線局域網(wǎng)Web數(shù)據(jù)流量特征的節(jié)能策略，將設(shè)備節(jié)能、數(shù)據(jù)緩存/預(yù)取，流量過濾等因素結(jié)合考慮，實現(xiàn)對WiFi接入設(shè)備能耗、時延等多指標(biāo)的優(yōu)化。
[0023]本發(fā)明充分?jǐn)U展AP的中心控制功能，只需要對AP、WiFi接入設(shè)備進(jìn)行升級，而不影響核心設(shè)備和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議，具有便于部署和魯棒性好的特點。
【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的WiFi接入設(shè)備的訪問模式；
[0025]圖2是本發(fā)明的WiFi接入設(shè)備的訪問模式；
圖3是無線便攜設(shè)備周期性從AP獲取數(shù)據(jù)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明目的在于解決無線局域網(wǎng)中WiFi接入設(shè)備的能量瓶頸問題。通過改進(jìn)IEEE 802.11協(xié)議的節(jié)能策略，充分發(fā)揮AP(無線訪問接入點)的中心控制作用，利用Web緩存預(yù)取和流量過濾的控制技術(shù)，在保證網(wǎng)絡(luò)可用性和滿足傳輸需求的條件下，減少無線便攜設(shè)備的能量消耗。
[0028]本發(fā)明所述的方法基于流量過濾和Web緩存預(yù)取的WiFi接入設(shè)備節(jié)能，設(shè)置為以AP為代理服務(wù)器，WiFi接入設(shè)備以AP為代理服務(wù)器，對Web服務(wù)器進(jìn)行請求。
[0029]如圖2所示，AP作為支持Split-TCP的網(wǎng)絡(luò)代理，當(dāng)WiFi接入設(shè)備發(fā)送一個HTTP請求給遠(yuǎn)程的Web服務(wù)器時，通過Split-TCP命令，將TCP鏈接分割成兩段:第一段TCP鏈接連接WiFi接入設(shè)備和AP，第二段TCP鏈接連接AP和Web服務(wù)器；
[0030]AP通過第一段TCP鏈接接收HTTP請求并查看緩存，如果AP緩存有相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，將響應(yīng)數(shù)據(jù)返回WiFi接入設(shè)備；否則，通過第二段TCP鏈接將該HTTP請求發(fā)送到Web服務(wù)器;AP接收到Web服務(wù)器響應(yīng)后，收集所請求網(wǎng)頁的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過預(yù)設(shè)的流量控制規(guī)則進(jìn)行過濾，然后存入AP緩存，并通過第一段TCP鏈接返回WiFi接入設(shè)備；
[0031]WiFi接入設(shè)備沒有數(shù)據(jù)收發(fā)時，進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0032]本實施例中，在AP部署一個Web緩存預(yù)取工具可以減少Web服務(wù)響應(yīng)時間和WiFi接入設(shè)備能耗。AP收到WiFi接入設(shè)備的HTTP請求后，如果在緩存中找到其響應(yīng)數(shù)據(jù)對象，則以網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時最優(yōu)速率連續(xù)發(fā)送。響應(yīng)數(shù)據(jù)全部發(fā)送后，AP通知WiFi接入設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)約能源。本發(fā)明通過AP緩存預(yù)取，避免了頻繁的外網(wǎng)訪問，減少了 Web訪問的響應(yīng)時間；避免WiFi接入設(shè)備進(jìn)入高功率的閑置等待狀態(tài)，增加休眠時間來節(jié)約能量；同時有效的減少由于超時引發(fā)的數(shù)據(jù)包重傳所帶來的能量浪費。
[0033]AP如果在緩存中找不到HTTP請求的響應(yīng)數(shù)據(jù)，則通知WiFi接入設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)約能量，并通過第二段TCP鏈接向Web服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)HTTP請求。同時WiFi接入設(shè)備和AP之間的HTTP請求一直保持活動，以便AP之后能順利返回響應(yīng)數(shù)據(jù)，避免重建鏈接的能量浪費。在AP從Web服務(wù)器中獲得