基于802.11協議的節能技術
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無線網絡接口在結點總功耗中占有相當大的比例。通常情況下，無線網絡接口加電工作時按功率消耗由小到大的順序有4種模式：睡眠模式（sleep）、空閑模式（idle）、接收模式（receive）以及發送模式（transmit）。當無線網絡接口工作于睡眠模式時稱結點處于睡眠狀態，而當無線網絡接口工作在其他三種模式時稱結點處于活躍狀態。
試驗表明：網絡接口處于睡眠狀態時能耗特別低，處于空閑模式時的功率消耗與處于接收、發送模式時的功率消耗相差無幾[1]。這說明在發送代價很大的網絡中為了節能而常用的功率控制機制并不能顯著降低網絡能耗；盡可能將結點網絡接口置于睡眠狀態是降低結點功耗的關鍵，各種節能協議的設計也主要是圍繞這個思想進行的。這種類型的節能協議主要由數據鏈路層的MAC子層實現。
1 802.11協議的基本節能機制
802.11協議[2]在MAC子層標準中定義了兩種模式：分布協調功能DCF和點協調功能PCF。由于DCF的使用比較普遍，因此本文主要基于DCF來探討802.11協議的節能技術。
在節能模式下，當結點沒有數據傳輸時可以進入睡眠狀態，但這種操作不能影響正常的數據通信。因此必須要解決好兩個問題：節能模式下結點如何從其他結點接收數據；結點如何向處于節能模式的結點發送數據。
802.11標準中為802.11DCF定義了節能模式PSM[3]（Power Save Mode）。PSM工作于全互連網絡中，工作過程如圖1所示。各結點將時間軸分為連續的beacon周期，當每一beacon周期開始時，工作于節能模式的結點都喚醒一段時間，稱之為ATIM窗口（Ad Hoc Traffic Indication Message）。在ATIM窗口開始的時刻各結點都處于活躍狀態并競爭發一beacon幀來進行全網同步，其中beacon幀中攜帶本結點的時鐘信息。各結點都與成功接收到的beacon幀進行同步，并且不再發送自己的beacon幀。同步后，有報文要發送的結點通過發送ATIM幀與接收結點進行信息交互，接收結點收到發給自己的ATIM幀后，應答一個ATIM-ACK（如果ATIM幀的地址是一廣播地址，則無需應答）。結點如果有報文要發送或接收，則在剩余的beacon周期時間內(本文稱作流量窗口，簡稱TW窗口)一直處于活躍狀態，那些沒有報文要發送或接收的結點則在TW窗口內處于睡眠模式以節省能量，直到下一beacon周期開始時刻重新喚醒。802.11PSM協議有以下幾條規則必須遵守：
(1)如果某結點收到發給自己的ATIM幀或廣播地址的ATIM幀，則該結點在本beacon周期內要一直處于活躍狀態；
(2)只有當結點既沒有發ATIM幀又沒有收到地址為本結點或廣播地址的ATIM幀時才可在本beacon周期的TW窗口內進入睡眠態，直到下一周期開始再喚醒；
(3)ATIM幀和ATIM-ACK幀發送采用正常的802.11DCF接入規則競爭信道；
(4)在TW窗口內，處于活躍狀態的結點采用正常的802.11DCF接入規則競爭信道。
PSM作為802.11最基本的節能協議，能夠在一定程度上實現節能目標。但它存在一些不足：
(1)PSM協議中，ATIM窗口大小固定不變。而ATIM窗口的大小對系統的節能效率和吞吐率有較大影響，大小固定的ATIM窗口不能靈活適應這種狀況。ATIM窗口設置得過大會導致實際用來發送數據的時間縮短而使最大吞吐率降低，也會降低節能效率。尤其網絡在低負荷時，過大的ATIM窗口的負面影響極為明顯。而ATIM窗口過小則可能導致某些發送結點在ATIM窗口內沒有時間與接收結點建立連接，也可能使最大吞吐率降低；
(2)在整個ATIM窗口內，所有結點都必須處于活躍狀態。當所有結點都沒有數據傳輸時在ATIM窗口一直處于空閑狀態，仍要消耗不少能量；
(3)每個有數據收發的結點在TW窗口內要一直處于活躍狀態（即使只有一個報文要發送或接收）。結點在結束通信后，如果TW窗口尚未結束，它就要在窗口剩余時間內一直處于空閑狀態，這依然要消耗不少能量；
(4)在TW 窗口內，數據發送時競爭信道采用的是普通802.11協議中的CSMA/CA機制。當結點發現信道忙時，就要退避一段時間再進行信道接入。在這段退避時間內，結點處于空閑狀態，依然消耗不少能量。
2 802.11中各種改進的節能協議
針對802.11PSM節能協議中存在的不足，不少學者提出了改進建議。常見的對基本節能機制的改進協議有如下幾種。
2.1 TIPS協議
TIPS協議[4]（Traffic Indication-based Power Saving）是針對PSM中所有結點沒有數據傳輸時在ATIM窗口內仍然保持活躍狀態的缺陷進行的改進。如果所有結點都沒有數據傳輸，在ATIM窗口進入睡眠狀態會減少能耗。但結點不能過早地盲目地轉入睡眠狀態，因為即使結點自己沒有數據發送，它也無法了解鄰結點是否有數據需要接收或轉發。為了解決這一問題，TIPS協議在ATIM窗口開始時刻利用兩個beacon時隙作為流量指示器，將第一個時隙稱為ETS（Earlier Time Slot），第二個時隙稱為LTS（Later Time Slot）。
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