基于802.11協(xié)議的節(jié)能技術(shù)

在TIPS協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有報(bào)文傳輸時(shí)結(jié)點(diǎn)在ATIM窗口就能進(jìn)入睡眠狀態(tài)，因此比PSM節(jié)能效率高，數(shù)據(jù)流量小時(shí)尤其明顯。
2.2 DPSM協(xié)議
DPSM協(xié)議[5](Dynamic Power-Saving Mechanism)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整ATIM窗口大小，并且結(jié)點(diǎn)結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸后即可在TW窗口內(nèi)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
DPSM協(xié)議中每個(gè)結(jié)點(diǎn)根據(jù)自己觀察到的網(wǎng)絡(luò)狀況而各自使用不同大小的ATIM窗口。結(jié)點(diǎn)在ATIM窗口中交互ATIM幀的同時(shí)通知對(duì)方自己有多少報(bào)文要發(fā)，在TW窗口內(nèi)，當(dāng)發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，收發(fā)雙方都可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如果在當(dāng)前的beacon周期內(nèi)沒(méi)有將已經(jīng)通過(guò)ATIM幀廣播的數(shù)據(jù)發(fā)完，則在下一beacon周期的TW窗口中收發(fā)雙方都處于活躍狀態(tài)繼續(xù)發(fā)送未發(fā)完的數(shù)據(jù)，而不必再通過(guò)ATIM幀廣播。結(jié)點(diǎn)會(huì)在所有發(fā)送報(bào)文中帶上自己的ATIM窗口大小信息，其他結(jié)點(diǎn)如果收到此報(bào)文就可以知道對(duì)方的ATIM窗口大小。某結(jié)點(diǎn)發(fā)送ATIM幀時(shí)，根據(jù)目的結(jié)點(diǎn)的ATIM窗口大小，首先向ATIM窗口最小的結(jié)點(diǎn)發(fā)送ATIM幀，如果不知道對(duì)方的ATIM窗口大小，就按最小的ATIM窗口來(lái)對(duì)待。如果某結(jié)點(diǎn)在當(dāng)前的ATIM窗口內(nèi)來(lái)不及向所有目的結(jié)點(diǎn)發(fā)送ATIM幀，則可以增大ATIM窗口。ATIM窗口的增加和減少都是按一定的粒度來(lái)進(jìn)行的。某結(jié)點(diǎn)如果從其他結(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文中得知對(duì)方的ATIM窗口比自己的ATIM窗口大2個(gè)級(jí)別以上，則將自己的ATIM窗口增大一個(gè)級(jí)別。當(dāng)某一結(jié)點(diǎn)在ATIM窗口結(jié)束后因?yàn)橐l(fā)送或接收數(shù)據(jù)報(bào)文而處于活躍狀態(tài)時(shí)，又收到其他結(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的ATIM幀，則可以響應(yīng)一個(gè)ATIM-ACK報(bào)文，并在下一beacon周期中將自己的ATIM窗口增大一個(gè)級(jí)別，如圖3所示。

某一結(jié)點(diǎn)在連續(xù)發(fā)送幾次ATIM幀都沒(méi)有收到對(duì)方響應(yīng)的ATIM-ACK幀時(shí)（因?yàn)閷?duì)方的ATIM窗口比自己?。┚蜁?huì)將當(dāng)前的數(shù)據(jù)報(bào)文作上標(biāo)記，當(dāng)結(jié)點(diǎn)收到發(fā)送給自己的作了標(biāo)記的數(shù)據(jù)報(bào)文后，也要將ATIM窗口增大一個(gè)級(jí)別。如果某結(jié)點(diǎn)能用當(dāng)前的ATIM窗口順利將所有ATIM幀發(fā)送給對(duì)方，這說(shuō)明當(dāng)前的ATIM窗口已經(jīng)足夠大，則它可以選擇將ATIM窗口縮小一個(gè)級(jí)別。
DPSM能夠使結(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整ATIM窗口大小，并且在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后就進(jìn)入睡眠狀態(tài)。因此比PSM節(jié)能效率高，同時(shí)也沒(méi)有降低吞吐率。
2.3 NPSM協(xié)議
NPSM協(xié)議[6](New Saving Mechanism)中報(bào)文發(fā)送完畢之后結(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)，工作過(guò)程如圖4所示。在每一beacon周期開(kāi)始時(shí)仍然有一段時(shí)間內(nèi)所有結(jié)點(diǎn)都處于活躍狀態(tài)。收發(fā)雙方不必事先交互ATIM報(bào)文就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文。在發(fā)送報(bào)文的同時(shí)通過(guò)在控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文中攜帶一些特定信息來(lái)告知對(duì)方及其他結(jié)點(diǎn)自己當(dāng)前有多少報(bào)文等待發(fā)送、要發(fā)給誰(shuí)以及其他鄰居結(jié)點(diǎn)總共有多少報(bào)文等待發(fā)送給自己等信息。所有無(wú)關(guān)結(jié)點(diǎn)在收到這些信息后就能估算出發(fā)送報(bào)文的結(jié)點(diǎn)至少還會(huì)處于活躍狀態(tài)多少時(shí)間，而目的結(jié)點(diǎn)也能知道對(duì)方有多少報(bào)文等待發(fā)送給自己?；钴S窗口結(jié)束后，如果結(jié)點(diǎn)沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收就轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。

由于NPSM協(xié)議中結(jié)點(diǎn)在報(bào)文發(fā)送完畢之后可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)，因此比802.11PSM協(xié)議有更高的節(jié)能效率。同時(shí)，由于無(wú)需交互ATIM報(bào)文， NPSM協(xié)議比802.11PSM協(xié)議有更高的吞吐率。
2.4 IPSM協(xié)議
IPSM協(xié)議[7-8](ImprovedPower Saving Mechanism)與DPSM具備一樣的特征，既可以動(dòng)態(tài)該改變ATIM窗口大小，又允許結(jié)點(diǎn)在TW窗口完成數(shù)據(jù)傳輸后轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。但兩者采取機(jī)制完全不同。IPSM中定義了4個(gè)參數(shù)：最大ATIM窗口ATIMmax，最小ATMI窗口ATIMmin、信道空閑時(shí)間CIT(Channel Idle Time)、信道空閑時(shí)間門限CITThreshold(Channel Idle Time Threshold)。ATIMmax和ATIMmin限定了ATIM窗口變化的范圍。CIT指在ATIM窗口結(jié)束時(shí)刻測(cè)得的信道持續(xù)空閑時(shí)間。CITThreshold則提供了ATIM窗口增大的條件。在ATIM窗口結(jié)束時(shí)如果CIT大于CITThreshold，則說(shuō)明信道已經(jīng)空閑了足夠長(zhǎng)時(shí)間，結(jié)點(diǎn)沒(méi)有再試圖發(fā)送ATIM幀，不必改變ATMI窗口大??；否則就要增大ATIM窗口。各個(gè)結(jié)點(diǎn)窗口大小變化是同步的。
IPSM協(xié)議工作過(guò)程如圖5所示。在beacon周期初始時(shí)，ATIM窗口置為ATIMmin，如果在窗口結(jié)束時(shí)刻測(cè)得的CIT小于或等于CITThreshold時(shí)，就在ATIMmin基礎(chǔ)上延長(zhǎng)ATIM窗口持續(xù)時(shí)間形成新的ATIM窗口。此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行直到CIT大于CITThreshold時(shí)或ATIM窗口增大到ATIMmax時(shí)為止。ATIM窗口結(jié)束后，結(jié)點(diǎn)開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。IPSM協(xié)議在ATIM幀中和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組中包含有結(jié)點(diǎn)待傳輸?shù)姆纸M數(shù)量信息。這些信息能夠讓目的結(jié)點(diǎn)判斷出它是否接收完所有分組數(shù)據(jù)。如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)在TW窗口結(jié)束了數(shù)據(jù)傳輸，即使TW窗口還沒(méi)有關(guān)閉，結(jié)點(diǎn)也可進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如果源結(jié)點(diǎn)在beacon周期結(jié)束時(shí)沒(méi)有傳輸完數(shù)據(jù)，則在下一個(gè)beacon周期它和目的結(jié)點(diǎn)處于活躍狀態(tài)，不必傳輸ATIM幀就能繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

IPSM協(xié)議中，結(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況同步調(diào)整ATIM窗口大小，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后就能進(jìn)入睡眠狀態(tài)。因此其節(jié)能效果比PSM好。
2.5 S-PAM協(xié)議
PSM協(xié)議中結(jié)點(diǎn)在TW窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸使用CSMA/CA機(jī)制，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)到信道的結(jié)點(diǎn)就要退避一段時(shí)間再發(fā)送。S-PAM(The Slot-based Power Saving Mechanism)協(xié)議使得結(jié)點(diǎn)在退避時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，提高節(jié)能效率。
在S-PAM中，將TW窗口劃分為幾個(gè)不同的時(shí)隙。結(jié)點(diǎn)只在選定的時(shí)隙中傳輸數(shù)據(jù)，相應(yīng)只在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)隙中處于活躍態(tài)，而在退避時(shí)隙時(shí)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。傳輸數(shù)據(jù)時(shí)隙在ATIM窗口中選定并通過(guò)ATIM分組進(jìn)行消息發(fā)布。S-PAM工作具體過(guò)程如圖6所示。