用于减少特殊网络中的功率消耗的装置和方法

专利名称：用于减少特殊网络中的功率消耗的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种减少功率消耗的装置和方法。
背景技术：
在所有类型的无线网络环境中功率管理都是最重要的问题之一。这是因为构成网络的所有装置都是使用电池电源的移动终端。在现有技术中，为了使网络的吞吐量最大，在某种程度上就忽略了功率消耗问题，因而只有工作在最大功率状态下的产品得到了发展。然而，在不久的将来，多媒体数据的传输预计将以指数级数量增加，如此巨大数量的多媒体数据传输需要更快的传输速率，而在网络中，随着更高的传输速率，功率消耗也将与速率成比例的增加。因此，低功率协议的研究比以往更加重要。
图1是信标帧的单元通信量指示消息的格式图。
无线网络被分解为基础网络和特殊(ad-hoc)网络。基础网络或内部网络是在建立接入点(access point，AP)之后通过将现存的有线LAN扩展到无线LAN而构建的。特殊网络是指只由无线终端构成的LAN。在内部网络中，非运行状态下的所有基站被转换到临时运行状态下以便接收信标帧。通过图1中所示的TIM的‘部分虚拟位图’字段内的信息，接收信标帧的基站可检测一个AP是否具有将要发送到基站的数据。例如，若该字段被设置为1，这表示该AP具有缓冲数据。若通过字段确认了该AP具有缓冲数据，则基站保持此运行状态以便接收该数据。若确认该AP没有缓冲数据，则基站设置网络信息，然后返回到非运行状态以便减少功率消耗。其间，由于特殊网络中不再有AP，通过使用ATIM窗口和被称为特殊通信量指示消息(ad-hoc traffic indication message，ATIM)的管理帧，功率消耗被减少了。
图2是信标帧的单元独立基本业务设置(independent basic service set，IBSS)的格式图。
ATIM窗口是保持所有基站的运行状态的时间区间，该区间在信标帧中包含的IBSS单元中的ATIM窗口字段中被定义。
图3是ATIM消息的格式图。
在ATIM窗口区间期间，被称作ATIM消息的管理帧被交换，该消息用于向非运行状态下的基站指示源站将要发送数据。如图3中ATIM消息的格式中所示(ATIM消息是普通管理帧的帧体部分为空的消息)，该帧没有特别的意义，只是为了指示目标基站有缓冲数据，从而即使在ATIM窗口关闭后基站也可以保持运行状态。
图4是使用现有技术ATM窗口的功率消耗减少装置中所使用信号的波形图。
在步骤41中，利用在每个目标信标传输时间(target becon transimissiontime，TBTT)，即信标帧传输周期中传输的信标帧作为开始点，所有的基站都接收网络信号并进入运行状态以进行新的设定，同时ATIM窗口开始执行。
在步骤42中，在ATIM窗口期间，第一基站将ATIM消息发送到第二基站，从而通知第二基站存在缓冲的数据。在步骤43中，被通知有缓冲数据的第二基站保持在运行状态下，直到下一个ATIM窗口关闭为止。从而，第一基站可以向第二基站发送数据。在步骤44中，若ATIM窗口关闭，则不能接收到ATIM消息的第三基站返回到非运行状态，从而减少了功率消耗。
在ATIM消息的传输中，通过判断是否接收到应答帧(IEEE802.11a标准中的ACK帧)来确认是否成功发送。如果没有接收到应答帧，则认为发送失败，并在补偿计时器利用补偿算法所分配的一段时间之后，尝试再次发送。若不能在给定的ATIM窗口中将一个ATIM消息发送出去，则在下一个ATIM窗口中尝试发送。对于多点发送的ATIM消息，不需要ACK帧。由于通过分布式协调函数(distributed coordination function，DCF)方法即IEEE 802.11方法来接入介质，因此ATIM消息的发送是基于信道争用的。从而，多个基站通过争用方式来使用信道，争用失败的基站不得不等待补偿计时器所分配的一段时间之后再次争用。若给定窗口关闭，基本上，基站将返回到非运行状态以减少功率消耗，只有接收到ATIM消息的那些基站即使当ATIM窗口关闭的时候也保持在运行状态，并接收发送的数据。若ATIM窗口关闭，则数据的实际传输周期保持在步骤42和43所示的状态。接收ATIM消息的基站可以只在传输周期内交换数据用于实际数据传输，并保持在运行状态直到下一个ATIM窗口关闭。通常，ATIM窗口和实际数据传输周期的比率大约为1∶4。即使在实际的数据交换周期内，也使用作为一种IEEE 802.11标准的DCF方法，多个基站争用一个信道。因此，只有那些在争用中成功的基站可以通过所选的信道发送数据，而那些失败的基站不得不等待补偿计时算法所计算的预定时间段，并再次争用信道。若基站由于在信道争用中连续失败而不能在给定的周期内发送数据，则该基站可在下一个ATIM窗口的数据传输周期内发送数据。
因此，在使用现有技术的ATIM窗口来减少功率消耗的方法中，在ATIM窗口区间内发送的ATIM消息帧的有效载荷具有空值而没有数据信息。这只是为了保持接收到ATIM消息的基站的运行状态，从而是净(clear)网络开销。
图5是表示IEEE 802.11a物理层的多种模式的表格。
通常，为了分析网络的性能，要计算网络吞吐量。当计算吞吐量时，不考虑管理和控制帧，只计算对应于实际数据的数据帧。
吞吐量＝MPDU有效载荷长度/数据成功发送所使用的周期...........(1)这里，MPDU表示Mac协议数据单元并指示实际的数据帧。当使用IEEE802.11a时，为了识别数据传输的持续时间，还应当识别数据符号的数目。若符号的获取数目乘以IEEE 802.11a中使用的符号区间4μs，则该长度可以被识别。
符号数目＝最大值((16+8*MPDU长度+6)/BPS)...............(2)利用图5中的表格可以得到公式2中的BPS，即每秒的比特量。假定数据率是54Mbps且所有条件都是理想的，若利用公式1计算出网络吞吐量，则可以得到最大吞吐量30.8087Mbps。
平均补偿区间(I)＝(2^I*(CWmin+1)-1)/2*时隙，0＜＝I＜＝6＝(CWmax)/2*时隙， I＞＝6......(3)这里，I表示由于信道争用失败而连续再次发送的次数。
通常对网络吞吐量影响最大的因素之一是由于错误而引起的传输延迟。典型的例子就是补偿计时器和再次发送。首先，对于补偿计时器，无论何时只要出现争用失败，就要新设定一个补偿区间。利用公式3，可计算每次失败的补偿区间。当最大吞吐量为理想条件下的30.8087Mbps时，不必考虑网络争用，并利用在没有设定补偿区间所对应的时间，即平均补偿区间值来执行计算。即，在公式3中，I值被设定为0，然后进行计算。当存在争用即I值被设为1时，计算得到的吞吐量减少4.8065Mbps，减少了最大吞吐量的15.60％。对于再次发送，当有10个帧需要被发送时，若这些帧中有一个帧出现错误，则总量的10％被再次发送，吞吐量减少了2.5035Mbps，是最大吞吐量的8.13％。由此可以看出，影响网络吞吐量的最重要的因素之一是补偿区间。
因此，在使用现有技术的ATIM窗口来减少功率消耗的方法中，由于在ATIM窗口和数据发送周期这两个地方都使用到补偿区间，所以对网络吞吐量影响很大。

发明内容
本发明提供了一种在符合IEEE 802.11a标准的特殊网络环境下比现有技术的ATIM窗口方法更有效减少功率消耗的装置和方法，根据本发明的一方面，提供一种减少功率消耗的装置，包括周期性运行状态转换单元，可在每个唤醒周期内将非运行状态转换到功率消耗大于非运行状态的运行状态下；信标帧接收单元，处于周期性运行状态转换单元所转换的运行状态下，用于接收信标帧；唤醒窗口设定单元，当信标帧接收装置接收到信标帧时，若所接收的多个信标帧的字段值中，唤醒窗口的区间值是有效的，则设定该唤醒窗口，其中在一个唤醒窗口中运行状态被维持一段预定时间；唤醒窗口区间计数单元，可计数唤醒窗口设定单元所设定的唤醒窗口中的区间值；和非运行状态转换单元，若唤醒窗口计数单元完成了计数，则转换单元将唤醒窗口转换为非运行状态。
根据本发明的另一方面，提供一种减少功率消耗的方法，包括(a)在每个唤醒周期内将非运行状态转换为运行状态，其中运行状态的功率消耗大于非运行状态；(b)在被转换的运行状态下，接收一个信标帧；(c)当该信标帧在步骤(b)中被接收时，若所接收的信标帧的多个字段值中，唤醒窗口的区间值是有效的，则设定该唤醒窗口，其中在一个唤醒窗口中运行状态被维持一段预定时间；(d1)计数所设定的唤醒窗口中的区间值；(d2)若在步骤(d1)中完成了计数，则将唤醒窗口转换为非运行状态。


通过以下详细的举例说明并参照附图，本发明的上述目的和优点将变得更加明显。
图1是信标帧的单元TIM的格式图；图2是信标帧的单元IBSS的格式图；图3是ATIM消息的格式图；图4是使用现有技术ATM窗口的减少功率消耗的装置中所使用的信号的波形图；图5是表示IEEE 802.11a的物理层的多种模式的表格；图6是根据本发明的减少功率消耗的装置的结构框图；图7是图6中的数据传输和接收单元的结构的方框图；图8是根据本发明的减少功率消耗的装置中所使用的信号的波形图；图9是根据本发明的减少功率消耗的处理的流程图；图10是在源站中用于发送数据帧的处理的流程图；图11是在目标站中用于接收数据帧的处理的流程图；图12是比较本发明和现有技术的波形图的示意图；图13是表示关于本发明和现有技术的吞吐量的仿真结果的图表；图14是表示关于本发明和现有技术的功率消耗的仿真结果的图表。
具体实施例方式
图6是根据本发明的减少功率消耗的装置的结构框图。该减少功率消耗的装置包括周期性运行状态转换单元61、信标帧接收单元62、唤醒窗口设定单元63、唤醒窗口区间计数单元64、数据帧发送和接收单元65和非运行状态转换单元66。
周期性运行状态转换单元61在每个唤醒周期内将非运行状态转换到运行状态，其中运行状态的功率消耗大于非运行状态的功率消耗。这里，运行状态是提供最大功率的状态，非运行状态是只提供用于转换到运行状态的最小功率的状态。非运行状态对应于许多种状态，包括半睡眠状态和睡眠状态。在本发明主要应用的IEEE 802.11a规范中(用于5GHz无线带宽的无线LAN的物理层标准)，非运行状态被确定为半睡眠状态。
信标帧接收单元62接收到信标帧，其中该接收单元62处于周期性运行状态转换单元61所转换的运行状态下。通常在无线网络中，由于多个基站是独立且分散的，它们必须共享网络信息。因此，在基础网络中，接入点(AP)将其信息发送到周围的所有基站，而在特殊网络中，多个基站中的一个基站将成为主站，并将其拥有的网络信息发送到周围的所有基站。在网络信息之中，同步信息是代表性的，包含同步信息的信标帧被发送到周围所有的基站，从而无线网络上的所有基站都能够同步。无线网络上的多个基站通常都是移动终端，为了使功率消耗最小，这些终端都处于只需很低功率消耗的非运行状态下。为了接收信标帧，在发送信标帧的每个周期内，无线网络上的所有基站都应当是唤醒的，该周期就是唤醒周期，被定义为IEEE 802.11a中的目标信标传输时间(target becon transimission time，TBTT)。即，在TBTT时刻，主站周期性的发送信标帧。此时，通过每个基站内部的本地计时器的操作，接收信标帧的那些基站在TBTT时刻处于运行状态下，并通过信标帧使本地计时器同步。从而，总是在预定的时刻，即TBTT时刻，无线网络上的所有基站都同时处于运行状态下。
当信标帧接收单元62接收到信标帧时，若在多个接收的信标帧的字段值之中，唤醒窗口的区间值是有效的，则唤醒窗口设定单元63设定唤醒窗口，其中在唤醒窗口中，运行状态被保持一段预定的时间。
可以说唤醒窗口就是在IEEE 802.11a标准中为替代特殊通信量指示消息(ATIM)而新定义的窗口。在唤醒窗口区间内，同现有技术的ATIM窗口区间内一样，所有的基站都是唤醒的(即，处于运行状态下)，该唤醒窗口同ATIM窗口一样也是以信标帧作为开始。此时，唤醒窗口的区间值应当与现有的ATIM窗口区间值一样。由于在每个窗口区间内，所有的基站都处于运行状态下，此时这些基站都操作于全功率模式下，只有当这些区间值都相同时，才可以实现相比于现有技术的ATIM，减少更多的功率消耗。若唤醒窗口开始，则所有的基站都处于数据帧可在任何时刻被交换的状态下，从而在此条件下可以发送和接收实际数据。因此，在本发明中，管理帧，例如现有技术中的ATIM消息，并没有被发送，而可以考虑在唤醒窗口内直接发送实际数据的方法。换言之，由于现有技术的ATIM消息只有一个作用，就是即使在窗口区间结束后仍保持基站的运行状态，从而可以交换数据，而没有其他作用，因此通过在唤醒窗口内直接发送数据，可以消除像ATIM消息这样的网络开销，其中在唤醒窗口内所有的基站实际上都处于运行状态。由于在唤醒窗口区间内所有的基站都是唤醒的，从而可以实现不需发送像ATIM消息这样的管理帧，就可向目标站直接发送实际数据。
同样，为了使功率消耗最小，若信标帧接收单元62没有在预定时间内接收到信标帧，或者在预定时间内接收到该信标帧，但接收的信标帧内包含的唤醒窗口的区间值不是有效的(例如，唤醒窗口区间值＝0)，则唤醒窗口设定单元63立即从运行状态转换到非运行状态。为了接收仅作为同步帧的信标帧而保持一个基站的全功率状态，或者由于接收的信标帧中包含的唤醒窗口的区间值无效而不需要唤醒窗口时仍然保持全功率状态，都是对功率的浪费。
唤醒窗口区间计数单元64对唤醒窗口设定单元63所设定的唤醒窗口内的区间值进行计数。如上所述，定义了一个新的唤醒窗口来替代现有技术的ATIM窗口，并在此区间内发送实际数据。然后，若此区间结束，则所有的基站都返回到非运行状态。从而可实现对功率的管理。唤醒窗口区间结束的时刻是由被所有基站都接收到的信标帧实现的，如上所述，在信标帧内包含有指示唤醒窗口区间的信息。
通常，通过在每个计数周期内从唤醒窗口的区间值中重复地减去一个预定的单元值(通常为一秒)来执行计数。即，由于所有的基站都具有各自唯一的本地计时器，因此唤醒窗口的区间值是利用该本地计时器来计数的。唤醒窗口结束的时刻就是唤醒窗口的区间值变为0的时刻。
数据帧发送和接收单元65在唤醒窗口设定单元63所设定的唤醒窗口期间发送和接收预定的数据帧。若唤醒窗口计数单元64结束计数，则非运行状态转换单元66将状态从唤醒窗口转换到非运行状态。
若减少功率消耗的装置是具有IEEE 802.11a标准的无线特殊网络上的任何一个基站的装置，则在每个唤醒周期内，作为一个主站的基站通过一个信道(根据IEEE 802.11a标准为5GHz)将一个信标帧发送到无线特殊网络上的所有基站。
图7是图6中数据发送和接收单元的详细结构图。
发送数据帧的用户(源站)的减少功率消耗装置的数据发送和接收单元65包括数据帧发送单元71和应答帧接收单元72。
若数据帧发送单元71通过信道争用获得了可唯一地使用该信道的权限，则数据帧发送单元71将多个数据帧中的第一数据帧(第一基站需要发送到第二基站的一个数据帧)通过该信道发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。这里，通过信道争用而获得可唯一地使用该信道的权限意味着，首先检测该信道是否被其他基站使用，若该信道未被使用，则该信道被该基站优先使用。在首先接入未使用信道的基站将使用该信道的情况下，使用术语“争用”，它是IEEE 802.11a中的标准术语。
此时，数据帧发送单元71以广播方式发送第一数据帧。这意味着第一数据帧被同时发送给第一基站周围的所有基站。在第一基站周围接收第一数据帧的这些基站中，只有具有第一数据帧的目标字段所指示地址的一个基站可接收并处理第一数据帧，而其他的基站将丢弃第一数据帧。
若由于接收到信标帧而处于唤醒窗口内的第二基站通过该信道接收到第一数据帧，则应答帧接收单元72从第二基站接收数据帧发送单元71通过该信道所发送的第一数据帧的一个应答帧。
若数据帧发送单元71没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧接收单元72没有接收到应答帧，则数据帧发送单元71在该唤醒窗口之后的下一个唤醒窗口内通过信道争用而获得唯一使用该信道的权限，若获得该权限，则再次将多个数据帧中的第一数据帧发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。
这里，没有获得唯一使用信道的权限意味着，有其他基站预占了该使用权限，或者是由于与其他基站一起获得该使用权限，出现了发送冲突，导致两个基站都不能使用该信道。在此情况下，在下一个唤醒窗口内，再次尝试获取该权限。当出现冲突时，利用补偿算法可再次尝试获取该权限。即，若出现了冲突，则通过产生一个随机数来确定顺序，并在等待一段预定的延时之后，再次尝试发送。则再次冲突的可能性被大大减少，因为通过产生一个随机数可调整该时间。
在唤醒窗口的区间内，通过是否接收到应答帧(通常指ACK帧)来确定实际数据是否成功发送。因此，若应答帧接收单元72在唤醒窗口区间没有接收到应答帧，则非运行状态转换单元66在唤醒窗口计数单元64结束计数的时刻，将该状态从唤醒窗口转换到非运行状态，并在下一个唤醒窗口内再次尝试发送。
当唤醒窗口计数单元64没有结束计数时，若数据帧发送单元71没有获得唯一使用该信道的权限，或者应答帧接收单元72接收到一个应答帧，则非运行状态转换单元66将该状态从唤醒窗口转换到非运行状态。即使该计数没有结束，在此情况下，也不需要再保持运行状态，为了减少功率消耗，该状态从唤醒窗口转换到非运行状态。此外，若数据帧发送单元65在唤醒窗口计数单元64结束计数之前没有结束第一数据帧的发送，则非运行状态转换单元66将区间值增加一个预定值。即，若在唤醒窗口区间内所有数据都被发送，则在数据发送结束时，即当接收到应答帧时，返回非运行状态。然而，若当唤醒窗口关闭时还有剩余数据未被发送，则该基站计算数据的发送时间，用于该基站继续发送数据并延长唤醒窗口区间。
接收到数据帧的用户(目标站)的减少功率消耗的装置的数据帧发送和接收单元包括数据帧接收单元73和应答帧发送单元74。
数据帧接收单元73通过该信道从第三基站接收多个数据帧之中的第二数据帧(第三基站发送到第一基站的一个数据帧)，其中第三基站接收到一个信标帧从而进入唤醒窗口并已获得使用该信道的权限。
当应答帧发送和接收单元74接收到第二数据帧，且第二数据帧的目标字段指示第一基站时，若通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限，则从第三基站发送的第二数据帧的应答帧通过该信道被发送。此时，若应答帧发送单元74没有获得唯一使用该信道的权限，则在该唤醒窗口之后的下一个唤醒窗口内，应答帧发送单元74通过信道争用获得唯一使用该信道的权限，并通过该信道再次将应答帧发送到第三基站。
此时，即使唤醒窗口计数单元64没有结束计数，只要数据帧接收单元73没有接收到第二数据帧，或接收到第二数据帧但第二数据帧的目标字段没有指示第一基站，或者若应答帧发送单元74没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧已被发送，非运行状态转换单元66都将该状态从唤醒窗口转换到非运行状态。此外，若数据帧接收单元73在唤醒窗口计数单元64结束计数之前没有结束对第二数据帧的接收，则非运行状态转换单元66将唤醒窗口的区间值增加一个预定值。
即，若在唤醒窗口区间内所有数据都被接收，则在数据接收结束时，即应答帧被发送时，返回非运行状态。然而，若当唤醒窗口关闭时仍然有剩余数据未被接收，则该基站计算数据的发送时间，用于该基站继续接收数据并延长唤醒窗口区间。
图8是根据本发明的减少功率消耗的装置中使用的信号的波形图。
在每个唤醒窗口内，即，在每个TBTT时刻，包含同步信息的信标帧被发送到周围的所有基站，从而使无线网络上的所有基站都同步。
在步骤82和83，接收该信标帧的第一基站和第二基站将一个唤醒窗口设定为该信标帧的字段值之中的一个唤醒窗口区间值。在本发明中，在步骤82和83，为了减少功率消耗，不发送例如现有技术的ATIM消息这样的管理帧，而在唤醒窗口内发送和接收实际数据，若该唤醒窗口关闭，则该状态从运行状态转换到非运行状态。
如图8所示，在本发明中，基站的唤醒时间，即现有技术中用于交换实际数据的时间，实际上并没有被使用并且处于非运行状态下。因此，这一部分的补偿算法被去除。即，在现有技术中，由于在两个区间，即用于发送ATIM消息的区间和用于实际数据的区间内出现信道争用，因此用于这两个区间的补偿计时器将大大影响网络的吞吐量。然而，在本发明中，是在唤醒窗口内发送和接收实际数据，实际的信道争用次数被减少到只有一次，从而对网络吞吐量的影响被最小化。此外，通过去除像ATIM消息及其ACK消息这样的网络开销，网络的性能将被改善。正如ATIM窗口关闭时所有基站都返回到非运行状态一样，若唤醒窗口关闭，则除了发送实际数据的一个基站外，所有基站都返回到非运行状态，从而可以减少功率消耗。例如，在现有技术中，当发送非常少量的数据时，即使在结束数据发送后，该基站也应当处于运行状态下，直到下一个ATIM窗口关闭。因此消耗了不必要的功率。然而，在本发明中，若所有数据都被发送且唤醒窗口关闭，则基站返回到非运行状态，从而使不必要的功率消耗减少到最少。
图9是根据本发明的减少功率消耗的处理的流程图。
在步骤91，在每个唤醒周期内，基站的状态从非运行状态转换到运行状态，其中运行状态的功率消耗大于非运行状态。这里，运行状态是提供最大功率的状态，而非运行状态是只提供用于转换到运行状态的最小功率的状态。
然后，在步骤92，在转换的运行状态下接收一个信标帧。
然后，在步骤94，当信标帧在步骤92被接收且唤醒窗口的区间值有效时，设定一个唤醒窗口，其中在唤醒窗口内，运行状态被保持一段预定的区间。若在预定时间内没有接收到信标帧，或在预定时间内接收到信标帧但接收信标帧中包含的唤醒窗口的长度值不是有效的，则运行状态转换到非运行状态。
下一步，在步骤951中，对设定的唤醒窗口的区间值进行计数。通常，通过在每个计数周期内从唤醒窗口的区间值中重复地减去一个预定的单元值(通常为一秒)来执行计数。然后，在步骤952，在设定的唤醒窗口内，接收预定的数据帧。然后，若在步骤96完成计数，则在步骤97，该状态从唤醒窗口转换到非运行状态。
若一种减少功率消耗的方法是在无线特殊网络上的第一基站中使用的方法，则一个信标帧就是在每个唤醒周期内通过预定信道发送到无线特殊网络上除发送该信标帧的基站之外的所有基站的一个帧。
图10是在一个源站中发送数据帧的处理的流程图。
在步骤101，若通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限，则在步骤102，多个数据帧中的第一数据帧(第一基站将要发送到第二基站的一个数据帧)通过该信道被发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。这里，第一数据帧是以广播方法被发送的。然后，在步骤104，若接收到信标帧从而处于唤醒窗口内的第二基站通过该信道接收到第一数据帧，则通过该信道接收从第二基站发送的第一数据帧的应答帧。
这里，当在步骤101没有获得唯一使用该信道的权限时，或在步骤104没有接收到该应答帧时，在步骤1012，则在该唤醒窗口之后设定的下一个唤醒窗口内获得唯一使用该信道的权限，多个数据帧中的第一数据帧通过该信道被再次发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。
这里，当计数没有结束时，若在步骤101没有获得唯一使用该信道的权限，或在步骤104没有接收到该应答帧，则在步骤1011和105，唤醒窗口被转换到非运行状态。同样，在步骤1031，若在计数结束之前，第一数据帧的发送没有结束，则在步骤1032，区间值被增加一个预定值。
图11是在目标站中接收一个数据帧的处理的流程图。
在步骤111，来自第三基站的多个数据帧之中的第二数据帧通过该信道被接收，其中第三基站已接收到信标帧从而进入唤醒窗口并已获得使用该信道的权限。然后，在步骤112，当第二数据帧被接收且第二数据帧的目标字段指示的是第一基站，在步骤114，当通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限时，则在步骤115，来自第三基站的第二数据帧的应答帧通过该信道被发送。
这里，当在步骤114没有获得唯一使用该信道的权限，且在该唤醒窗口之后设定的下一个唤醒窗口中，通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限时，通过该信道再次向第一基站发送应答帧。
这里，当计数没有结束时，若在步骤111第二数据帧未被接收，或在步骤112，第二数据帧被接收但第二数据帧的目标字段指示的不是第一基站，或在步骤114中没有获得唯一使用该信道的权限，或在步骤115中应答帧已被发送，则在步骤116和1141，唤醒窗口被转换到非运行状态。
图12是比较本发明和现有技术的波形图的示意图。
在步骤41，随着作为信标帧传输周期的每个目标信标传输时间(TBTT)中发送的信标帧，作为一个开始点，所有的基站都接收到网络信息并进入运行状态，用于新的设定，同时ATIM窗口或唤醒窗口开始。
在现有技术中，在步骤122，ATIM消息只是使目标基站保持在唤醒状态以接收数据，而并不执行任何其他重要作用。因此，该ATIM消息被认为是网络开销。在本发明中，在步骤123，ATIM消息被替换为唤醒窗口，从而ATIM消息及其应答帧被去除。即，网络开销被去除。
在现有技术中，在发送和接收实际数据的数据传输期间，应当保持运行状态。因此如图12所示，在步骤122，发送数据的源站和接收数据的目标站总是处于运行状态。同时，在本发明中，只有在唤醒窗口区间内，才需要保持运行状态，从而如图12所示，在非运行状态功率消耗被减少了。
在现有技术中，在ATIM窗口区间和实际数据被发送和接收的区间内，要分别使用两次补偿算法。然而在本发明中，在步骤121，由于只在唤醒窗口区间内执行了一次补偿算法，对网络吞吐量影响最大的补偿算法被减少了一次，从而增加了吞吐量。
图13是表示关于本发明和现有技术的吞吐量的仿真结果的图表。
利用公式3来计算吞吐量的该方法被使用，并用于模拟关于能量的情况，假设发送数据的基站使用最大功率，非运行状态下的基站不使用功率。同样，信标帧区间被设定为10ms，ATIM窗口和唤醒窗口的大小都被设定为2.5ms。因此，在使用ATIM窗口的方法中，可发送实际数据的区间为7.5ms。一个帧的大小被设定为以太网标准的1500字节。由于发送一个1500字节大小的帧所需的时间包括一个389.5s的平均补偿区间，若一个基站使用传统的ATIM窗口，则该基站理论上可发送最多19帧，而在唤醒窗口内，可发送最多6帧。然而，由于各种窗口长度概念(concept)实际上都包括在一个唤醒窗口内，因此可发送比理论数目更多的帧。因此，若假设只有一个基站发送数据，则在一个唤醒窗口内可发送与ATIM窗口同样多数量的帧。
对两个模拟组执行仿真得到仿真结果。通过对两个模拟组假定一种基站间不冲突的理想情况来执行仿真。即，假定每个基站通过信道争用可连续发送所有需要发送的数据。在第一仿真中，假定有6个基站需要发送数据，每个基站需发送两个帧，每个帧1500字节大小。在第二仿真中，假定有6个基站需要发送一个1500字节大小的帧。
需要发送两个帧的情况的仿真结果表明，使用ATIM窗口可得到比使用唤醒窗口更好的吞吐量。然而，在需要发送一个帧的情况下，仿真结果表明这两种方法没有差异。然而，由于仿真所假定的是一种理想情况。看起来ATIM窗口的吞吐量具有更多的信道争用，因此在实际情况中对网络开销影响更大。
图14是表示关于本发明和现有技术的功率消耗的仿真结果的图表。
对于功率消耗，当使用ATIM窗口时，用于发送实际数据的区间占用整个信标区间的75％。因此可以说，相比于具有同样长度的唤醒窗口关闭且所有基站进入半睡眠状态的情况，多使用了75％的功率。如图14所示，该结果表明了两种方法的功率消耗。总之，这表明在发送数据的两种情况下，唤醒窗口可减少使用ATIM窗口时所消耗的75％的功率。
本发明可通过计算机可读的记录介质上的计算机可读代码来实施。该计算机可读的记录介质包括可存储计算机可读数据的所有类型的记录装置。
同样，在本发明实施例中使用的数据结构可以通过各种装置被记录在记录介质上。
计算机可读的记录介质包括存储媒体，例如磁性存储媒体(例如ROM，软盘，硬盘等)，光学可读媒体(例如CD-ROM，DVD等)，和载波(例如互联网传输)。
上面已说明和示出了最佳实施例。然而，本发明并不局限于上述的实施例，显而易见，在不脱离本发明随后的权利要求的精神和范围内，本领域的技术人员可以进行各种各样的修改。因此，本发明的范围不是由上述说明书而是由随后的权利要求确定的。
根据本发明，只有在窗口区间内才需要保持运行状态，从而可以在非运行区间内减少功率消耗。同样，在本发明中，通过只在唤醒区间内使用补偿算法，可以将对网络吞吐量影响最大的因素即补偿算法减少一次，从而提高网络吞吐量。此外，根据本发明，ATIM窗口被替换为唤醒窗口，从而被认为是网络开销的ATIM消息，和该消息的应答帧被去除，也就是说，网络开销被去除。
权利要求
1.一种减少功率消耗的装置，包括周期性运行状态转换单元，可在每个唤醒周期内将非运行状态转换到运行状态，其中运行状态的功率消耗大于非运行状态；信标帧接收单元，用于在周期性运行状态转换单元所转换的运行状态时接收信标帧；唤醒窗口设定单元，当信标帧接收装置接收到信标帧时，若所接收的多个信标帧的字段值中唤醒窗口的区间值是有效的，则设定该唤醒窗口，其中在一个唤醒窗口中运行状态被维持一段预定时间；唤醒窗口区间计数单元，可计数唤醒窗口设定单元所设定的唤醒窗口中的区间值；非运行状态转换单元，若唤醒窗口计数单元完成了计数，则将唤醒窗口转换为非运行状态。
2.如权利要求1所述的装置，其中若信标帧接收单元在预定时间内没有接收到信标帧，或者在预定时间内接收到信标帧但接收信标帧中包含的唤醒窗口的长度值不是有效的，则唤醒窗口设定单元将运行状态转换为非运行状态。
3.如权利要求1所述的装置，其中唤醒窗口计数单元通过在每个计数周期内从唤醒窗口的区间值中重复地减去一个预定单元值来执行计数。
4.如权利要求1所述的装置，其中运行状态是提供最大功率的状态，非运行状态是只提供用于转换到运行状态所需的最小功率的状态。
5.如权利要求1所述的装置，还包括数据帧发送和接收单元，用于在唤醒窗口设定单元所设定的唤醒窗口内发送和接收预定的数据帧。
6.如权利要求5所述的装置，其中减少功率消耗的装置是预定的无线特殊网络上的第一基站的一个装置。
7.如权利要求6所述的装置，其中在每个唤醒周期内，信标帧通过一个预定信道被发送到无线特殊网络上除发送该信标帧的基站之外的所有基站。
8.如权利要求7所述的装置，其中数据帧发送和接收单元包括数据帧发送单元，当通过信道争用获得唯一使用该信道的权限时，将多个数据帧之中的第一数据帧通过该信道发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站；和应答帧接收单元，当接收到信标帧并处于唤醒窗口内的第二基站通过该信道接收到第一数据帧时，该应答帧接收单元通过该信道从第二基站接收数据帧发送单元所发送的第一数据帧的应答帧。
9.如权利要求8所述的装置，其中数据帧发送单元以广播方式发送第一数据帧。
10.如权利要求8所述的装置，其中当数据帧发送单元没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧接收单元没有接收到应答帧时，数据帧发送单元通过该唤醒窗口之后设定的另一个唤醒窗口中的另一次信道争用尝试获取唯一使用该信道的权限，若获得该权限，则将多个数据帧中的第一数据帧通过该信道再次发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。
11.如权利要求8所述的装置，其中当唤醒窗口计数单元没有结束计数时，若数据帧发送单元没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧接收单元接收到应答帧，则非运行状态转换单元将唤醒窗口转换到非运行状态。
12.如权利要求8所述的装置，其中在唤醒窗口计数单元结束计数之前，若数据帧发送单元没有结束对第一数据的发送，则非运行状态转换单元将该区间值增加一个预定值。
13.如权利要求7所述的装置，其中数据帧发送和接收单元包括数据帧接收单元，通过该信道从第三基站接收多个数据帧之中的第二数据帧，其中第三基站接收到一个信标帧并处于唤醒窗口内而且已获得使用该信道的权限；和应答帧发送单元，当数据帧接收单元接收到第二数据帧，且第二数据帧的目标字段指示第一基站时，若通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限，则通过该信道从第三基站发送第二数据帧的应答帧。
14.如权利要求13所述的装置，其中若应答帧发送单元没有获得唯一使用该信道的权限，则在该唤醒窗口之后设定的另一个唤醒窗口内，应答帧发送单元通过另一次信道争用尝试获得使用该信道的权限，并通过该信道再次将应答帧发送到第三基站。
15.如权利要求13所述的装置，其中当唤醒窗口计数单元没有结束计数时，若数据帧接收单元没有接收到第二数据帧，或接收到第二数据帧但第二数据帧的目标字段没有指示第一基站，或者若应答帧发送单元没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧已被发送，则非运行状态转换单元66将唤醒窗口转换为非运行状态。
16.如权利要求13所述的装置，其中若数据帧接收单元在唤醒窗口计数单元结束计数之前没有结束对第二数据的接收，则非运行状态转换单元将该区间值增加一个预定值。
17.一种减少功率消耗的方法，包括(a)在每个唤醒周期内将非运行状态转换为运行状态，其中运行状态的功率消耗大于非运行状态；(b)在被转换的运行状态下，接收一个信标帧作为接收信标帧；(c)当该信标帧在步骤(b)中被接收时，若该接收信标帧的多个字段值中，唤醒窗口的区间值是有效的，则设定该唤醒窗口作为一个设定唤醒窗口，其中在一个唤醒窗口中运行状态被维持一段预定时间；(d1)对设定唤醒窗口中的区间值进行计数；和(e)若在步骤(d1)中完成了计数，则将唤醒窗口转换为非运行状态。
18.如权利要求17所述的方法，其中在步骤(c)，若在预定时间内在步骤(a)没有接收到信标帧，或者在预定时间内接收到信标帧但接收信标帧中包含的唤醒窗口的长度值不是有效的，则运行状态被转换为非运行状态。
19.如权利要求17所述的方法，其中在步骤(d1)中通过在每个计数周期内从唤醒窗口的区间值中重复地减去一个预定单元值来执行计数。
20.如权利要求17所述的方法，其中运行状态是提供最大功率的状态，非运行状态是只提供用于转换到运行状态所需的最小功率的状态。
21.如权利要求17所述的方法，还包括(d2)在步骤(c)所设定的唤醒窗口内发送和接收预定的数据帧。
22.如权利要求21所述的方法，其中减少功率消耗的方法是预定的无线特殊网络上的第一基站中所使用的方法。
23.如权利要求22所述的方法，其中在每个唤醒周期内，信标帧通过一个预定信道被发送到无线特殊网络上除发送该信标帧的基站之外的所有基站。
24.如权利要求23所述的方法，其中步骤(d2)包括(d21)当通过信道争用获得唯一使用该信道的权限时，将多个数据帧之中的第一数据帧通过该信道发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站；和(d22)当接收到信标帧并处于唤醒窗口内的第二基站通过该信道接收到第一数据帧时，通过该信道从第二基站接收数据帧发送单元所发送的第一数据帧的应答帧。
25.如权利要求24所述的方法，其中在步骤(d21)中以广播方式发送第一数据帧。
26.如权利要求24所述的方法，其中当在步骤(d21)中没有获得唯一使用该信道的权限，或在步骤(d22)中没有接收到应答帧时，则在步骤(d21)，若通过该唤醒窗口之后设定的另一个唤醒窗口中的另一次信道争用获得唯一使用该信道的权限，则将多个数据帧中的第一数据帧通过该信道再次发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。
27.如权利要求24所述的方法，其中在步骤(e)中，当步骤(d1)没有结束计数时，若在步骤(d21)没有获得唯一使用该信道的权限，或在步骤(d22)中接收到应答帧，则唤醒窗口被转换到非运行状态。
28.如权利要求24所述的方法，其中在步骤(e)中，在结束计数之前，若步骤(d21)中没有结束对第一数据的发送，则该区间值被增加一个预定值。
29.如权利要求23所述的方法，其中步骤(d2)包括(d21)通过该信道从第三基站接收多个数据帧之中的第二数据帧，其中第三基站接收到一个信标帧并处于唤醒窗口内而且已获得使用该信道的权限；和(d22)当步骤(d21)中接收到第二数据帧，且第二数据帧的目标字段指示第一基站时，若通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限，则通过该信道从第三基站发送第二数据帧的应答帧。
30.如权利要求29所述的方法，其中若步骤(d22)中没有获得唯一使用该信道的权限，若在该唤醒窗口之后设定的另一个唤醒窗口内通过另一次信道争用获得使用该信道的权限，则通过该信道再次将应答帧发送到第三基站。
31.如权利要求29所述的方法，其中在步骤(e)中，当步骤(d1)中没有结束计数时，若步骤(d21)中没有接收到第二数据帧，或接收到第二数据帧但第二数据帧的目标字段没有指示第一基站，或者在步骤(d22)中没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧已被发送，则唤醒窗口被转换为非运行状态。
32.如权利要求29所述的方法，其中在步骤(e)中，若在结束计数之前对第二数据的接收没有结束，则该区间值被增加一个预定值。
33.一种计算机可读介质，其上记录有一个计算机程序，用于使计算机提供一种减少功率消耗的业务，该业务包括(a)在每个唤醒周期内将非运行状态转换为运行状态，其中运行状态的功率消耗大于非运行状态；(b)在被转换的运行状态下，接收一个信标帧作为接收信标帧；(c)当该信标帧在步骤(b)中被接收时，若该接收信标帧的多个字段值中，唤醒窗口的区间值是有效的，则设定该唤醒窗口作为一个设定唤醒窗口，其中在一个唤醒窗口中运行状态被维持一段预定时间；(d1)对设定唤醒窗口中的区间值进行计数；和(e)若在步骤(d1)中完成了计数，则将唤醒窗口转换为非运行状态。
34.如权利要求33所述的计算机可读介质，其中在步骤(c)，若在预定时间内在步骤(a)没有接收到信标帧，或者在预定时间内接收到信标帧但接收信标帧中包含的唤醒窗口的长度值不是有效的，则运行状态被转换为非运行状态。
35.如权利要求33所述的计算机可读介质，其中在步骤(d1)中通过在每个计数周期内从唤醒窗口的区间值中重复地减去一个预定单元值来执行计数。
36.如权利要求33所述的计算机可读介质，其中运行状态是提供最大功率的状态，非运行状态是只提供用于转换到运行状态所需的最小功率的状态。
37.如权利要求33所述的计算机可读介质，还包括(d2)在步骤(c)所设定的唤醒窗口内发送和接收预定的数据帧。
38.如权利要求37所述的计算机可读介质，其中减少功率消耗的方法是预定的无线特殊网络上的第一基站中所使用的方法。
39.如权利要求38所述的计算机可读介质，其中在每个唤醒周期内，信标帧通过一个预定信道被发送到无线特殊网络上除发送该信标帧的基站之外的所有基站。
40.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中步骤(d2)包括(d21)当通过信道争用获得唯一使用该信道的权限时，将多个数据帧之中的第一数据帧通过该信道发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站；和(d22)当接收到信标帧并处于唤醒窗口内的第二基站通过该信道接收到第一数据帧时，通过该信道从第二基站接收数据帧发送单元所发送的第一数据帧的应答帧。
41.如权利要求40所述的计算机可读介质，其中在步骤(d21)中以广播方式发送第一数据帧。
42.如权利要求40所述的计算机可读介质，其中当在步骤(d21)中没有获得唯一使用该信道的权限，或在步骤(d22)中没有接收到应答帧时，则在步骤(d21)，若通过该唤醒窗口之后设定的另一个唤醒窗口中的另一次信道争用获得唯一使用该信道的权限，则将多个数据帧中的第一数据帧通过该信道再次发送到无线特殊网络上除第一基站之外的所有基站。
43.如权利要求40所述的计算机可读介质，其中在步骤(e)中，当步骤(d1)没有结束计数时，若在步骤(d21)没有获得唯一使用该信道的权限，或在步骤(d22)中接收到应答帧，则唤醒窗口被转换到非运行状态。
44.如权利要求40所述的计算机可读介质，其中在步骤(e)中，在结束计数之前，若步骤(d21)中没有结束对第一数据的发送，则该区间值被增加一个预定值。
45.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中步骤(d2)包括(d21)通过该信道从第三基站接收多个数据帧之中的第二数据帧，其中第三基站接收到一个信标帧并处于唤醒窗口内而且已获得使用该信道的权限；和(d22)当步骤(d21)中接收到第二数据帧，且第二数据帧的目标字段指示第一基站时，若通过信道争用获得了唯一使用该信道的权限，则通过该信道从第三基站发送第二数据帧的应答帧。
46.如权利要求45所述的计算机可读介质，其中若步骤(d22)中没有获得唯一使用该信道的权限，若在该唤醒窗口之后设定的另一个唤醒窗口内通过另一次信道争用获得使用该信道的权限，则通过该信道再次将应答帧发送到第三基站。
47.如权利要求45所述的计算机可读介质，其中在步骤(e)中，当步骤(d1)中没有结束计数时，若步骤(d21)中没有接收到第二数据帧，或接收到第二数据帧但第二数据帧的目标字段没有指示第一基站，或者在步骤(d22)中没有获得唯一使用该信道的权限，或应答帧已被发送，则唤醒窗口被转换为非运行状态。
48.如权利要求45所述的计算机可读介质，其中在步骤(e)中，若在结束计数之前对第二数据的接收没有结束，则该区间值被增加一个预定值。
全文摘要
提供一种减少功率消耗的装置和方法，其中该装置包括周期性运行状态转换单元，可将非运行状态转换为运行状态；信标帧接收单元，在运行状态下可接收信标帧；唤醒窗口设定单元，用于设定唤醒窗口；唤醒窗口区间计数单元，用于对唤醒窗口中的区间值进行计数；和非运行状态转换单元，用于将唤醒窗口转换为非运行状态。根据本发明，只有在窗口区间内才需要保持运行状态，从而可以在非运行区间内减少功率消耗。此外，ATIM窗口被替换为唤醒窗口，从而被认为是网络开销的ATIM消息和该消息的应答帧被去除，也就是说，网络开销被去除。
文档编号H04L12/28GK1520100SQ200310123778
公开日2004年8月11日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月2日
发明者李成熙 申请人:三星电子株式会社