基于IEEE802.11协议的WLAN节省能耗的策略

3对IEEE 802.11节能机制中轮询方案的改进

IEEE 802.11协议的MAC层提供了DCF和PCF两种不同的存取方式。DCF称为分布式协调功能（Distributed Coordination Function），采用分布式的方法，由所有的结点来竞争信道的使用权，因此会有冲突的问题发生。PCF称为点协调功能，采用集中式的管理的方式，由一个基本服务区（BSA）中的访问点（AP）来管理信道的使用，所有其它的结点按照某种轮询方案（poiling scheme）来接受该AP的管理。如果能够有效地执行轮询方案，则可能改善信道的利用率，增加系统的节能效果。在PCF方式中，一个超帧被分成无竞争阶段（Contention Free Period，CFP）和竞争阶段（Contention Period，CP）两部分，其中CP是采用DCF的方式，而CFP则是采用轮询的方式。在CFP内，AP负责去选择位于轮询表中的结点，轮询的顺序是依照结点标识号码（AID）的大小，由小到大依次轮询，如果这些无竞争阶段可轮询的结点中有一些结点是处于节能模式，则在CFP开始的时候，就须将自己的能量管理状态调整到活跃状态以接收来自AP的轮询帧，在传送完数据帧之后再将其调整到节能模式。如果这些处于节能模式的结点的AID都是很大的值，则从CFP的开始到收到AP的无竞争的轮询帧，然后传送数据，最后到接收ACK，这段时间是相当可观的。因此如何将这些处于节能模式的结点的状态转换到活跃状态的停留时间缩短是改进IEEE 802.11节能机制中轮询方案的出发点。

通常处于活跃状态的结点会将自己的收发器调整到开机的状态，因此在IEEE 802.11的轮询方案中将处于活跃状态的结点轮询顺序改变并不会影响到能量的消耗，但对于处在节能模式下的结点却会有所影响。因此我们可以修改原来IEEE 802.11的轮询方案，让AP在执行轮询方案的时候，并不是从AID最小的结点开始，而是改为尽可能在CFP开始的时候去轮询那些处于节能模式的结点，减少它们处于活跃状态的时间，从而节省额外的能量消耗。为此，我们提出如下三种改进的轮询方案：（1）轮询方案1.将AP原先的轮询表中属于节能模式的结点调整到新的轮询表的前面，然后新的轮询表后面接活跃状态的结点。在这个方案中只依照AID的顺序排列，不考虑这些节能模式的结点所剩下的能量。

（2）轮询方案2.将AP原先的轮询表中属于节能模式的结点调整到新的轮询表的前面，依照这些节能模式的结点剩下的能量来决定该结点在轮询表中的位置。每一个超帧开始前，AP将能量剩余最少的节能模式结点放到轮询表的最前面，能量剩余第二少的结点放到第二位，依此类推，最后将活跃状态的结点以AID的顺序放在轮询表中节能模式结点的后面。

（3）轮询方案3.在执行轮询表之前，AP将能量剩余最多的放到轮询表的最前面，能量剩余第二多的放在第二个位置，依此类推。

表1是IEEE 802.11的轮询方案和我们所提出的三种改进的轮询方案的对比（AID代表结点标识号，Power代表剩余能量）。

上述三种改进的轮询方案修改了IEEE 802.11协议中原有的轮询顺序，不但可以减少节能模式结点的能量消耗，而且不会影响到活跃状态结点的能量。对于想要提高数据吞吐量的无线应用来说，轮询方案1和轮询方案3较为合适，而轮询方案2则有利于类似无线视频会议的应用，可以让所有参加会议的移动用户在相近的时间内完成通讯，从而达到较为满意的整体平衡的效果。

4结论

无线终端在能源有限条件下能连续工作较长时间是业界所希望的。因此如何减少其能量的消耗来延长终端的工作时间，对于一个通讯协议来说是相当重要的问题。IEEE 802.11协议定义了节能管理机制，可以让移动结点处于节能模式，使其电池的能量消耗维持在较低的状态，但在IEEE 802.11协议的描述中，并没有很明确的针对能量管理来考虑在无竞争阶段中的轮询方案。我们对轮询方案提出改进，可以使处于节能模式的结点在无线网络流量负载较重时能进一步减少能量的消耗以延长终端的工作时间。