基于802.11协议的节能技术

2.5 S-PAM协议

PSM协议中结点在TW窗口进行数据传输使用CSMA/CA机制，没有竞争到信道的结点就要退避一段时间再发送。S-PAM(The Slot-based Power Saving Mechanism)协议使得结点在退避时间内转入睡眠状态，提高节能效率。

在S-PAM中，将TW窗口划分为几个不同的时隙。结点只在选定的时隙中传输数据，相应只在传输数据的时隙中处于活跃态，而在退避时隙时转入睡眠状态。传输数据时隙在ATIM窗口中选定并通过ATIM分组进行消息发布。S-PAM工作具体过程如图6所示。

S-PAM协议中，结点在退避时间内能进入睡眠状态，因此节能效率高。同时数据在分配好的时隙中传输，吞吐率也得以提高。但时隙分配机制比较复杂。

以上这些协议都是针对PSM的不足在某一方面进行的改进，使得节能性能得以提高。各协议性能比较如表1所示。目前，从多方面综合考虑而进行的节能研究还比较少。

3 节能技术所面临的困难及发展方向

动态关闭无线接口是802.11协议的主要节能机制，但需要解决好以下几个方面的问题：

(1)如何获得全网时钟同步。PSM及其改进协议大都使用beacon帧进行同步，在全互连无线网络中是可行的。但对于多跳Ad Hoc网络[9-12]而言，由于没有一个通信范围能覆盖全网的中心结点，使得全网同步实现起来相当困难。这就促使研究者必须研究解决同步问题和异步时间驱动情况下的节能技术；

(2)研究时间－报文综合驱动的节能技术。PSM及其改进协议将时间轴划分为不同的beacon周期进行操作，属于时间驱动节能技术，没有过多考虑网络负荷影响。网络负荷低时节能性能显著。而在网络负荷高时节能效果比较差。报文驱动机制正好相反，它利用报文发送前交互的控制信息决定结点是否进入睡眠状态。如果能将这两种节能机制优点结合起来又克服各自缺点，则能取得更好的节能效果；

(3)如何发送广播报文。在普通网络中，由于所有结点一直处于活跃状态，广播报文可以随时发送。而当运行节能协议时，如何发送广播报文是一个需要研究的问题；

(4)模式转换的能耗问题。结点在睡眠状态和活跃状态间相互转换时需要消耗额外的能量。如果睡眠时间过少，它节省的能量还不足以弥补模式转换消耗的能量，此时就不宜进入睡眠状态。如何确定最少睡眠时间也是必须要解决的问题；

(5)如何判断当前存在的邻居结点。无线网络中结点间常常要交互信息以判断有哪些邻结点。由于工作于节能模式的结点会在许多情况下处于睡眠状态，这有可能影响某些结点对邻居结点的正确判断；

(6)协议各层如何协作以提高节能效果。节能问题涉及到网络的各层，进行跨层设计非常有必要。在Ad Hoc网络中，路由协议的节能研究是节能工作一个重要方面。MAC子层节能技术要考虑与路由协议协同工作，保证当前处于睡眠状态结点也能收到必要的路由信息。

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。因此节能问题引起了国际学术界的广泛关注，产业界也一直在寻求通过采用节能机制来延长终端工作时间的方法。可以预期随着时间的推移，各种新的节能机制将在无线网络中得到越来越广泛的应用，从而进一步推动无线网络的发展。

参考文献
[1] FEENEY，NILSSON M.Investigating the energy consumption  of a wireless network interface in an Ad Hoc networking environment[C].INFOCOM’2001.
[2] IEEE Std.802.11-1999. Wireless LAN medium access control(MAC) and physical layer(PHY) specifications[S].  IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee，New York，1999.
[3] WOESNER H，EBERT J P，SCHLAGER M，et al.Powersaving mechanisms in emerging standards for wireless LANs：the MAC level perspective[C].IEEE Personal Communications，1998：40-48.
[4] CHOI J M，KO Y B，KIM J H.Enhanced power saving scheme for IEEE 802.11 DCF based wireless networks[C].  In LNCS PWC′03，2003.
[5] JUNG E S，VAIDYA N H.An energy efficient MAC protocol for wireless LANs[C].INFOCOM′2002.
[6] JUNG E S，VAIDYA N H.A power saving MAC protocol  for wireless networks[R].Technical Report，Dept.of Computer Science Texas A&M University，College Station，2002.
[7] Eun-Sun Jungand Nitin H.Vaidya.Improving IEEE 802.11power saving mechanism[R].Technical Report,Dept.of Computer Science Texas A&M University, College Station，2004.
[8] CANO J C，MANZONI P.Evaluating the energy-consumption reduction in a MANET by dynamically switch-off network interfaces[C].Proceedings of the 6th IEEE Symposium  on Computers and Communications，2001.
[9] TSENG Y C，HSU C S.Power-saving protocols for IEEE 802.11-based multi-hop Ad Hoc networks[C].INFOCOM′02，2002.
[10] SAFWAT A，HASSANEIN H，MOUFTAH H.A MAC-based performance study of energy-aware routing schemes  in wireless Ad Hoc networks[C].Proceedings of IEEE Globecom 2002.
[11] 黎宁，毛郑建.Ad Hoc网络中的节能机制[J].电讯技术，2004，44(3)：5-11.
[12] 郑少仁，王海涛，黎宁，等.Ad Hoc网络技术[M].北京：人民邮电出版社，2005.