TWI273790B - Method to save power for wireless network communication - Google Patents

Description

I273f^| L : ' 1 ： ^ r,： 九、發明說明Γ一 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種無線網路通訊省電之方法，尤指一種 應用於一無線網路設備之省電方法。 【先前技術】 在分散式的無線網路中，以ANSI/IEEE 802· 11為例， 其包含的有關功率管理（Power Management)的協議，倉t 使上層有效地管理無線網路設備的功耗。當工作站需要接 收或發送資料時，在上層的控制下，無線網路設備處於啟 動模式（Active Mode);反之，在上層的控制下，無線網 路设備處於節電模式（power—SaVe Mode)，定期從休眠狀 邊中蘇醒並接收信標巾貞（Beacon)。 但疋’這種功率管理的方法完全依賴於上層的控制， 當沒有資料需要收發時，設備才處於節電模式。在採用分 散式訪問協定的無線網路中，工作站發送資料前，必須先 參與競爭通道，只有競爭通道成功後，才能發送資料。因 此，競爭失敗的工作站仍然處於啟動模式中，不停地接收 與自己無關的資料，等待下次競爭的開始。 以ANSI/IEEE 802.11中的“帶有衝突避免的載波偵 聽多路存取（CSMA/CA ) ”機制為例，在無線局域網 (Wireless Local Area Ne1:work，簡稱 WLAN)的基本服 務集（Base Service Set，簡稱BSS)中，工作站l〇通過 競爭的方式來取得對通道的控制權。某一工作站競爭通道 失敗後，將會處於啟動模式中並監聽信道直到其空閒，然 5 1273790 後開始下一次競爭。在監聽過程中，該工作站自始至終完 整地接收通道中的每一幀。 如果幀頭中的目的地址（Destination Address，簡 稱DA)與該工作站不匹配，則包含在幀頭中的持續時間將 有可能被用來更新该工作站的網路配置向量（Network Allocate Vector ; NAV)。這意味著在此幀結束後的一段時 間（等於更新後的網路配置向量）内，通道中的後續幀也 與該工作站無關。但是，雖然它已經事先知道這些幀是無 用的’因為該工作站處於啟動模式中，所以它仍然會接收 這段時間内的幀。 請參考第一圖所示，第一圖係為習知之無線網路通訊 方式示意圖，來源16發送要求傳送20訊號用來通知即將 有資料發給目的18，同時告知基本服務集（Base Service Set ; BSS)或獨立基本服務集（Independent Base Service

Set ; IBSS)中的其他工作站，比如圖一中的工作站l〇，已 經預訂了等於網路配置向量12(由要求傳送提供）的時間 片段用於傳送資料。目的18接收到要求傳送20訊號後， 等待一個短幀内空間22後，回覆來源16—個允許傳送26 訊號，同意來源16發送資料，同時告知其他工作站已經預 訂了等於網路配置向量14(由允許傳送提供）的時間片段 用於傳送第一片段區域資料24。 來源16接收到允許傳送26訊號後，等待一個短幀内 空間22後，發送第一片段區域資料24給目的18，同時告 知其他工作站，已經預訂了等於網路配置向量86(由第一 片段區域資料提供）的時間片段用來傳送第二片段區域資

1273790 料32。目的18接收到第一片段區域資料24後，等待一個 短幀内空間22後，回覆第一詢問訊號28告知來源16接收 第一片段區域資料24成功，可以繼續傳送下一塊片段區域 資料32 了。同時告知其他工作站已經預訂了等於網路配置 向量88(由第一詢問訊號提供）的時間片段用於傳送第二 片段區域資料32。來源16接收到第一詢問訊號28後，等 待一個短幀内空間22後，發送第二片段區域資料32給目 的18 〇 目的18接收到第二片段區域資料32後，等待一個短 鲁 幀内空間22後，回覆第二詢問訊號34告知來源16接收第 二片段區域貢料3 2成功’這次貧料傳送自此結束。該基本 服務集（或獨立基本服務集）中的所有工作站在等待了一 個分散式協調幀内空間30(DCF Inter-Frame Space ; DIFS) 後，開始下一次通道使用權的競爭。 在這次資料傳送中，該基本服務集（或獨立基本服務 集）中的其他工作站，比如工作站10，與要求傳送20、第 一片段區域資料24、允許傳送26、第一詢問訊號28、第 二片段區域資料32、第二詢問訊號34這些幀無關。但是， 參 在現有的功率管理方式下，工作站10都會自始至終接收這 些幀，從而造成功耗的浪費。 【發明内容】 職是，本案發明人即為解決上述習用技術無法在等待 通道空閒時省電之缺點，乃特潛心研究並配合學理之運 用，提出一種無線網路通訊省電之方法。 7 在多個工作站（Station，簡稱STA)通過競爭的方式 共用一個通道（Channel)，必然會造成大多數工作站處於 等待通道空閒的狀態中。對於依賴電池供電的移動設備， 專待狀悲中的功耗會直接影響到設備的可持續工作時間的 長紐，故本發明之主要目的係在於如何有效地節省等待狀 態的功耗及延長移動設備的可持續工作時間。 為了達成上述之目的’本發明係提供了 一種無線網路 通訊省電之方法，係應用於一無線網路設備之省電方法， 包括從無線網路中獲得複數個幀訊號，接收該些幀訊號中 的複數個幀頭，判斷由該些幀頭資訊所接收之該些幀訊號 是否有用，將該無線網路設備自動進入省電狀態。 【實施方式】 為了使貴審查委員能更進一步瞭解本發明為達成 既疋目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本 發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點， 當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參 考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。 ¥知為了提南分散式的無線網路的吞吐率，網路協定 還採用一種連續突發的分段傳輸方式。某個工作站競爭通 道成功，即把需要傳送的資料分散在若干個連續的巾貞中， 一次預約若干個幀的時間，並將其置於幀頭的持續時間域 中，使接收到幀的其他無關的工作站一直處於退避等待狀 態，不能與其再次競爭通道，直到全部資料發送完畢。 請參考第二圖，第二圖係為ANSI/IEEE 802· lib實體 1273790 層協定資料單元40格式示意圖，包括實體層收斂程序前導 碼萷導碼 42(PHY Convergence Procedure，PLCP)、實體 層收斂程序標頭44和實體層收斂程序服務資料單元46 (PLCP Service Data Units ; PSDU)三個部分。其中該實 體層收斂程序前導碼前導碼42係由同步訊號區域48及幀 起始符號區域50所組成，而該實體層收斂程序標頭44由 訊號區域52、服務訊號區域54、長度區域56和校驗區域 58(CCITT CRC — 16)組成。 請參考第三A圖，第三A圖係為ANSI/IEEE 802. 11 媒介擷取服務資料單元（MAC service data unit ; MSDU) 管理幀的格式示意圖，該管理幀格式係包括一管理幀6〇， 一持續時間62，一目的位址64，一來源位址66，一基本 服務集識別碼68，一資料幀7〇，一幀本體72及一幀資料 檢查碼74。 請參考第三B圖，第三B圖係為MSI/IEEE 8〇2. n 媒介擷取服務貧料單元（MAC service data unit ; MSDU) 資料幀的格式示意圖，其格式包括一管理幀6〇，一持續時 間似，一第一位=76，一第二位址78，一第三位址8〇， 一資料巾貞70 ’帛四位;y： 82，一幅本體π及一幢資料檢 查碼74。 由第三A和第曰三B圖可知，工作站可以根據目的位元 址64判斷出該t貞疋否有用。如果該财用，則繼續接收剩 餘部分；反^^停止接收，進人節電㈣，關媒體鍵 結控制層、貫脰層、舰電路和射頻電路。由第二圖可知， 工作站可以根據實體層岐程式標頭44中的訊號區域 1273790 52、服務訊號區域54和長度區域56計算出幀的 間，進而決定何時從節電狀態恢復到正常接收狀能、、只的時 請同時參考第四圖並且比較第一圖，第四圖^ 明之無線網路設備之工作站省電狀態示意圖，於為本發 10來說’在第一時間36及第二時間38内所有的幀站 用的。因此，工作站可以利用要求傳送2〇幀頭中的』^無 間域更新自己的網路配置向量，然後進入省電模式寺續時 直至第-片段區域㈣24結束。省電模式週期90 工作站10進人正常接收週期92，準備接收第—詢°問= 虎 28。 工作站接著個第-詢問訊號28巾貞頭中的持 域再次更新自己的網路配置向量，然後再次進入命: 週期90直至第二片段區域資料32結束。因為第二】= 域的貧料結束後，整個資料發送過程即告結束，所以 二詢問訊號34幢頭中的持續時間域中的值為零。而 = 的網路配置向量也會相應地更新為零。這意味著第二詢問 訊號幀結束後，工作站將重新參與到對通道的競爭中去。 在無線網路的幀結構中，幀的末尾往往會加上一段校 1¾位以此來判崎接收的成功與否。比如，ANSI/IEEE 802.11中，幀的末尾會加上一個雙字心^)的 CRC32校驗位。而根據媒介擷取（MAC)層的協定，只有在該 幀通過fRC32校驗後，才用該幀的持續時間域來更新網路 配置向置。而且’有時在突發傳送前，來源工作站並不發 达要求傳达訊號20，就直接發送資料。在節電的前提下， 有兩種簡單的方法轉決這個問題。—是完整地接收比較 1273790 ' Λ ' 短的幀，尤其是要求傳送訊號、允許傳送訊號、詢問訊號-等控制幀。 如第四圖所示，當要求傳送訊號或第一詢問訊號接收 完成以後，工作站才進入節電狀態。二是對於較長的幀， 比如資料幀，獲得媒介擷取標頭（ΜΑ(： header)後，就停止 接收剩餘的無用部分，直接進入節電狀態，不做CRC32校 驗就用其持續時間域來更新網路配置向量，如第五圖所示。 請參考第六圖，第六圖係為本發明之無線網路通訊省 電之方法流程圖，係包括從無線網路中獲得複數個幀訊號肇 (sioo)，接收該些幀訊號中的複數個幀頭（sl〇2)，該些幀 頭包含著幀的速率、長度、目的地址、持續時間和校驗位 等等接收所必需的資訊，由該些幀頭資訊判斷所接收之該 些幀訊號是否有用（S104)，若判斷結果為是，則包括繼續 接收該些幀訊號之剩餘的部份（S106)直至結束，再回到從 無線網路中獲得複數個幀訊號（S100)步驟。 在該些幀頭資訊判斷所接收之該些幀訊號是否有用 步驟中，若判斷結果為否，則包括停止接收該些幀訊號其 餘的部份（S108)，自動將該無線網路設備進入省電狀態 _ (Sll〇) ’根據接收到的該些幀的速率及長度以計算幀的剩 ，七份（或剩餘的幀）持續的時間，使該無線網路設備由 省％狀悲自動恢復到接收狀態（Si 12)。該無線網路設備係 可為一媒體鏈結控制（Medium Access Control，簡稱MAC) 層、—實體（Physic，簡稱PHY)層、一類比電路（Anal〇g Clrcuit，主要是 AD/DAC)和一射頻電路（RF Circuit)。 本餐明之無線網路通訊省電之方法能夠有效地降低 11 驗(更)正替換頁 工作狀怨中的無線網路設備的功耗，使其能在有限的電池 供電的情況下，持續工作更長的時間。 本發明確能藉上述所揭露之技術，提供一種週然不同 於習知者的設計，堪能提高整體之使用價值，又其申請前 未見於刊物或公開使用，誠已符合發明專利之要件，爰依 法提出發明專利申請。 t 惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之實施例 而已，凡精于此項技藝者當可依據上述之說明作其他種種 之改良，而這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下界定 之專利範圍中。 1 【圖式簡單說明】 弟^一圖係為習知之無線網路通訊方式示意圖； 第二圖係為ANSI/IEEE 802.11b實體層協定資料單元4〇 格式示意圖； ' 弟二A圖係為ANSI/IEEE 802.11媒介擷取服務資料單元 (MAC service data unit ; MSDU)管理幀的格式示音圖· 第三B圖係為ANSI/IEEE 802.11媒介擷取服務資料單元 (MAC service data unit ; MSDU)資料幀的格式示音圖· 第四圖係為本發明之無線網路設備之工作站省電狀能示音 圖； …心 第五圖係為本發明之無線網路設備之工作站進行 偵測及省電狀態示意圖；及 弟六圖係為本發明之無線網路通訊省電之方法〉'宁程图。 12

1273790 【主要元件符號說明】 工作站 10 網路配置向量（由要求傳送提供） 12 網路配置向量（由允許傳送提供） 14 來源 16 目的 18 要求傳送 20 短幀内空間 22

第一片段區域資料 24 允許傳送 26 第一詢問訊號 28 分散式協調幀内空間 30 第二片段區域資料 32 第二詢問訊號 34 第一時間 36

第二時間 38 實體層協定資料單元 40 實體層收斂程序前導碼 42 實體層收斂程序標頭 44 實體層收斂程序服務資料單元 46 同步訊號區域 48 幀起始符號區域 50 訊號區域 52 服務訊號區域 54 13 1273790 \ W ^V\ 長度區域 56 校驗區域 58 管理巾貞 60 持續時間 62 目的位址 64 來源位址 66 基本服務集識別碼 68 資料幀 70

幀本體 72 巾貞資料檢查碼 74 第一位址 76 第二位址 7 8 第三位址 80 第四位址 82

網路配置向量（由第一片段區域提供）86 網路配置向量（由第一詢問訊號提供）88 省電模式週期 90 接收週期 92 14

Claims (1)

1273 7釦、 . ?- 〆· ： . - ~』 十、申請專利範圍： 1· 一種播線網路通訊省電之方法，係應用於一無線網路設 備之省電方法，該方法包括： 獲得從無線網路中之複數個幀訊號； 接收該些幀訊號中的複數個幀頭； 判斷由該些幀頭資訊所接收之該些幀訊號是否有 用；及 自動將該無線網路設備進入省電狀態。 2·如申請專利範圍第1項所述之無線網路通訊省電之方 法，其中該些幀頭包含著幀的速率、長度、目的地址、 持續日守間和校驗位之接收所必需的資訊。 3·如申明專利範圍第1項所述之無線網路通訊省電之方 法’其中該判斷由該些幀頭資訊所接收之該些幀訊號是 否有用步驟中，若判斷結果為是則包含繼續接收該些幀 訊號之剩餘的部份。 4·如申請專利範圍第1項所述之無線網路通訊省電之方 法’其中該判斷由該些幀頭資訊所接收之該些幀訊號是 否有用步驟中，若判斷結果為否則包括： 停止接收該些幀訊號其餘的部份； 自動將該無線網路設備進入省電狀態；及 根據接收到的該些幀的速率及長度以計算幀的剩 餘部份（或剩餘的幀）持續的時間，使該無線網 路設備由省電狀態自動恢復到接收狀態。 5·如申明專利範圍第4項所述之無線網路通訊省電之方 / /、中及热線網路没備係為一媒體鏈結控制（Medium 4¾ 4¾1273790 Access Control，簡稱 MAC)居。 6·如申請專利範圍第4項所: 、土甘^之無線網路通訊省雷之古 法，其中該無線網路設備係為—每 ^洎私之方 層。 馬貝肢（Physic，簡稱phy) 7·如申請專利範圍第4項所诚夕a仏 法，苴中嗲盔飧热線網路通訊省電之方 ，、 热線網路設傷係為一類比兩踗r Λ ] Circuit，主要是AD/DAC)。巧大員比包路（Analog 8·如申請專利範圍第4 法，直中兮I妗細私 無線網路通訊省電之方 ^ 矢τ邊热線網路設傜尨* Circuit)。 f係為一射頻電路（胙 9 ·種無線網路通訊省電之方半 備之省電方法，該係應用於—無線網路設 獲得從無_路巾之複數個巾貞訊號； 接收該些幀訊號中的複數個幀頭|b =由為些巾貞頭貧訊所接收之該些巾貞訊號是否有 停止接收該些幀訊號其餘的部份； 自動將該無線網路設備進入省電狀態；及 根據接收到的該些幀的速率及長度以計算幀的 餘部份（或剩餘的幀）持續的時間，使該無= 路設備由省電狀態自動恢復到接收狀態。'、'、、、、、同 10·如申請專利範圍第9項所述之無 :射該些_包含著_速率、長度二， 寺’％間和校驗位之接收所必需的資訊。 、 11·如申請專利範圍第9項所述之無線網路通訊省 16 1273790 ψ 117 法，其中該判斷由該些幀頭資訊所接收之該些幀訊號 是否有用步驟中，若判斷結果為是，則包含繼續接收 該些幀訊號之剩餘的部份，反之，若判斷結果為否， 則進行停止接收該些幀訊號其餘的部份之步驟。 12.如申請專利範圍第9項所述之無線網路通訊省電之方 法，其中該無線網路設備係為一媒體鏈結控制層、一 實體層、一類比電路或一射頻電路。

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