基于802.11協(xié)議的節(jié)能技術(shù)

在TIPS協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)沒有報文傳輸時結(jié)點在ATIM窗口就能進入睡眠狀態(tài)，因此比PSM節(jié)能效率高，數(shù)據(jù)流量小時尤其明顯。
2.2 DPSM協(xié)議
DPSM協(xié)議[5](Dynamic Power-Saving Mechanism)可以動態(tài)調(diào)整ATIM窗口大小，并且結(jié)點結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸后即可在TW窗口內(nèi)進入睡眠狀態(tài)。
DPSM協(xié)議中每個結(jié)點根據(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)點在ATIM窗口中交互ATIM幀的同時通知對方自己有多少報文要發(fā)，在TW窗口內(nèi)，當(dāng)發(fā)送結(jié)點發(fā)送完數(shù)據(jù)后，收發(fā)雙方都可以進入睡眠狀態(tài)。如果在當(dāng)前的beacon周期內(nèi)沒有將已經(jīng)通過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ATIM幀廣播。結(jié)點會在所有發(fā)送報文中帶上自己的ATIM窗口大小信息，其他結(jié)點如果收到此報文就可以知道對方的ATIM窗口大小。某結(jié)點發(fā)送ATIM幀時，根據(jù)目的結(jié)點的ATIM窗口大小，首先向ATIM窗口最小的結(jié)點發(fā)送ATIM幀，如果不知道對方的ATIM窗口大小，就按最小的ATIM窗口來對待。如果某結(jié)點在當(dāng)前的ATIM窗口內(nèi)來不及向所有目的結(jié)點發(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進行的。某結(jié)點如果從其他結(jié)點發(fā)送的報文中得知對方的ATIM窗口比自己的ATIM窗口大2個級別以上，則將自己的ATIM窗口增大一個級別。當(dāng)某一結(jié)點在ATIM窗口結(jié)束后因為要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)報文而處于活躍狀態(tài)時，又收到其他結(jié)點發(fā)來的ATIM幀，則可以響應(yīng)一個ATIM-ACK報文，并在下一beacon周期中將自己的ATIM窗口增大一個級別，如圖3所示。

某一結(jié)點在連續(xù)發(fā)送幾次ATIM幀都沒有收到對方響應(yīng)的ATIM-ACK幀時（因為對方的ATIM窗口比自己?。┚蜁?dāng)前的數(shù)據(jù)報文作上標(biāo)記，當(dāng)結(jié)點收到發(fā)送給自己的作了標(biāo)記的數(shù)據(jù)報文后，也要將ATIM窗口增大一個級別。如果某結(jié)點能用當(dāng)前的ATIM窗口順利將所有ATIM幀發(fā)送給對方，這說明當(dāng)前的ATIM窗口已經(jīng)足夠大，則它可以選擇將ATIM窗口縮小一個級別。
DPSM能夠使結(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)調(diào)整ATIM窗口大小，并且在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后就進入睡眠狀態(tài)。因此比PSM節(jié)能效率高，同時也沒有降低吞吐率。
2.3 NPSM協(xié)議
NPSM協(xié)議[6](New Saving Mechanism)中報文發(fā)送完畢之后結(jié)點可以進入睡眠狀態(tài)，工作過程如圖4所示。在每一beacon周期開始時仍然有一段時間內(nèi)所有結(jié)點都處于活躍狀態(tài)。收發(fā)雙方不必事先交互ATIM報文就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)報文。在發(fā)送報文的同時通過在控制報文和數(shù)據(jù)報文中攜帶一些特定信息來告知對方及其他結(jié)點自己當(dāng)前有多少報文等待發(fā)送、要發(fā)給誰以及其他鄰居結(jié)點總共有多少報文等待發(fā)送給自己等信息。所有無關(guān)結(jié)點在收到這些信息后就能估算出發(fā)送報文的結(jié)點至少還會處于活躍狀態(tài)多少時間，而目的結(jié)點也能知道對方有多少報文等待發(fā)送給自己?；钴S窗口結(jié)束后，如果結(jié)點沒有數(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)點在報文發(fā)送完畢之后可以進入睡眠狀態(tài)，因此比802.11PSM協(xié)議有更高的節(jié)能效率。同時，由于無需交互ATIM報文， 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，既可以動態(tài)該改變ATIM窗口大小，又允許結(jié)點在TW窗口完成數(shù)據(jù)傳輸后轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。但兩者采取機制完全不同。IPSM中定義了4個參數(shù)：最大ATIM窗口ATIMmax，最小ATMI窗口ATIMmin、信道空閑時間CIT(Channel Idle Time)、信道空閑時間門限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)束時刻測得的信道持續(xù)空閑時間。CITThreshold則提供了ATIM窗口增大的條件。在ATIM窗口結(jié)束時如果CIT大于CITThreshold，則說明信道已經(jīng)空閑了足夠長時間，結(jié)點沒有再試圖發(fā)送ATIM幀，不必改變ATMI窗口大小；否則就要增大ATIM窗口。各個結(jié)點窗口大小變化是同步的。
IPSM協(xié)議工作過程如圖5所示。在beacon周期初始時，ATIM窗口置為ATIMmin，如果在窗口結(jié)束時刻測得的CIT小于或等于CITThreshold時，就在ATIMmin基礎(chǔ)上延長ATIM窗口持續(xù)時間形成新的ATIM窗口。此過程反復(fù)進行直到CIT大于CITThreshold時或ATIM窗口增大到ATIMmax時為止。ATIM窗口結(jié)束后，結(jié)點開始傳輸數(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)點待傳輸?shù)姆纸M數(shù)量信息。這些信息能夠讓目的結(jié)點判斷出它是否接收完所有分組數(shù)據(jù)。如果一個結(jié)點在TW窗口結(jié)束了數(shù)據(jù)傳輸，即使TW窗口還沒有關(guān)閉，結(jié)點也可進入睡眠狀態(tài)。如果源結(jié)點在beacon周期結(jié)束時沒有傳輸完數(shù)據(jù)，則在下一個beacon周期它和目的結(jié)點處于活躍狀態(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)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況同步調(diào)整ATIM窗口大小，同時數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后就能進入睡眠狀態(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)點在TW窗口進行數(shù)據(jù)傳輸使用CSMA/CA機制，沒有競爭到信道的結(jié)點就要退避一段時間再發(fā)送。S-PAM(The Slot-based Power Saving Mechanism)協(xié)議使得結(jié)點在退避時間內(nèi)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，提高節(jié)能效率。
在S-PAM中，將TW窗口劃分為幾個不同的時隙。結(jié)點只在選定的時隙中傳輸數(shù)據(jù)，相應(yīng)只在傳輸數(shù)據(jù)的時隙中處于活躍態(tài)，而在退避時隙時轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。傳輸數(shù)據(jù)時隙在ATIM窗口中選定并通過ATIM分組進行消息發(fā)布。S-PAM工作具體過程如圖6所示。