[发明专利]管理主站驱动时分双工无线网络内功率消耗的系统和方法

说明书

技术领域

本发明提供用于管理主站驱动时分双工无线网络内功率消耗的方法。

背景技术

由于移动设备所使用的电池寿命是有限的，所以其用于计算和通信的能量也是有限的。在为具有移动节点的网络设计协议时，需要重点考虑如何节省移动设备电池功率的问题。在协议栈的所有层中(包括应用层)都应该考虑这一问题。我们已经在媒体接入控制(MAC)层着手解决节省电池功率的问题。    

考虑到对于MAC相关的活动，移动单元的能量消耗源主要在CPU、发射机和接收机上。可以通过将大多数高复杂度计算(与媒体接入有关)转移到固定网络，来减少移动设备内CPU的使用。因此，我们工作的焦点主要集中在有效地利用收发机(即发射机、接收机)。

无线设备可以操作在三种模式中：待机、接收和发送模式。把设备能够进行接收和发送数据的模式称为活动模式。总而言之，无线设备在发送模式下所消耗的功率要大于接收模式中所消耗的功率，并且在待机模式下所消耗的功率是最小的。

例如，在工作于2.4GHz波段的GEC Plessey DE6003[2]中，无线设备在发送模式下所要求的功率是1.8W，而在接收模式和待机模式中分别是0.6W和0.05W。此外，朗讯15dBm 2.4GHz波段的Wavelan无线设备在发送、接收和待机模式中所要求的功率消耗分别是1.725W、1.475W和0.08W〔3〕。由此可以看到待机模式中的功率非常低。因此当没有数据要发送和接收时，调度算法必须能够使设备保持在待机模式下。把设备切换到待机模式所带来的局限性就是端到端时延会有所增加，而且有可能会违反业务质量(QoS)参数。因此调度算法必须满足如下要求，即：使得端到端时延不能违反QoS参数。

此外把设备从活动模式(当它可以发送和接收数据时)切换到待机模式的过程中，由于它必须要针对该切换而与其它设备进行通信，因此完成这一切换过程需要额外的开销。这样，频繁地从一种模式切换到另外一种模式会导致更多的功率消耗。使转换次数最小的需求，就要求设备在确定其切换所需要的预测开销并且将之与切换到待机模式所节省的功率相比较之后，才能进入待机模式。这样，设备进入待机模式的时间应该基于该设备以前的业务到达图样，使得端到端时延能够满足QoS参数的要求，并且不同功率模式之间的切换又不很频繁。

先前已经提出了多种用于调度无线网络中的数据业务的方法。

序列号为5274841的美国专利中描述了一种对多小区无线网络中的移动用户进行轮询的方法。然而其上行链路无线通信是使用CSMA而不是TDMA完成的，因此它并不适用于主站驱动的时分双工无线系统。

序列号为5506848的美国专利中描述了一种为所关心的移动用户群体进行需求分配的系统和方法。序列号为5297144的美国专利中描述了一种用于无线数据通信网络的基于预约的轮询协议。然而由于即使在没有数据发送或接收时，设备也处于活动功率模式，因此会导致带宽和功率的浪费，所以上述两项专利中所使用的策略都不可实用于中央驱动的TDMA无线系统内的带宽受限情况。

序列号为4251865的美国专利中描述一种用于双工通信链路的轮询系统，其中按照固定的顺序为终端单元或从站提供服务。这种分配方法的前提是假设每个终端单元的业务模型都是相类似的，因此从无线TDD MAC系统内可用的宝贵资源来看，其功率和带宽效率都不能令人满意。

在序列号为6016311的美国专利中，给出了一种动态带宽分配方案，其中假设非对称的上行/下行链路带宽，但是并没有考虑把设备切换到待机模式的问题，而且也没有讨论任何功率消耗的考虑。

在题为“基于电池功率消耗比较无线本地网的MAC协议”〔1〕的技术报告中讨论了各种MAC策略中的设备功率消耗问题，但是其中并没有考虑分组的时延，而且也没有提出任何适应于输入业务量的功率优化政策。

序列号为09/434583的美国专利申请中讨论了蓝牙中所调度的MAC，但是其只考虑了蓝牙微网(piconet)中的吞吐量和公平性问题，而没有考虑设备的功率消耗问题。

序列号为09/535920的美国专利申请中描述了在基于轮询的媒体接入控制(MAC)中带有业务质量(QoS)限制的最优化连接调度问题，但是其中并没有考虑设备的功率消耗问题。

如前面所提到的，上述专利中都没有考虑功率最优化以及端到端分组的时延问题，而这些又都是无线系统中需要考虑的重要问题。

在任何现有技术中，都没有涉及到从活动模式转换到待机模式、以及从待机模式转换到活动模式的转移准则。