CN101861715A - 通信***中的电源管理方法和设备 - Google Patents

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CN101861715A CN200880111240A CN200880111240A CN101861715A CN 101861715 A CN101861715 A CN 101861715A CN 200880111240 A CN200880111240 A CN 200880111240A CN 200880111240 A CN200880111240 A CN 200880111240A CN 101861715 A CN101861715 A CN 101861715A
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张焕强
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Abstract

一种用于通信***中功率管理的方法和设备，其中该方法用于从接入点向通信单元发送数据，且包括：由接入点将消息中的第一和第二关联标识符分配给每个通信单元，以分别指示各自的缓冲组播数据和单播数据的存在；由接入点设置第一关联标识符，以指示对应通信单元接收缓冲的组播数据，设置第二关联标识符，以指示对应通信单元接收缓冲的单播数据；以及由接入点发送消息，以唤醒与设置的第一和/或第二关联标识符对应的通信单元，以便向该通信单元发送缓冲数据。

Description

通信***中的电源管理方法和设备
技术领域
本发明涉及通信***，并且尤其涉及通信***中的节电方法和设备。
背景技术
节能是通信***尤其是无线局域网(WLAN)***中的重要问题。随着便携式计算和移动技术的发展，节能越来越受到关注。为了最好地利用电池资源以及延长设备的电池寿命，在IEEE802.11标准内提出了节电机制。如该标准中所规定的，基于IEEE802.11的无线适配器或无线站在任何时候都可以处于唤醒和休眠这两种状态之一。休眠状态的功耗通常比唤醒状态小一个数量级。因此，节电机制的任务是使休眠状态花费的时间最长，并使唤醒状态花费的时间最短，而不降低设备的联网性能。
图8示出了具有接入点(AP)(81)和多个通信单元如无线站(82-1至82-n)的基本业务集(BSS)(80)的简化框图。每个站都有两种状态或功率模式，如对于典型IEEE802.11无线适配器所定义的。这些模式被定义成恒活动模式(CAM)和节电模式(PSM)。在恒活动模式下，无线适配器在其整个工作时间内都保持在唤醒状态，以监控无线信道，并准备在任何时候接收或发送包含数据的帧。AP(81)在不进行缓冲的情况下，传送预定发往处于CAM状态的站的帧。显然，对于具有有限电池寿命的无线站，CAM造成了大量功耗。
PSM模式的站(站82中的任一站)与其关联的AP(81)协作，以实现节电。在IEEE802.11标准内，一般观点是让AP为PSM模式的站缓冲帧，并同步这些站，以便同时唤醒。在唤醒时，启动一窗口，其中AP利用信标帧消息向关联的无线站通告其缓冲状态。AP周期发送信标帧消息，并且PSM模式无线站将加电以监听信标，以便检查AP中是否有缓冲的数据帧。无线站通过分析信标中包含的业务指示映射(TIM)元素中的位映射信息，来确定是否有缓冲的数据帧。图1描述了TIM结构。如果有缓冲的数据，则无线站接收器保持在唤醒状态，直到数据被传送完为止。信标可以指示AP是有缓冲的单播数据帧还是广播/组播(B/M)数据帧。只有在确保AP上没有预定发往该站的单播数据帧或预定发往一组站的B/M数据帧被缓存之后，该站才进入PSM状态，否则该站将保持在唤醒状态以接收帧。
在此，组播帧被定义为预定被多个选定的无线站接收的帧，这些选定的无线站被分配为具有组播组地址的一个组播组，这些组播帧要发往该组播组。广播帧预定被所有无线站接收。在此，单播帧被定义为预定被一个无线站接收的帧。
在单播情况下，AP缓冲预定发往节电(PS)的无线站的到来帧，通过信标帧中的TIM通知该事件，然后这些缓冲的帧由PS站通过PS轮询请求来获取。在B/M情况下，如果BSS中的任何客户都处于PSM模式，则AP缓冲所有到来的广播/组播帧，并且在发送具有传送业务指示消息(DTIM)的信标之后，不经过轮询就发送所有这些广播/组播帧。因而，DTIM是具有DTIM信标间隔而发送的专用TIM。
信标帧的TIM元素在整个过程中起关键性作用。它通过关联标识符(AID)在其中的位和无线站之间提供一对一映射。在关联过程中，AID被分配给BSS内的每个客户。当客户加入BSS时，AP给予客户AID。和AP关联的每个站都被分配TIM位映射中的一位，该位的位置和站的AID相关。位编号N与TIM位映射中的AID N对应。如果在信标的TIM中设置了位N，则表示对于该站AID N，存在缓冲的单播帧。
参考图1，TIM结构的每个字段描述如下：元素ID(一个字节)是信标帧中该长度可变元素的标识，并且它的取值5表示这是TIM。长度字段(一个字节)给出信息字段的总长，信息字段由以下4个字段组成：
1)DTIM计数(一个字节)定义了在下一个DTIM出现之前应该发出的信标数。该值随每个信标而减少，并且在达到0以后返回到初值0是DTIM的指示符。因而，DTIM是特殊TIM，其DTIM计数字段等于0。
2)DTIM周期代表连续DTIM之间的信标间隔数。注意，DTIM计数应该从该值循环到0。
3)位映射控制字段(一个字节)包含两个子字段。位0用于AID 0的业务指示器位，为B/M业务保留。如果AP有为该BSS中任何站缓冲的一个或多个B/M帧，则该位应该被置为1。其它7位用于虚拟位映射的偏移。该偏移推断已发送的确切虚拟位映射部分。
4)部分虚拟位映射(251字节)是TIM或DTIM元素的重要特征。虚拟位映射的每一位都与和该AP关联的无线站匹配，并且其AID是对应位在整个位映射中的位置。理论上，AP能够支持一个BSS内多达2008个站。无论何时预定发往节电模式无线站的帧到达，该帧都应该被缓冲，并且它在虚拟位映射中的对应位应该被设置在信标的下一TIM中，以便要求对应站事后提取AP上的帧。
如图1所示，与AID 0对应的专用位为B/M帧保留，且位映射控制位0对应于AID 0。如果至少有一个关联的站工作在PSM模式下，则AP上的任何到来B/M帧都将使得该位被置为1，且这些B/M帧被缓冲。因而，虽然TIM能够唯一识别具有被AP缓冲的单播帧的站，但是与AID 0对应的一位(下文中被称为B/M位)也只能指示B/M帧的存在，而不能识别具有缓冲B/M帧的组或特殊站。如果在TIM中B/M位被置位，则要求所有PSM站都保持在唤醒状态，以便不丢失任何B/M数据。
一般，以联网性能为代价，如延迟和吞吐量，PSM在功耗上胜过CAM。然而，实际上当前PSM的效率仍然不足以实现节电。当前机制使用一位来指示AP上存在缓冲的B/M帧。因此，当前机制没有区分组播帧和广播帧，而且属于不同组播组的组播帧被相同地处理。这种粗糙的处理粒度使得该方案在组播环境下效率低下。主要缺陷在于，无论何时AP上有组播帧在发送，无线站都必须保持在活动状态，即使这些帧预定发往其它组播组而不是该站所属的组，或者更坏的情况是，该站根本就没有加入任何组播组。用于侦察将不被站接收的组播业务的能量是一种不必要的浪费。
因此，需要创建一种解决上述问题的配置和方法。
发明内容
本发明提供一种通过选择性地唤醒通信单元去接收接入点上缓冲的组播和单播帧，来实现在通信***中节电的方法和设备。
根据本发明一方面，提供一种在通信***中从接入点向能够以节电模式操作的通信单元发送数据的方法，该方法包括：由接入点将消息中的第一和第二关联标识符分配给每个通信单元，以分别指示各自的缓冲组播数据和单播数据的存在；由接入点设置第一关联标识符，以指示对应通信单元接收缓冲的组播数据，设置第二关联标识符，以指示对应通信单元接收缓冲的单播数据；以及由接入点发送消息，以唤醒与设置的第一和/或第二关联标识符对应的通信单元，以便向该通信单元发送缓冲数据。
根据本发明另一方面，提供一种在通信***中向能够以节电模式操作的通信单元发送数据的接入点，该接入点包括：存储器，用于缓冲要发往通信单元的数据；处理器，用于将消息中的第一和第二关联标识符分配给每个通信单元，以分别指示各自缓冲的组播数据和单播数据的存在，并设置第一关联标识符，以指示对应通信单元接收缓冲的组播数据，设置第二关联标识符，以指示对应通信单元接收缓冲的单播数据；以及发送器，用于发送消息以唤醒与设置的第一和/或第二关联标识符对应的通信单元，然后向通信单元发送缓冲的数据。
根据本发明另一方面，提供一种在能够以节电模式操作的通信单元中使用的、从通信***接入点接收数据的方法，该方法包括：从接入点接收消息；为通信单元检查消息中的第一和第二关联标识符，其中由接入点分配第一和第二关联标识符，以分别指示缓冲的组播数据和单播数据的存在；以及如果第一和/或第二关联标识符被设置，就醒来接收组播数据和/或单播数据。
根据本发明另一方面，提供一种能够在通信***中以节电模式操作、且用于从接入点接收数据的通信单元，该通信单元包括：接收器，用于从接入点接收数据和消息；以及处理器，用于和接收器协作，以便：为通信单元检查消息中的第一和第二关联标识符，其中由接入点分配第一和第二关联标识符，以分别指示缓冲的组播数据和单播数据的存在；以及如果第一和/或第二关联标识符被设置，就唤醒通信单元接收组播数据和/或单播数据。
附图说明
结合附图考虑下面的详细说明，本发明的这些及其它方面、特征和优点将变得很清楚，其中：
图1是IEEE 802.11标准的信标的TIM结构图；
图2是根据本发明实施例的具有新设计TIM结构的信标的例图；
图3是根据本发明第一实施例的具有另一新设计TIM结构的信标的例图；
图4是从组播组映射到对应移动站的查找表的例图；
图5是根据本发明实施例在通信***中发送组播/广播消息的方法的流程图；
图6是根据本发明的接入点的示例配置；
图7是根据本发明的无线站的示例配置；以及
图8是通信***的无线网络基础结构的示例配置。
具体实施方式
现在将根据本发明各说明性实施例，参考附图来说明本发明的诸多优点/特征。
第一实施例
图2是根据本发明第一实施例的具有新设计TIM结构的信标的例图。在虚拟位映射中，通过一系列的位对，来区分用于指示相对于每个站的缓冲的组播帧(M)和单播帧(U)的存在的位。位对中的一位用于站的单播帧，另一位用于站的组播帧。
根据TIM的配置，任一无线站都具有两个连续位作为指示符，一位用于AP上缓冲的单播帧(被称为U位)，另一位用于组播帧(被称为M位)。因而，用于单播帧的位数从2008减少到一半，即1004，且支持的站数相应地减少。然而，这种减少是合理的，因为一个BSS具有的关联站通常不超过100个。
本领域技术人员应该理解，在此描述的TIM配置只是用于说明，而不是用来将本发明限于这种配置。图3是根据本发明第一实施例的具有另一新设计TIM结构的信标的例图。有两种位用于其业务指示，一种(U)用于AP上缓冲的单播帧，另一种(M)用于AP上缓冲的组播帧。注意，图2和图3中的TIM给出了仅仅通过应用不同的2位分配方案来实现相同目标的两种结构。对于本领域技术人员而言，显然根据需要，除以上连续位之外的其它位分配方案也是可能的，以实现相同的目的，只要在信标的TIM中指示组播帧的存在。例如，我们甚至可以使用三位，U、M和B，来对应于一个站，以指示预定发往单个站的单播、组播和广播业务。
在AP广播了信标中包含的TIM元素后，收到该消息的每个移动站都必须检查位映射，并在TIM中寻找其单播和组播业务指示位。
在本发明实施例中，位映射控制字段和虚拟位映射字段中的位的功能被改变了。如上所述，虚拟位映射字段中的M位是AP缓冲器中组播帧的业务指示符。每个关联的无线站都在虚拟位映射中被分配这样一位，以处理组播帧。将该位置为1表示以下事件中的任何一件或全都发生：1)AP上缓冲了预定发往该无线站的一个或多个组播帧；2)AP上缓冲了一个或多个广播帧。另外，如果AP上没有缓冲的等待广播帧和组播帧，则该位应该被置为0。因此，该位实际上用于缓冲的组播/广播帧，并将广播帧看作特定组播帧。因此，如果位映射中的任一M位被置为1，则TIM的位映射控制字段AID 0的第一位也应该被置为1。
根据以上配置，只要DTIM中的对应M位被置为1，站就将醒来，以接收AP上缓冲的帧。为了有效地设置M位，AP上维持一类似于因特网组管理协议(IGMP)的组成员资格查找表，以区分所有组播组。可以通过在AP上监听IGMP消息来生成和维持查找表。图4是该表的示例结构。该查找表建立了从组播组(通过其组播地址识别)到作为该组播组成员的所有BSS移动站(由其AID表示)的映射。每次在发送DTIM之前，AP都检查所有缓冲的组播帧，并且根据查找表将这些组播位置为1。这种映射提供了组级粒度，来支持功率管理中的组播。另外，AP将检查是否有缓冲的广播帧，以便将所有M位置为1。
这种表的建立和维持是一种类似于IGMP协议所做的程序。对于本领域技术人员，很容易通过利用各种装置发觉来自BSS内的上行链路路由器和下行链路移动站的IGMP消息，来生成这种表。
虚拟位映射控制字段中的AID 0被称为B/M位，它是AP缓冲器中的广播/组播帧的业务指示符。只有AP上有缓冲的广播/组播帧，才在DTIM中将该位置为1。如果AP上没有缓冲的等待广播帧和组播帧，则该B/M位应该被置为0。然而，根据本发明实施例，将B/M位置为1不表示所有站都将醒来以接收缓冲的帧，这一点不同于先有技术。站仍然需要检查M位以确定其状态。
虽然根据实施例，似乎不是非常需要将B/M位置为1，但是它与先有技术的站具有兼容性。先有技术的站不能为组播/广播帧检查M位，但是它们仍然能够检查B/M位来得到这种信息，以便根据802.11规范确定它们的状态。
虚拟位映射字段中的U位是AP缓冲器中的单播帧的业务指示符。每一位都与一个站准确匹配，且和M位配对，并且如果AP缓冲器有缓冲的、且预定发往对应站的单播帧，该位将被置为1。因而，U位的功能和最初802.11TIM中的U位功能相同。
图5是根据本发明实施例在通信***中发送组播/广播消息的方法的流程图。
在步骤501，根据以上配置，AP将信标帧中的组播帧关联标识符分别分配给每个通信单元，并接收针对多个组播组中的一个或多个组的组播消息，或广播消息。在步骤502，根据组播组地址，确定要接收当前缓冲的帧的无线站。这可以根据组播地址，利用图4中的查找表来实现。优选地，AP首先确定是否有缓冲的广播帧，并且如果结果为是，就将与所有站对应的所有M位都置为1。因而，不必检测查找表。
在步骤503，将与所确定的无线站对应的信标帧中的M位设置为1。另外，也根据上述方法设置U位和B/M位。然后，在步骤504，AP广播信标帧，以选择性地唤醒属于所述组播地址的所有无线站，以便向这些无线站发送组播帧。这可以通过向无线站发送具有设置的TIM的信标帧来实现。这样，不属于该组播地址的其它任何无线站都允许保持为休眠状态。当然，如果站的U为被置位，则该站仍然需要醒来，以接收单播帧。
对被选择性地唤醒的无线站进行编程，以使它们保持足够长时间的唤醒状态，例如以便接收缓冲的消息。这可以利用定时器和/或计数器来实现。也可对被唤醒的无线站进行编程以保持唤醒状态，直到检测到下一DTIM信标或会话结束为止。
图6是根据本发明的AP 610的示例配置。AP 610作为中心协调器和调度器，且包括：通信接口620，用于处理通过通信路径与WLAN其它部分的通信，以及从WLAN其它部分接收帧；处理器640，连接到通信接口620，且用于处理通信以及控制AP 610；以及收发器630，连接到处理器640和通信接口620，且用于和无线站通信以及向无线站发送帧。众所周知，根据需要，收发器630可以分成发送器和接收器。另外，AP 610也包括存储器650，用于存储缓冲的帧、上述查找表，以及用于根据本发明对处理器640编程的可执行指令和数据。应该理解，通信接口620、处理器640、收发器630和存储器650可以完全或部分地组合，并且可被制造为集成电路。
如上所述，在发出信标帧之前，AP 610将为每个无线站分配2位，其中一位用于站的单播，另一位用于站的组播。然后，AP 610通过以下方式来填充TIM结构：如果有缓冲的组播/广播帧，就将对应M位置为1；如果有缓冲的单播帧，就将对应U位置为1；如果有缓冲的组播或广播帧，就将B/M位置为1。即，AP根据以上流程发送缓冲的帧。
图7是根据本发明的无线站710的示例配置。无线站710包括：处理器701，用于控制无线站710；收发器702，连接到处理器701，且用于和AP610通信；用户接口703，包括众所周知的元件，如小键盘、显示器和音频变换器。另外，无线站710包括连接到处理器701的存储器704，该存储器704包括用于根据本发明对处理器701编程的可执行指令和数据。应该理解，处理器701、收发器702和存储器704可以完全或部分地组合，并且可被制造为集成电路。
处于节电模式的每个站710都将加电，以监听由AP周期发送的信标，以便检查AP中是否有缓冲的帧。如果对应的U位或M位被置为1，站将醒来。然而，站不依据可被先有技术的站使用的B/M位而醒来。
第二实施例
关于TIM中M位的设置，可以使用另一程序。M位仅仅用于指示缓冲的组播帧，而不用于缓冲的广播帧。M/B位用于指示缓冲的组播/广播帧。
在该实施例中，需要重新设计的重要事情是AP上的缓冲结构，在802.11标准中没有对此进行详述。我们为数据缓冲引入三重独立队列：广播队列、组播队列和单播队列。它们是为它们所缓冲的帧的类型而命名的。
每个缓冲队列都以先进先出(FIFO)方式操作。应该提到的一件事是，在操作过程期间，某些优先级被赋予这些队列。当DTIM指示所有三种缓冲帧都存在时，AP将首先发送广播队列中的帧，给予该队列高优先级，然后发送拥有中等优先级的组播队列，最后处理对应于低优先级的单播队列。基于优先级的排队机制使得，即使在信标间隔期间无线站也有可能休眠。
根据以上配置，当B/M被置为1，且对应M位被置为0时，如果AP上有缓冲的广播帧，站将根据需要等待一会儿，以接收广播帧。然后，如果没有帧到达，站将休眠。另外，当B/M位被置为0，且对应M位被置为0时，站将保持休眠，且不必等待缓冲的帧。
AP和站的其它配置和程序与第一实施例中相同，因此，在此省略对应的描述。
如上所述，本发明的方法和配置提供一种更高效和更细粒度的节电方案。根据本发明，可以区分来自不同组的组播帧，并且此后能够避免将所有站都唤醒去接收某些组无线站的组播帧。另外，该方法能够和802.11标准中的先有技术方法兼容。
虽然以上描述了基于本发明原理的特定过程，但是不能将其看作对本发明的限制。例如，如上所述，WLAN适于说明本发明实施例。然而，对于本领域技术人员而言，显然其它具有AP和通信单元的通信***也可适用。在以上实施例中，以帧的形式收发数据。然而，对于本领域技术人员而言，显然任何形式的数据也可适用。另外，在信标帧中发送关联标识符。然而，对于本领域技术人员而言，显然可以在任何消息中发送关联标识符。
以上仅仅说明了本发明原理，因而应该理解，本领域技术人员将能够设计虽然未在此明确描述、但体现本发明原理且在本发明精神和范围内的诸多替换配置。应该理解，在不脱离如所附权利要求定义的本发明精神和范围的情况下，可以对本发明的说明性实施例进行诸多修改，并且可设计其它配置。

Claims (16)

1.一种在通信***中用于从接入点向能够以节电模式操作的通信单元发送数据的方法，所述方法包括：
由所述接入点，将消息中的第一和第二关联标识符分配给所述通信单元的每一个，以分别指示各自的缓冲组播数据和单播数据的存在；
由所述接入点设置所述第一关联标识符，以指示相应的通信单元接收所述缓冲组播数据，设置所述第二关联标识符，以指示相应的通信单元接收所述缓冲单播数据；以及
由所述接入点发送所述消息，以唤醒与所述设置的第一和/或第二关联标识符对应的所述通信单元，以便向所述通信单元发送所述缓冲数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信***根据IEEE 802.11规范操作，并且其中
所述设置步骤进一步包括，设置业务指示符位，以指示任何缓冲的组播数据或广播数据的存在。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一和第二关联标识符是信标消息的业务指示映射中的位。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中当在所述接入点上缓冲广播数据时，所述设置步骤进一步包括设置所有所述第二关联标识符，并将所述业务指示符位置为1。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中当在所述接入点上缓冲广播数据时，所述设置步骤进一步包括将所述业务指示符位置为1，以及
在广播所述消息之后，在发送所述缓冲的组播和单播数据之前发送所述缓冲的广播数据。
6.一种在通信***中用于向能够以节电模式操作的通信单元发送数据的接入点，所述接入点包括：
存储器，用于缓冲要发往所述通信单元的数据；
处理器，用于将消息中的第一和第二关联标识符分配给所述通信单元的每一个，以分别指示各自缓冲的组播数据和单播数据的存在；并设置所述第一关联标识符，以指示相应的通信单元接收所述缓冲的组播数据，设置所述第二关联标识符，以指示相应的通信单元接收所述缓冲的单播数据；以及
发送器，用于发送所述消息以唤醒与所述设置的第一和/或第二关联标识符对应的所述通信单元，然后向所述通信单元发送所述缓冲的数据。
7.根据权利要求6所述的接入点，其中所述通信***根据IEEE 802.11规范操作，并且其中
所述处理器适于设置业务指示符位，以指示任何缓冲的组播数据或广播数据的存在。
8.根据权利要求7所述的接入点，其中所述第一和第二关联标识符是信标消息的业务指示映射中的位。
9.根据权利要求7或8所述的接入点，其中当在所述接入点上缓冲广播数据时，所述处理器适于设置所有所述第一关联标识符，并将所述业务指示符位置为1。
10.根据权利要求7或8所述的接入点，其中当在所述接入点上缓冲广播数据时，所述处理器适于将所述业务指示符位置为1，并且所述发送器适于在广播所述消息之后，在所述缓冲的组播和单播数据之前发送所述缓冲的广播数据。
11.一种在能够以节电模式操作的通信单元中使用的从接入点接收数据的方法，所述方法包括：
从所述接入点接收消息；
为所述通信单元检查所述消息中的第一和第二关联标识符，其中由所述接入点分配所述第一和第二关联标识符，以分别指示缓冲的组播数据和单播数据的存在；以及
如果所述第一和/或第二关联标识符被设置，就醒来接收所述组播数据和/或单播数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述通信单元根据IEEE 802.11规范操作。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其进一步包括，在所述检查步骤之前，确定所述消息中的业务指示符位是否被设置，并且如果所述业务指示符位被设置，就醒来预定长时间，以便如果在所述接入点上有缓冲的广播数据，就接收所述广播数据。
14.一种能够以节电模式操作、且从接入点接收数据的通信单元，所述通信单元包括：
接收器，用于从所述接入点接收数据和消息；以及
处理器，用于和所述接收器协作，以便：
为所述通信单元检查所述消息中的第一和第二关联标识符，其中由所述接入点分配所述第一和第二关联标识符，以分别指示缓冲的组播数据和单播数据的存在；以及
如果所述第一和/或第二关联标识符被设置，就唤醒所述通信单元接收所述组播数据和/或单播数据。
15.根据权利要求14所述的通信单元，其中所述通信单元根据IEEE802.11规范操作。
16.根据权利要求14或15所述的通信单元，其中在检查所述第一和第二关联标识符之前，所述处理器适于确定所述消息中的业务指示符位是否被设置，并且如果所述业务指示符位被置为1，就唤醒所述通信单元预定长时间，以便如果在所述接入点上缓冲了广播数据，所述接收器就接收所述广播数据。
CN200880111240A 2007-10-12 2008-10-01 通信***中的电源管理方法和设备 Pending CN101861715A (zh)

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EP07301455.7 2007-10-12
PCT/EP2008/063123 WO2009047179A1 (en) 2007-10-12 2008-10-01 Method and apparatus for power management in communication system

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