DE102004036945B4 - Method for optimizing the energy consumption of a station in a network - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Optimierung des Energieverbrauchs einer Station (STA) – wie beispielsweise Laptop, Palmtop oder Handy – in einem Netzwerk, vorzugsweise in einem WLAN nach IEEE-Standard 802.11, dadurch gekennzeichnet, dass die Station (STA) den von ihr empfangenen Downlink-Datenverkehr und den von ihr gesendeten Uplink-Datenverkehr an der MAC (Media Access Control)-Schicht in bestimmten Zeitintervallen überwacht und auf Grundlage des Verhältnisses zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr oder des in bestimmten Zeitintervallen empfangenen Downlink-Datenverkehrs ein adaptiver Power Save Modus (PSM) generiert wird.method to optimize the energy consumption of a station (STA) - such as a laptop, Palmtop or mobile phone - in a network, preferably in a WLAN according to IEEE standard 802.11, characterized in that the station (STA) receives the signal received from it Downlink traffic and the uplink traffic it sends to the MAC (Media Access Control) layer is monitored at certain time intervals and based on the relationship between downlink traffic and uplink traffic or the one received at specific time intervals Downlink traffic an adaptive power save mode (PSM) is generated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Energieverbrauchs einer Station (STA) – wie beispielsweise Laptop, Palmtop oder Handy – in einem Netzwerk, vorzugsweise in einem WLAN nach IEEE-Standard 802.11.The The invention relates to a method for optimizing energy consumption a station (STA) - like For example, laptop, palmtop or mobile phone - in a network, preferably in a WLAN according to IEEE standard 802.11.
In drahtlosen Netzwerken sind Mobilstationen miteinander vernetzt, die im Allge meinen mit Akkus betrieben werden. Da der Energieverbrauch von Mobilstationen insofern eine kritische Größe darstellt, ist eine spezielle Funktion definiert, die den Power Save Modus (PSM) von Mobilstationen unterstützt. Der im IEEE 802.11 Standard definierte PSM führt allerdings eine Abhängigkeit zwischen dem Beacon Intervall (BI) und der Downlinkverzögerung ein. Downlinkverzögerung ist definiert als die Verzögerung ab dem Zeitpunkt, ab dem ein Rahmen vom Access Point (AP) an der MAC (Media Access Control)-Schicht empfangen wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem er erfolgreich an der MAC Schicht von einer STA empfangen wird. Unter Beacon Intervall ist dasjenige Intervall zu verstehen, in dem die Beacons vom AP periodisch verschickt werden. Die Abhängigkeit zwischen BI und Downlink-Verzögerung kann bei einigen BI-Konfigurationen dazu führen, dass die Downlink-Verzögerung einen gewissen Grenzwert überschreitet und damit für die jeweilige Anwendung nicht mehr tolerierbar ist. Besonders kritisch ist dies zum Beispiel bei Echtzeitanwendungen wie Voice over IP (VolP).In wireless networks, mobile stations are networked together, which are generally operated with batteries. Because the energy consumption of mobile stations is a critical size, is a special one Function defines the power save mode (PSM) of mobile stations supported. Of the However, PSM defined in the IEEE 802.11 standard introduces a dependency between the beacon interval (BI) and the downlink delay. Downlink delay is defined as the delay from the moment when a frame from the access point (AP) to the MAC (Media Access Control) layer is received by the time which is successfully received at the MAC layer by an STA. By beacon interval is meant that interval in the Beacons are periodically sent by the AP. The dependence between BI and downlink delay can In some BI configurations, the downlink delay will cause a exceeds certain limit and for that the respective application is no longer tolerable. Especially critical For example, in real-time applications such as Voice over IP (VoIP).
Um die Abhängigkeit zwischen dem BI und der Downlink-Verzögerung auszuschalten, sind bereits verschiedene Modifikationen des standardmäßigen Power Save Modus untersucht worden. Die in Betracht gezogenen Ansätze lassen sich in zwei unterschiedliche Gruppe einteilen. Zum einen existieren proaktive Ansätze, die die Abhängigkeit zwischen dem BI und der Downlink-Verzögerung ausschalten, indem die Station in bestimmten Momenten PS-Polls aussendet, und zwar unabhängig davon, ob ein Beacon empfangen wurde. Zum anderen existieren reaktive Ansätze, bei denen der Moment, in dem eine Station aus einem PSM aufwacht, um einen Rahmen zu senden, genutzt wird, um die PS-Polls auszusenden. Im Ergebnis ist somit die Abhängigkeit zwischen dem BI und der Downlink-Verzögerung eliminiert. Nachteilig ist allerdings, dass bei einem reaktiven Ansatz eine Abhängigkeit von der Rate der Uplink-Datenübertragung eingeführt wird.Around the dependence between the BI and the downlink delay are off already several modifications of the standard power Save mode has been investigated. Leave the considered approaches divide into two different groups. For one thing, there are proactive ones Approaches, the dependence between the BI and the downlink delay by turning off the Station sends out PS polls at certain moments, regardless of if a beacon was received. On the other hand, reactive approaches exist which is the moment a station wakes up from a PSM sending a frame is used to send the PS polls. in the The result is dependency between the BI and the downlink delay. adversely is, however, that in a reactive approach is a dependency from the rate of uplink data transmission introduced becomes.
Die beiden genannten Verbesserungen – proaktive und reaktive Ansätze – weisen hinsichtlich der Voraussetzung einer bestimmten Struktur des Downlink-Uplink-Datenverkehrs ähnliche Probleme auf. Bei dem proaktiven Ansatz wird im Allgemeinen ein gewisses Intervall, in dem die PS-Polls ausgesendet werden, kürzer als das Beacon-Intervall gewählt, um auf diese Weise zu garantieren, dass eine maximale Downlink-Verzögerung nicht überschritten wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung kann dieser Ansatz allerdings dazu führen, dass bestimmte PS-Polls unnötigerweise erzeugt werden. Als Beispiel sei lediglich das Webbrowsing genannt, wo die Rahmen am Access Point eher in Bursts als mit einer annähernd konstanten Rate empfangen werden.The both mentioned improvements - proactive and reactive approaches similar to the requirement of a particular structure of downlink uplink traffic Problems on. The proactive approach is generally one certain interval in which the PS-Polls are sent out, shorter than the beacon interval is chosen to in this way to guarantee that a maximum downlink delay is not exceeded becomes. Dependent on however, this approach may be different from the particular application to lead, that certain PS polls unnecessarily be generated. As an example, only web browsing is mentioned, where the frames at the access point are more in bursts than near-constant ones Rates are received.
Bei dem reaktiven Ansatz ist insbesondere nachteilig, dass bei einem extensiven Uplink-Datenverkehr (beispielsweise im Rahmen eines ftp Uplink-Transfers) eine Vielzahl von PS-Polls generiert wird, die für eine Downlink-Anwendung mit geringerer Datenrate überhaupt nicht benötigt wird.at The reactive approach is particularly disadvantageous that in a extensive uplink traffic (for example as part of a ftp uplink transfer) A variety of PS polls is generated that are required for a downlink application lower data rate at all not required becomes.
Zur Lösung der oben genannten Probleme können in Abhängigkeit von der Downlinkverzögerung, so wie die jeweilige Anwendung sie benötigt, verschiedene PSM-Konfigurationen definiert werden. Dies würde jedoch für einen Nutzer einen erheblichen Mehraufwand bedeuten, da dieser in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation zwischen unterschiedlichen Optionen wählen müsste. Ein derartiger Aufwand erweist sich in der Praxis als wenig benutzerfreundlich.to solution the above problems can dependent on from the downlink delay, as the particular application requires it, different PSM configurations To be defined. This would however for a user a significant extra effort, since this in dependence of the particular situation between different options choose would. Such an effort proves in practice as not very user friendly.
Aus der US 2004/0141490 ist für sich gesehen ein Verfahren zur Optimierung des Energieverbrauchs einer Station in einem Netzwerk bekannt, das auf der Verwendung von Polling-Prioritäten beruht. Die einzelnen Stationen eines drahtlosen LANs werden dazu entsprechend ihrer Polling-Prioritäten in einer Polling-Liste geführt. Es wird eine kumulierte „Lead"-Zeit sowie zusätzlich für jede Station eine eigene „Lead"-Zeit generiert und mit entsprechenden Rahmen übertragen. Die „Lead"-Zeit einer Station entspricht der Zeit, welche die Station zur Datenübertragung benötigt. Die kumulierte „Lead"-Zeit, die an eine bestimmte Station STA_X gesendet wird, entspricht der Summe der „Lead"-Zeiten derjenigen Stationen, die aufgrund ihrer höheren Priorität in der Polling-Liste vor der Station STA_X geführt sind. Die Station kann somit für die Dauer der kumulierten „Lead"-Zeit in einem Energiesparmodus verbleiben, da während dieser Zeitdauer höher priorisierte Stationen ihre Daten senden. Erst nach Ablauf der kumulierten „Lead"-Zeit erwacht die Station aus dem Energiesparmodus, um nunmehr ihrerseits – über den nun freien Kanal – Daten zu übertragen.Out US 2004/0141490 is for Seen a method for optimizing energy consumption a station in a network known to use on polling priorities based. The individual stations of a wireless LAN become this according to their polling priorities in a polling list guided. There will be a cumulated lead time plus for each station generates its own "lead" time and transmitted with appropriate frames. The "lead" time of a station corresponds the time that the station needs for data transmission. The accumulated "lead" time, sent to one station STA_X is sent, corresponds to the sum of the "lead" times of those Stations, due to their higher priority in the polling list in front of the station STA_X. The station can thus for the duration of the cumulative "lead" time remain in an energy-saving mode because while prioritized this period of time Stations send their data. Only after the cumulative "lead" time has elapsed does the station wake up from the energy-saving mode, now in turn - over the now free channel data transferred to.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung des Energieverbrauchs einer Station in einem Netzwerk der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit einem Minimum an zusätzlichem Datenverkehr ein hohes Maß an Energieeinsparung für die Station erreicht ist.Of the The present invention is based on the object, a method to optimize the energy consumption of a station in a network of the type mentioned above to design and develop, that with a minimum of additional Traffic a high level Energy saving for the station is reached.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung des Energieverbrauchs einer Station in einem Netzwerk löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist ein solches Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Station den von ihr empfangenen Downlink-Datenverkehr und den von ihr gesendeten Uplink-Datenverkehr an der MAC (Media Access Control)-Schicht in bestimmten Zeitintervallen überwacht und auf Grundlage des Verhältnisses zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr oder des in bestimmten Zeitintervallen empfangenen Downlink-Datenverkehrs ein angepasster Power Save Modus (PSM) generiert wird.The inventive method for Opti The purpose of this method is characterized in that the station receives the downlink data traffic it has received and the uplink data traffic it has sent to the MAC (Media Access Control) layer is monitored at certain time intervals and based on the relationship between downlink traffic and uplink traffic or the downlink traffic received at certain time intervals, a customized power save mode (PSM) is generated.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass bei den bekannten Verfahren der gattungsbildenden Art der tatsächliche Datenverkehr der Station keine Berücksichtigung findet und der Energieverbrauch der Station folglich aufgrund unnötig ausgesendeter PS-Polls nicht optimal ist. Darüber hinaus ist erkannt worden, dass eine Optimierung des Energieverbrauchs dadurch erreicht werden kann, dass die Station den von ihr empfangenen Downlink-Datenverkehr und den von ihr zwischen gewissen Zeitintervallen gesendeten Uplink-Datenverkehr an der MAC-Schicht überwacht. Auf der Basis dieser Informationen kann die Station ermitteln, ob der vorhandene Uplink- und Downlink-Verkehr eine symmetrische oder eine asymmetrische Charakteristik aufweist. Erfindungsgemäß wird sodann auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr oder des in bestimmten Zeitintervallen empfangenen Downlink-Datenverkehrs ein an die konkret vorliegende Situation angepasster Power Save Modus generiert. In diesem Modus werden die für das Einhalten einer maximal zulässigen Downlink-Verzögerung notwendigen PS-Polls gesendet, so dass durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die Phasen, in denen sich die Station in einem energiesparenden „Schlafzustand" befinden kann, verlängert sind, sondern auch die Signaldatenlast reduziert ist.According to the invention is initially recognized been that in the known methods of the generic type the actual Data traffic of the station is not taken into account and the Energy consumption of the station therefore due to unnecessarily sent out PS-Polls is not optimal. About that It has also been recognized that optimizing energy consumption can be achieved by the station that received from her Downlink traffic and that of it between certain time intervals monitored transmitted uplink traffic at the MAC layer. Based on this information, the station can determine if the existing uplink and downlink traffic a symmetric or has an asymmetric characteristic. Then according to the invention on the basis of the relationship between downlink traffic and uplink traffic or the at certain time intervals received downlink traffic adapted to the actual situation Power Save mode generated. In this mode, those for keeping a maximum permissible Downlink delay necessary PS polls sent, so that by the inventive method not only the phases in which the station can be in an energy-saving "sleep state" are extended, but also the signal data load is reduced.
Es sei angemerkt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zukünftige Datenverkehr vorhersagbar sein muss, wobei sich „zukünftig" auf einen Zeitraum in einer Größenordnung von zehntel Millisekunden bezieht. Diese Voraussetzung ist jedoch insbesondere bei Realtime-Anwendungen, beispielsweise bei Sprachanwendungen, im Allgemeinen gut erfüllt.It It should be noted that in the method according to the invention the future data traffic is predictable must be, with "future" on a period in an order of magnitude of tenths of a millisecond. However, this requirement is especially in real-time applications, such as voice applications, generally well fulfilled.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Berechnung des Verhältnisses zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr ausschließlich die Anzahl der von der Station empfangenen und von der Station gesendeten Pakete und nicht die absolute Datenmenge herangezogen wird. Ein derartiger Ansatz bietet sich an, da die Zeitspanne, die zur Datenübertragung benötigt wird, im Allgemeinen deutlich geringer ist als die Zeit, die benötigt wird, um Zugang zu einem drahtlosen Kanal zu bekommen.in the Frame of a preferred embodiment is provided that to calculate the ratio between downlink traffic and uplink traffic excluding the number of the Station received and sent by the station packets and not the absolute amount of data is used. Such an approach makes sense, since the time required for data transmission is generally much less than the time it takes to get access to a wireless channel.
Wenn das berechnete Verhältnis nahe bei 1 liegt, so deutet dies auf ein relativ symmetrisches Verhältnis zwischen Downlink- und Uplink-Datenverkehr hin. Ein Verhältnis, das weit von 1 entfernt liegt, deutet demgegenüber auf ein asymmetrisches Verhältnis hin. Bei einem Verhältnis zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr größer als 1 kann in vorteilhafter Weise ein proaktiver Power Save Modus gewählt werden. Ein proaktiver Power Save Modus – d.h. PS-Polls werden zu bestimmten Zeitpunkten gesendet, unabhängig davon, ob ein Beacon empfangen wurde oder nicht – bietet bei einer Situation mit überwiegendem Downlink-Datenverkehr gegenüber einem reaktiven Ansatz den Vorteil, dass die am Access Point für die Station zwischengespeicherten Pakete eine geringere Verzögerung erfahren.If the calculated ratio close to 1, this indicates a relatively symmetric relationship between Downlink and uplink traffic. A ratio that is far from 1 lies, suggests in contrast on an asymmetrical relationship out. At a ratio between downlink traffic and uplink traffic greater than 1 can be selected advantageously a proactive power save mode. A proactive power save mode - i. PS polls will be at specific times sent, independent whether a beacon was received or not - offers in a situation with predominant Downlink traffic over A reactive approach has the advantage of being at the access point for the station cached packets experience a lesser delay.
Umgekehrt, d.h. wenn das Verhältnis zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr kleiner als 1 ist, wird bevorzugt ein reaktiver Power Save Modus gewählt. Da bei einem reaktiven Power Save Modus PS-Polls gesendet werden, wenn die Station aufgrund des Uplink-Datenverkehrs ohnehin in einem wachen Zustand ist, führt ein reaktiver Ansatz bei einem Verhältnis zwischen Downlink- und Uplink-Datenverkehr kleiner als 1 zu höheren Energieeinsparungen.Vice versa, i.e. if the ratio between downlink traffic and uplink traffic is less than 1 preferably a reactive power save mode is selected. As with a reactive Power Save mode PS polls are sent when the station is due the uplink traffic is already in an awake state anyway reactive approach at a ratio between downlink and uplink traffic less than 1 to higher Energy savings.
Im Hinblick auf eine möglichst effiziente Versendung von PS-Polls kann vorgesehen sein, dass das Zeitintervall, in dem PS-Polls von der Station an den Access Point gesendet werden, auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen Downlink- und Uplink-Datenverkehr oder dem in einem gewissen Zeitintervall (DL/Zeit) empfangenen Downlink-Datenverkehr festgelegt wird. Das Verhältnis kann herangezogen werden, um im proaktiven Power Save Modus das PS-Poll Intervall und in dem reaktiven Power Save Modus die Uplink-Datenrate zum Senden vom PS-Polls zu bestimmen.in the Regard to one as possible efficient dispatch of PS polls can be provided that the Time interval in which PS polls from the station to the access point be sent based on the relationship between downlink and uplink traffic or at some time interval (DL / time) received downlink traffic. The relationship can be used to get the proactive power save mode PS-Poll interval and in the reactive power save mode the uplink data rate to send from the PS polls.
Im Hinblick auf eine weitere Optimierung des Energieverbrauchs kann vorgesehen sein, dass der ausgewählte Power Save Modus automatisch an ein sich veränderndes Verhältnis zwischen Downlink-Datenverkehr und Uplink-Datenverkehr angepasst wird. Mit einem derartigen adaptiven Verhalten kann bei der Berechnung des Verhältnisses zwischen Downlink- und Uplink-Datenverkehr besonders effektiv auf einen Datenmix aufgrund aggregierten Datenverkehrs reagiert werden. Folglich ergeben sich insbesondere in denjenigen Fällen, in denen ein Nutzer mehrere Anwendungen parallel ausführt, erhebliche Energieeinsparungen.in the With a view to further optimizing energy consumption be provided that the selected Power Save mode automatically adjusts to a changing relationship between Downlink traffic and uplink traffic is adjusted. With Such adaptive behavior can be used in the calculation of the ratio between downlink and uplink traffic especially effective at one Data mix will respond due to aggregated traffic. consequently arise in particular in those cases where one user has several Running applications in parallel, significant energy savings.
Im Rahmen einer insbesondere für Echtzeitanwendungen ausgelegten Ausführungsform wird der Power Save Modus von einem Algorithmus unter Berücksichtigung einer maximalen Downlink-Verzögerung generiert. Damit ist sichergestellt, dass verzögerungskritische Daten, beispielsweise Sprachdaten, rechtzeitig von der Station empfangen werden.in the Framework of a particular for Real-time applications designed embodiment, the power save Mode of an algorithm considering a maximum Downlink delay generated. This ensures that delay-critical data, for example Voice data to be received in time from the station.
Abschließend sei angemerkt, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden, wozu auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen sei.In conclusion, be noted that there are different ways of teaching to design the present invention in an advantageous manner and to further develop what to subordinate to the claim 1 claims referenced.
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