如何更加省电 无线网络的电源管理问题

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作者：迈克尔·卡思勒

远程工作人员为了尽可能的保持电池电量，总是倾向于在有电源插座的情况下就使用电源适配器。如果你不认同我的观点的话，就试着在机场找一个开放的电源插座看看难度有多大。远程工作人员都知道，对显示屏和硬盘驱动器进行定时设置可以节省电力。但无线网络适配器的省电功能却并不广为人知。

好的，省电始终是一件好事。那么，为什么设备厂商在默认情况下禁用该功能呢？为了找到原因，我们先来了解一下802.11省电技术的运行方式。

电源物理状态

一般人都认为，一个无线客户端只有两种工作模式，在线或者离线。但是很抱歉，它实际上复杂的多。从关于无线网络设计的文章“如何选择无线电力储存协议以降低电力消耗”中，我们可以发现，好的选择可以大大降低电力消耗。

关闭：在这个模式下，唯一的电力消耗就是泄漏电流，但从这个模式离开的话，需要很长的时间（按毫秒计算）

睡眠/待机：设备在这个模式下至少消耗一百七十五微瓦的电量，但如果主要部分没有关闭的话，可以很快被唤醒。

监听：这个模式下，设备会监听一个数据包的到达，因此大部分无线电部件是在工作状态的。无线设备在这种情况下的电力耗费一般是在一百一十毫瓦左右。

Rx激活：类似监听模式，但是使用了额外的电路。802.11g的无线局域网设备在这种情况下，电力的消耗为一百四十毫瓦。

Tx激活：在这种模式下，传输的时间包括了射频功率放大器，这是高功率传输系统中的一个耗电大户。802.11g的无线局域网设备在15dBm的Tx这种情况下，电力的消耗是四百五十毫瓦。

现在我们了解了五种不同功率模式，下一步就可以找出802.11标准下的节电方式。

电力储备模式

对于无线网络来说，时间就是一切；特别是自从802.11技术采用了载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）协议以后。而对于电力储备模式来说，时间也是很重要的；当无线客户端在一个预定的时间长度后进入睡眠/待机模式，以节省电力。但睡眠的无线客户端遇到传输时，会发生什么情况呢？电力储备模式已经涵盖这个问题。如果客户端是在降低功耗模式下运行时，接入点可以作为无线客户端的缓冲使用。下面是详细信息：

在进入电力储备模式的时间，无线客户端会向接入点发送一个数据包。这个数据包会通知接入点，该无线客户端会停掉除了一个简单的计时器外的所有其它行动。计时器的主要目的是控制时间，以便无线客户端恢复到正常的工作模式。

接到数据包后，接入点会和无线客户端同步计时器，并对时间进行分配。

然后，接入点将会对数据传输进行控制。当无线客户端完全关闭后，接入点就开始缓冲相关的数据。

最后，无线客户端开放了广播传输指示信息（ATIM）窗口。接入点就可以利用该广播传输指示信息（ATIM）窗口发送一个封包。

由于无线客户端处于电力储备模式下，接入点会使用一种特殊的延迟传输指示消息（DTIM）封包。该延迟传输指示消息（DTIM）数据包会同步计时器并通知无线客户端是否有缓冲的数据。

在利用延迟传输指示消息（DTIM）数据包通知无线客户端后，接入点会传输相关的数据。如果没有数据传输存在的话，客户端将马上回到电力储备模式。

单向传输

如果有缓冲的数据，接入点有两种方法进行传输：

省电轮询PSP模式：无线客户端将发送一条有关省电轮询PSP的信息给接入点，请求释放数据。如果接入点的数据量超过了原来的要求，额外的信息将继续传输，直到所有的数据都转移到无线客户端。这时，接入点将显示没有更多的数据，无线客户端已关闭。

连续感知CAM模式：无线客户端连接发出请求的接入点，这就进入了连续感知CAM模式。在一段时间内，这样可以接受到更多的数据。这种做法可以免除多次省电轮询的握手，但耗费的电量更大。

因此，问题出在什么地方？

大家可以很容易地看到电力储备模式是要增加无线网络的连接，而这并不是一件好事，因为无线网络的管理已经很复杂了。存在的第一个问题是潜伏期，无线客户端需要等待延迟传输指示消息数据包才能接收数据。通常情况下，延迟传输指示消息的区间要间隔三百毫秒，从表面上看上去似乎没什么问题，但考虑到无线网络的服务质量（QoS）的时间，意义其实是非常重大的。

第二个问题是数据吞吐量将会恶化。电力储备模式需要无线客户端在睡眠/待机模式之间转换。大量宝贵的带宽将分配给省电轮询的信息。

有趣的测试结果

我刚读完一篇来自网络世界的文章，是由Farpoint集团的C. J.马赛写的，题目是“可能并不值得努力的无线计算节电措施”，文中的测试结果非常有趣。在这个前提下的测试结果是：

“启用无线网络电源保护技术的时间，其实是在能否节省有意义的电费和如何保证数据传输率之间进行取舍。”

详情请参阅文中的图表，你会发现使用电力储备模式节省的电量很少。这不是什么好事情。马赛先生进一步的落井下石，还提到了电力储备模式的一些负面影响。

“大部分情况下，电力储备模式是无害的，但也有可能产生非常负面的性能影响。在测试的时间，我们还注意到，英特尔适配器储存方式的测试将不能完成。错误的时间信息，表明笔记本电脑根本没有回应。因此，用户需要被提醒，没有足够专业知识的时间，对电力储备模式进行设置，有可能产生的破坏后果。”

为什么电力储备模式没有帮助？

马赛先生也反思了为什么电力储备模式没有想象中那么大的价值：

“无线局域网的设计牵扯到了非常多的方面，802.11标准是在处理器时钟在100MHz至200MHz范围内的时间制定的。但是，在今天，无线适配器是高度集成的，也就意味着更省电。而笔记本电脑的其它部分，象处理器（更高的时钟速率）和显示器和背光（高得多的对比度）比过去消耗的电量更多。”

尽管笔记本电脑的设计者在使用更大的电池和通用的电源适配器等方面得到了用户的支持。但很多情况下，无线局域网适配器在电脑电量消耗中的比率已经发生了很大的变化。

电力储备模式的启用

这是一些非常有趣的观点。因此，我认为至少应该举一个例子，如何进行无线网络的省电设置。下面的图片是英特尔无线客户端应用程序下，适配器设置的情况：

在这个例子中， 无线客户端电源配置设置为最高性能，所以电力储备模式是禁用的。如前所述，这通常是默认的设置。

省电的研究

在省电方面，现在有大量进行中的相关研究。考虑到802.11n标准的广泛使用，这个问题显得相当重要。马赛先生明白这一点，并提到了两种新方法：

省电轮询：它是802.11n标准的一个组成部分。是因为担心基于多输入多输出MIMO的系统使用更多的信号，导致对电池寿命产生重大的影响而产生的。非排程自动省电（U-APSD）模式和排程自动省电（S-APSD）模式将投入使用。这种技术可以更好的针对大数据量的传输。

动态多输入多输出省电：这种技术可以让基于多输入多输出（802.11n标准）的无线设备进行配置（例如从2×2到1×1）以减轻传输的压力。

最后的思考

我们已经有了足够的信息。明白了为什么设备供应商在默认情况下禁用电力储备模式。如果电力储备模式是一个可行的省电技术，研究人员需要做的就是确定无线客户端启用它的恰当时间。