СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ СЕТЕВОГО ИНТЕРФЕЙСНОГО МОДУЛЯ В БЕСПРОВОДНОМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ Российский патент 2007 года по МПК G06F1/26 

Область техники

Настоящее изобретение относится по существу к беспроводным вычислительным устройствам, а более конкретно к управлению энергопотреблением в беспроводных вычислительных устройствах, имеющих батареи в качестве источников питания.

Предшествующий уровень техники

Становятся все более популярными беспроводные вычислительные устройства, такие как лэптопы, персональные цифровые ассистенты и т.д., которые осуществляют связь с другими устройствами посредством беспроводной передачи данных. Беспроводные вычислительные устройства обычно являются устройствами с батарейным питанием. Так как количество энергии, которое может обеспечить батарея, достаточно ограничено, существенной проблемой является минимизация энергопотребления для увеличения времени работы устройств, питаемых от батареи.

В беспроводном устройстве одним компонентом, потребляющим значительное количество энергии, является сетевой интерфейсный модуль, который обрабатывает беспроводную передачу и беспроводной прием данных, передаваемых по сети связи. Подсчитано, что в среднем около 20% общей энергии, потребляемой беспроводным лэптопом, затрачивается на осуществление связи через интерфейс беспроводной ЛВС (локальной сети, в которой в качестве среды передачи используются радиоволны или инфракрасное излучение). Большая часть этой энергии используется для беспроводной передачи и беспроводного приема данных. Для уменьшения энергопотребления большая часть беспроводных устройств использует схему управления энергопотреблением, обеспечивающую возможность переключения сетевого интерфейсного модуля в разные состояния энергопотребления с различными уровнями энергопотребления. Эти состояния включают в себя состояния с высоким энергопотреблением, в которых расход энергии передатчика увеличивается для обеспечения возможности передачи и приема данных, передаваемых по сети связи, и состояния с низким энергопотреблением, в которых сетевой интерфейсный модуль вводится в дежурный режим (режим сна) или выключен. Интервал времени, в течение которого сетевой интерфейсный модуль введен в состояние с низким энергопотреблением, часто упоминается как "время ожидания". Так как при нахождении сетевого интерфейсного модуля в состоянии с низким энергопотреблением передатчик выключен, то передача данных сетевого трафика задерживается и задержанные данные трафика должны временно храниться в очереди, ожидая передачи при переключении сетевого интерфейсного модуля обратно в состояние с высоким энергопотреблением. Если сетевая интерфейсная плата слишком часто вводится в состояния с низким энергопотреблением или находится в них слишком долго, то в очереди передачи может накопиться значительное количество задержанных данных сетевого трафика. Следовательно, необходимо соблюдать разумное равновесие между энергосбережением батареи и избежанием чрезмерной перегрузки сетевого трафика. Соответственно, имеется потребность в новой схеме управления энергопотреблением для определения, когда следует переключить сетевой интерфейсный модуль беспроводного устройства в состояние с низким энергопотреблением и как долго поддерживать достаточное энергосбережение, при этом не вызывая чрезмерную задержку и накопление сетевого трафика (то есть перегрузку трафика).

Сущность изобретения

Принимая во внимание изложенное выше, в настоящем изобретении предложена схема управления энергопотреблением для функционирования сетевого интерфейсного модуля беспроводного вычислительного устройства. Схема управления энергопотреблением использует статистические данные сетевого трафика для получения (вывода) параметров математической модели, прогнозирующей количество задержанных данных трафика, которое будет накоплено, как функцию продолжительности пребывания сетевого интерфейсного модуля в состоянии с низким энергопотреблением. Параметры могут включать в себя, например, среднюю частоту поступления пакетов данных трафика в сетевой интерфейсный модуль и среднюю интенсивность обслуживания системой при обработке пакетов данных трафика. Основываясь на математической модели и полученных параметрах, беспроводное устройство вычисляет значение итогового времени ожидания, в продолжение которого прогнозируемое количество накопленных данных трафика в очереди не превышает предварительно определенное пороговое значение.

Если беспроводное устройство связано с точкой доступа опорной сети беспроводной связи, то сетевой интерфейсный модуль устройства устанавливается в состояние с низким энергопотреблением в течение вычисленного итогового времени ожидания. Если устройство связано со специальной (для данного случая) сетью связи, устройство сначала осуществляет широковещательную передачу в специальной сети связи своего итогового времени ожидания и прослушивает итоговые времена ожидания, вычисленные и переданные посредством широковещательной передачи другими беспроводными устройствами в специальной сети связи. Затем устройство в качестве общего времени ожидания для устройств выбирает наименьшее из времен ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи беспроводными устройствами в сети связи и на это общее время ожидания переключает сетевой интерфейсный модуль в состояние с низким энергопотреблением.

Краткое описание чертежей

Хотя признаки настоящего изобретения подробно изложены в формуле изобретения, изобретение и его преимущества могут стать более очевидными из последующего подробного описания, поясняемого приложенными чертежами.

Фиг.1 изображает схематическое представление структуры возможного вычислительного устройства, в котором может быть реализован вариант осуществления изобретения.

Фиг.2 изображает схематическое представление возможной среды функционирования беспроводного вычислительного устройства, реализующего вариант осуществления схемы управления энергопотреблением, предлагаемый в изобретении.

Фиг.3a изображает схематическое представление конечного автомата, моделирующего беспроводное устройство, реализующее вариант осуществления схемы управления энергопотреблением, предлагаемый в изобретении.

Фиг.3b изображает временную шкалу, иллюстрирующую периоды активных состояний и состояний ожидания сетевого интерфейсного модуля беспроводного устройства.

Фиг.4 изображает блок-схему, иллюстрирующую этапы алгоритма, выполняемые для управления энергопотреблением в беспроводном устройстве, подсоединенном к точке доступа или к специальной сети связи.

Фиг.5 изображает блок-схему, иллюстрирующую этапы алгоритма, выполняемые для прогнозирования времени ожидания для сетевого интерфейсного модуля беспроводного устройства.

Фиг.6a изображает временную шкалу, иллюстрирующую рабочий цикл функционирования сетевого интерфейсного модуля, в котором интерфейсный модуль осуществляет сканирование сигналов зондирующего запроса из других беспроводных устройств.

Фиг.6b изображает блок-схему, иллюстрирующую возможный способ управления энергопотреблением в беспроводном устройстве перед подсоединением беспроводного устройства к сети беспроводной связи.

Подробное описание предпочтительных вариантов

осуществления

Настоящее изобретение предназначено для осуществления в беспроводном устройстве, имеющем сетевой интерфейсный модуль для беспроводного доступа к сети беспроводной связи и источник питания, например, портативный батарейный источник питания или подобный ему, в котором хранится ограниченное количество энергии. Так как сетевой интерфейсный модуль при включенном передатчике может расходовать значительное количество энергии, желательно уменьшить энергопотребление, вводя сетевой интерфейсный модуль в состояние с низким энергопотреблением, в котором передатчик и приемник находятся в состоянии с низким энергопотреблением. Для этого в изобретении предложена схема управления энергопотреблением. Перед подробным описанием изобретения согласно фиг.2-6 ниже, согласно фиг.1 приведено описание возможного вычислительного устройства, в котором может быть реализовано изобретение.

Изобретение может быть реализовано в системе, использующей разные виды устройств, включая сотовые телефоны, переносные устройства, беспроводные устройства наблюдения, программируемую бытовую электронику, основанную на микропроцессорах, и т.д., использующих команды, такие как программные модули, которые выполняются процессором. По существу, программные модули включают в себя подпрограммы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют определенные задачи или реализуют определенные абстрактные типы данных. Термин "программа" подразумевает один или большее количество программных модулей.

Фиг.1 изображает возможное вычислительное устройство 100 для реализации варианта осуществления изобретения. В наиболее общей конфигурации вычислительное устройство 100 содержит по меньшей мере процессор 102 и запоминающее устройство 104. В зависимости от вида и точной конфигурации вычислительного устройства запоминающее устройство 104 может быть энергозависимым (например, оперативное запоминающее устройство ОЗУ), энергонезависимым (например постоянное запоминающее устройство ПЗУ, флэш-память и т.д.) или некоторой их комбинацией. На фиг.1 минимальная базовая конфигурация изображена пунктирной линией 106. Дополнительно в устройстве 100 могут иметься также дополнительные возможности/функциональные возможности. Например, устройство 100 может также содержать дополнительное запоминающее устройство (съемное и/или несъемное), в том числе магнитные или оптические диски или ленты и т.д. Такое дополнительное запоминающее устройство на фиг.1 иллюстрировано съемным запоминающим устройством 108 и несъемным запоминающим устройством 110. Носитель информации вычислительного устройства включает в себя энергозависимое и энергонезависимое, съемное и несъемное средство, реализованное любым способом или технологией для хранения информации, такой как команды, предназначенные для считывания вычислительным устройством, структуры данных, программные модули или другие данные. Запоминающее устройство 104, съемное запоминающее устройство 108 и несъемное запоминающее устройство 110 являются возможными вариантами носителя информации вычислительного устройства. Носитель информации включает в себя ОЗУ, ПЗУ, электронно-перепрограммируемое ПЗУ, флэш-память или другую технологию хранения информации, компакт-диск CDROM, универсальные цифровые диски (УЦД) или другое оптическое запоминающее устройство, магнитные кассеты, магнитные ленты, запоминающее устройство на магнитных дисках или другие магнитные запоминающие устройства и т.д. или любое другое средство, которое может использоваться для хранения необходимой информации и к которому может иметь доступ устройство 100. Любой такой носитель информации может быть частью устройства 100.

Устройство 100 также может содержать одно или большее количество соединений 112 связи, которые обеспечивают для устройства возможность связи с другими устройствами. Соединения 112 связи являются возможным вариантом средства связи. Средство связи обычно воплощает команды, предназначенные для считывания вычислительным устройством, структуры данных, программные модули или другие данные в модулированном сигнале данных, например несущей или другом механизме переноса (информации), и включает в себя любое средство доставки информации. Термин "модулированный сигнал данных" означает сигнал, который имеет одну или большее количество характеристик, установленных или измененных так, чтобы кодировать информацию в сигнале. В качестве возможного варианта средство связи включает проводное средство, например проводную сеть связи или прямое проводное соединение, и беспроводное средство, например акустическое, радиочастотное РЧ, инфракрасное и другое беспроводное средство и т.д. Как описано выше, используемый термин «носитель, предназначенный для считывания вычислительным устройством», здесь включает и носитель информации, и средство связи.

Устройство 100 также может иметь одно или большее количество устройств 114 ввода, например клавиатуру, мышь (манипулятор для управления курсором), перо, устройство ввода речевых данных, сенсорное устройство ввода и т.д. Также может иметься в наличии одно или большее количество устройств 116 вывода, например дисплей, динамики, принтер и т.д. Все эти устройства известны и здесь нет необходимости в их подробном описании.

Придерживаясь предполагаемого применения изобретения, устройство 100 сконфигурировано как беспроводное мобильное устройство. Для этого устройство 100 обеспечено переносным источником 120 питания, например портативным батарейным источником питания, топливным элементом и т.д. Источник 120 питания подает энергию для осуществления устройством 100 вычислений и беспроводной передачи данных. Согласно фиг.2 беспроводное вычислительное устройство 100 дополнительно содержит сетевой интерфейсный модуль 201 для осуществления беспроводной связи с разными видами сетей с беспроводной связью. Сетевой интерфейсный модуль содержит передатчик 122, соединенный с антенной 206 для беспроводной передачи данных на соответствующем частотном канале. Приемник 126 также соединен с антенной 206 для приема пакетов связи, передаваемых беспроводным образом из сетей, с которыми осуществляет связь устройство. Сетевой интерфейсный модуль 201 и антенна 206 являются частью соединений 112 связи, изображенных на фиг.1. В одном варианте осуществления сетевой интерфейсный модуль 201 использует службу конфигурирования беспроводной связи соединений беспроводной связи, соответствующую стандарту ИИЭЭ (IEEE) 802.11 (общему стандарту для локальных сетей, принятому ИИЭЭ (Институтом инженеров по электротехнике и электронике), содержащему функциональное описание подуровня управления логической связью), для упрощения конфигурации сети, включающей в себя опорные сети и специальные сети. Возможным сетевым интерфейсным модулем является плата PCMCIA беспроводной связи (международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров IBM PC). Понятно, что физическая конфигурация сетевого интерфейсного модуля не существенна для изобретения. Например, нет необходимости в постоянном размещении сетевого интерфейсного модуля на отдельной плате и он может содержаться в системной плате вычислительного устройства или в будущем может быть даже встроен в процессор.

Через сетевой интерфейсный модуль беспроводной связи беспроводное вычислительное устройство 100 может осуществлять связь с разными видами сетей беспроводной связи. Например, в среде, иллюстрируемой фиг.2, беспроводное устройство 100 может быть подсоединено беспроводным образом к сети 230 инфраструктуры через точку 231 доступа этой сети. Беспроводное устройство 100 также может быть частью одноранговой сети 220, также упоминаемой как специальная сеть, которая содержит другие беспроводные устройства, например беспроводные устройства 221, 222 и 223. Перед подсоединением к точке 231 доступа сети (инфраструктуры) или к специальной сети 220 беспроводное устройство 100 может находиться в состоянии поиска соединения, периодически осуществляя сканирование сигналов зондирующего запроса, передаваемых точкой доступа или другими устройствами.

Драйвер 208 сетевого устройства управляет функционированием сетевого интерфейсного модуля 201. Драйвер 208 сетевого устройства является частью операционной системы беспроводного устройства 100 или отдельно выполняемой программой, работающей на беспроводном устройстве 100. Возможным сетевым драйвером являются инструментальные средства управления средой Windows (WMI) корпорации Microsoft (Интерфейс WMI). Как описано ниже, драйвер 208 сетевого устройства содержит блок 202 управления энергопотреблением для управления энергопотреблением сетевого интерфейсного модуля согласно изобретению. Системная очередь 205 используется для хранения пакетов связи от пользователя 210, которые ожидают передачи передатчиком 122. Системная очередь также используется для хранения пакетов, принятых приемником 126.

Устройство 100 дополнительно содержит базу данных 204 для хранения статистических данных трафика, используемых в схеме управления энергопотреблением, предусмотренной изобретением, для определения целевого времени ожидания для сетевого интерфейсного модуля, как подробно описано ниже. Очередь 205 и база статистических данных 204 трафика могут быть размещены постоянно в системной памяти 104, на съемном запоминающем устройстве 108 или несъемном запоминающем устройстве 110, которые изображены на фиг.1. В одной реализации статистические данные трафика поддерживаются операционной системой и могут быть установлены счетчики в качестве идентификаторов объекта, представляющего дискретные распределения информации, измеряемой в разные интервалы между поступлениями (данных), а также дискретные распределения интенсивностей обслуживания.

Блок 203 принятия вероятностного решения блока 202 управления энергопотреблением с использованием вероятностных способов анализирует статистические данные трафика в базе данных 204 для определения статистической модели трафика беспроводной связи и для принятия решений по управлению энергопотреблением. На основе решений, предоставленных блоком 203 принятия вероятностного решения, блок 202 управления энергопотреблением динамически переключает сетевой интерфейсный модуль 201 между состоянием с высоким энергопотреблением, в котором передатчик включен для передачи пакетов, и состоянием с низким энергопотреблением, в котором передатчик выключен для сбережения энергии.

Как упомянуто выше, сетевой интерфейсный модуль 201 имеет несколько состояний энергопотребления, включая состояние с высоким энергопотреблением для передачи или приема пакетов данных беспроводной связи и состояние с низким энергопотреблением. В состоянии с низким энергопотреблением сетевой интерфейсный модуль находится в дежурном (спящем) режиме или выключен. Выбор между дежурным режимом и режимом выключения обычно зависит от окружающей среды. Например, если во время сеанса используется сложный механизм аутентификации, такой как в ИИЭЭ 802.1x, то сетевой интерфейсный модуль (СИМ) может быть введен только в дежурный режим. Напротив, в «собственной среде», где аутентификация осуществляется просто или отсутствует, СИМ может быть выключен полностью для лучшего энергосбережения.

В состоянии с высоким энергопотреблением из-за повышенного расхода энергии передатчиком 122 потребляется значительное количество энергии. Напротив, в состоянии с низким энергопотреблением передатчик и приемник находятся в состояниях с низким энергопотреблением, что приводит к значительному уменьшению энергопотребления. Во избежание существенной задержки обработки данных трафика, которые находятся в очереди, установка сетевого интерфейсного модуля 201 в состояние с высоким энергопотреблением или состояние с низким энергопотреблением должна зависеть от количества данных трафика, накопленных в системной очереди. Например, когда в очереди находится большое количество данных трафика, сетевой интерфейсный модуль должен функционировать в состоянии с высоким энергопотреблением для обработки данных трафика, находящихся в очереди. С другой стороны, когда в очереди находится малое количество данных трафика, сетевой интерфейсный модуль 201 экономии энергии может стать «неактивным» («спящим») или может быть выключен. Для достижения эффективного использования энергии профиль состояний энергопотребления сетевого интерфейсного модуля 201 должен идеально соответствовать профилю зависящего от времени формирования данных трафика, которое в реальных приложениях в основном имеет случайные (произвольные) характеристики, но может быть прогнозировано статистическими способами.

Придерживаясь этой концепции, настоящее изобретение обеспечивает схему управления энергопотреблением, которая использует статистические данные трафика за прошедшее время для анализа образца формирования трафика до текущего момента времени и использует результаты анализа для прогнозирования количества не доставленного сетевого трафика, которое будет накоплено, если сетевой интерфейсный модуль вводится в состояние с низким энергопотреблением на период времени (называемый "временем ожидания"). Затем выбирается целевое время ожидания, которое не приведет к чрезмерной задержке обработки накопленных данных трафика (то есть к "перегрузке трафика").

Более конкретно, количество необработанных данных трафика, которое, предположительно, накопится в системной очереди при вводе интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением, прогнозируется с использованием математической модели. Параметры этой математической модели получаются посредством анализа статистических данных трафика. На основе математической модели и полученных параметров выполняется вычисление для определения целевого времени ожидания, в течение которого ожидаемое накопление трафика не превышает предварительно определенное пороговое значение.

В этом смысле предварительно определенное пороговое значение представляет практическое ограничение количества трафика, которое будет задержано из-за выключения передатчика. Для этого операционная система и приложения имеют буферы для хранения и поддержания информации при передаче их через сетевое соединение. Пороговое значение может быть выбрано, например, в соответствии с минимальным размером буфера, который может храниться, не вызывая потери пакетов, в продолжение планируемого состояния энергосбережения на плате беспроводной связи.

В одном варианте осуществления параметры математической модели, получаемые из статистических данных трафика, включают в себя среднюю частоту поступления и среднюю интенсивность обслуживания данных. Эта математическая модель и получение этих двух параметров подробно описаны ниже. По существу, перегрузка - это количество пакетов, которые не могут быть обслужены до тайм-аута, или пакетов, которые потеряны из-за превышения доступного размера буфера. Частота поступления (между поступлениями) определяет частоту поступления на сервер пакетов от удаленного адресата. Хотя пакеты могут прибывать на хост (-компьютер) с определенной частотой, пакеты, передаваемые хостом, обслуживаются с различной интенсивностью, соответствующей среднему времени обработки сетью конкретного пакета. В переходных режимах сети трафик данных в некоторых точках задерживается при достижении пакетами более высокой частоты, чем они обслуживаются сетью. В основном в сетевой среде это может произойти на уровне точки доступа, где может быть соединено много мобильных хостов и средняя интенсивность обслуживания для сетевого узла временно понижается. Специальные сети со связностью узлов внутри сети или между сетями не могут столкнуться с проблемами, которые имеются при доступе к совместно используемому средству (точке доступа). Для устойчивой сети в условиях устойчивого состояния средняя интенсивность обслуживания не меньше средней частоты поступления.

Согласно фиг.2 схема управления энергопотреблением в системе функционирует под управлением блока 202 управления энергопотреблением. В одном варианте осуществления блок 203 принятия вероятностного решения блока управления энергопотреблением периодически восстанавливает статистические данные трафика из базы данных 204 и выполняет вероятностный анализ данных. Периодичностьявляется отношением предварительно установленного для беспроводного устройства интервала времени сканирования к сканированию сигналов беспроводной связи из других устройств. Например, протокол службы конфигурирования беспроводной связи, соответствующий ИИЭЭ 802.11, определяет время сканирования для беспроводного устройства в 60 секунд и период интервала зондирующего запроса в 0,1 секунды. В этом случае блок управления энергопотреблением может, например, принять решение о том, ввести ли интерфейсный модуль в состояние с низким энергопотреблением на некоторый кратный периоду интервал, который является функцией интервала зондирующего запроса.

В одном варианте осуществления изобретения статистические данные трафика включают в себя набор частот поступления за прошедшее время и набор интенсивностей обслуживания за прошедшее время. Каждая частота поступления за прошедшее время представляет количество элементов данных трафика (например, пакетов), поступивших в сетевой интерфейсный модуль за некоторый прошедший единичный временной интервал. Каждая интенсивность обслуживания представляет количество данных трафика, обработанных сетевым интерфейсным модулем за единичный временной интервал. Для статистического описания восстановленных данных распределения определены функция распределения частоты поступления и функция распределения интенсивности обслуживания. В частности, функция распределения частоты поступления моделирует зависимость частот поступления от временного интервала, в то время как распределение интенсивности обслуживания моделирует зависимость интенсивностей обслуживания от временного интервала. Блок 203 принятия вероятностного решения выделяет из восстановленных данных распределения трафика за прошедшее время набор параметров, включающий в себя среднюю частоту поступления и среднюю интенсивность обслуживания, основанные на соответствующих функциях распределения. Исходя из выделенных средних частоты поступления и интенсивности обслуживания блок 203 принятия вероятностного решения может прогнозировать количество данных трафика, которые добавятся в системную очередь при вводе сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на заданную длительность времени ожидания. По существу большее энергосбережение имеет место при более длительном времени ожидания. Однако с увеличением времени ожидания также увеличивается количество задержанных данных трафика. Следовательно, необходимо выбрать соответствующую длительность времени ожидания, чтобы обеспечить существенное энергосбережение, но не настолько продолжительную, чтобы привести к недопустимой перегрузке трафика. Баланс достигается при установке целевого времени ожидания, которое, предположительно, приведет к количеству задержанного трафика, меньшему заданного порогового значения. После определения времени ожидания блок 202 управления энергопотреблением измеряет текущие частоту поступления и интенсивности обслуживания для сетевого интерфейсного модуля и обновляет данные распределения за прошедшее время, которые хранятся в статистической базе данных 204.

Если определенное время ожидания не допустимо или равно нулю, то сетевой интерфейсный модуль 201 остается в состоянии с высоким энергопотреблением, которое является заданным по умолчанию состоянием энергопотребления сетевого интерфейсного 201 модуля. Если определенное время ожидания допустимо, то будет ли сетевой интерфейсный модуль введен в состояние с низким энергопотреблением на вычисленное целевое время ожидания зависит от того, подсоединено ли беспроводное устройство к сети инфраструктуры или к специальной сети. Если беспроводное устройство 100 подсоединено к точке 231 доступа сети инфраструктуры, то блок 202 управления энергопотреблением переключает сетевой интерфейсный модуль 201 в состояние с низким энергопотреблением на вычисленное время ожидания. С другой стороны, если беспроводное устройство 100 связано со специальной сетью 220, то беспроводное устройство 100 осуществляет широковещательную передачу в специальной сети 220 своего вычисленного времени ожидания и прослушивает значения времени ожидания, передаваемые посредством широковещательной передачи другими беспроводными устройствами 221, 222 и 223. Затем каждое из беспроводных устройств в специальной сети, включая устройство 100, выбирает в качестве времени ожидания, которое будет использовано, наименьшее из значений времени ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи.

С этого момента сетевой интерфейсный модуль 201 посредством блока 202 управления энергопотреблением устанавливается в состояние с низким энергопотреблением и удерживается в нем в продолжение наименьшего времени ожидания.

Иногда беспроводное устройство 100 может обнаружить, что оно не соединено с точкой доступа сети инфраструктуры или с другим устройством в специальной сети. В этой ситуации беспроводное устройство 100 периодически входит в режим сканирования, в котором оно прослушивает сигналы зондирующего запроса и ответа на зондирующий запрос от других устройств, с которыми оно может соединиться. В одном варианте осуществления схема управления энергопотреблением определяет рабочий цикл, включающий в себя активный период и дежурный период (период сна), где сумма двух периодов равняется фиксированному времени сканирования, например времени сканирования, определенному службой конфигурирования беспроводной связи в соответствии с ИИЭЭ 802.11. Следовательно, в каждом цикле сетевой интерфейсный модуль 201 в течение времени «сна» пребывает в состоянии с низким энергопотреблением для уменьшения энергии (энергопотребления) и затем переключается в состояние с высоким энергопотреблением на активный период, в течение которого он выполняет сканирование.

При выполнении схемы управления энергопотреблением беспроводное устройство 100 может быть смоделировано в виде конечного автомата 300 энергии (энергопотребления), как иллюстрирует фиг.3a. Конечный 300 автомат энергопотребления имеет два состояния с высоким энергопотреблением: «включено» и "сканирование". Состояние "включено" 301 представляет состояние, когда сетевой интерфейсный модуль 201 (фиг.2) осуществляет прием или передачу пакетов данных беспроводной передачи, а состояние "сканирование" 302 представляет состояние, когда сетевой интерфейсный модуль осуществляет сканирование для подсоединения к сети. Дополнительно к состояниям с высоким энергопотреблением конечный автомат 300 энергопотребления далее имеет два состояния с низким энергопотреблением: "неактивен" и "выключено". Состояние "неактивен" 304 представляет состояние, когда сетевой интерфейсный модуль «ожидает» (то есть не осуществляет передачу или прием передаваемых данных), а состояние "выключено" 303 представляет состояние, когда сетевой интерфейсный модуль выключен. Сетевой интерфейсный модуль может переходить между этими состояниями энергопотребления, и блок 103 принятия вероятностного решения 103 принимает решения о том, следует ли произвести переход.

После запуска системы сетевой интерфейсный модуль установлен в состояние "включено" 301, как заданное по умолчанию. В этот момент беспроводное устройство еще не подсоединено к сети. Интерфейсный модуль периодически (каждый временной интервал сканирования T_scan) входит в состояние "сканирование" и сканирует сети, передавая сигналы зондирующего запроса, в соответствии со стандартом ИИЭЭ 802.11. После того как беспроводное устройство сформирует соединение беспроводной связи с сетью, блок 103 принятия вероятностного решения периодически вычисляет целевое время ожидания на основе статистических данных трафика в базе данных 204.

Если вычисленное время ожидания является нулевым или недопустимым значением, то сетевой интерфейсный модуль 201 остается в состоянии "включено" 301. Иначе, если вычисленное время ожидания допустимо и беспроводное устройство подсоединено к опорной сети, то сетевой интерфейсный модуль для энергосохранения переходит в состояние "неактивен" 304 и остается в этом состоянии в течение вычисленного времени ожидания. По истечении времени ожидания сетевой интерфейсный модуль переходит обратно в состояние "включено" 301. В течение времени ожидания сетевой интерфейсный модуль может перейти в состояние "выключено" 303. По истечении времени ожидания сетевой интерфейсный модуль переходит обратно в состояние "включено" 301.

Как описано выше, время ожидания вычисляется на основе математической модели, прогнозирующей количество задержанного трафика, как функции времени ожидания и предварительно выбранного порогового значения для задержки трафика. Вычисленное время ожидания может превышать время сканирования, определенное службой (услугой) конфигурирования беспроводной связи в соответствии с ИИЭЭ 802.11, которое иллюстрируется фиг.3b. На фиг.3b множество пунктирных линий сканирования представляет времена 315 сканирования в соответствии со службой (услугой) конфигурирования беспроводной связи в соответствии с ИИЭЭ 802.11. Время 313 ожидания следует за временем 311 активности, а другое время 314 ожидания следует за другим временем 312 активности. В продолжение периодов активности сетевой интерфейсный модуль находится в состоянии с высоким энергопотреблением. В периоды времени ожидания сетевой интерфейсный модуль функционирует в состояниях с низким энергопотреблением. В иллюстрируемом возможном варианте время 313 ожидания проходит через линии времени сканирования. Время ожидания может быть меньше временного интервала сканирования, например время 314 ожидания, которое находится внутри одного интервала сканирования.

Фиг.4 суммирует этапы одного варианта осуществления схемы управления энергопотреблением. Сначала вычисляется время ожидания сетевого интерфейсного модуля (этап 401) для определения значения времени ожидания, которое, предположительно, приведет к количеству задержанных данных трафика, равному заданному пороговому значению. Определяется допустимость вычисленного времени ожидания (этап 402). Если время ожидания равно нулю, то сетевой интерфейсный модуль устанавливается в состояние с высоким энергопотреблением (этап 403). Иначе, определяется, связано ли беспроводное устройство со специальной сетью или с точкой доступа (этап 404). Если определено, что беспроводное устройство связано с точкой доступа, то сетевой интерфейсный модуль устанавливается в состояние с низким энергопотреблением на вычисленное время ожидания (этап 406). С другой стороны, если беспроводное устройство связано со специальной сетью, то каждое беспроводное устройство в специальной сети определяет и осуществляет широковещательную передачу своего времени ожидания (этап 405) и прослушивает время ожидания из других беспроводных устройств в специальной сети, передаваемое посредством широковещательной передачи (этап 407). Затем выбирается наименьшее время ожидания из времен ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи (этап 408), которое используется как общее время ожидания для всех сетевых интерфейсных модулей во всех сетевых устройствах в специальной сети (этап 409). Затем каждый сетевой интерфейсный модуль вводится в состояние с низким энергопотреблением на это общее время ожидания (этап 410).

Ниже описано математическое моделирование, использованное в одном варианте осуществления для вычисления итогового времени ожидания для сетевого интерфейсного модуля. Согласно фиг.5 на этапе 501 из базы данных 204 (фиг.3) для анализа извлекаются статистические данные трафика. Статистические данные трафика включают в себя частоты поступления, представляющие количество данных трафика, поступивших в сетевой интерфейсный модуль за единичный временной интервал, и интенсивности обслуживания, каждая из которых представляет количество данных трафика, обработанных сетевым интерфейсным модулем за единичный временной интервал. Эти извлеченные частоты поступления и интенсивности обслуживания моделируются функцией экспоненциального распределения и функцией распределения Парето, как видно из Уравнений 1 и 2, соответственно (этап 502).

где λ₀, α и β являются переменными, которые будут определены из данных, а t обозначает прошедшее время. Путем применения функции экспоненциального распределения и функции распределения Парето к извлеченным данным частот поступления и интенсивностей обслуживания соответственно получают среднюю частоту поступления запросов λ_ave и среднюю интенсивность обслуживания μ_ave (этап 503). В частности, средняя частота поступления λ_ave вычисляется следующим образом:

где λ_i является i-ой частотой поступления. Средняя интенсивность обслуживания μ_ave вычисляется следующим образом:

Время ожидания T_idle инициализируется равным значению, обратному средней частоте поступления запросов λ_ave, а время активности Т_on инициализируется значением, обратным средней интенсивности обслуживания μ_ave (этап 504), как видно из уравнений 5 и 6, соответственно.

После задания инициализированного времени ожидания и времени активности определяется (этап 505), превышает ли сумма времени ожидания и времени активности время сканирования T_scan, определенное службой конфигурирования беспроводной связи в соответствии с ИИЭЭ 802.11. Если нет, то определяется, что в системной очереди может быть большее количество данных трафика, при этом время ожидания T_idle переустанавливается равным значению разности времени сканирования T_scan и времени активности Т_on (этап 510), как видно из уравнения 7.

Информация распределения за прошедшее время обновляется (этап 511) посредством сбора статистической информации распределения текущего трафика, включая текущие частоты поступления, интенсивности обслуживания и количество данных трафика в системной очереди, и сохранения собранных данных распределения в базе данных 204 (фиг.2). Затем в качестве выходных данных обеспечивается время ожидания T_idle и процесс вычисления завершается (этап 512). Приведенные выше уравнения используются для моделирования и имитации и могут быть использованы в качестве средства для установки начальных пороговых значений.

Если сумма инициализированного времени ожидания и времени активности превышает временной интервал сканирования, определенный в соответствии с ИИЭР 802.11, что указывает на то, что в ближайшем будущем в системной очереди может быть малое количество данных трафика и сетевой интерфейсный модуль может пребывать неактивным в течение относительно длительного периода, то продолжается процесс вычисления времени ожидания. Блок принятия вероятностного решения прогнозирует количество данных трафика в системной очереди Q в соответствии со смоделированными данными распределения за прошедшее время (этап 506). Данные трафика имеют две составляющие - одну от беспроводного устройства, представленную N_wd, и другую из данных трафика другого беспроводного устройства, например точки доступа, или беспроводного устройства в специальной сети, представленную N_ap. Решение для N_wd может быть получено из уравнения 8.

где k_p является количеством данных трафика, оставшихся в системной очереди беспроводного устройства. Составляющая уравнения λ_aveT_scan представляет среднее количество данных трафика, поступившее в течение времени сканирования, а составляющая уравнения μ_aveT_on представляет среднее количество данных трафика, обработанное беспроводным устройством и переданное. Аналогично, N_ap может быть вычислено следующим образом.

где составляющая уравнения μ_aveT_scan указывает среднее количество данных трафика, обработанных другим беспроводным устройством в течение периода сканирования, а составляющая уравнения λ_aveT_on представляет среднее количество данных трафика, поступивших в другое беспроводное устройство в течение периода активности. Разность между двумя составляющими уравнения обеспечивает ожидаемое среднее количество данных трафика, передаваемых к беспроводному устройству. Объединяя уравнения 8 и 9, можно выразить прогнозируемое количество данных трафика в системной очереди следующим образом:

Согласно изобретению сетевой интерфейсный модуль может быть установлен в состояние с низким энергопотреблением, если ожидаемое количество задержанных данных трафика в системной очереди мало. Для этого используется предварительно выбранное пороговое значение ε трафика, представляющее собой верхнюю границу допустимого количества задержанных данных трафика. Например, ε может быть выбрано равным 1500 битов. Ожидаемое количество трафика Q устанавливается равным ε, как в уравнении 11, и затем из уравнения 12 получается время ожидания (этап 507).

Если уравнение 12 не дает положительных решений для T_idle (этап 508), то устанавливается нулевое время ожидания (этап 509). С другой стороны, положительное значение определяет допустимое время ожидания. Информация распределения сетевого трафика обновляется (этап 511). Блок принятия вероятностного решения подает на блок управления энергопотреблением время ожидания (этап 512).

Как упомянуто выше, дополнительно к управлению энергопотреблением в беспроводных устройствах, когда они подсоединены к сети, схема управления энергопотреблением также периодически вводит сетевой (интерфейсный) модуль интерфейса беспроводной связи в состояние с низким энергопотреблением, когда беспроводное устройство еще не подсоединилось к сети беспроводной связи. Ниже согласно фиг.6a и 6b рассмотрен этот аспект схемы управления энергопотреблением. Для уменьшения энергопотребления сетевого интерфейсного модуля беспроводного устройства, когда устройство еще не подсоединено к сети, сетевой интерфейсный модуль проходит через рабочий цикл, изображенный на фиг.6a. Рабочий цикл включает в себя передачу сигнала 616 зондирующего запроса, ожидание ответа в течение периода ожидания R (614) ответа, в продолжение которого сетевой интерфейсный модуль ожидает ответы на сигнал зондирующего запроса, и неактивностьв течение интервала 617 ожидания. Продолжительность рабочего цикла 610 обозначена D. Период ожидания ответа имеет две составляющих, период RTT 611 передачи и приема сигнала и случайное время 612. Время 615 ожидания выбирается случайным образом во избежание синхронизации сетевого интерфейсного модуля с другими модулями интерфейса беспроводной связи.

Согласно фиг.6b для обнаружения сети, к которой может подсоединиться беспроводное устройство, оно периодически передает сигнал зондирующего запроса (этап 601), за которым следует ожидание ответа в течение времени ожидания ответа (этап 602). В течение периода ожидания ответа сетевой интерфейсный модуль определяет, принят ли сигнал зондирующего запроса из другого беспроводного устройства или ответ на переданный им сигнал зондирующего запроса (этап 603). Ниже приведено количество ожидаемой сэкономленной энергии как функции времени ожидания. На время ожидания сетевой интерфейсный модуль вводится в неактивный режим (этап 605). Если в течение периода ожидания ответа принят сигнал зондирующего запроса или ответ для другого устройства (этап 603), то беспроводное устройство подсоединяется к сети (этап 606). В этой ситуации к беспроводному устройству применяется схема управления энергопотреблением, описанная согласно фиг.4 и 5.

Ниже описан способ оценки сэкономленной энергии как функции длительности времени ожидания. Предполагается, что первое беспроводное устройство находится вблизи второго беспроводного устройства и два беспроводных устройства осуществляют попытку связаться друг с другом посредством передачи сигналов зондирующего запроса. Вероятность X приема вторым беспроводным устройством зондирующего запроса, переданного первым беспроводным устройством, может быть выражена как X=R/D, где R является периодом ожидания ответа, а D является продолжительностью рабочего цикла, изображенного на фиг.6a. Вероятность приема первым беспроводным устройством зондирующего запроса из второго беспроводного устройства в течение периода R ожидания ответа также составляет X. В таком случае вероятность приема двумя беспроводными устройствами зондирующих запросов друг от друга за один рабочий цикл, включая период ожидания ответа и неактивный период, может быть выражена как 1-(1-X)². Следовательно, среднее количество N рабочих циклов для двух беспроводных устройств, связанных друг с другом, составляет N=1/[1-(1-X)²]. Далее, время T, требуемое для двух беспроводных устройств, связанных друг с другом, составляет T=N·D=D/[1-(1-R/D)²]. Так как D для времени сканирования, определенного в соответствии со службой конфигурирования беспроводной связи в соответствии с ИИЭЭ 802.11, фиксировано, то для коррекции времени T используется R. Например, при установке D, равного 60 секундам, посредством выбора R в 20 секунд будет сэкономлено 67% энергии.

Изобретение относиться к области техники управления энергопотреблением, а конкретно к схемам управления энергопотреблением для использования в беспроводном устройстве. Технический результат изобретения заключается в уменьшении энергопотребления сетевого интерфейсного модуля беспроводного устройства. Достигается технический результат за счет того, что избирательно вводят сетевой интерфейсный модуль в состояние с низким энергопотреблением на время ожидания причем длительность времени ожидания вычисляется так, чтобы при введении сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на вычисленное время ожидания ожидаемое накопленное количество задержанных данных трафика не превышало заданное пороговое значение, а количество задержанных данных трафика, как функция времени ожидания, моделируется с использованием средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания, которые получают из статистических данных трафика. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ управления энергопотреблением беспроводного вычислительного устройства, имеющего сетевой интерфейсный модуль для передачи и приема данных, передаваемых по сети беспроводной связи, и буфер для сохранения упомянутых передаваемых по сети беспроводной связи данных, при этом способ включает

анализ статистических данных трафика для получения параметров модели прогнозирования объема данных трафика, задержанных в буфере, накапливаемых как функция времени, в течение которого сетевой интерфейсный модуль введен в состояние с низким энергопотреблением, при котором сетевой интерфейсный модуль останавливает передачу данных, передаваемых по сети, и

вычисления целевого времени ожидания сетевого интерфейсного модуля на основе модели и полученных параметров, причем

если введение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время ожидания прогнозируется моделью так, что объем данных трафика, задержанных в буфере, является меньшим или равным заранее заданному пороговому значению, сетевой интерфейсный модуль переключается в состояние с низким энергопотреблением на период времени для сохранения энергии,

если введение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время ожидания прогнозируется моделью так, что объем данных трафика, задержанных в буфере, превышает заранее заданное пороговое значение, сетевой интерфейсный модуль не переключается в состояние с низким энергопотреблением на период времени для сохранения энергии

определение, что беспроводное устройство подсоединено к точке доступа сети инфраструктуры, и

переключение сетевого интерфейсного модуля - в состояние с низким энергопотреблением на целевое время ожидания.

определение, что беспроводное устройство подсоединено к специальной сети беспроводной связи,

широковещательную передачу целевого времени ожидания к другим беспроводным устройствам в специальной сети беспроводной связи,

прием значений целевого времени ожидания, вычисленных и переданных посредством широковещательной передачи другими беспроводными устройствами в специальной сети беспроводной связи,

выбор наименьшего из значений целевого времени ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи, в качестве общего времени ожидания для беспроводных устройств в специальной сети беспроводной связи, и

переключение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на общее время ожидания.

извлечение статистических данных трафика, включающих в себя набор частот поступления за предыдущее время, набор интенсивностей обслуживания за предыдущее время и набор количеств данных трафика в системной очереди,

моделирование частот поступления за прошедшее время с использованием первой функции распределения, и интенсивностей обслуживания за прошедшее время с использованием второй функции распределения, и

получение средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания на основе первой и второй функций распределения соответственно.

анализ статистических данных трафика для получения параметров модели прогнозирования объема данных трафика, задержанных в буфере, накапливаемого как функция времени, в течение которого сетевой интерфейсный модуль введен в состояние с низким энергопотреблением, в котором сетевой интерфейсный модуль останавливает передачу данных, передаваемых по сети, и

вычисление целевого времени ожидания для сетевого интерфейсного модуля на основе модели и полученных параметров, причем если введение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время ожидания прогнозируется моделью так, что объем данных трафика, задержанных в буфере, является меньшим или равным заранее заданному пороговому значению, сетевой интерфейсный модуль переключается в состояние с низким энергопотреблением на период времени для сохранения энергии,

если введение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время ожидания прогнозируется моделью так, что объем данных трафика, задержанных в буфере, превышает заранее заданное пороговое значение, сетевой интерфейсный модуль не переключается в состояние с низким энергопотреблением на период времени для сохранения энергии.

определения, что беспроводное устройство подсоединено к точке доступа инфраструктуры, и

переключения сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время ожидания.

определения, что беспроводное устройство подсоединено к специальной сети беспроводной связи,

широковещательной передачи целевого времени ожидания к другим беспроводным устройствам в специальной сети беспроводной связи,

приема значений целевого времени ожидания, вычисленных и переданных посредством широковещательной передачи другими беспроводными устройствами в специальной сети беспроводной связи,

выбора наименьшего из значений целевого времени ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи, в качестве общего времени ожидания для беспроводных устройств в специальной сети беспроводной связи, и

переключения сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на общее время ожидания.

извлечение статистических данных трафика, включающих в себя набор частот поступления за предыдущее время, набор интенсивностей обслуживания за предыдущее время и набор количеств данных трафика в системной очереди,

моделирование частот поступления за прошедшее время с использованием первой функции распределения и интенсивностей обслуживания за прошедшее время с использованием второй функции распределения, и

получение средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания на основе первой и второй функций распределения соответственно.

базу данных статистики трафика для хранения статистических данных трафика, включая набор частот поступления за прошедшее время и набор интенсивностей обслуживания за прошедшее время, и

блок управления энергопотреблением для избирательной установки сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением, при этом блок управления энергопотреблением имеет блок принятия вероятностного решения для анализа статистических данных трафика для получения средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания, и вычисления целевого времени ожидания для сетевого интерфейсного модуля на основе средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания, причем введение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время прогнозируется упомянутой моделью так, чтобы объем данных трафика, задержанных в буфере, был меньше или равен заранее заданного порогового значения.

определения, что беспроводное устройство подсоединено к специальной сети беспроводной связи,

широковещательной передачи целевого времени ожидания к другим беспроводным устройствам в специальной сети беспроводной связи,

приема значений целевого времени ожидания, вычисленных и переданных посредством широковещательной передачи другими беспроводными устройствами в специальной сети беспроводной связи,

выбора наименьшего из значений целевого времени ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи, в качестве общего времени ожидания для беспроводных устройств в специальной сети беспроводной связи, и

переключения сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на общее время ожидания.

моделирования частот поступления за прошедшее время с использованием первой функции распределения, и интенсивностей обслуживания за прошедшее время с использованием второй функции распределения, и

получения средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания на основе первой и второй функций распределения соответственно.

источник питания для подачи питания на мобильное устройство,

сетевой интерфейсный модуль для передачи и приема данных по сети беспроводной связи,

базу данных статистики трафика для хранения статистических данных трафика, включая набор частот поступления за прошедшее время и набор интенсивностей обслуживания за прошедшее время, и

блок управления энергопотреблением для избирательной установки сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением для уменьшения расхода энергии источника питания, причем блок управления энергопотреблением имеет блок принятия вероятностного решения для анализа статистических данных трафика для получения средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания, и вычисления целевого времени ожидания для сетевого интерфейсного модуля на основе средней частоты поступления и средней интенсивности обслуживания, при этом

введение сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на целевое время прогнозируется упомянутой моделью так, чтобы объем данных трафика, задержанных в буфере, был меньше или равен заранее заданному пороговому значению.

определения, что беспроводное устройство подсоединено к специальной сети беспроводной связи,

широковещательной передачи целевого времени ожидания к другим беспроводным устройствам в специальной сети беспроводной связи,

приема значений целевого времени ожидания, вычисленных и переданных посредством широковещательной передачи другими беспроводными устройствами в специальной сети беспроводной связи,

выбора наименьшего из значений целевого времени ожидания, передаваемых посредством широковещательной передачи, в качестве общего времени ожидания для беспроводных устройств в специальной сети беспроводной связи, и

переключения сетевого интерфейсного модуля в состояние с низким энергопотреблением на общее время ожидания.