绿色节能一直是IT业界追求的目标。本文介绍的“逐包功率控制”功能,在AP上动态控制每个报文的发射功率,以实现绿色节能及其他收益。
绿色节能从每个报文开始
一、“无线报文传输”简析
在WLAN等无线射频系统中,各种信息和报文是以电磁波的形式在空中传播的。无线信号在空中传播过程中将能量衰减,距离越远,衰减越严重,并且在传播过程中还会经常受到干扰。如果发送报文的电磁波能量不足,报文将无法到达接收端或者到达时的能量过小,导致接收端解析报文失败。并且由于WLAN支持重传机制,如果发射端没有收到接收端的确认帧,发射端将重发上一个报文,这将长时间占用无线信道而导致其它用户不能通信。但是,并不是说发送报文的能量越大越好,这是因为:
l 接收端的报文解调器是有一定的工作范围的,如果收到的报文能量过大,超出它的解调范围,同样不能正确的解析报文;
l 无线环境的特点是共享式的,如果报文的能量过大,造成干扰的范围就大,会影响其它较远距离的正在通信的用户。
二、“逐包功率控制”原理
针对上述无线报文的传输特性,“逐包功率控制”功能就是在确保报文能成功传输的前提下动态调节AP设备对各个用户的发射功率,以达到减少能耗和干扰的目的。其基本工作流程如图1所示:AP与客户端之间以较高的速率交互数据,说明它们之间的无线信道较好,在保证两者的高速传输前提下,AP逐步降低对客户端的发射功率。但如果因无线环境变差或发射功率过低而产生丢包或降速的现象,AP将提升其发射功率。这样,随着无线环境和客户端信号强度的变化,AP始终力求与客户端达到速率和发射功率间的最佳平衡。
图1 “逐包功率控制”的处理流程图
同时 “逐包功率控制”功能采用“可变步长”技术,以快速响应无线环境的实时变化,保障客户端有足够的时间来适应对端发射功率的变化。当无线环境较好降低发射功率时,AP发射功率以最小幅度的步长(0.5dBm)下降;当环境变差需要提升发射功率时,步长则是以先大渐小的过程升高的(既不是瞬间的突变,也不是小幅度的渐变)。提升和降低发射功率值的变化示意图如图2所示:发射功率从20降低到12的过程需要8倍的统计时间,且是等步长渐变的;而提升发射功率的过程却很快,只需要4倍的时间,且步长从大变小。
图2 升高和降低发射功率值的渐变过程
三、“逐包功率控制”的收益
节能降耗
“逐包功率控制”功能在实际应用中能起到多大的节约能耗效果呢?例如AP射频口的最大发射功率是25dBm,整个射频卡的功耗是4W。采用“逐包功率控制”功能后,在较理想的无线环境下,射频口的发射功率会保持在15dBm左右,这时射频卡的功耗是1.3W,相比最大功率时有67.5%的功耗降低。
提高信道重用度
在批量部署的应用场景下,通过动态调节发射功率,可使无线传输的成功率得到提高,并使多个无线设备之间的干扰减小。这样能使无线信道的复用程度得到提升,用户的可用带宽有了较大提高,整个无线环境将变得更加“绿色”和“顺畅”。
最简单的密集部署情况如图3所示,在同一场所下部署两台AP,且都有客户端与之通信。当两个相邻的AP都以较大的发射功率发送报文时,两者的覆盖范围有重叠(如图3的两个“红圈”),它们之间存在相互干扰。依据无线信道的CSMA/CA访问原则,在这两个AP构成的ESS内的4个无线设备两两之间是不能同时通信的。引入“逐包功率控制”后,两个AP的覆盖范围都智能的减小了,两者的覆盖范围不再重叠(如图3的两个“绿圈”),这时,各AP内部是能够同时通信的,即用户的可用带宽提高了一倍。在这种情况下,当有一个客户端向外移动时,只是与之相连的AP的发射功率会增加,增大覆盖范围;另一个AP的覆盖范围不变(如图3的一个“红圈”和一个“绿圈”)。这时两个AP的覆盖范围仍不重叠,仍能为客户提供最大的可用带宽。
图3 多AP下的功率覆盖范围
延长产品寿命
减小产品能耗也能使产品自身的运行环境温度和器件的损耗降低,从而延长了产品的使用寿命,节省了用户的长期投入。
降低辐射
众所周之,电磁波是一种能量。当电磁辐射限制在一定范围内对人体是无害的。但我们仍希望通过“逐包功率控制”来动态的调节AP设备的发射功率,在无线环境较好时能够把发射功率降低,以进一步降低对人体的辐射。