本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種密集用戶場景下用戶終端節(jié)能優(yōu)化方法及用戶終端裝置。

背景技術(shù)：

IEEE 802.11協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)即WLAN(Wireless Local Area Networks)，WLAN主要由AP(Access Point)、WM(Wireless Medium)及多個STA(Station)構(gòu)成。其中AP，也即常用的商用或家用無線路由器等；STA，也即接入AP的移動終端和無線網(wǎng)卡等，典型的STA也即搭載Android操作系統(tǒng)的可以進行WLAN網(wǎng)絡(luò)通信的移動終端，如手機、平板電腦等，如無特殊說明后邊的STA特指Android移動終端；WM，也即無線傳播的介質(zhì)。

依據(jù)相關(guān)的IEEE 802.11協(xié)議標準，STA即Android移動終端，可工作在CAM、SPSM、APSM三種模式下。CAM模式則為正常的網(wǎng)絡(luò)通信模式，不采取節(jié)能策略，該模式下STA可以進行即時的上下行通信；SPSM模式和APSM模式為兩種不同的節(jié)能模式，這兩種節(jié)能模式主要工作在STA黑屏待機狀態(tài)下，其中SPSM模式下STA在收發(fā)完數(shù)據(jù)后立即進入低功耗休眠狀態(tài)，APSM模式下STA則在收發(fā)完數(shù)據(jù)后先經(jīng)過幾十到幾百毫秒的TailTime再進入低功耗休眠狀態(tài)，這段TailTime時間內(nèi)STA可以進行正常的報文即時收發(fā)，STA一般選擇一種實現(xiàn)或者可通過配置實現(xiàn)兩種節(jié)能模式的二選一。根據(jù)大規(guī)模測試和調(diào)研，當前流行的STA主要工作模式為CAM+APSM(或CAM+SPSM)。

人民網(wǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至目前，搭載安卓系統(tǒng)的設(shè)備仍保持移動終端市場主導地位，出貨量持續(xù)增長。在中國市場，安卓份額接近80％。隨著國內(nèi)外移動互聯(lián)網(wǎng)及其增值業(yè)務的迅猛發(fā)展，移動無線通信流量到2016年將超越有線通信流量(來自Cisco全球移動數(shù)據(jù)報告)。然而，無線通信對移動終端的電池節(jié)能產(chǎn)生顯著的影響。綜合近兩年的論文數(shù)據(jù)以及手機公司的技術(shù)報告，通信接口已經(jīng)成為繼屏幕、CPU(及GPU)之外的第三大能耗源，可以占到至少10％的能耗比重，在高網(wǎng)絡(luò)負載的情況下，頻繁通信造成的能耗可占總能耗的35％，而WLAN是無線通信的重要組成部分。此外終端電池技術(shù)研究進展緩慢，電池容量不足已成為影響用戶體驗的一個重要因素。綜上Android系統(tǒng)下WLAN網(wǎng)絡(luò)通信能耗問題已成為一個亟待解決的熱點問題。

造成STA無線網(wǎng)絡(luò)通信能耗巨大的一個重要原因是：密集用戶場景下，頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信造成的高負載的無線競爭環(huán)境，在這種極端環(huán)境下STA進行無線通信會因為頻繁的丟包而進行大量重傳，尤其當STA處于黑屏待機狀態(tài)時會頻繁的從SPSM(或APSM)模式下切換到CAM模式下，使系統(tǒng)能耗大幅增加?？偵希芗脩魣鼍跋?，對頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信進行全局的調(diào)度具有重要意義。

現(xiàn)有通信中，當用戶規(guī)模較大時，各個STA進行獨立的報文通信，沒有考慮實際的網(wǎng)絡(luò)負載和周圍STA通信的習慣，使得整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在大量的丟包和重傳，同時延長了STA處于高能耗狀態(tài)的時常，最終造成STA能耗值偏高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種密集用戶場景下STA端節(jié)能優(yōu)化方法，能夠降低移動終端在進行通信時的能耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種密集用戶場景下用戶終端節(jié)能優(yōu)化方法，包括：

用戶終端記錄整個網(wǎng)絡(luò)中Tim字段的所有位的變化；

系統(tǒng)穩(wěn)定后，用戶終端根據(jù)記錄的用戶終端與發(fā)送終端之間的通信來往，預測下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載；

根據(jù)所預測的下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載，選擇選擇發(fā)送信息或者退避等待。

所述系統(tǒng)穩(wěn)定后，用戶終端根據(jù)記錄的用戶終端與發(fā)送終端之間的通信來往，預測下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載具體包括：

根據(jù)分析WLAN網(wǎng)絡(luò)下各類通信行為，用戶的網(wǎng)絡(luò)通信具有周期性，根據(jù)所述周期性規(guī)律，使得用戶終端的Tim字段的0、1具有周期性的變化規(guī)律，通過前向記錄0、1變化情況并進行綜合分析，預測下一通信時槽的0、1情況。

所述根據(jù)所預測的下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載，選擇選擇發(fā)送信息或者退避等待中，退避等待具體包括：

設(shè)定初始退避時間；

如果下一個時槽無法進行發(fā)送，則用戶終端進行待發(fā)送報文緩存，并以設(shè)定的初始退避時間進行延時發(fā)送；

然后自動將退避時間加倍后，設(shè)定為新的退避時間作為下次的發(fā)送時延。

如果退避時間超過4s，則始終將4s作為退避時間，直到當前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化且穩(wěn)定后重新進行初始化。

所述初始退避時間為100ms，即1個通信時槽長。

其特征在于，所述用戶終端為搭載Android系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)并能夠進行WLAN網(wǎng)絡(luò)通信的移動終端STA。

所述發(fā)送終端為商用或家用無線路由器。

一種用戶終端裝置，包括：

記錄單元，用于記錄整個網(wǎng)絡(luò)中Tim字段的所有位的變化；

預測單元，用于系統(tǒng)穩(wěn)定后，用戶終端根據(jù)記錄的用戶終端與發(fā)送終端之間的通信來往，預測下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載；

處理單元，用于根據(jù)所預測的下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載，選擇選擇發(fā)送信息或者退避等待。

預測單元具體用于記錄所有用戶終端對應Tim位的0、1變化情況，并根據(jù)0、1變化規(guī)律，預測下一個通信時槽的0、1情況。

所述處理單元還包括調(diào)度單元，用于設(shè)定初始退避時間；如果下一個時槽無法進行發(fā)送，則用戶終端進行待發(fā)送報文緩存，并以設(shè)定的初始退避時間進行延時發(fā)送；然后自動將退避時間加倍后，設(shè)定為新的退避時間作為下次的發(fā)送時延；如果退避時間超過4s，則始終將4s作為退避時間，直到當前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化且穩(wěn)定后重新進行初始化。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種密集用戶場景下用戶終端節(jié)能優(yōu)化方法及用戶終端裝置，通過在原有通信框架的基礎(chǔ)上，不改變原有網(wǎng)絡(luò)通信方式，通過添加調(diào)度單元并嵌入到原有的實現(xiàn)模塊中，對于上層調(diào)度者和用戶而言具有很好的透明性。無線通信模塊作為核心驅(qū)動模塊，可以進行動態(tài)加載，使得處于節(jié)能模式下的用戶終端，除了檢測與自己相關(guān)的TIM位外，記錄并分析其鄰居的TIM位信息，獨立構(gòu)建出整個WLAN網(wǎng)絡(luò)下的通信規(guī)律，然后以BeaconInterval為通信時隙，自適應的調(diào)整自己的通信時隙，完成高負載網(wǎng)絡(luò)下眾多用戶終端的錯峰網(wǎng)絡(luò)通信，通過該方法可大幅減少網(wǎng)絡(luò)通信競爭，同時進行包匯聚進一步延長休眠時常，最終降低STA無線通信能耗。

附圖說明

圖1是STA與AP通信狀態(tài)圖；

圖2是本發(fā)明的密集用戶場景下用戶終端節(jié)能優(yōu)化方法流程框圖；

圖3是本發(fā)明的密集用戶場景下用戶終端裝置結(jié)構(gòu)圖一；

圖4是本發(fā)明的密集用戶場景下用戶終端裝置結(jié)構(gòu)圖二。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下屬的實施例。

本發(fā)明中，所述用戶終端為搭載Android系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)并能夠進行WLAN網(wǎng)絡(luò)通信的移動終端STA。所述發(fā)送終端AP為商用或家用無線路由器。如圖1所示，為現(xiàn)有STA與AP通信狀態(tài)，在STA處于節(jié)能模式下時有幾個重要概念：Beacon、TIM、BeaconInterval、ListenInterval。Beacon是AP周期發(fā)送的管理幀，幀內(nèi)包含大量的WLAN網(wǎng)絡(luò)管理信息。TIM是Beacon管理幀中的一個重要組成部分，包含一個Bitmap Control字段，最大為251個字節(jié)，每一位映射一個STA，當為1時表示該位對應的STA在AP的緩存中有下行報文。BeaconInterval，為Beacon管理幀的發(fā)送周期，通常設(shè)置為100ms的整數(shù)倍。ListenInterval為STA監(jiān)聽Beacon的周期，一般為BeaconInterval的整數(shù)倍，STA每次進行監(jiān)聽如果處于休眠狀態(tài)均需要進行喚醒。圖1中，B指Beacon，P指packet(數(shù)據(jù)報文)。802.11標準中，現(xiàn)有的STA切換到PSM模式下且處于Sleep狀態(tài)，AP端緩存的報文不會立即發(fā)送給STAt，AP會在廣播下一個Beacon時，對Beacon報文中的TIM字段中該packet對應的STA Bit位進行置位。當STA收到該Beacon時會對該Bit位進行檢測，如果檢測到AP有報文緩存時，立刻發(fā)送PS-Poll通知AP端此STA已經(jīng)喚醒，此時AP立即進行報文發(fā)送。而本發(fā)明內(nèi)容基于上述基本原理，針對前面提出的高負載高能耗問題進行解決。

如圖2所示，本發(fā)明提供了一種密集用戶場景下用戶終端節(jié)能優(yōu)化方法，包括：

S101、用戶終端記錄整個網(wǎng)絡(luò)中Tim字段的所有位的變化；

本發(fā)明中，所述用戶終端為搭載Android系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)并能夠進行WLAN網(wǎng)絡(luò)通信的移動終端STA，具體如手機、平板等。在STA端，除了對與自己相關(guān)的位進行判斷外，記錄整個Tim字段所有位的變化情況，考慮BeaconInterval為100ms，故變化的單位時間為100ms，即一個通信時槽長。

S102、系統(tǒng)穩(wěn)定后，用戶終端根據(jù)記錄的用戶終端與發(fā)送終端之間的通信來往，預測下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載；

具體包括：

根據(jù)分析WLAN網(wǎng)絡(luò)下各類通信行為，用戶的網(wǎng)絡(luò)通信具有周期性，根據(jù)所述周期性規(guī)律，使得用戶終端的Tim字段的0、1具有周期性的變化規(guī)律，通過前向記錄0、1變化情況并進行綜合分析，預測下一通信時槽的0、1情況。

記錄所有用戶終端對應Tim位的0、1變化情況，并根據(jù)0、1變化規(guī)律，預測下一個通信時槽的0、1情況。之所以會出現(xiàn)0、1周期變化情況，是因為無線網(wǎng)絡(luò)中用戶很多的通信行為具有這樣的規(guī)律。

S103、根據(jù)所預測的下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載，選擇選擇發(fā)送信息或者退避等待。

退避等待具體包括：

設(shè)定初始退避時間；

如果下一個時槽無法進行發(fā)送，則用戶終端進行待發(fā)送報文緩存，并以設(shè)定的初始退避時間進行延時發(fā)送；

然后自動將退避時間×2后，設(shè)定為新的退避時間作為下次的發(fā)送時延。

如果退避時間超過4s，則始終將4s作為退避時間，直到當前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化且穩(wěn)定后重新進行初始化。

之所以進行這樣變化，是將退避時間與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)負載掛鉤，當規(guī)模過大、通信頻繁時，則每個STA的退避時間會不斷變大，這樣可以達到時延和減少網(wǎng)絡(luò)競爭的平衡，也即時延和能耗的平衡。

如圖3所示，本發(fā)明還提供了一種用戶終端裝置，包括：

記錄單元301，用于記錄整個網(wǎng)絡(luò)中Tim字段的所有位的變化；

預測單元302，用于系統(tǒng)穩(wěn)定后，用戶終端根據(jù)記錄的用戶終端與發(fā)送終端之間的通信來往，預測下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載；

處理單元303，用于根據(jù)所預測的下一個通訊時槽的網(wǎng)絡(luò)負載，選擇選擇發(fā)送信息或者退避等待。

其中，預測單元301具體用于記錄所有用戶終端對應Tim位的0、1變化情況，并根據(jù)0、1變化規(guī)律，預測下一個通信時槽的0、1情況。

優(yōu)選的，如圖4所示，該裝置處理單元303還包括調(diào)度單元304，用于設(shè)定初始退避時間；如果下一個時槽無法進行發(fā)送，則用戶終端進行待發(fā)送報文緩存，并以設(shè)定的初始退避時間進行延時發(fā)送；然后自動將退避時間加倍后，設(shè)定為新的退避時間作為下次的發(fā)送時延；如果退避時間超過4s，則始終將4s作為退避時間，直到當前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化且穩(wěn)定后重新進行初始化。

本發(fā)明充分發(fā)掘Beacon TIM信息，在STA端獲取分析出全局網(wǎng)絡(luò)負載情況，而后合理選擇通信時隙規(guī)避通信高峰。利用AP廣播的Beacon中的TIM信息，各個STA學習并估計出當前網(wǎng)絡(luò)負載和鄰居STA通信規(guī)律，根據(jù)具體情況進行報文緩存延時發(fā)送以增加STA低能耗時長，同時合理安排發(fā)送時隙，確保網(wǎng)絡(luò)中的STA錯峰發(fā)送。STA實時分析全局網(wǎng)絡(luò)負載和動態(tài)選取通信時隙實現(xiàn)過程細節(jié)。并且根據(jù)仿真與實物系統(tǒng)測試，本發(fā)明可以大幅降低STA無線通信能耗，節(jié)能效果達到30％以上，系統(tǒng)時延平均控制在百毫秒級別。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。