【51CTO.com 綜合報(bào)道】節(jié)能降耗一直是IT業(yè)界追求的目標(biāo)。本文介紹的是在WLAN AP產(chǎn)品上使用的 “逐包功率控制”方法，以用來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)及其他收益。

一、 "無線報(bào)文傳輸"簡(jiǎn)析

在WLAN等無線射頻系統(tǒng)中，各種信息和報(bào)文是以電磁波的形式在空中傳播的。無線信號(hào)從發(fā)射端發(fā)射出后，無線信號(hào)在空中傳播過程中將發(fā)生能量衰減，距離越遠(yuǎn)，衰減越嚴(yán)重，并且在傳播過程中還會(huì)經(jīng)常受到干擾。如果發(fā)送報(bào)文的電磁波能量不足，報(bào)文將無法到達(dá)接收端；或者到達(dá)時(shí)的能量過小，其中攜帶的信息模糊或報(bào)文因受干擾而失效，導(dǎo)致接收端解析報(bào)文失敗。并且，WLAN系統(tǒng)支持無線報(bào)文的重傳機(jī)制。如果發(fā)射端沒有收到接收端的確認(rèn)幀，發(fā)射端將重發(fā)上一個(gè)報(bào)文，這將更長(zhǎng)時(shí)間的占用無線信道而導(dǎo)致其它用戶不能通信。

但是，并不是說發(fā)送報(bào)文時(shí)的能量越大越好。這是因?yàn)椋?/p>

接收端的報(bào)文解調(diào)器是有一定的工作范圍的，如果收到的報(bào)文能量過大，超出它的解調(diào)范圍，同樣不能正確的解析報(bào)文；

無線環(huán)境的特點(diǎn)是共享式的，也就是說，無線環(huán)境中的所有用戶都使用同一個(gè)無線媒介。如果報(bào)文的能量過大，造成干擾的范圍就大，會(huì)影響其它較遠(yuǎn)距離的正在通信的用戶。

對(duì)于上述發(fā)送能量大小的問題，可以用"在一個(gè)場(chǎng)所中多個(gè)人交談"的生活場(chǎng)景來類比。當(dāng)你在向另一個(gè)人說話時(shí)，如果聲音過小，距離過遠(yuǎn)，同時(shí)有其他人在交談，對(duì)方會(huì)聽不到或聽不清你說的話；但如果你說話的聲音太大且距離很近，對(duì)方的耳朵反而會(huì)被暫時(shí)"振聾"，并且其它人的談話也會(huì)因這個(gè)過大的聲音而受到影響。

二、"逐包功率控制"原理

針對(duì)上述無線報(bào)文的傳輸特性，"逐包功率控制"就是在確保報(bào)文能成功傳輸?shù)那疤嵯聞?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)AP設(shè)備對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射功率，以達(dá)到減少能耗和干擾的一種方法。其基本過程如下：當(dāng)一個(gè)客戶端連接AP上線后，如果AP和這個(gè)客戶端之間能以較高的速率交換數(shù)據(jù)，說明它們之間的無線信道較好，于是以保證兩者的高速傳輸為前提在AP上逐步降低對(duì)這個(gè)客戶端的發(fā)射功率。但如果因無線環(huán)境變差或發(fā)射功率過低而產(chǎn)生丟包或降速的現(xiàn)象，AP將提升其發(fā)射功率。這樣，隨著無線環(huán)境和客戶端信號(hào)強(qiáng)度的變化，AP始終力求與客戶端達(dá)到速率和發(fā)射功率間的最佳平衡。"逐包功率控制"功能的處理流程圖簡(jiǎn)述如圖1所示。

另外，在降低和升高發(fā)射功率的過程中，"逐包功率控制"功能還使用了"可變步長(zhǎng)"的技術(shù)。具體的，當(dāng)無線環(huán)境較好能夠降低發(fā)射功率時(shí)，AP設(shè)備的發(fā)射功率以最小幅度的步長(zhǎng)（0.5dBm）下降；當(dāng)環(huán)境變差需要升高發(fā)射功率時(shí)，步長(zhǎng)則是以先大漸小的過程升高的（既不是瞬間的突變，也不是小幅度的漸變）。升高和降低發(fā)射功率值的變化示意圖如圖2所示。 

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三、 "逐包功率控制"所帶來的收益

節(jié)能降耗

在無線接入設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，在同一個(gè)區(qū)域下通常會(huì)部署多臺(tái)AP，以達(dá)到對(duì)多用戶的全面覆蓋和客戶端移動(dòng)時(shí)的無縫切換效果。而且，通信設(shè)備通常以"7 （天）X24（小時(shí)）"的方式不間斷運(yùn)行的。那么，"逐包功率控制"功能在實(shí)際應(yīng)用中能起到多大的節(jié)約能耗效果呢？我們來計(jì)算一下。一般AP射頻口的最大發(fā)射功率是25dBm，這時(shí)整個(gè)射頻卡的功耗是4W。采用"逐包功率控制"功能后，在較理想的無線環(huán)境下，射頻口的發(fā)射功率會(huì)保持在15dBm左右，這時(shí)射頻卡的功耗是1.3W，相比最大功率時(shí)有67.5%的功耗降低。如果換算成用電量，每個(gè)射頻卡每天能節(jié)省0.0648度的電。也就是說，當(dāng)有16個(gè)射頻卡同時(shí)工作時(shí)，每天就能節(jié)省1度電。現(xiàn)在的AP設(shè)備大多是雙頻設(shè)備，那么，使用"逐包功率控制"功能后，理想情況下每8個(gè)AP每天就能節(jié)省1度電。

另據(jù)研究表明，設(shè)備的能耗的突然變化會(huì)消耗更多的能源。上述的"逐包功率控制"的"可變步長(zhǎng)"特性就能很好的防止能耗的突變。當(dāng)無線環(huán)境變好或變壞時(shí)，AP的發(fā)射功率是逐漸變化的，而不是瞬間跳變成最大或最小。這樣既能夠降耗和減小對(duì)設(shè)備的沖擊，還能夠很好的應(yīng)對(duì)無線環(huán)境中的瞬時(shí)干擾。

提高信道重用度

在批量部署的應(yīng)用場(chǎng)景下，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)射功率，可使無線傳輸?shù)某晒β实玫教岣?，并使多個(gè)無線設(shè)備之間的干擾減小。這樣能使無線信道的復(fù)用程度得到提升，用戶的可用帶寬有了較大提高，整個(gè)無線環(huán)境將變得更加"綠色"和"順暢"。

最簡(jiǎn)單的密集部署情況如圖3所示，在同一場(chǎng)所下部署兩臺(tái)AP，且都有客戶端與之通信。當(dāng)兩個(gè)相鄰的AP都以較大的發(fā)射功率發(fā)送報(bào)文時(shí)，兩者的覆蓋范圍有重疊（如圖3的兩個(gè)"紅圈"），它們之間存在相互干擾。依據(jù)無線信道的CSMA/CA訪問原則，在這兩個(gè)AP構(gòu)成的ESS內(nèi)的4個(gè)無線設(shè)備兩兩之間是不能同時(shí)通信的。引入"逐包功率控制"后，兩個(gè)AP的覆蓋范圍都智能的減小了，兩者的覆蓋范圍不再重疊（如圖3的兩個(gè)"綠圈"），這時(shí)，各AP內(nèi)部是能夠同時(shí)通信的，即用戶的可用帶寬提高了一倍。在這種情況下，當(dāng)有一個(gè)客戶端向外移動(dòng)時(shí)，只是與之相連的AP的發(fā)射功率會(huì)增加，增大覆蓋范圍；另一個(gè)AP的覆蓋范圍不變（如圖3的一個(gè)"紅圈"和一個(gè)"綠圈"）。這時(shí)兩個(gè)AP的覆蓋范圍仍不重疊，仍能為客戶提供最大的可用帶寬。

部署更加簡(jiǎn)便

以前在同一個(gè)場(chǎng)所下部署多臺(tái)AP時(shí)，是把AP設(shè)備先安裝好后再使用專業(yè)儀器測(cè)量多個(gè)地點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，然后由專業(yè)人員靠經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整各個(gè)AP的發(fā)射功率，以使各點(diǎn)達(dá)到信號(hào)足夠強(qiáng)但不會(huì)有太大干擾的效果。引入"逐包功率控制"后，將使部署無線網(wǎng)絡(luò)更加省時(shí)省力?，F(xiàn)在只需把AP按場(chǎng)所的實(shí)際情況布置、安裝好，然后使能"逐包功率控制"功能。接下來就由AP自己來實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)和控制對(duì)其它無線設(shè)備的發(fā)射功率和覆蓋范圍。這樣，將略去原來部署方法中的"多點(diǎn)測(cè)量"和"調(diào)節(jié)功率"階段，節(jié)省大量的人時(shí)投入。而且在實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，整網(wǎng)能夠更快的響應(yīng)無線環(huán)境的變化和持續(xù)優(yōu)化多用戶的實(shí)際可用帶寬。#p#

延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命和降低輻射

減小產(chǎn)品能耗也能使產(chǎn)品自身的運(yùn)行環(huán)境溫度和器件的損耗降低，從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，節(jié)省了用戶的長(zhǎng)期投入。

眾所周之，電磁波是一種能量。當(dāng)電磁輻射限制在一定范圍內(nèi)對(duì)人體是無害的。但我們?nèi)韵Ｍㄟ^"逐包功率控制"來動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)AP設(shè)備的發(fā)射功率，在無線環(huán)境較好時(shí)能夠把發(fā)射功率降低，以進(jìn)一步降低對(duì)人體的輻射。

四、結(jié)束語

自進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，節(jié)能環(huán)保和善待環(huán)境的意識(shí)已經(jīng)深入人心。站在高科技頂端的IT業(yè)界更是想方設(shè)法的為用戶提供更加 "低碳"、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。在各種具體的實(shí)現(xiàn)方法上，除了最常用的使用環(huán)保材料和節(jié)能器件等方法外，還應(yīng)從產(chǎn)品的功能和運(yùn)行過程等方面深入思考，持續(xù)優(yōu)化。"逐包功率控制"就是一種應(yīng)用在WLAN環(huán)境下的環(huán)保新技術(shù)。它能根據(jù)當(dāng)前的無線環(huán)境和各個(gè)客戶端的信號(hào)強(qiáng)度來動(dòng)態(tài)調(diào)整AP設(shè)備對(duì)該客戶端的發(fā)射功率。在無線環(huán)境較好時(shí)，逐步降低無線設(shè)備的發(fā)射功率和覆蓋范圍，從而達(dá)到節(jié)能減排和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的效果。當(dāng)然，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還體現(xiàn)出了"部署更加簡(jiǎn)便"和"延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命、降低輻射"等優(yōu)點(diǎn)，值得大力推廣。