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

一、 "無線報文傳輸"簡析

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

但是，并不是說發(fā)送報文時的能量越大越好。這是因為：

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

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

對于上述發(fā)送能量大小的問題，可以用"在一個場所中多個人交談"的生活場景來類比。當你在向另一個人說話時，如果聲音過小，距離過遠，同時有其他人在交談，對方會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，對方的耳朵反而會被暫時"振聾"，并且其它人的談話也會因這個過大的聲音而受到影響。

二、"逐包功率控制"原理

針對上述無線報文的傳輸特性，"逐包功率控制"就是在確保報文能成功傳輸的前提下動態(tài)調節(jié)AP設備對各個用戶的發(fā)射功率，以達到減少能耗和干擾的一種方法。其基本過程如下：當一個客戶端連接AP上線后，如果AP和這個客戶端之間能以較高的速率交換數據，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上逐步降低對這個客戶端的發(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)境和客戶端信號強度的變化，AP始終力求與客戶端達到速率和發(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"的技術。具體的，當無線環(huán)境較好能夠降低發(fā)射功率時，AP設備的發(fā)射功率以最小幅度的步長（0.5dBm）下降；當環(huán)境變差需要升高發(fā)射功率時，步長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

在無線接入設備的實際應用場景中，在同一個區(qū)域下通常會部署多臺AP，以達到對多用戶的全面覆蓋和客戶端移動時的無縫切換效果。而且，通信設備通常以"7 （天）X24（小時）"的方式不間斷運行的。那么，"逐包功率控制"功能在實際應用中能起到多大的節(jié)約能耗效果呢？我們來計算一下。一般AP射頻口的最大發(fā)射功率是25dBm，這時整個射頻卡的功耗是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)射功率會保持在15dBm左右，這時射頻卡的功耗是1.3W，相比最大功率時有67.5%的功耗降低。如果換算成用電量，每個射頻卡每天能節(jié)省0.0648度的電。也就是說，當有16個射頻卡同時工作時，每天就能節(jié)省1度電。現(xiàn)在的AP設備大多是雙頻設備，那么，使用"逐包功率控制"功能后，理想情況下每8個AP每天就能節(jié)省1度電。

另據研究表明，設備的能耗的突然變化會消耗更多的能源。上述的"逐包功率控制"的"可變步長"特性就能很好的防止能耗的突變。當無線環(huán)境變好或變壞時，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設備的沖擊，還能夠很好的應對無線環(huán)境中的瞬時干擾。

提高信道重用度

在批量部署的應用場景下，通過動態(tài)調節(jié)發(fā)射功率，可使無線傳輸的成功率得到提高，并使多個無線設備之間的干擾減小。這樣能使無線信道的復用程度得到提升，用戶的可用帶寬有了較大提高，整個無線環(huán)境將變得更加"綠色"和"順暢"。

最簡單的密集部署情況如圖3所示，在同一場所下部署兩臺AP，且都有客戶端與之通信。當兩個相鄰的AP都以較大的發(fā)射功率發(fā)送報文時，兩者的覆蓋范圍有重疊（如圖3的兩個"紅圈"），它們之間存在相互干擾。依據無線信道的CSMA/CA訪問原則，在這兩個AP構成的ESS內的4個無線設備兩兩之間是不能同時通信的。引入"逐包功率控制"后，兩個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"綠圈"），這時，各AP內部是能夠同時通信的，即用戶的可用帶寬提高了一倍。在這種情況下，當有一個客戶端向外移動時，只是與之相連的AP的發(fā)射功率會增加，增大覆蓋范圍；另一個AP的覆蓋范圍不變（如圖3的一個"紅圈"和一個"綠圈"）。這時兩個AP的覆蓋范圍仍不重疊，仍能為客戶提供最大的可用帶寬。

部署更加簡便

以前在同一個場所下部署多臺AP時，是把AP設備先安裝好后再使用專業(yè)儀器測量多個地點的信號強度，然后由專業(yè)人員靠經驗來調整各個AP的發(fā)射功率，以使各點達到信號足夠強但不會有太大干擾的效果。引入"逐包功率控制"后，將使部署無線網絡更加省時省力。現(xiàn)在只需把AP按場所的實際情況布置、安裝好，然后使能"逐包功率控制"功能。接下來就由AP自己來實時的、動態(tài)的調節(jié)和控制對其它無線設備的發(fā)射功率和覆蓋范圍。這樣，將略去原來部署方法中的"多點測量"和"調節(jié)功率"階段，節(jié)省大量的人時投入。而且在實際運營時，整網能夠更快的響應無線環(huán)境的變化和持續(xù)優(yōu)化多用戶的實際可用帶寬。#p#

延長產品壽命和降低輻射

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

眾所周之，電磁波是一種能量。當電磁輻射限制在一定范圍內對人體是無害的。但我們仍希望通過"逐包功率控制"來動態(tài)的調節(jié)AP設備的發(fā)射功率，在無線環(huán)境較好時能夠把發(fā)射功率降低，以進一步降低對人體的輻射。

四、結束語

自進入二十一世紀以來，節(jié)能環(huán)保和善待環(huán)境的意識已經深入人心。站在高科技頂端的IT業(yè)界更是想方設法的為用戶提供更加 "低碳"、優(yōu)質的產品和服務。在各種具體的實現(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，還應從產品的功能和運行過程等方面深入思考，持續(xù)優(yōu)化。"逐包功率控制"就是一種應用在WLAN環(huán)境下的環(huán)保新技術。它能根據當前的無線環(huán)境和各個客戶端的信號強度來動態(tài)調整AP設備對該客戶端的發(fā)射功率。在無線環(huán)境較好時，逐步降低無線設備的發(fā)射功率和覆蓋范圍，從而達到節(jié)能減排和優(yōu)化網絡應用的效果。當然，該技術在實際應用中還體現(xiàn)出了"部署更加簡便"和"延長產品壽命、降低輻射"等優(yōu)點，值得大力推廣。