CHƯƠNG II: MÔ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG KHÔNG DÂY 802 .11
2.7. Lớp quản lý tầng MAC (MAC Management)
2.7.2. Quản lý năng lượng (Power Management)
Các thiết bị trong mạng không dây sử dụng pin là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu là pin. Cho nên việc quản lý năng lượng nhằm tiết kiệm năng lượng, kéo dài thời gian làm việc cho nút mạng, tránh lãng phí năng lượng không cần thiết đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong cả mạng cơ sở hạ tầng và mạng Ad Hoc. Để quản lý năng lượng nhằm tiết kiệm được năng lượng do nguồn pin cung cấp, các trạm trong trong mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11 được gọi là IBSS được thiết lập hai trạng thái “ngủ” và trạng thái “làm việc”, đồng thời có sử dụng một bộ đệm để lưu tạm dữ liệu của bên phát nếu bên nhận đang trong trạng thái “ngủ”(khác với mạng có dây, các thiết bị luôn trong trạng thái sẵn sàng nhận thông tin mặc dù phần lớn trong trạng thái nhàn "rỗi"). Với ý tưởng này, mỗi trạm trong trạng thái ngủ sẽ định kì chuyển sang trạng thái “làm việc” trong một khoảng thời gian nhất định để kiểm tra xem có trạm nào gửi dữ liệu cho mình không, nếu có nó sẽ thiết lập lại trạng thái “làm việc” cho đến khi nhận dữ liệu xong. Việc chuyển trạng thái này cần sự đồng bộ hóa thời gian giữa các trạm (Nói cách khác, trong một IBSS, mọi trạm phải chuyển sang trạng thái “làm việc” hay trong trạng thái “làm việc” cùng một thời gian). Để đảm nhiệm việc này, mỗi trạm đều được cài đặt chức năng đồng bộ hóa thời gian.
Với mạng hạ tầng: Trạm truy cập cơ sở có nhiệm vụ lưu lại mọi frame cho các trạm sử dụng cơ chế tiết kiệm năng lượng trong mạng nó quản lý và thực hiện gửi ánh xạ định danh truyền thông TIM trong gói tin beacon(tin nhắn điều khiển) gồm danh sách các trạm có dữ liệu cần gửi đến. Chức năng đồng bộ hóa thời gian đảm bảo mọi trạm trong IBSS trạng thái ngủ sẽ “thức dậy” định kì để nghe các gói tin tín hiệu và nhận các thông tin truyền thông gửi từ trạm cơ sở đến. Nếu một trạm nhận thấy mình đang có trong ánh xạ định danh truyền thông, nó sẽ chuyển sang trạng thái “làm việc” để nhận gói tin dữ liệu gửi đến mình, sau khi nhận dữ liệu và gửi trả lại gói tin biên
nhận cho trạm nguồn, trạm lại chuyển sang trạng thái ngủ và đợi cho đến khi có tin nhắn tiếp theo được gửi. Còn nếu một trạm đang "làm việc" thấy mình không có trong ánh xạ định danh truyền thông, nó sẽ lập tức chuyển sang trạng thái "ngủ" và đợi tin nhắn beacon kế tiếp.
Hình 2.30: Quản lý năng lượng trong mạng dựa trên cơ sở hạ tầng
Hình trên mô tả một ví dụ về việc quản lý năng lượng trong mạng dựa trên cơ sở hạ tầng. Đầu tiên tạm truy cập cơ sở (AP) gửi gói tin beacon trong mỗi khoảng thời gian beacon tương ứng với một khoảng TIM (TIM: khoảng phát thông tin danh sách các trạm có dữ liệu cần gửi đến). Hơn nữa, trạm truy cập cơ sở còn biểu thị một khoảng thời gian chuyển phát xạ truyền thông DTIM nhằm gửi các tin nhắn beacon theo broadcast/multicast. Một khoảng DTIM bao gồm nhiều khoảng TIM và một trạm thức dậy một cách định kỳ để nhận gói tin TIM hay DTIM.
Sau khi phát một gói tin DTIM báo hiệu khoảng DTIM bắt đầu, trạm truy cập cơ sở phát một gói tin quảng bá và mọi trạm phải thức để nhận gói tin này. Sau khi nhận được gói tin quảng bá này, các trạm chuyển sang trạng thái “ngủ” và sẽ thức dậy sau đó để nhận gói tin TIM tiếp theo, hình trên, thời gian phát gói tin TIM bị trễ lại do môi trường đang bận, do đó mọi trạm sẽ thức đến khi nhận được gói tin TIM, trạm cơ sở không có dữ liệu để gửi, do đó các trạm lại chuyển sang trạng thái “ngủ”
Trong khoảng TIM tiếp theo, khi trạm cơ sở có dữ liệu cần truyền, nó gửi ánh xạ biểu thị truyền thông xác định trạm nhận dữ liệu trong gói tin TIM. Khi nhận được ánh xạ định danh truyền thông của mình, trạm đó sẽ trả lời với gói tin hỏi vòng PSP và giữ trạng thái thức để nhận dữ liệu. Sau khi trạm truy cập cơ sở sẽ truyền gói dữ liệu cho mình, trạm này gửi biên nhận hoặc dữ liệu nếu có. Sau đó, trạm này chuyển sang trạng thái ngủ.
Với mạng Ad-hoc, vấn đề quản lý năng lượng khó khăn và phức tạp hơn rất nhiều vì không có trạm truy cập cơ sở trung tâm để lưu lại gói tin cần gửi đến trạm trong IBSS. Do vậy, mỗi trạm đều phải lưu lại dữ liệu mình muốn gửi và gửi định danh của trạm cần gửi dữ liệu đến các trạm xung quanh trong giai đoạn nó đang ở
trạng thái “làm việc” nhờ sử dụng ánh xạ biểu thị truyền thông ATIM. Giai đoạn này được gọi là một cửa sổ ATIM.
Hình 2.31: Quản lý năng lượng trong mạng ad-hoc
Hình trên mô tả một mô hình mạng Ad hoc đơn giản gồm 2 trạm. Khoảng thời gian tin nhắn beacon được xác định bởi chức năng phân tán khi một trạm nào đó trong mạng gửi một tin nhắn beacon. Để đảm bảo sự đồng bộ hóa, mỗi nút trong mạng đều thức dậy vào cùng một thời điểm và thức đến hết khoảng ATIM. Một trạm khi nhận được gói tin ATIM, nó sẽ xác định xem nó có dữ liệu gửi đến mình hay không. Nếu không có, nó sẽ chuyển sang trạng thái “ngủ” và đợi đến khoảng ATIM tiếp theo. Ngược lại, nếu nó có dữ liệu được gửi đến, nó sẽ gửi gói tin biên nhận ACK ATIM và giữ trạng thái thức để thực hiện phiên truyền thông dữ liệu. Bên gửi nhận được gói tin biên nhận ACK ATIM sẽ lập tức gửi tiếp gói tin dữ liệu. Sau khi đã nhận được đầy đủ dữ liệu, trạm nhận sẽ gửi lại gói tin biên nhận cho dữ liệu nhận được và giữ trạng thái thức cho đến khoảng ATIM tiếp theo.
Mô hình mạng ad hoc sẽ kém hiệu quả nếu có nhiều trạm trong mạng sử dụng chế độ tiết kiệm năng lượng(có nhiều nút mạng trong trạng thái "ngủ"). Khi có nhiều trạm đồng thời muốn truyền tin nhắn ATIM trong cửa sổ ATIM, xung đột sẽ xảy ra và việc truyền thông sẽ bị trì hoãn lại. Do vậy, cần có một cơ chế bầu cử để chỉ có một trạm phát gói tin ATIM trong một cửa sổ ATIM.