Mobile WIMAX省電模式概述

　　閑置模式

　　睡眠模式大致上已解決了用戶裝置的耗電問(wèn)題，但當(dāng)客戶端在大范圍區(qū)域移動(dòng)，因換手次數(shù)增加而產(chǎn)生大量耗電的狀況亦隨之而來(lái)，此時(shí)睡眠模式便不適用。其原因在于換手后尚須執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)重登入(Network Re-entry)，并回復(fù)或重建聯(lián)機(jī)，完成這些步驟既耗時(shí)又耗電。在閑置模式下，假使客戶端并沒有封包需要收送，則客戶端即便已跨越基站也只需告知后端網(wǎng)絡(luò)其大略位置，并不用去執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)重登入。因此具高移動(dòng)性的客戶端若采用閑置模式，將取得比睡眠模式更好的省電效益。

　　 WiMAX移動(dòng)管理

　　欲實(shí)現(xiàn)閑置模式，WiMAX導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)分層管理機(jī)制。分層即是把WiMAX網(wǎng)絡(luò)范圍劃分成管理區(qū)域，并將區(qū)域內(nèi)的基站集合起來(lái)成一群組，稱為傳呼群(Paging Group)，如圖2所示。因?yàn)楦鱾骱羧嚎赡軙?huì)有部份區(qū)域重迭，一個(gè)基站可能同時(shí)是數(shù)個(gè)傳呼群的成員。一個(gè)傳呼群會(huì)有傳呼主控臺(tái)(Paging Controller)擔(dān)任客戶端位置信息的維護(hù)工作，此角色可直接由傳呼群里的某一基站兼任，或由后端網(wǎng)絡(luò)另一主機(jī)專任。

　　除了傳呼群架構(gòu)，在移動(dòng)管理方面另有遠(yuǎn)程傳呼(Paging)與位置更新(Location Update)的支持，其功能與運(yùn)作分述如下：

　　(1) 遠(yuǎn)程傳呼

　　在傳呼群架構(gòu)下，后端網(wǎng)絡(luò)只知道客戶端所在的傳呼群，卻不知客戶端現(xiàn)在是連到哪一個(gè)基站。為此，閑置模式提供傳呼讓后端網(wǎng)絡(luò)可以追查客戶端的位置。傳呼的動(dòng)作是由傳呼主控臺(tái)發(fā)起，在固定的時(shí)間里透過(guò)所屬的基站廣播傳呼信息(Paging Advertisement)，客戶端收到后必須依信息內(nèi)容執(zhí)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

　　(2) 位置更新

　　在閑置模式下，客戶端只能透過(guò)位置更新程序與傳呼主控臺(tái)溝通。若客戶端從基站取得的傳呼群識(shí)別碼(PG Identifier)已發(fā)生改變，應(yīng)執(zhí)行位置更新，把將客戶端的位置信息轉(zhuǎn)送到后端網(wǎng)絡(luò)。其次，由于客戶端原始聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)被暫置在傳呼主控臺(tái)內(nèi)保存，在保存效期結(jié)束前，客戶端可透過(guò)位置更新來(lái)表達(dá)延長(zhǎng)維護(hù)效期的意愿。另外，客戶端若確定裝置要關(guān)機(jī)，應(yīng)執(zhí)行位置更新，讓傳呼主控臺(tái)提前清除聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)。最后，若傳呼主控臺(tái)太久未傳呼某客戶端，則客戶端必須執(zhí)行位置更新來(lái)確認(rèn)自身的存在性。

　　位置更新的程序分成有擔(dān)保(Secure)與無(wú)擔(dān)保(Unsecure)兩類，差別只在初始測(cè)距(Initial Ranging)信息是否受到安全保護(hù)。若基站能夠從認(rèn)證端(Authenticator)取得有效的金鑰資料，并以之驗(yàn)證信息內(nèi)容無(wú)誤后，則完成初始測(cè)距后便可返回閑置模式。但若金鑰數(shù)據(jù)已失效或是驗(yàn)證信息失敗，則基站會(huì)要求客戶端執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)重登入，迫使客戶端提前離開閑置模式。

　　使用傳呼群架構(gòu)，就會(huì)有遠(yuǎn)程傳呼與位置更新的使用成本。后端網(wǎng)絡(luò)在決定傳呼群的涵蓋區(qū)域時(shí)，應(yīng)該要衡量客戶端的省電效益與此使用成本。理論上客戶端只要在一個(gè)傳呼群區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，就不需要更新位置信息。雖然較大的傳呼群區(qū)域可減少位置更新的執(zhí)行次數(shù)，但若后端網(wǎng)絡(luò)要求執(zhí)行傳呼來(lái)追查客戶端，其產(chǎn)生大量的廣播信息會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，也浪費(fèi)頻寬資源。反之若傳呼群區(qū)域設(shè)定太小，則位置更新勢(shì)必經(jīng)常發(fā)生而讓客戶端的電量持續(xù)消耗。

　　閑置模式使用

　　客戶端或后端網(wǎng)絡(luò)均可透過(guò)注冊(cè)撤銷程序(Deregistration)來(lái)啟動(dòng)閑置模式?；緦⑨尫拍壳笆褂玫穆?lián)機(jī)數(shù)據(jù)，不再提供服務(wù)給此客戶端。在啟動(dòng)同時(shí)，客戶端會(huì)告知原始聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)是否要暫存于傳呼主控臺(tái)內(nèi)，以及聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)的保存效期。只要客戶端在保存效期結(jié)束前完成了網(wǎng)絡(luò)重登入程序，則原先建立的聯(lián)機(jī)即可被復(fù)原。

　　在閑置模式下，大部分時(shí)間皆屬不可用時(shí)段?？蛻舳丝呻S時(shí)關(guān)掉裝置電源，但仍須偶爾醒來(lái)掃描周圍的基站?？蛻舳藭?huì)以當(dāng)時(shí)通信狀況最佳者作為偏好基站(Preferred BS)，負(fù)責(zé)客戶端與后端網(wǎng)絡(luò)之間的訊息轉(zhuǎn)送工作。若當(dāng)時(shí)選用偏好基站屬于另一個(gè)傳呼群，則客戶端必須要接著執(zhí)行位置更新。

　　客戶端可從傳呼信息里得到偏好基站的定期傳呼時(shí)段(BS Paging Interval)，只要到了預(yù)定的傳呼時(shí)段，客戶端即應(yīng)醒來(lái)聆聽傳呼信息。目前基站需要廣播傳呼信息的原因，可能是傳呼主控臺(tái)要求客戶端回報(bào)最新位置信息，此時(shí)客戶端將被指示執(zhí)行位置更新;若后端網(wǎng)絡(luò)已有封包欲下傳至客戶端，則客戶端將被指示執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)重登入。對(duì)客戶端而言，若有封包需要收送或是原始聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)效期已過(guò)，則客戶端在任何時(shí)刻只要執(zhí)行了網(wǎng)絡(luò)重登入，便算是要離開閑置模式。圖3為閑置模式的使用案例：客戶端進(jìn)入閑置模式后，前后共選用了3個(gè)偏好基站，且執(zhí)行了一次位置更新;在最后一個(gè)傳呼時(shí)段里，客戶端收到網(wǎng)絡(luò)重登入指示后便結(jié)束了閑置模式操作。

　　結(jié)語(yǔ)

　　當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)因應(yīng)移動(dòng)性需求，多有制定省電模式，而WiMAX省電模式更有睡眠模式與閑置模式可供選擇。兩者存在的差異如下：睡眠模式多數(shù)由客戶端發(fā)起，并決定各時(shí)段長(zhǎng)度及啟用時(shí)機(jī)。在睡眠模式時(shí)，除了需隨時(shí)維護(hù)聯(lián)機(jī)的封包傳輸正常外，該執(zhí)行的定期測(cè)距與換手程序都不能省略。雖然睡眠模式實(shí)際可省電的時(shí)間較為片段，但卻能適時(shí)調(diào)整以兼顧各聯(lián)機(jī)的傳輸服務(wù)質(zhì)量。而閑置模式雖可由客戶端發(fā)起，但實(shí)際多由后端網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)。在閑置模式下，兩端不再維護(hù)聯(lián)機(jī)，原始聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)則由傳呼群暫時(shí)保管，客戶端平時(shí)僅更新位置信息。但若有封包必須傳送時(shí)，一定得執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)重登入，且若原先聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)已被清除，則聯(lián)機(jī)還必須重新建立，因此數(shù)據(jù)傳遞延遲時(shí)間勢(shì)必拉長(zhǎng)，傳輸服務(wù)質(zhì)量恐不易達(dá)成。另外，閑置模式在使用上需要后端網(wǎng)絡(luò)支持，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正由WiMAX ForumTM規(guī)劃制定中[3]。雖然IEEE 802.16e-2005標(biāo)準(zhǔn)已有制定睡眠模式與閑置模式的操作程序，但使用上應(yīng)該要有一套對(duì)應(yīng)的算法來(lái)評(píng)估推算兩者使用的時(shí)機(jī)與封包的排程，以期在不影響傳輸效能的情況下仍可得到最佳的省電效益。