PSM机制（Power Save Mode）

U-APSD机制（Unscheduled Automatic Power-Save Delivery ）

序言

在很早之前我们介绍过了传统的802.11的节能模式，以及其扩展的APSD，PSMP，SMPS（可以参考：802.11协议精读10：节能模式（PSM），802.11协议精读11：节能模式（APSD，PSMP，SMPS）。），当时在理解APSD的工作模式时，仅仅说明了其工作的方法，从理念上理解较浅，以及为什么这个工作模式会在802.11e中被定义，其和QoS的有什么关系，这些问题都一直困扰笔者。笔者最近在阅读《Aruba 802.11ax White Paper》时，发现对这个问题有很好的解释，所以这里总结一下。

Remark：由于APSD分成S-APSD和U-APSD机制，本文以U-APSD作为代表，重新说明下，S-APSD类似于PCF这样的调度形式的机制，基本目的和U-APSD相同，只是一个是基于AP下行调度（即S-APSD），一个是基于节点上行触发（即U-APSD），有兴趣可以参考之前的精读11的文章。

PSM机制（Power Save Mode）

自从802.11b的设备问世以来，节能模式就已经被真实的802.11设备所采用了。在最初的802.11中，节能模式（PSM）的工作模式较为简单。当时PSM分别对应DCF和PCF有不同的工作模式，虽然大体上是类似的，但是细节上有一些差异。PSM的基本工作思想大致如下：每一个终端可以在一个或者多个beacon周期间（beacon周期又称TBTT）进行休眠，该周期是一开始终端和AP关联时就商量好的。这是一个确定的休眠周期。AP每一回合都会通过beacon传输DTIM信息（Delivery Traffic Information Map），通过DTIM中的bitmap，每一个节点都知道是不是有下行数据需要进行接收。若本周期节点正好苏醒，并且通过DTIM获知本轮有数据待接收，或者本地有数据待传递给AP，那么其本周期保持苏醒，并触发并向AP接收或者反馈数据。反之，那么本周期终端短暂苏醒后，就可以继续进入睡眠状态，从而节能。

我们结合上图，举例说明下PSM-DCF的工作机制。图中一共标识了终端工作的三种模式，其中蓝绿色代表其工作在睡眠模式（sleep mode），灰色代表接收模式（listen or receive mode），蓝色代表发送模式（transmit mode）。终端一开始是工作在睡眠模式下，当其睡眠周期到达时，其会提前苏醒，并接收AP发送的Beacon帧，进一步解析Beacon帧中的DTIM字段，看本轮中AP有没有缓存其对应的下行数据。若本轮有数据待接收，那么终端会保持苏醒，并执行信道竞争。当竞争胜利后，其会发送一个请求帧（实际上是Poll帧，图中标识为Trigger）向AP请求下行数据。AP接收到后，反馈下行数据给终端。当终端成功接收到下行数据后，其反馈ACK，此时若终端本身也有上行数据的话，那么也会一次反馈（如图上所示）。当这一次上下行传输后，节点进入睡眠状态。我们需要注意，在该beacon周期内，仅仅存在一次特定终端的上下行数据帧交换。在下一轮beacon周期内，由于DTIM中没有指示终端有数据，那么就保持睡眠状态。直到第三个beacon周期，那么终端才进行苏醒，并和AP执行一次上下行的数据帧交换。

PSM模式是一种有效的节能模式，但是其仅仅允许终端在多个Beacon帧周期间进行休眠，终端通常需要唤醒多次才可以成功收发数据，这点在于一些QoS所需的业务流量上，会有比较大的延迟开销。因此在后续的802.11e协议上，就需要对这一点进行改进。

U-APSD机制（Unscheduled Automatic Power-Save Delivery ）

IEEE 802.11e是针对传统802.11没有提供QoS的问题上，做的一个改良。在802.11e中引入了多种流量类型，尤其是明确了对voice-over-WiFi，即语音流量的支持。通常语音流量的间隔大约为20ms左右，而标准的PSM工作周期是基于beacon周期的，该周期一般为100ms左右，因此标准的PSM是无法用于语音流量的，从而在802.11e中为了改善这一点，提出了一种新的节能方式APSD（Automatic Power-Save Delivery），APSD包含S-APSD（Scheduled Automatic Power-Save Delivery）和U-APSD（Unscheduled Automatic Power-Save Delivery）两种具体机制。

我们这里理解下U-APSD的工作机制。其实简单来说，PSM关注的是beacon周期间的节点节能，终端在一个beacon周期内，要不是睡眠，要不是苏醒。U-APSD关注的是在一个beacon周内的间隔睡眠问题，即在一个beacon周期内，终端会不断切换睡眠和工作的状态，从而达到节能的目的。和传统的PSM一样，AP会为终端缓存下行的数据流量，当终端间隔苏醒后，会主动向AP发起请求，尤其是像语音这种对称流量的场景，终端可以在beacon周期内不断的触发发送和接收语音数据帧。

如上图所示，终端仍然有三种工作模式，睡眠（sleep mode），接收（listen or receive mode）和传输（transmit mode）。在一个beacon周期内，终端首先休眠很短的间隔（此时由于没有数据帧），当上层语音数据帧到达时，节点苏醒会进行发送（即触发一次上行发送），AP接收到该数据帧后，进行下行的语音流反馈。当一次语音帧交换后，终端进入睡眠状态，当然这个睡眠状态很短。当新的一个上层语音帧到达后，节点又会在本beacon周期内，立刻苏醒，然后进行发送，并获取一个AP传输的下行语音帧，如此类推。

U-APSD能够有效在一个beacon周期内进行节能，对于具有QoS需求的流量而言，这种节能方式更适合一些。S-APSD的工作方式类似于U-APSD，主要区别在于是下行先触发（即AP先发送Data），还是上行先触发的（即终端先发送Data），其余大体类似。因此我们能够更好的理解APSD的工作场景和其实际意义。