Wi-Fi interface is one of the predominant energy consumers in Wi-Fi stations. Despite many researches on Wi-Fi energy management, energy wastage of Wi-Fi stations resulting from network contention among mul-tiple access points (APs) has not been widely investigated. The network contention usually occurs in two situa-tions: among an AP’s associated stations and among stations associated with multiple APs. In this paper, we focus on the latter situation. We analyze the network contentions occur among multiple APs, and show that Wi-Fi power save mode performance could be severely affected by network contentions.
In order to overcome the network contention problem, we propose a scheduling policy, Tame, to assign multiple access points into different subclusters, in each of which none of the access points have network contentions and data can be transmitted simultaneously without collision. Access points assigned into different subclusters cannot transmit data at the same time, otherwise those APs will have network contentions and energy of Wi-Fi stations can be wasted. To avoid the data transmission time overlapping, we need to turn off the MORE_DATA flag embedded in the data packets so that the APs can make the Wi-Fi stations go to sleep. Every subcluster is assigned to the same time slot to transmit data to guarantee the network throughput fairness. To further enlarge the throughput, we make use of maximum independent set algorithm and set permutation algorithm to enlarge the number of access points assigned to each subcluster and reschedule the beacon time, thus the overall system’s average throughput is enhanced. Since only during the assigned transmission time will the associated Wi-Fi stations get data and in the other time the stations keep sleeping, the Wi-Fi stations’ energy consumption is reduced dramatically. At the same time, we study the related work Sleepwell and propose Tame strategy. Compared with Sleepwell, Tame improves the throughput. We simulate Tame in Qualnet and conclude that Tame, compared with the related work Sleepwell, enhances the average throughput of Wi-Fi stations by an average of 13% for CBR traffic. Simultaneously, the corresponding Wi-Fi interface energy is consumed more efficiently.
Wi-Fi는 이동 통신 설비 중에서 많은 에너지를 소모하는 부분이다. 비록 Wi-Fi의 전원관리에 관한 연구는 많이 진행되었지만 아직 Wi-Fi의 네트워크경쟁에서 오는 전력소모는 많이 연구되지 않았다. 네트워크경쟁은 여러 개의 Wi-Fi 액세스 포인트 사이에서 오는 네트워크 충돌과 하나의 Wi-Fi 액세스 포인트 내에서 오는 네트워크 충돌로 분류될 수 있는데 본 논문에서는 전자의 충돌을 주로 다루었다. 본 논문은 IEEE 802.11 Wi-Fi의 전원관리모드(Power Save Mode, PSM)의 여러 개의 Wi-Fi 액세스 포인트간의 네트워크 충돌에서의 퍼포먼스를 관찰하였는데 이러한 상황에서 PSM은 전원절약을 하지 못하고 PSM의 성능에도 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
네트워크 충돌 때문에 발생하는 전원유실을 극복하기 위해 본 논문에서는 Tame을 통하여 여러 개여 Wi-Fi 액세스 포인트들을 관리하는 전력배정방안을 제안하였다. 우선 Wi-Fi 액세스 포인트들을 k-coloring을 통하여 서로 다른 부분 집합에 배정하여 하나의 부분집합에 있는 Wi-Fi엑세스 포인트들이 동시에 데이터를 발송하여 네트워크경쟁을 방지하는 것이다. 그리고 서로 다른 부분 집합에 있는 Wi-Fi엑세스 포인트들은 네트워크 경쟁을 방지하게 위해 동시에 데이터를 발송하지 말아야 한다. 또 서로 다른 부분 집합에 있는 Wi-Fi 액세스 포인트들이 데이터를 발송하는 시간이 겹치게 하지 않기 위하여 적시에 데이터 주의 MORE_DATA의 플래그 피트를 꺼버림으로써 Wi-Fi엑세스 포인트들이 Wi-Fi설비를 공제하여 적시적으로 휴면모드에 들어가도록 해야 한다. 부분 집합마다 서로 다른 시간을 배정하여 데이터 발송을 함으로서 네트워크 경쟁을 방지할 수 있는 것이다. 동시에 부분집합들의 배정시간은 throughput의 공정성을 위하여 같아야 한다. 또 throughput를 더 크게 하기 위해서, maximum independent set 알고리즘과 집합배열 알고리즘을 사용하여 하나의 부분집합에 들어갈 수 있는 Wi-Fi엑세스 포인트 수량을 최대화하고 beacon의 발송시간을 합리적으로 재분배 함으로서 시스템의 평균 네트워크 throughput를 최대화하였다. 이런 방법을 통하여 Wi-Fi 설비들은 액세스 포인트의 배정된 시간에만 데이터를 배송하고 다른 시간에는 휴면모드에 있으므로 에너지 소모가 많이 감소될 것이다. 그리고 본 연구에서 Sleepwell과 비교했을 때 Tame은 네트워크의 throughput를 높일 수 있는 장점을 가지고 있었다. 여러 번의 Qualnet 시뮬레이션을 통하여 Tame은 네트워크의 throughput를 높일 수 있을 뿐만 아니라 에너지의 사용효율도 높일 수 있었다.
