一種3G-wifi 路由器低功耗的設計探究

（南京鐘山職業技術學院,210049）

一種3G-wifi 路由器低功耗的設計探究

徐 赟

（南京鐘山職業技術學院,210049）

嵌入式系統在3G-wifi 路由器的設計中，往往因為硬件和軟件的問題，從而導致其在運行的時候出現性能瓶頸，如在idle狀態下，其傳輸所耗費的能量急劇增加。基于此，本文提出通過動態的調整硬件資源、設備天線的方式，來達到減少路由器耗能。

3G-WiFi；無線路由器；MIMO控制

嵌入式系統以其低成本、低功耗、高效率等特點，而被廣泛的應用在電子通訊、制造等領域。而3G-WiFi作為最近新興的技術，正在受到廣泛的追捧和歡迎。因此，如何提高3G-WiFi的電池用電消耗時間成為當前研究的重點。本文以micro2440硬件+linux系統作為研究對象，首先借助仿真軟件對其進行能耗測試，從而得出具體的能量消耗，在這個基礎上，采用不同的策略，對其應用進行細分，從而降低其功耗。

1 現階段采用的無線局域網標準

為進一步提高無線網絡的速度和傳輸的質量，在802.11n標準中采用了常用了最新的技術，如智能天線技術、A-MPDU、MIMO及OFDM技術，從而使得無線網絡傳輸的速度提升到600Mbps。

智能天線技術的原理是利用一種可編程的電子相位來確定方向信息，并由此計算出基站與移動終端之間的鏈路之間的方向特性。在無線智能在獲取其相應的具體的信號之后，則通過產生定向的空間束波，從而使得其中的主波束可對準信號，以此更好的防止信號出現干擾。

OFDM技術，是多載波調制技術當中的一種，其特質是利用其中的無線通信中的子信道，從而實現其上下行的非對稱性的傳輸，而該技術最大的特點是從物理層方面保證無線網絡傳輸的穩定性。

MIMO技術，該技術可在不需要額外功率的情況下，提高相關數據的吞吐量，從而提高數據傳輸的效率，并可有效的提高網絡信號覆蓋的范圍。在現階段所使用的其無線網絡信號覆蓋，則就是通過該技術而實現的。

2 基于micro2440的3G-WiFi仿真功耗測試

我們選擇常用的嵌入式中央控制器micro2440作為核心，并通過pandaboard搭建的仿真平臺對其進行能耗測試，通過測試，我們可以得出其基底的能量消耗大致在66%，WiFi模塊在驅動進行時候，其消耗的能量占整體的的20%。具體如表1所示：

通過上述的能量仿真測試，我們可以看出，該路由器能耗的基底的具體耗費值大致在66%,而該能量作為大概的值，不能對其進行改變。但是WIFI在idle的狀態下其消耗的能量則在20%，在實際傳輸中消耗的能量則非常小。3G模塊在idle下，其能量的消耗則都小于WIFI模塊。該系統的能耗消耗比較多的時候，則是WiFi在idle狀態下，因此，本文研究的重點則是如何降低其在該種狀態下所消耗的能耗。

3 低功耗策略的設計

3.1 低功耗設計的提出

針對上述的問題，在結合多平臺電子通訊實際的情況下，我們采用根據其硬件系統自身的使用狀態，設置相應的調節策略，從而可對其進行動態調節，同時調節其使用的無線天線數目的方式，來調節其中的應用程序的能耗，從而降低整體系統的能耗，延長路由器電池續航的時間。

3.2 低功耗具體的設計

對該系統低功耗的設計，我們采用不同功能分區的模塊，對該系統進行劃分。而按照其不同的用途，我們將該模塊分為應用程序的模塊、判決模塊、策略控制模塊、MIMO控制模塊、硬件控制模塊。

而其中的應用程序模塊其主要是指路由器設備當中正在被使用的各類不同的應用，如其中的視頻流、web瀏覽等；

判決模塊的功能主要是對當前所使用的設備的網絡情況進行監測，并對網絡流量的變化進行監測，以此根據不同的瀏覽對下層使用不同的控制策略；

策略控制模塊其主要的功能是根據上一步的判決結果來制定不同的控制的策略，并根據其不同的用戶喜好對其進行制定；

MIMO控制模塊則為系統的底層對其中的MIMO的多天線選擇控制，使用的技術較復雜,目前各大公司都有自己對MIMO天線控制的技術專利,可以選擇性的參考;

硬件控制模塊為底原硬件的控制模塊,由上層的控制機制決定最終使用的選擇天線將二進制數據流發送出去。

因此，通過上述的分類，我們盡量采用以下的方案，從而提高路由器續航時間，減少其用電量。

第一則是當我們在采用FTP進行高速的下載的時候，我們利用WIFI端MIMO技術的速度的優勢，在其中使用多根不同的天線，從而形成包含多個空間的數據流，以此全速轉發；

第二則是在使用視頻流觀看不同類別的視頻的時候，根據現有的視頻的速率動態的去調整其中的天線的根數，即在高速的時候，使用多根不同的天線，而在低速的時候，則減少其中的天線的數量；

第三則是當用戶在進行網頁瀏覽的時候，則將其使用的天線保留在1到2根，從而可減少路由器的功耗，并且只需要滿足其正常的使用即可；

表1 micro2440的3G-WiFi仿真功耗測試結果統計

第四則為根據用戶的習慣，進行個性化天線的制定；

最后則是根據上述的策略，進行不同的軟件編程，以此根據上述的策略進行不同天線的選擇，硬件系統同時負責將相關的二進制數據進行接收和發送。

3.3 網卡驅動源分析

當在對上述的低功耗進行重新的設定之后，其源程序與現有的需求不一致。因此，必須對其進行網卡驅動，并對源驅動程序進行一定的修改。而所謂的3G網卡驅動，是指在USB驅動驅動之上的一個驅動模塊。3G數據庫對應相應的設備，并通過具體的型號實現對其USB內核中的不同驅動程序的驅動。

通過上述的3G網卡驅動的同時，必須對其源代碼進行修改，以此使得其中的源代碼做出修改。網卡驅動的流程一般包括初始化——打開驅動模塊——數據的發送等。其中所謂的初始化，主要包括對usb設備的初始化以及注冊相應的驅動程序。在對其進行初始化期間，驅動程序將usb設備當中的接口嬉戲掛載到相應的系統總線上，并喚醒其中的usb設備，讀出包括MAC地址,配置地址空間的信息，以此給驅動程序使用，并將其進行存儲。注冊驅動則是利用register_netdevO函數。在這之前，其中的數據結構已經做了一部分的填充，這樣可保證驅動程序與上層形成一定的聯系，從而使得上層可直接調用該函數，即可完成對數據的發送和接收。

4 結束語

本課題通過對現有的路由器進行功耗測試分析，從而提出降低功耗的設計，并通過修改源驅動程序的方式來實現對程序的修改，以此提高路由器的使用的時間。

[1] 羅苑棠；嵌入式Linux驅動程序和系統 發實例精講.電子工業出版社.2009年1月第一版

[2] 劉乃安.無線局域網:WLAN原理技術與應用.西安電子科技大學.2011年

Design Study of a 3G-wifi router low power consumption

Xu Yun
(Nanjing Zhongshan Vocational and Technical College,210049)

Embedded Systems in 3G-wifi router design,often because of hardware and software problems, leading to its performance bottlenecks at run time,as in the idle state,a sharp increase in the transmission of energy consuming.Based on this,this paper presents the hardware resources by dynamically adjusting device antenna way to achieve energy reducing router.

3G-WiFi;wireless router;MIMO control