一种3G-wifi 路由器低功耗的设计探究

（南京钟山职业技术学院,210049）

一种3G-wifi 路由器低功耗的设计探究

徐 赟

（南京钟山职业技术学院,210049）

嵌入式系统在3G-wifi 路由器的设计中，往往因为硬件和软件的问题，从而导致其在运行的时候出现性能瓶颈，如在idle状态下，其传输所耗费的能量急剧增加。基于此，本文提出通过动态的调整硬件资源、设备天线的方式，来达到减少路由器耗能。

3G-WiFi；无线路由器；MIMO控制

嵌入式系统以其低成本、低功耗、高效率等特点，而被广泛的应用在电子通讯、制造等领域。而3G-WiFi作为最近新兴的技术，正在受到广泛的追捧和欢迎。因此，如何提高3G-WiFi的电池用电消耗时间成为当前研究的重点。本文以micro2440硬件+linux系统作为研究对象，首先借助仿真软件对其进行能耗测试，从而得出具体的能量消耗，在这个基础上，采用不同的策略，对其应用进行细分，从而降低其功耗。

1 现阶段采用的无线局域网标准

为进一步提高无线网络的速度和传输的质量，在802.11n标准中采用了常用了最新的技术，如智能天线技术、A-MPDU、MIMO及OFDM技术，从而使得无线网络传输的速度提升到600Mbps。

智能天线技术的原理是利用一种可编程的电子相位来确定方向信息，并由此计算出基站与移动终端之间的链路之间的方向特性。在无线智能在获取其相应的具体的信号之后，则通过产生定向的空间束波，从而使得其中的主波束可对准信号，以此更好的防止信号出现干扰。

OFDM技术，是多载波调制技术当中的一种，其特质是利用其中的无线通信中的子信道，从而实现其上下行的非对称性的传输，而该技术最大的特点是从物理层方面保证无线网络传输的稳定性。

MIMO技术，该技术可在不需要额外功率的情况下，提高相关数据的吞吐量，从而提高数据传输的效率，并可有效的提高网络信号覆盖的范围。在现阶段所使用的其无线网络信号覆盖，则就是通过该技术而实现的。

2 基于micro2440的3G-WiFi仿真功耗测试

我们选择常用的嵌入式中央控制器micro2440作为核心，并通过pandaboard搭建的仿真平台对其进行能耗测试，通过测试，我们可以得出其基底的能量消耗大致在66%，WiFi模块在驱动进行时候，其消耗的能量占整体的的20%。具体如表1所示：

通过上述的能量仿真测试，我们可以看出，该路由器能耗的基底的具体耗费值大致在66%,而该能量作为大概的值，不能对其进行改变。但是WIFI在idle的状态下其消耗的能量则在20%，在实际传输中消耗的能量则非常小。3G模块在idle下，其能量的消耗则都小于WIFI模块。该系统的能耗消耗比较多的时候，则是WiFi在idle状态下，因此，本文研究的重点则是如何降低其在该种状态下所消耗的能耗。

3 低功耗策略的设计

3.1 低功耗设计的提出

针对上述的问题，在结合多平台电子通讯实际的情况下，我们采用根据其硬件系统自身的使用状态，设置相应的调节策略，从而可对其进行动态调节，同时调节其使用的无线天线数目的方式，来调节其中的应用程序的能耗，从而降低整体系统的能耗，延长路由器电池续航的时间。

3.2 低功耗具体的设计

对该系统低功耗的设计，我们采用不同功能分区的模块，对该系统进行划分。而按照其不同的用途，我们将该模块分为应用程序的模块、判决模块、策略控制模块、MIMO控制模块、硬件控制模块。

而其中的应用程序模块其主要是指路由器设备当中正在被使用的各类不同的应用，如其中的视频流、web浏览等；

判决模块的功能主要是对当前所使用的设备的网络情况进行监测，并对网络流量的变化进行监测，以此根据不同的浏览对下层使用不同的控制策略；

策略控制模块其主要的功能是根据上一步的判决结果来制定不同的控制的策略，并根据其不同的用户喜好对其进行制定；

MIMO控制模块则为系统的底层对其中的MIMO的多天线选择控制，使用的技术较复杂,目前各大公司都有自己对MIMO天线控制的技术专利,可以选择性的参考;

硬件控制模块为底原硬件的控制模块,由上层的控制机制决定最终使用的选择天线将二进制数据流发送出去。

因此，通过上述的分类，我们尽量采用以下的方案，从而提高路由器续航时间，减少其用电量。

第一则是当我们在采用FTP进行高速的下载的时候，我们利用WIFI端MIMO技术的速度的优势，在其中使用多根不同的天线，从而形成包含多个空间的数据流，以此全速转发；

第二则是在使用视频流观看不同类别的视频的时候，根据现有的视频的速率动态的去调整其中的天线的根数，即在高速的时候，使用多根不同的天线，而在低速的时候，则减少其中的天线的数量；

第三则是当用户在进行网页浏览的时候，则将其使用的天线保留在1到2根，从而可减少路由器的功耗，并且只需要满足其正常的使用即可；

表1 micro2440的3G-WiFi仿真功耗测试结果统计

第四则为根据用户的习惯，进行个性化天线的制定；

最后则是根据上述的策略，进行不同的软件编程，以此根据上述的策略进行不同天线的选择，硬件系统同时负责将相关的二进制数据进行接收和发送。

3.3 网卡驱动源分析

当在对上述的低功耗进行重新的设定之后，其源程序与现有的需求不一致。因此，必须对其进行网卡驱动，并对源驱动程序进行一定的修改。而所谓的3G网卡驱动，是指在USB驱动驱动之上的一个驱动模块。3G数据库对应相应的设备，并通过具体的型号实现对其USB内核中的不同驱动程序的驱动。

通过上述的3G网卡驱动的同时，必须对其源代码进行修改，以此使得其中的源代码做出修改。网卡驱动的流程一般包括初始化——打开驱动模块——数据的发送等。其中所谓的初始化，主要包括对usb设备的初始化以及注册相应的驱动程序。在对其进行初始化期间，驱动程序将usb设备当中的接口嬉戏挂载到相应的系统总线上，并唤醒其中的usb设备，读出包括MAC地址,配置地址空间的信息，以此给驱动程序使用，并将其进行存储。注册驱动则是利用register_netdevO函数。在这之前，其中的数据结构已经做了一部分的填充，这样可保证驱动程序与上层形成一定的联系，从而使得上层可直接调用该函数，即可完成对数据的发送和接收。

4 结束语

本课题通过对现有的路由器进行功耗测试分析，从而提出降低功耗的设计，并通过修改源驱动程序的方式来实现对程序的修改，以此提高路由器的使用的时间。

[1] 罗苑棠；嵌入式Linux驱动程序和系统 发实例精讲.电子工业出版社.2009年1月第一版

[2] 刘乃安.无线局域网:WLAN原理技术与应用.西安电子科技大学.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