本文將介紹802.11協議下的四種節能模式，分別是PSM、APSD，PSMP以及SMPS。ASPD是基于802.11e進行設計的，在APSD中，先分節點，再分上下行的傳輸模式，U-APSD只可以在EDCA的模式下進行使用。

在802.11主要的版本中，總共定義了四種節能模式，除了最基本的PSM模式，以及其工作方式上的一些細節。由于PSM是在最初的802.11協議下進行的設計，其用了較為保守設計，以確保最穩定的運行需求。在后來的802.11幾個新版本中，為了改善節能模式的性能，所以還出現了一些其他的節能模式。本文主要介紹了其中主要的三個節能模式：APSD，PSMP以及SMPS。

APSD（Automatic Power Save Delivery）

ASPD模式是對PSM模式的一個直接改進。PSM模式的其最大的缺點在于請求數據時采用的“乒乓”機制。即一個polling幀請求，一個數據幀反饋，這樣一個來回交替的過程。該設計在數據緩存較多的情況下，會造成過多的polling幀出現，降低實際網絡傳輸效率。從而ASPD就需要對此加以改進。

APSD（Automatic Power Save Delivery）：ASPD是基于802.11e進行設計的。在802.11e中設置一個服務時間的概念，即Service Period（SP）。我們可以簡單的理解成，若節點占據信道后，其制定一段服務時間，并且在該段時間內，該節點可以傳輸多個幀，換言之就是一次競爭多次傳輸。在ASPD中，還分為S-APSD與U-APSD兩種具體的工作模式。（PS：本文對Service Period以及EDCA的具體工作機制不會加以展開，其內容后期會放在對802.11e的整理中）

我們利用下圖，首先描述一下APSD的基本思想：

在上圖中，我們假設有一個QOS-AP，有一個QOS-STA（PS：由于ASPD是基于802.11e的，所以QOS-AP與QOS-STA都是支持802.11e的設備）。假設是由QOS-STA發起一個傳輸過程，即首先會發送一個“Trigger Frame”幀，這個幀有可能是QoS data或者QoS Null幀，通過該幀，節點申請到一個服務時間，即Service Period Start（PS：該服務時間可以理解成802.11e中的TXOP時間，而不是一般意義上網絡模型中所用的服務時間，在服務時間內，可以傳遞多個網絡幀），然后QOS-AP會反饋一個ACK和一個QOS-Data幀。接下來在服務時間范圍內，QOS-STA會持續和QOS-AP進行數據交換。當QOS-AP的緩存全被發送完之后，會在最后一個QOS-Data幀中的QOS控制字段，標注EOSP（End Of Service Period），從而結束一個服務時間，即Service Period End。對比我們在初探節能模式中所提到的PS-Poll，這種“乒乓”的模式而言，前者一個請求一個反饋，而APSD中，一次請求就可以交換多個幀。下面我們說明S-APSD以及U-APSD。

S-APSD（Scheduled APSD）：基于調度的APSD，S-APSD可以在EDCA（DCF的擴展）和HCCA（PCF的擴展）這兩種工作模式下都可以使用，從筆者的個人觀點而言，S-APSD更像是前面我們提到的PSM-PCF模式下的擴展。由于S-APSD的具體工作機制不太好抓包做確認，所以只能夠通過對協議的字面含義進行理解，如有錯誤，還請見諒。

如上圖所示，是S-APSD的一個工作模式。在S-APSD中，SP（Service Period）是預先調度的，在調度時間將要到來之時，QOS-AP會發送一個triger frame，同時QOS-STA也會提前醒來接受該幀，從而開啟一個服務時間。該服務時間是通過管理幀中的Schedule Element字段進行調度的，所以節點可以提前知道什么時候應該醒來。在上圖中，QOS-AP發送的triger就是PS-Poll，然后就開始和QOS-STA交換數據，即STA向AP反饋數據之后，AP再向STA反饋數據，這樣交替切換，直到SP時間結束。

在這里，QOS-AP和QOS-STA交換數據還是上下行按序切換的，即這里還是有一些類似“乒乓”機制，在后面我們提到的PSMP實際上對這一點會再次加以改進。

U-APSD（Unscheduled APSD）：基于非調度的APSD，U-APSD只可以在EDCA的模式下進行使用，U-ASPD更像之前提到的PSM-DCF模式的擴展。

如上圖，是U-APSD的工作時序。在該模式中，QOS-STA會首先發送一個triger幀（即QOS-Null）給AP，AP收到該幀的時候，就意味著一段服務時間的起始，接著AP和節點會相繼交換數據。（PS：至于在服務時間內，上下行數據交替發送過程中是否還會有bakcoff，筆者目前所讀的資料是沒有的，不過對于協議中的原文描述，筆者還沒有確定）

實際上在一個SP時間內的工作機制，S-APSD和U-APSD是基本機制的，區別主要在于S-APSD的SP時間是實現調度好的，比如前面該時間就是利用beacon幀中實現調度，而在U-APSD是節點發起的，即該調度時間任意時刻都有可能發起，同時還可以主要到，一般S-APSD都是AP進行發起，而U-APSD是節點進行發起較多，不過這點也不是絕對而已。

PSMP（Power-Save Multi-Poll）

實際上從802.11e中引入TXOP，Block ACK，802.11n中引入的RIFS，幀聚合，802.11ac中引入MU-MIMO（PS：協議中僅僅是AP下行可以使用MU-MIMO，上行未包含），這些技術都會導致AP的突發（burst）下行傳輸的效率相比上行接入效率要高。

所以從節能模式的角度而言，在APSD中，先分節點，再分上下行的傳輸模式，就沒有先分上下行，再分節點的傳輸效率高，那么后者就是PSMP設計的基本想法。

PSMP（Power-Save Multi-Poll）：在802.11n中新增的模式，可以理解是引入了更嚴格的調度機制，其首先利用一個PSMP幀來調度整個節能模式的傳輸周期，將其分成PSMP下行傳輸時段，PSMP-DTT（PSMP Downlink Transmission Time）和PSMP上行傳輸時段，PSMP-UTT（PSMP Uplink Transmission Time）。在PSMP-DTT過程中，AP進行突發傳輸，其中幀間間隔可能會更小，比如RIFS。RIFS的時間會比SIFS會更小，SIFS時間是包含了一個發送狀態到接受狀態的切換時間，而RIFS僅僅是兩次發送狀態之間的切換時間。在該過程中，節點可以不采用CCA，直接在被調度的具體時間內醒來，并接受數據，從而可以獲得更多的休眠時間，從而節能。在PSMP-UTT時間內，節點僅僅會在被調度的周期內醒來，并反饋上行數據幀，從而也減少了較多的監聽過程，節約了能量。在PSMP中，若AP的下行傳輸中存在廣播/組播包，那么會在PSMP-DTT時間內，第一個數據幀進行發送，這點實際上和之前的PSM模式傳輸組播或者廣播幀是一樣的。

如下圖表述了一個PSMP的時序調度（參考《Cambridge.Next Generation Wireless LANs.802.11n》）

那么AP首先發送一個PSMP幀，該幀中包含了后續時間內，下行鏈路和上行鏈路具體的調度安排。然后開始進入PSMP-DTT時間，第一個是發送本地緩存的組播/廣播幀（即PSMP-DTT1時刻內），然后按序發送節點所對應的緩存單播幀，這里PSMP-DTT時間內，幀間間隔可以采用RIFS，以達到更高的效率。對于ACK的部分，由于筆者沒有做詳細考證，所以沒有加以描述。當PSMP-DTT時間結束后，節點會依次在自己對應的上行調度周期內，發送數據幀，如STA1就在PSMP-UTT1中發送上行數據。當PSMP-UTT時間結束后，這一輪PSMP的數據交換就完成了。

PS：一些PSMP的細節在《Cambridge.Next Generation Wireless LANs.802.11n》一書第9章中，所述較為詳細，有興趣可以擴展閱讀。

SMPS（Spatial Multiplexing Power Save）

最后，我們描述一下在802.11n中所敘述的SMPS模式，即多天線模式下的節能模式。在該模式下，節點可以選擇關于多余的天線，從而達到節能目的。但在實際過程中，節點是不好貿然關閉自己的天線的，因為其無法確定AP是按照多空間流的形式，還是按照單空間流的形式向其發送數據。若AP采用多流發送下行數據，而節點僅僅是單根天線的工作模式，那么是無法正確接收的（這里與發送分集不同，若發送分集也是需要AP按照分集模式進行發送，而不是空分復用的形式發送，其預編碼的策略不同）。所以節點要與AP有關關閉天線該動作，進行適當的溝通，那么該機制就對應到SMPS的使用。

SMPS（Spatial Multiplexing Power Save）：該模式下，節點會關閉多余的天線，僅僅使用一根天線進行工作，從而達到節能的目的。在SMPS中還分為兩種模式，一者靜態工作模式（Static SM Power Save），一者動態工作模式（Dynamic SM Power Save）。

上圖表示的是一個靜態工作模式下的SMPS，其中我們可以看到，節點說先需要發送一個action frame，將AP切換為單流發送下行幀，以讓節點節約一些能量。若需要恢復回多流工作模式，則需要反饋一個action frame，其中顯式注明static mode disabled，從而AP接下來發送的幀才會是多流模式。

上圖是動態工作模式下的SMPS，其中當STA發送一個動態模式的action frame后，AP緊接著反饋的下行幀中就會采用單流模式（圖中的下行幀是RTS，實際上也可以是數據幀）。當該幀反饋后，AP發送下一個幀的時候，則會回到默認發送的多流模式，主動從單流模式切換回來，而在靜態模式中，這個切換需要一個顯示的action frame，故這里就是靜態和動態SMPS的一個區別。