TWT节能机制（Target Wake Time）

最新推荐文章于 2024-10-21 15:41:22 发布

爱吃蛋挞的Dolly

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文章标签： WiFi协议

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TWT（TargetWakeTime）是802.11ax标准的一种新节能机制，首次在802.11ah中引入，用于物联网环境。它允许终端和AP预约定时唤醒进行数据交换，减少不必要的功耗。TWT包括IndividualTWT、BroadcastTWT和OpportunisticPS三种工作模式，优化了设备的能源效率，尤其适用于大规模物联网设备和移动设备的场景。

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序言

我们以前介绍过关于802.11协议的节能机制，包含了PSM，APSD，PSMP以及SMPS。在802.11ax中，为了在速率提高的场景下，降低所花费的功耗，协议采用了一种新的节能机制TWT（Target Wake Time）。TWT首先是在802.11ah中被引入的，在802.11ax中又经过一些改良。本文就针对于TWT技术做一个介绍。

本文参考：

TWT节能机制简介（Target Wake Time）

TWT定时唤醒机制（Target Wake Time，TWT）首次出现在802.11ah “Wi-Fi HaLow”标准中，其用于支持大规模物联网环境下的节能工作。随着IEEE 802.11ax标准的发展，TWT的功能获得了进一步的扩展，这使得IEEE 802.11ax标准能够更加优化设备的节能机制，提供更可靠，更节能的传输机制。在802.11ax中，TWT机制在ah的基础上，已经被修改为支持基于触发的上行链路传输，从而扩展了TWT工作的范围。

在TWT中，终端和AP之间建立了一张时间表（该时间表是终端和AP协定的），时间表是由TWT时间周期所组成的。通常终端和AP所协商的TWT时间周期包含一个或者多个beacon周期（总体时间比如几分钟，几小时，甚至高达几天）。当终端和AP所协商的时间周期到达后，终端会醒来，并等待AP发送的触发帧，并进行一次数据交换。当本次传输完成后，返回睡眠状态。每一个终端和AP都会进行独立的协商，每一个终端都具有单独的TWT时间周期。AP也可以将终端们根据设定的TWT时间周期进行分组，一次和多个终端进行连接，从而提高节能效率。

如上图所示，User 1和User 2分别和AP协定了两个TWT时间周期，分别为TW1和TW2。终端User 1和User 2默认就工作在睡眠模式下（sleep mode），保持一个较低的功耗。当TWT时间周期到达时，AP会发送一个触发帧（Trigger）给终端，终端进而苏醒并和AP执行数据交换，当数据交换完成后，终端恢复睡眠模式。TWT和传统PSM模式的差别是，终端只在TWT时间开始的时候苏醒，而在PSM模式中，从该beacon周期开始，终端就会通过该beacon帧中的DTIM信息，观察是否AP是否由缓存自己的数据帧，如果有的话，那么就保持苏醒，直到接收完成后，才恢复到睡眠模式。在上图中，如果是传统的PSM的话，若本轮beacon帧中提示有User 1的信息，那么其不会在TW1时间内睡眠，会保持苏醒，直到数据交换完成后，才恢复睡眠。

TWT的三种工作模式

TWT一共有三种工作模式，分别是：1）Individual TWT，2）Broadcast TWT，3）Opportunistic PS。

Individual TWT：该模式下终端会和AP协商特定的TWT时间，该时间会被存放在AP的时间表中。终端会在特定的时间醒来并和AP进行帧交换。每一个终端仅仅直到自己和AP协商的TWT时间，不需要知道其他终端的TWT时间。Individual TWT还有多种工作模式，比如说显式工作模式。

其大致工作流程如下：

终端想要建立一个TWT连接，其会将自己的节能调度信息告知给AP
AP将会分配TWT周期，并将该周期反馈给终端
终端会在指定的TWT周期时苏醒，并和AP进行数据帧交换
在本轮交换中，会分成显式和隐式两种工作模式
- 显式工作模式
  - 在本次数据帧交换中，AP会显式告诉终端，下一轮的TWT周期
  - 终端会在新的指定的TWT周期时苏醒，并再一次和AP进行数据帧交换
- 隐式工作模式
  - 在本次数据帧交换中，AP不会告诉终端，下一轮的TWT周期
  - 终端会自己计算出下一轮的TWT周期（通过在当前TWT周期上增加一个特定的时间）
  - 终端会在自己计算的TWT周期时苏醒，并再一次和AP进行数据帧交换

如上图所示，终端会在苏醒的时候，首先和AP发起一个TWT建立请求，终端和AP协商一个TWT时间（即图中Negotiate a schedule），当协商完成后，终端就进入睡眠状态。在该图上，AP发送Beacon时，也会包含了公开的TWT信息，在Individual TWT工作模式下，该信息终端时不需要的。终端一直保持睡眠状态，直到TWT时间到达。终端苏醒，并接收AP的触发帧，即TWT Trigger。当终端接收到该触发后，其会和AP进行数据帧交互。于此同时，AP会告知终端下一次的TWT时间（在显式TWT中，睡眠间隔的逐次设定的），终端会在新的TWT时间上，定时苏醒，并执行数据帧交换。TWT的一次苏醒间隔有可能是小于一个beacon周期，也有可能是大于一个beacon周期的，相比于传统的PSM，APSD之类的节能方式，更加具有一般性。

终端和AP可以关于TWT时间周期进行协商，终端可以要求取消TWT参数，或者向AP请求特定的TWT时间。如果AP统一终端的请求，其会反馈“Accept TWT”。还有多种协商的具体参数，可以参考上图，即协议中的Table 10-19a。

Broadcast TWT：广播TWT机制是一种由AP负责管理的工作机制。在该机制下，TWT时间周期是由AP宣告，通常AP会在每一个beacon帧中宣告本轮的TWT时间周期。在一些特殊的情况下，AP也会在其他的管理帧中宣告，比如Association帧，Reassociation帧或者Probe Response帧等等。我们需要注意在Broadcast TWT中，存在加入组和离开组的交互动作，终端需要向AP申请加组才可以执行Broadcast TWT，这个加组交互动作也是通过在终端和AP交换管理帧中，通过携带TWT elements完成的。当终端完成加组后，终端会按照最近接收到的TWT时间周期进行工作，此时这一类型的终端也被叫做“TWT Scheduled STA”，AP被称为“TWT Scheduling AP”。终端在TWT时间周期到达后进行苏醒，AP会发送广播的触发帧，发现哪些终端正在处于苏醒状态（加组后的终端们），并向这些终端发送数据帧，这里由于是广播通信，所以只有AP向节点发送。当AP发送完成后，终端恢复到睡眠状态，直到下一次广播TWT时间到达。通常，这种广播TWT中的时间间隔，我们也称为“TWT SP (Service Period)”。

如上图所示，AP会在Beacon帧中，进行TWT Broadcast时间周期（即TWT SP时间）的宣告。终端们苏醒并接收该Beacon信息。然后在对应的TWT时间到达时，对应的终端们会提前苏醒，接收AP发送的TWT trigger，以及AP发送的下行数据帧，在此过程中，AP也由可能发送新的一次的TWT Broadcast时间周期（即TWT SP时间）。终端接收完成后，进入睡眠状态，并在新的TWT SP时间到达时，再次苏醒，以后以此类推。

Opportunistic PS：机会PS模式和前面两种工作模式是类似的，但是没有AP和节点的协商过程。AP会在每一个Beacon内，公开宣告一个TWT时间。任意终端可以选择在这个公开TWT时间内进行苏醒，并和AP执行数据帧交换。这个交换可以是单个节点的，也可以是采用OFDMA机制进行交换。