# 省电机制（Power Save）

## WiFi 省电的基本挑战

WiFi 设备（尤其是移动设备和 IoT 终端）需要在连接性和电池续航之间取得平衡。无线射频模块是主要的耗电组件——持续监听信道会快速消耗电量。

## 802.11 基础省电模式（PS-Poll）

### 工作原理

```
AP                          STA (Power Save)
 │                            │
 │── Beacon (含 TIM) ────────→│
 │    "STA有缓存帧"            │
 │                            │── 醒来检查 TIM
 │←─ PS-Poll ────────────────│
 │                            │   "请给我数据"
 │── Data Frame ────────────→│
 │←─ ACK ────────────────────│
 │                            │── 回到睡眠
```

### TIM（Traffic Indication Map）

Beacon 帧中的 TIM IE 包含一个位图，每个 bit 对应一个关联的 STA：

```
TIM: [AID1][AID2][AID3][AID4]...[AID2007]
     [  1 ][  0 ][  1 ][  0 ] ... [   0   ]
          ↑                    ↑
      STA有数据            STA无数据
```

- **DTIM（Delivery TIM）**：每 N 个 Beacon 出现一次，指示组播/广播帧的发送时机
- **AID（Association ID）**：STA 关联时获得的唯一标识

### PS-Poll 的局限

1. **低效**：每个数据帧都需要一个 PS-Poll + ACK
2. **延迟高**：STA 必须等待下一个 Beacon 才能知道是否有数据
3. **开销大**：PS-Poll 帧本身占用空中时间

## APSD（Automatic Power Save Delivery）

802.11e（WMM）引入的改进省电机制：

### I-APSD（Immediate APSD）

```
AP                          STA
 │                            │
 │←─ Data + More Data=1 ────│ (触发帧到达)
 │                            │
 │── QoS Data + More=1 ─────→│ (AP 立即发送缓存帧)
 │── QoS Data + More=0 ─────→│ (最后一帧)
 │←─ ACK ────────────────────│
 │                            │── 回到睡眠
```

- **优势**：无需 PS-Poll，减少交互次数
- **机制**：STA 发送"触发帧"后，AP 立即交付所有缓存的单播帧

### U-APSD（Unscheduled APSD）

- AP 在 Beacon 中指示有数据时，STA 醒来接收
- 适合对延迟不敏感的应用

## WiFi 6 TWT（Target Wake Time）

802.11ax 引入的革命性省电机制：

### 传统 PS vs TWT 对比

```
传统 PS:
AP:  Beacon ── Beacon ── Beacon ── Beacon
STA:  👁️     😴    👁️     😴    👁️     😴
     (必须定期醒来检查 TIM)

TWT:
AP:  ─────────── 📤 Data ─────────────── 📤 Data
STA:  😴😴😴😴   👁️📥   😴😴😴😴😴😴😴   👁️📥
     (约定好唤醒时间，其他时间深度睡眠)
```

### TWT 工作流程

1. **TWT Setup**：AP 和 STA 协商唤醒时间表
2. **TWT Schedule**：每个 STA 有专属的唤醒窗口
3. **TWT Service Period**：STA 在约定时间醒来收发数据
4. **Deep Sleep**：非 TWT 期间，射频可以完全关闭

### TWT 类型

| 类型 | 说明 | 适用场景 |
|------|------|---------|
| Individual TWT | AP 与单个 STA 私有的调度 | 关键任务 IoT |
| Broadcast TWT | AP 广播的公共唤醒时间 | 大量同类 IoT 设备 |
| Spontaneous TWT | STA 自发请求的临时窗口 | 突发数据传输 |

### TWT 省电效果

- **IoT 传感器**：电池寿命从数天延长到数年
- **AR/VR 头显**：持续使用时间提升 30-50%
- **手机**：待机功耗降低 20-40%

## 其他省电相关机制

### uAPSD + TWT 组合

WiFi 6 设备可以同时使用 U-APSD 和 TWT，获得最佳省电效果。

### DMG（Directional Multi-Gigabit）省电

802.11ad/ay（60 GHz）特有的省电机制：

- **Sector Sweep**：定向波束训练后进入深度睡眠
- **Page Paging**：分层寻呼减少唤醒频率

## 省电模式配置建议

| 设备类型 | 推荐模式 | 说明 |
|----------|---------|------|
| IoT 传感器 | TWT（Broadcast） | 极低功耗，定期上报 |
| 手机/平板 | uAPSD + TWT | 平衡性能和续航 |
| 笔记本 | I-APSD | 插电时关闭 PS |
| 固定终端 | 关闭省电 | 最大化性能 |