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