專利名稱：一種無線網卡工作模式的控制方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線網卡的功耗技術，特別是一種無線網卡工作模式的控制方法 及系統。
背景技術：
無線網絡和移動設備的飛速發展為人們提供了一個隨時隨地可用的網絡環境。現 有的移動設備上運行了大量的使用無線網卡進行通信的交互式應用軟件，例如電子郵件和 瀏覽器等網絡應用程序。交互式應用程序通常根據用戶的請求完成計算任務，因此其行為 受到用戶行為的影響。交互式應用程序在移動設備上的使用進一步增加了移動設備的功 耗。移動設備通常使用電源供電，現有電源技術無法滿足移動設備的功耗需求。電池容量和 電子設備的功耗之間的差距日趨增大，因此節能是移動計算和普適計算發展的必然需求， 是移動設備軟件和硬件設計的重要準則。無線通信是移動設備必不可少的技術之一，然而無線通信設備發送接收數據的過 程中通常消耗大量能量。已有的研究顯示，無線網卡的功耗占高端移動設備的10%，而在低 端設備上往往能夠達到50%。因此無線網卡是移動設備節能的關鍵部件，降低無線網卡的 功耗對于延長移動設備待機時間具有重要意義。針對無線網卡節能技術的研究多種多樣，為了降低功耗，可以采用IEEE802. 11協 議提供的標準節能方法。IEEE802. 11默認的操作模式是持續監聽模式(Continuous Aware Mode, CAM)，CAM模式下無線網卡一直處于高能量狀態，隨時發送和接收數據，能夠保證最低 的延遲和最大的吞吐量。IEEE802. 11提供的節能模式(Power Save Mode, PSM)定時喚醒 網卡，監聽是否有傳輸請求，如果有數據要傳輸則進入高能量模式，否則回到睡眠模式，PSM 能夠有效地降低系統能耗。但已有的評測結果顯示，將網卡靜止的設定在任何一種狀態下 都無法靈活的均衡功耗和性能兩方面目標CAM模式功耗開銷較大，而PSM模式可能會增加 響應延遲影響應用性能。動態節能(BSD，Bounded SlowDown)方法結合了 CAM和PSM的優點，在CAM模式 完成高帶寬數據的傳輸，傳輸結束后設置在PSM模式以節省能量。BSD方法是對MAC (Media Access Control，媒體訪問控制)層功率管理機制的改進，目的是在盡量減少功耗的前提 下，將由PSM引起的RTT (Round-Trip Time，往返時延)延時控制在一個給定的范圍內，這 個給定的范圍由參數P來控制。在該協議中，參數P實際上是功耗與延遲的一個折中點，P 的值越大，功耗越小，延遲越大；P的值越小，功耗越大，延遲越小。該協議為了避免由PSM 引起的傳輸延遲，在網卡發送數據后，不管是否空閑都在給定時間內一直保持蘇醒高能量 狀態，這段時間之后，轉入睡眠，隨后動態偵聽信標幀，而不是每個信標間隔都會蘇醒。BSD 方法的缺點在于沒有利用應用程序的信息，因此其保守的節能方案節能效果有限，而且BSD 方法需要修改IEEE802. Ilb協議，為具體實現帶來了困難。相比于底層的動態節能技術，應用程序驅動的動態節能方法利用了應用程序對 網絡使用情況的信息，能夠更好的滿足應用程序的性能和功耗需求。STPM(Self-TimingPower Mangement)是一種系統級的動態節能方案，根據應用程序提供的線索推測未來的網 絡數據流，既減小了系統的功耗，又保證了應用程序的延遲性能。但是STPM方法不適用于 包含用戶思考時間的請求/響應型的交互式應用程序，而且需要終端用戶的協助和對應用 程序的修改。無線網卡節能方案的目標是實現功耗和性能之間的權衡，通常是在傳輸過程中將 網卡設置在高能量模式，在空閑時將網卡設置在低功耗模式。節能方案中的一個關鍵問題 就是何時切換網卡狀態以及在相應狀態所需持續的時間。現有的很多預測技術對計算密集 型應用效果較好，但采用處理計算密集型應用的方法來處理延遲敏感的交互式應用，沒有 充分的考慮和利用交互式應用的特性，往往會降低交互式程序的性能甚至會增加交互式應 用的功耗。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種無線網卡工作模式的控制方法及系統， 以解決現有無線網卡的應用性能和功耗之間的均衡問題。為了解決上述問題，本發明公開了一種無線網卡工作模式的控制系統，包括網絡 數據流代理模塊，該無線網卡還包括應用程序代理模塊、用戶行為分析模塊和網卡模式預 測模塊，其中所述網絡數據流代理模塊，用于收集和記錄網絡行為的統計數據信息； 所述應用程序代理模塊，用于捕獲和記錄用戶發起的輸入事件，其中，所述輸入事 件包括鼠標事件和鍵盤事件；所述用戶行為分析模塊，用于對所述應用程序代理模塊所記錄的輸入事件進行合 并操作，確定合并操作后的輸入事件所對應的特征向量組，并將所確定的特征向量組發送 給所述網卡模式預測模塊；所述網卡模式預測模塊，用于通過動態時間規整(DTW)算法判斷是否可以查找到 所接收到的特征向量組對應的網絡數據流模式，如果是，則根據所查找到的網絡數據流模 式選擇無線網卡的工作模式為持續監聽模式或者節能模式，否則通過DTW算法，以及所述 網絡數據流代理模塊所記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數 據流模式的對應關系。進一步地，上述系統中，所述用戶行為分析模塊，對設定時間內所記錄的所有輸入 事件進行合并操作，所述合并操作包括鼠標事件聚類、鼠標事件消除和成對輸入事件的合并。其中，所述用戶行為分析模塊，根據合并操作的各輸入事件的特征向量，確定所述 特征向量組。所述設定時間為100毫秒。所述應用程序代理模塊，用于記錄用戶發起的所有輸入事件。本發明還公開了一種無線網卡工作模式的控制方法，包括捕獲和記錄用戶發起的輸入事件，對所記錄的輸入事件進行合并操作，確定合并 操作后的輸入事件所對應的特征向量組，并通過動態時間規整(DTW)算法判斷是否可以在 本地查找到所確定的特征向量組對應的網絡數據流模式，如果是，則根據所查找到的網絡數據流模式選擇無線網卡的工作模式為持續監聽模式或者節能模式，否則通過DTW算法， 以及記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數據流模式的對應關 系，其中，所述輸入事件包括鼠標事件和鍵盤事件。進一步地，上述方法中，對所記錄的輸入事件進行合并操作指對設定時間內所記 錄的所有輸入事件進行合并操作，所述合并操作包括鼠標事件聚類、鼠標事件消除和成對 輸入事件的合并。其中，確定合并操作后的輸入事件所對應的特征向量組指，根據合并操作的各輸 入事件的特征向量確定所述特征向量組。所述設定時間為100毫秒。記錄用戶發起的輸入事件指，記錄用戶發起的所有輸入事件。本發明技術方案可以合理調度無線網卡的工作模式，以保證無線網卡低功耗和低 延遲，同時保證無線網卡的高性能。特別面向延遲敏感型交互式應用場景時，采用本發明技 術方案效果尤佳。
圖1是本發明所提供的無線網卡工作模式的控制系統的結構示意圖；圖2(a)是圖1所示系統中用戶行為分析模塊進行鼠標事件聚類操作示意圖；圖2(b)是圖1所示系統中用戶行為分析模塊進行成對事件合并操作示意圖；圖2(c)是圖1所示系統中用戶行為分析模塊將一組輸入事件進行合并操作的示 意圖；圖3是圖1所示系統中用戶行為分析模塊及網卡模式預測模塊之間的結構示意 圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細描述。一種無線網卡工作模式的控制系統，可內置于計算機系統側或者無線網卡側，也 可以為獨立系統，其通過對無線網卡工作模式的控制，以保證無線網卡低功耗，低延遲，高 性能。該系統的結構如圖1所示，至少包含應用程序代理模塊、網絡數據流代理模塊、用戶 行為分析模塊和網卡模式預測模塊。其中，應用程序代理模塊主要負責捕獲及記錄輸入事件(輸入事件即指用戶發 送給應用程序的鼠標和鍵盤事件)；記錄輸入事件指，生成輸入事件的記錄(即生成鼠標和鍵盤事件的記錄)，應用程 序代理模塊可以為所捕獲的所有輸入事件分別生成輸入事件的記錄，或者僅為所捕獲的輸 入事件中重要事件生成輸入事件記錄。網絡數據流代理模塊主要收集和記錄網絡行為的統計數據信息，所統計的數據 信息包括數據流的時間和傳輸的字節數；用戶行為分析模塊，用于對應用程序代理模塊所記錄的輸入事件進行合并操作， 確定合并操作后的輸入事件所對應的特征向量組，并將所確定的特征向量組發送給網卡模 式預測模塊；
具體地，用戶行為分析模塊，讀取應用程序代理模塊中的輸入事件的記錄，并將設 定時間內(該設定時間的時間間隔較短，例如100毫秒)的記錄的輸入事件進行合并操作， 合并操作后的輸入事件認為是一個用戶交互事件，最后確定用于表示合并操作后的輸入事 件(即用戶交互事件)的特征向量組，其中，典型的輸入事件的記錄包括事件的類型(如鼠 標事件或者鍵盤事件)，事件的時間和事件的參數等。鍵盤事件的參數包括鍵盤的掃描碼、 鍵盤的按下和釋放動作，鼠標事件的參數包括鼠標的坐標位置(X，y)、鼠標的移動、按下和 釋放動作。上述合并操作指，將時間上非常接近(例如100毫秒內)的一組輸入事件作為一 個用戶交互事件，從而可以以組為單位(即以用戶交互事件為單位)統一預測網絡數據流。 這是由于計算機系統關心的輸入事件與用戶關心的輸入事件在粒度上并不嚴格匹配，例如 在用戶進行文本輸入時，計算機系統關心的輸入粒度比較細它關心的是某個鍵的按下和 釋放；而用戶關心的粒度比較粗用戶的操作習慣往往是快速連續的一組擊鍵輸入事件， 然后稍作停頓，判斷由此產生的響應出現。這樣，計算機系統和用戶對輸入事件理解上的差 異會違反輸入與輸出之間的因果關系假定，因為在完成一組擊鍵輸入過程中，相鄰擊鍵事 件間隔太短，可能前一個輸入事件還沒來得及被系統處理并輸出結果，后一個輸入事件就 已經開始了。研究表明對于響應時間小于50至100毫秒的延遲，用戶通常是感覺不到的， 事件分組則對間隔時間小于100毫秒的擊鍵事件進行合并，將這些時間上非常接近的一組 輸入事件作為一個用戶交互事件并對他們的網絡數據流模式進行統一預測。在合并操作過 程中，包括鼠標事件聚類、鼠標事件消除和成對輸入事件的合并等。當設定時間內所要進行 合并操作的輸入事件中包括鼠標事件時，要先對鼠標事件進行聚類。具體地，用戶行為分 析模塊可利用功能單元實現對鼠標事件的聚類操作，即將同一個功能單元上的鼠標點擊事 件劃分到一個類中。其中，功能單元指用戶通過用戶接口(即用戶同系統之間交互的界 面)預先定義和限制同軟件的交換，交互式程序的每個接口組成部件通常對應一個固定的 功能，對應同一功能的接口組成即可認為是一功能單元。例如圖2(a)所示的三個鼠標事件，分別為移動(Move)、按下(Press)和釋放 (Release)，根據這三個鼠標事件的參數，得到這三個鼠標事件的特征向量如表1所示，從 表1中可以看出這三個鼠標事件的特征向量中對應同一功能單元(即均對應的功能單元的 標識均為BUtton-id2)，故這三個鼠標事件是同一類事件，需要進行聚類操作。表1鼠標事件及其對應的特征向量 消除鼠標事件指忽略用戶所不關心的輸入事件，用戶所不關心的輸入事件典型的 是鼠標移動事件。這是由于鼠標移動事件具有兩個特點一是發生頻率極高，且很多時候是 在用戶無意識的情況下產生的，極易干擾用戶真正關心的輸入事件；二是系統對鼠標移動 事件的響應速度極快，超出了用戶能夠感知的范圍，其響應時間實際上并不影響用戶使用 系統的感受，因此從用戶的角度出發，可以忽略類似鼠標移動的機器事件。成對輸入事件的合并指，偵測成對出現的輸入事件，并將其合并。由于用戶通過鍵 盤或鼠標輸入時大部分事件是成對出現的，例如鼠標左鍵的按下和釋放，而用戶關注的往 往是整個點擊事件的響應，而非單個按下或釋放事件，并且對單個事件進行預測往往是無 法實現的(因為前一個事件觸發的響應可能會被后一個事件中斷)，因此，需要采用事件合 并，以避免上述問題的發生。表2所示即為本實施例中成對輸入事件的合并的結果。例如圖2(b)所示的成對的鍵盤事件，分別為按下(Press)和釋放(Release)，這兩 個鍵盤事件需要進行合并，合并為一組(Group 2)。具體地，這兩個鍵盤事件的特征向量及 合并后的組標識如表2所示。表2成對輸入事件的特征向量及合并結果表 最后以圖2(c)所示的一組鍵盤事件為例說明用戶行為分析模塊進行合并操作的 過程，其中，一組鍵盤事件分別為Press Alt、Press F、Release Alt和Release F，這四個 鍵盤事件進行合并操作(即合并為Group 3)，合并操作后確定該組輸入事件對應的用戶交 互事件即為敲擊組合鍵“Alt+F”。其中，這四個鍵盤事件的特征向量及合并后的組標識如表 3所示。表3 —組鍵盤事件的特征向量及合并結果表 網卡模式預測模塊，主要用于在每次接收到用戶行為分析模塊發送的一特征向量 組時，通過動態時間規整(DTW)判斷是否可以查找到所接收到的特征向量組對應的網絡數 據流模式，如果是，則根據所查找到的網絡數據流模式選擇無線網卡的工作模式為CAM模 式或者PSM模式，否則通過DTW算法，以及網絡數據流代理模塊所記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數據流模式的對應關系，其中，可以利用現有技術來 確定不同的網絡數據流模式所對應選擇的無線網卡的工作模式。本實施例中，網卡模式預 測模塊與用戶行為分析模塊之間的結構關系如圖3所示。具體地，網卡模式預測模塊操作主要可分為DTW訓練過程和DTW識別過程。網卡模式預測模塊在DTW訓練過程中接收到代表一個用戶交互動作的一特征向 量組時，若判斷已保存該用戶交互事件行為(即網卡模式預測模塊通過DTW算法查找到所 接收到的特征向量組對應的網絡數據流模式)，則更新識別模版，若判斷該用戶交互事件是 新的用戶交換事件(即網卡模式預測模塊通過DTW算法未查找到所接收到的特征向量組對 應的網絡數據流模式)，則生成識別模版。網卡模式預測模塊在DTW識別過程中，計算待識別的特征向量組(即所接收到的 特征向量組)同識別模版之間的相似度，每次從模版庫中選擇一個模版，如果相似度為當 前最高，則根據該模版記錄的網絡行為模式預測未來網絡數據流模式，否則讀取下一個模 版并進行匹配。其中，網卡模式預測模塊生成的每個識別模版包括代表用戶交互事件的特征向量 組和對應的網絡數據流模式。識別模版可以保存在硬盤上，每次應用程序啟動后加載模版 庫，能夠降低每次程序啟動后的訓練開銷。由于不同的應用程序通常產生各自不同的用戶 交互行為和網絡數據流，因此可以為每個應用程序提供一個單獨的模版庫，在每次啟動應 用程序時，加載相應的模版庫即可。下面介紹上述系統控制無線網卡工作模式的過程，通過對無線網卡工作模式的控 制可達到無線網卡的節能效果。上述無線網卡工作模式的控制系統捕獲和記錄用戶發起的輸入事件，對所記錄的 輸入事件進行合并操作，確定合并操作后的輸入事件所對應的特征向量組，并通過DTW算 法判斷是否可以在本地查找到所確定的特征向量組對應的網絡數據流模式，如果是，則根 據所查找到的網絡數據流模式選擇無線網卡的工作模式為持續監聽模式或者節能模式，否 則，通過DTW算法，以及記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數 據流模式的對應關系，其中，輸入事件包括鼠標事件和鍵盤事件。上述過程中，無線網卡工作模式的控制系統對所記錄的輸入事件進行合并操作具 體是對設定時間(例如100毫秒)內所記錄的所有輸入事件進行合并操作，而合并操作可 包括鼠標事件聚類、鼠標事件消除和成對輸入事件的合并等。在優選的方案中，無線網卡工作模式的控制系統需要記錄用戶發起的所有輸入事 件。從上述實施例可以看出，本發明技術方案中進行了用戶交互行為的分析，從而更 好的理解用戶的交互意圖，為網絡數據流模式預測提供有力依據，即保證了無線網卡的性 能。同時，本發明采用快速準確、開銷小的DTW算法實現網絡數據流模式的預測，因此保證 了無線網卡低功耗，低延遲。當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
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權利要求
一種無線網卡工作模式的控制系統，其特征在于，包括網絡數據流代理模塊，該無線網卡還包括應用程序代理模塊、用戶行為分析模塊和網卡模式預測模塊，其中所述網絡數據流代理模塊，用于收集和記錄網絡行為的統計數據信息；所述應用程序代理模塊，用于捕獲和記錄用戶發起的輸入事件，其中，所述輸入事件包括鼠標事件和鍵盤事件；所述用戶行為分析模塊，用于對所述應用程序代理模塊所記錄的輸入事件進行合并操作，確定合并操作后的輸入事件所對應的特征向量組，并將所確定的特征向量組發送給所述網卡模式預測模塊；所述網卡模式預測模塊，用于通過動態時間規整(DTW)算法判斷是否可以查找到所接收到的特征向量組對應的網絡數據流模式，如果是，則根據所查找到的網絡數據流模式選擇無線網卡的工作模式為持續監聽模式或者節能模式，否則通過DTW算法，以及所述網絡數據流代理模塊所記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數據流模式的對應關系。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述用戶行為分析模塊，對設定時間內所記錄的所有輸入事件進行合并操作，所述合 并操作包括鼠標事件聚類、鼠標事件消除和成對輸入事件的合并。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述用戶行為分析模塊，根據合并操作的各輸入事件的特征向量，確定所述特征向量組。
4.如權利要求2或3所述的系統，其特征在于，所述設定時間為100毫秒。
5.如權利要求1、2或3所述的系統，其特征在于，所述應用程序代理模塊，用于記錄用戶發起的所有輸入事件。
6.一種無線網卡工作模式的控制方法，其特征在于，該方法包括捕獲和記錄用戶發起的輸入事件，對所記錄的輸入事件進行合并操作，確定合并操作 后的輸入事件所對應的特征向量組，并通過動態時間規整(DTW)算法判斷是否可以在本地 查找到所確定的特征向量組對應的網絡數據流模式，如果是，則根據所查找到的網絡數據 流模式選擇無線網卡的工作模式為持續監聽模式或者節能模式，否則通過DTW算法，以及 記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數據流模式的對應關系，其 中，所述輸入事件包括鼠標事件和鍵盤事件。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，對所記錄的輸入事件進行合并操作指對設定時間內所記錄的所有輸入事件進行合并 操作，所述合并操作包括鼠標事件聚類、鼠標事件消除和成對輸入事件的合并。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，確定合并操作后的輸入事件所對應的特征向量組指，根據合并操作的各輸入事件的特 征向量確定所述特征向量組。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述設定時間為100毫秒。
10.如權利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，記錄用戶發起的輸入事件指，記錄用戶發起的所有輸入事件。
全文摘要
本發明公開了一種無線網卡工作模式的控制方法及系統，涉及無線網卡的功耗技術。本發明公開的系統中，用戶行為分析模塊，對應用程序代理模塊所記錄的輸入事件進行合并操作，確定合并操作后的輸入事件對應的特征向量組，并將確定的特征向量組發送給網卡模式預測模塊；網卡模式預測模塊，通過DTW算法判斷是否查找到所接收到的特征向量組對應的網絡數據流模式，如果是，則根據查找到的網絡數據流模式選擇無線網卡的工作模式，否則通過DTW算法，以及網絡數據流代理模塊所記錄的統計數據信息確定并保存所接收到的特征向量組與網絡數據流模式的對應關系。本發明技術方案可以合理調度無線網卡的工作模式，以保證無線網卡低功耗和低延遲。
文檔編號H04W88/02GK101895974SQ201010226609
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優先權日2010年7月14日
發明者王晶, 程旭, 管雪濤 申請人:北京北大眾志微系統科技有限責任公司