802.11無線區域網路(Wireless Local Area Networking, WLAN)或Wireless Fidelity(Wi-Fi)技術已獲得世界各地的企業和家庭採用，而且隨著Wi-Fi日益普及，在上面執行的應用數量也不斷增加...
802.11無線區域網路(Wireless Local Area Networking, WLAN)或Wireless Fidelity(Wi-Fi)技術已獲得世界各地的企業和家庭採用，而且隨著Wi-Fi日益普及，在上面執行的應用數量也不斷增加。根據最初構想，Wi -Fi只是用來取代乙太網路，擔任家庭和企業網路，或支援工業行動運算，但在過去12個月裏，有個新趨勢開始浮現。
無線區域網路的成本已經降低，功能又更為強大，對於過去從未連接至任何無線區域網路的許多裝置，它已成為極具吸引力的解決方案。這些裝置和新應用包括：
功耗和電池壽命對於絕大多數新型Wi-Fi裝置都很重要，特別是行動電話和PDA。大多數Wi-Fi應用在90%至95%的時間都處於待命模式，而不是傳送或接收資料，因此很明顯的，要延長電池壽命，就必須降低待命模式功耗。為因應此情形，德州儀器(TI)特別發展出Enhanced Low Power(ELP)技術，它能將待命功耗降至最低水準。
這份白皮書將探討以下問題：那一種Wi-Fi(802.11)實體層(PHY)技術最能夠延長可攜式Wi-Fi裝置的電池壽命？可供選擇的實體層包括：
理論上，似乎是較簡單的802.11b調變機制會提供較低的電池功耗，例如我們若觀察傳送或接收一個位元組資料所消耗的功率，那麼802.11b裝置的功耗大約比同等級802.11a/g裝置傳送相同資料的功耗還低3成。但在分析裝置功耗時，若將範圍侷限在主動模式(active mode)的資料傳送或接收過程，並以每個位元或位元組的功耗做為依據，那麼分析結果可能會產生很大錯誤。
影響802.11裝置總功耗的另一項重要因素，是它必須在主動模式停留多少時間，才能傳送或接收一定數量的資料。換言之，電池壽命不僅是裝置在主動模式下，每個資料位元所消耗功率的函數，它也會受到裝置為了傳送或接受合理數量的應用資料，而必須停留在主動模式的時間長短影響。
舉例來說，雖然802.11b裝置執行一次傳送或接收作業的功耗會比802.11a/g裝置還低3成，但它停留在主動狀態的時間卻必須是 802.11a/g裝置的3至4倍，才能傳送或接收同樣數量的資料。因此根據實際使用模式的的分析結果顯示，平均而言，802.11b裝置反而會縮短電池的供電時間，這是因為在典型的作業過程中，它的功耗約為802.11a/g裝置的2到3倍。
這份白皮書的其餘部份將提出研究結果、分析和範例來支持這項結論，我們以VoIP做為應用範例，因為它所消耗的電池電力遠超過網頁瀏灠或其它多種應用。
停留在主動模式的時間長短會對行動裝置的功耗產生重大影響，因此我們應先觀察封包結構，瞭解為什麼802.11調變機制在這方面會有所不同。在 802.11封包的組合過程中，來自IP層的承載資料(payload data)，也就是要被傳送的資料，會被MAC資料以及另外4個位元組的資料封裝起來，這4個位元組主要做為加總檢測值(check sum)，它又稱為CRC或FCS，整個資料接著會被組合成MPDU(MAC Packet Data Unit)；當封包傳送出去後，實體層會另外加上一個同步標頭(synchronization header)，就是完整的802.11封包。
研究結果顯示，網路流量是以長度很短而且突然湧現的資料為主，是IEEE所做的研究，其結果也支持這個觀點。這項研究顯示，54%的IP流量是由長度少於 127 byte的封包所組成，68%網路流量是由長度少於256 byte的封包所組成。根據這些研究結果，我們能得到以下結論，只要分析短封包對於功耗的影響，就能精確顯示實際的無線區域網路應用是如何消耗電力。 VoIP應用是很好的範例，可用來說明典型802.11網路出現的封包長度，例如我們可以設定應用，讓它封裝20毫秒的編碼語音，表1就是根據語音編碼/ 解碼器(codec)實作方式列出VoIP封包所承載的語音資料長度。
上述的承載資料接著會被封裝為IP封包，首先是加上RSVP協定標頭，用來支援IP網路的QoS服務，接著加上UDP標頭，最後再根據IPv4或IPv6協定命令完成整個封包的封裝。因此整個IP封包增加的額外資料(overhead)為：
除了IP會帶來額外資料，802.11 MAC也會加上它自己的額外資料，讓封包成為MPDU格式；在此部份，增加至封包的資料包括最新的802.11e WME MAC標頭和FCS，它們使得封包長度又增加32 bytes。最後還必須將802.11實體層標頭加至MPDU。實體層標頭長度會隨著調變方法的不同而大幅改變，數種802.11調變機制的固定標頭長度為：
從這些數字可以看出，802.11b要求為每個資料封包增加的標頭是802.11a/g封包標頭長度的5至10倍。顯示整個封包程序和它們各自增加的額外資料。
特別是當802.11封包很短時，額外資料可能就佔掉大部份的802.11流量，例如採用標準IPv4協定時，大約45%的無線區域網路流量會來自 802.11 MAC封裝；此外，802.11b也有個標頭，它不但是真正的額外資料，且其長度至少為802.11a/g標頭的5倍。後面這段討論將證明，較低的資料速率和較長的標頭會讓802.11b無線區域網路功耗超過802.11a/g網路的功耗。
下面這個範例顯示，無論是主動傳送或接收時間，802.11b和802.11g調變機制之間都有著極大差異。這項分析使用20毫秒的G.729 VoIP語音封包，為了對既有802.11b系統表示公平，這項分析都使用較短的96微秒實體層封包。
根據這些假設，顯示在VoIP封包的傳送或接收時間方面，802.11a/g有許多獨特優勢勝過802.11b。是512 byte封包的流量，它證明這項資訊不僅適用於短資料封包的流量，也適用於所有TCP/IP資料流量。
從這項分析可以看出，802.11b封包長度最多達到802.11a/g封包的5倍，對於大多數典型802.11b封包，其長度至少為802.11a/g 封包的3至4倍；不但如此，若把802.11實體層標頭加入分析，那麼無論802.11a/g調變速率為何，較短的封包，例如VoIP應用常出現的封包，都比較長的封包更佔有優勢。表2是802.11b封包與不同802.11a/g調變速率下相等封包的長度比較(以倍數表示)；在此範例中，VoIP封包的承載為20 bytes，資料封包的承載則為512 bytes。瞭解802.11b和802.11a/g封包長度的主要差異後，就能開始探討802.11a/g在節省功率方面的優勢。
在實際的Wi-Fi網路環境裏，有數項特性必須列入考慮，包括使用者裝置遠離無線基地台(access point)時調變速率下降的現象；此外，802.11b和802.11a/g的功耗差異也是使用者滿意度的重要因素。
是用戶與無線基地台的距離、與無線基地台在各種距離下的調變速率、以及作業中基地台(active station)的功耗，後者是以每個傳送位元所消耗的能量來代表。分析過程還使用損耗值正比於R3.3的典型辦公室傳播損耗模型，而不是損耗值正比於 R2的理想傳播模型，調變複雜性(modulation complexity)以及峰對平均比值(peak-to-average rates)也包含在分析中。
從的資料可以看出，由於802.11a/g功率效益優於802.11b，使它至少能將每個傳送位元的功耗減少2.5倍。不但如此，這個功率效益值還是在最惡劣條件下(使用長度超過典型值的802.11a/g封包)推導而得；在典型無線區域網路中，由於802.11a/g封包長度通常較短，因此其功耗甚至會低於802.11b三倍以上。
這似乎有點違反直覺，但事實卻證明802.11a/g的功率效益是802.11b的2至3倍，對於使用無線區域網路的行動裝置，這能大幅改善它們的電池壽命。
雖然802.11b的瞬時功耗可能較低，但要透過802.11b網路傳送或接收合理數量的應用資料，則其所需時間可能是802.11a/g無線區域網路的5倍，這表示802.11b需要更多功率來支援更長的傳送/接收時間，也使它的功率效益遠不如802.11a/g。
要充份發揮802.11a/g的功率效益優勢，晶片組必須針對電池操作最佳化。
這些晶片組應該提供：
TI的TNETW1130和TNETW1230媒體存取控制器/基頻處理器以及Auto-Band射頻前端產品還提供許多其它功能。TI的Wi-Fi晶片組，可支援PDA、智慧型手機、多媒體電話和裝置以及各種Wi-Fi週邊，使它們得以透過Wi-Fi網路享受新世代的VoIP和資料服務。
802.11a/b/g「全波段」(world band)晶片組還能提供其它優點，包括：