sys/netproto/802_11/wlan/ieee80211_power.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2002-2008 Sam Leffler, Errno Consulting
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  15  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  16  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  17  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  18  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  19  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  20  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  21  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  22  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  23  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  24  *
  25  * $FreeBSD: head/sys/net80211/ieee80211_power.c 186302 2008-12-18 23:00:09Z sam $
  26  */
  27
  28 /*
  29  * IEEE 802.11 power save support.
  30  */
  31 #include "opt_wlan.h"
  32
  33 #include <sys/param.h>
  34 #include <sys/systm.h>
  35 #include <sys/kernel.h>
  36
  37 #include <sys/socket.h>
  38
  39 #include <net/if.h>
  40 #include <net/if_media.h>
  41 #include <net/ethernet.h>
  42 #include <net/route.h>
  43
  44 #include <netproto/802_11/ieee80211_var.h>
  45
  46 #include <net/bpf.h>
  47
  48 static void ieee80211_update_ps(struct ieee80211vap *, int);
  49 static int ieee80211_set_tim(struct ieee80211_node *, int);
  50
  51 MALLOC_DEFINE(M_80211_POWER, "80211power", "802.11 power save state");
  52
  53 void
  54 ieee80211_power_attach(struct ieee80211com *ic)
  55 {
  56 }
  57
  58 void
  59 ieee80211_power_detach(struct ieee80211com *ic)
  60 {
  61 }
  62
  63 void
  64 ieee80211_power_vattach(struct ieee80211vap *vap)
  65 {
  66         if (vap->iv_opmode == IEEE80211_M_HOSTAP ||
  67             vap->iv_opmode == IEEE80211_M_IBSS) {
  68                 /* NB: driver should override */
  69                 vap->iv_update_ps = ieee80211_update_ps;
  70                 vap->iv_set_tim = ieee80211_set_tim;
  71         }
  72 }
  73
  74 void
  75 ieee80211_power_latevattach(struct ieee80211vap *vap)
  76 {
  77         /*
  78          * Allocate these only if needed.  Beware that we
  79          * know adhoc mode doesn't support ATIM yet...
  80          */
  81         if (vap->iv_opmode == IEEE80211_M_HOSTAP) {
  82                 vap->iv_tim_len = howmany(vap->iv_max_aid,8) * sizeof(uint8_t);
  83                 vap->iv_tim_bitmap = (uint8_t *) kmalloc(vap->iv_tim_len,
  84                         M_80211_POWER, M_INTWAIT | M_ZERO);
  85                 if (vap->iv_tim_bitmap == NULL) {
  86                         kprintf("%s: no memory for TIM bitmap!\n", __func__);
  87                         /* XXX good enough to keep from crashing? */
  88                         vap->iv_tim_len = 0;
  89                 }
  90         }
  91 }
  92
  93 void
  94 ieee80211_power_vdetach(struct ieee80211vap *vap)
  95 {
  96         if (vap->iv_tim_bitmap != NULL) {
  97                 kfree(vap->iv_tim_bitmap, M_80211_POWER);
  98                 vap->iv_tim_bitmap = NULL;
  99         }
 100 }
 101
 102 void
 103 ieee80211_psq_init(struct ieee80211_psq *psq, const char *name)
 104 {
 105         memset(psq, 0, sizeof(*psq));
 106         psq->psq_maxlen = IEEE80211_PS_MAX_QUEUE;
 107 }
 108
 109 void
 110 ieee80211_psq_cleanup(struct ieee80211_psq *psq)
 111 {
 112 #if 0
 113         psq_drain(psq);                         /* XXX should not be needed? */
 114 #else
 115         KASSERT(psq->psq_len == 0, ("%d frames on ps q", psq->psq_len));
 116 #endif
 117 }
 118
 119 /*
 120  * Return the highest priority frame in the ps queue.
 121  */
 122 struct mbuf *
 123 ieee80211_node_psq_dequeue(struct ieee80211_node *ni, int *qlen)
 124 {
 125         struct ieee80211_psq *psq = &ni->ni_psq;
 126         struct ieee80211_psq_head *qhead;
 127         struct mbuf *m;
 128
 129         qhead = &psq->psq_head[0];
 130 again:
 131         if ((m = qhead->head) != NULL) {
 132                 if ((qhead->head = m->m_nextpkt) == NULL)
 133                         qhead->tail = NULL;
 134                 KASSERT(qhead->len > 0, ("qhead len %d", qhead->len));
 135                 qhead->len--;
 136                 KASSERT(psq->psq_len > 0, ("psq len %d", psq->psq_len));
 137                 psq->psq_len--;
 138                 m->m_nextpkt = NULL;
 139         }
 140         if (m == NULL && qhead == &psq->psq_head[0]) {
 141                 /* Algol-68 style for loop */
 142                 qhead = &psq->psq_head[1];
 143                 goto again;
 144         }
 145         if (qlen != NULL)
 146                 *qlen = psq->psq_len;
 147         return m;
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Reclaim an mbuf from the ps q.  If marked with M_ENCAP
 152  * we assume there is a node reference that must be relcaimed.
 153  */
 154 static void
 155 psq_mfree(struct mbuf *m)
 156 {
 157         if (m->m_flags & M_ENCAP) {
 158                 struct ieee80211_node *ni = (void *) m->m_pkthdr.rcvif;
 159                 ieee80211_free_node(ni);
 160         }
 161         m->m_nextpkt = NULL;
 162         m_freem(m);
 163 }
 164
 165 /*
 166  * Clear any frames queued in the power save queue.
 167  * The number of frames that were present is returned.
 168  */
 169 static int
 170 psq_drain(struct ieee80211_psq *psq)
 171 {
 172         struct ieee80211_psq_head *qhead;
 173         struct mbuf *m;
 174         int qlen;
 175
 176         qlen = psq->psq_len;
 177         qhead = &psq->psq_head[0];
 178 again:
 179         while ((m = qhead->head) != NULL) {
 180                 qhead->head = m->m_nextpkt;
 181                 psq_mfree(m);
 182         }
 183         qhead->tail = NULL;
 184         qhead->len = 0;
 185         if (qhead == &psq->psq_head[0]) {       /* Algol-68 style for loop */
 186                 qhead = &psq->psq_head[1];
 187                 goto again;
 188         }
 189         psq->psq_len = 0;
 190
 191         return qlen;
 192 }
 193
 194 /*
 195  * Clear any frames queued in the power save queue.
 196  * The number of frames that were present is returned.
 197  */
 198 int
 199 ieee80211_node_psq_drain(struct ieee80211_node *ni)
 200 {
 201         return psq_drain(&ni->ni_psq);
 202 }
 203
 204 /*
 205  * Age frames on the power save queue. The aging interval is
 206  * 4 times the listen interval specified by the station.  This
 207  * number is factored into the age calculations when the frame
 208  * is placed on the queue.  We store ages as time differences
 209  * so we can check and/or adjust only the head of the list.
 210  * If a frame's age exceeds the threshold then discard it.
 211  * The number of frames discarded is returned so the caller
 212  * can check if it needs to adjust the tim.
 213  */
 214 int
 215 ieee80211_node_psq_age(struct ieee80211_node *ni)
 216 {
 217         struct ieee80211_psq *psq = &ni->ni_psq;
 218         int discard = 0;
 219
 220         if (psq->psq_len != 0) {
 221 #ifdef IEEE80211_DEBUG
 222                 struct ieee80211vap *vap = ni->ni_vap;
 223 #endif
 224                 struct ieee80211_psq_head *qhead;
 225                 struct mbuf *m;
 226
 227                 qhead = &psq->psq_head[0];
 228         again:
 229                 while ((m = qhead->head) != NULL &&
 230                     M_AGE_GET(m) < IEEE80211_INACT_WAIT) {
 231                         IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 232                              "discard frame, age %u", M_AGE_GET(m));
 233                         if ((qhead->head = m->m_nextpkt) == NULL)
 234                                 qhead->tail = NULL;
 235                         KASSERT(qhead->len > 0, ("qhead len %d", qhead->len));
 236                         qhead->len--;
 237                         KASSERT(psq->psq_len > 0, ("psq len %d", psq->psq_len));
 238                         psq->psq_len--;
 239                         psq_mfree(m);
 240                         discard++;
 241                 }
 242                 if (qhead == &psq->psq_head[0]) { /* Algol-68 style for loop */
 243                         qhead = &psq->psq_head[1];
 244                         goto again;
 245                 }
 246                 if (m != NULL)
 247                         M_AGE_SUB(m, IEEE80211_INACT_WAIT);
 248
 249                 IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 250                     "discard %u frames for age", discard);
 251                 IEEE80211_NODE_STAT_ADD(ni, ps_discard, discard);
 252         }
 253         return discard;
 254 }
 255
 256 /*
 257  * Handle a change in the PS station occupancy.
 258  */
 259 static void
 260 ieee80211_update_ps(struct ieee80211vap *vap, int nsta)
 261 {
 262
 263         KASSERT(vap->iv_opmode == IEEE80211_M_HOSTAP ||
 264                 vap->iv_opmode == IEEE80211_M_IBSS,
 265                 ("operating mode %u", vap->iv_opmode));
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Indicate whether there are frames queued for a station in power-save mode.
 270  */
 271 static int
 272 ieee80211_set_tim(struct ieee80211_node *ni, int set)
 273 {
 274         struct ieee80211vap *vap = ni->ni_vap;
 275         struct ieee80211com *ic = ni->ni_ic;
 276         uint16_t aid;
 277         int changed;
 278
 279         ic = ni->ni_ic;
 280         KASSERT(vap->iv_opmode == IEEE80211_M_HOSTAP ||
 281                 vap->iv_opmode == IEEE80211_M_IBSS,
 282                 ("operating mode %u", vap->iv_opmode));
 283
 284         aid = IEEE80211_AID(ni->ni_associd);
 285         KASSERT(aid < vap->iv_max_aid,
 286                 ("bogus aid %u, max %u", aid, vap->iv_max_aid));
 287
 288         changed = (set != (isset(vap->iv_tim_bitmap, aid) != 0));
 289         if (changed) {
 290                 if (set) {
 291                         setbit(vap->iv_tim_bitmap, aid);
 292                         vap->iv_ps_pending++;
 293                 } else {
 294                         clrbit(vap->iv_tim_bitmap, aid);
 295                         vap->iv_ps_pending--;
 296                 }
 297                 /* NB: we know vap is in RUN state so no need to check */
 298                 vap->iv_update_beacon(vap, IEEE80211_BEACON_TIM);
 299         }
 300
 301         return changed;
 302 }
 303
 304 /*
 305  * Save an outbound packet for a node in power-save sleep state.
 306  * The new packet is placed on the node's saved queue, and the TIM
 307  * is changed, if necessary.
 308  */
 309 int
 310 ieee80211_pwrsave(struct ieee80211_node *ni, struct mbuf *m)
 311 {
 312         struct ieee80211_psq *psq = &ni->ni_psq;
 313         struct ieee80211vap *vap = ni->ni_vap;
 314         struct ieee80211com *ic = ni->ni_ic;
 315         struct ieee80211_psq_head *qhead;
 316         int qlen, age;
 317
 318         if (psq->psq_len >= psq->psq_maxlen) {
 319                 psq->psq_drops++;
 320                 IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_ANY, ni,
 321                     "pwr save q overflow, drops %d (size %d)",
 322                     psq->psq_drops, psq->psq_len);
 323 #ifdef IEEE80211_DEBUG
 324                 if (ieee80211_msg_dumppkts(vap))
 325                         ieee80211_dump_pkt(ni->ni_ic, mtod(m, caddr_t),
 326                             m->m_len, -1, -1);
 327 #endif
 328                 psq_mfree(m);
 329                 return ENOSPC;
 330         }
 331         /*
 332          * Tag the frame with it's expiry time and insert it in
 333          * the appropriate queue.  The aging interval is 4 times
 334          * the listen interval specified by the station. Frames
 335          * that sit around too long are reclaimed using this
 336          * information.
 337          */
 338         /* TU -> secs.  XXX handle overflow? */
 339         age = IEEE80211_TU_TO_MS((ni->ni_intval * ic->ic_bintval) << 2) / 1000;
 340         /*
 341          * Encapsulated frames go on the high priority queue,
 342          * other stuff goes on the low priority queue.  We use
 343          * this to order frames returned out of the driver
 344          * ahead of frames we collect in ieee80211_start.
 345          */
 346         if (m->m_flags & M_ENCAP)
 347                 qhead = &psq->psq_head[0];
 348         else
 349                 qhead = &psq->psq_head[1];
 350         if (qhead->tail == NULL) {
 351                 struct mbuf *mh;
 352
 353                 qhead->head = m;
 354                 /*
 355                  * Take care to adjust age when inserting the first
 356                  * frame of a queue and the other queue already has
 357                  * frames.  We need to preserve the age difference
 358                  * relationship so ieee80211_node_psq_age works.
 359                  */
 360                 if (qhead == &psq->psq_head[1]) {
 361                         mh = psq->psq_head[0].head;
 362                         if (mh != NULL)
 363                                 age-= M_AGE_GET(mh);
 364                 } else {
 365                         mh = psq->psq_head[1].head;
 366                         if (mh != NULL) {
 367                                 int nage = M_AGE_GET(mh) - age;
 368                                 /* XXX is clamping to zero good 'nuf? */
 369                                 M_AGE_SET(mh, nage < 0 ? 0 : nage);
 370                         }
 371                 }
 372         } else {
 373                 qhead->tail->m_nextpkt = m;
 374                 age -= M_AGE_GET(qhead->head);
 375         }
 376         KASSERT(age >= 0, ("age %d", age));
 377         M_AGE_SET(m, age);
 378         m->m_nextpkt = NULL;
 379         qhead->tail = m;
 380         qhead->len++;
 381         qlen = ++(psq->psq_len);
 382
 383         IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 384             "save frame with age %d, %u now queued", age, qlen);
 385
 386         if (qlen == 1 && vap->iv_set_tim != NULL)
 387                 vap->iv_set_tim(ni, 1);
 388
 389         return 0;
 390 }
 391
 392 /*
 393  * Move frames from the ps q to the vap's send queue
 394  * and/or the driver's send queue; and kick the start
 395  * method for each, as appropriate.  Note we're careful
 396  * to preserve packet ordering here.
 397  */
 398 static void
 399 pwrsave_flushq(struct ieee80211_node *ni)
 400 {
 401         struct ieee80211_psq *psq = &ni->ni_psq;
 402         struct ieee80211vap *vap = ni->ni_vap;
 403         struct ieee80211_psq_head *qhead;
 404         struct ifnet *parent, *ifp;
 405
 406         IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 407             "flush ps queue, %u packets queued", psq->psq_len);
 408
 409         qhead = &psq->psq_head[0];      /* 802.11 frames */
 410         if (qhead->head != NULL) {
 411                 /* XXX could dispatch through vap and check M_ENCAP */
 412                 parent = vap->iv_ic->ic_ifp;
 413                 /* XXX need different driver interface */
 414                 /* XXX bypasses q max and OACTIVE */
 415                 IF_PREPEND_LIST(&parent->if_snd, qhead->head, qhead->tail,
 416                     qhead->len);
 417                 qhead->head = qhead->tail = NULL;
 418                 qhead->len = 0;
 419         } else
 420                 parent = NULL;
 421
 422         qhead = &psq->psq_head[1];      /* 802.3 frames */
 423         if (qhead->head != NULL) {
 424                 ifp = vap->iv_ifp;
 425                 /* XXX need different driver interface */
 426                 /* XXX bypasses q max and OACTIVE */
 427                 IF_PREPEND_LIST(&ifp->if_snd, qhead->head, qhead->tail,
 428                     qhead->len);
 429                 qhead->head = qhead->tail = NULL;
 430                 qhead->len = 0;
 431         } else
 432                 ifp = NULL;
 433         psq->psq_len = 0;
 434
 435         /* NB: do this outside the psq lock */
 436         /* XXX packets might get reordered if parent is OACTIVE */
 437         if (parent != NULL)
 438                 parent->if_start(parent);
 439         if (ifp != NULL)
 440                 ifp->if_start(ifp);
 441 }
 442
 443 /*
 444  * Handle station power-save state change.
 445  */
 446 void
 447 ieee80211_node_pwrsave(struct ieee80211_node *ni, int enable)
 448 {
 449         struct ieee80211vap *vap = ni->ni_vap;
 450         int update;
 451
 452         update = 0;
 453         if (enable) {
 454                 if ((ni->ni_flags & IEEE80211_NODE_PWR_MGT) == 0) {
 455                         vap->iv_ps_sta++;
 456                         update = 1;
 457                 }
 458                 ni->ni_flags |= IEEE80211_NODE_PWR_MGT;
 459                 IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 460                     "power save mode on, %u sta's in ps mode", vap->iv_ps_sta);
 461
 462                 if (update)
 463                         vap->iv_update_ps(vap, vap->iv_ps_sta);
 464         } else {
 465                 if (ni->ni_flags & IEEE80211_NODE_PWR_MGT) {
 466                         vap->iv_ps_sta--;
 467                         update = 1;
 468                 }
 469                 ni->ni_flags &= ~IEEE80211_NODE_PWR_MGT;
 470                 IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 471                     "power save mode off, %u sta's in ps mode", vap->iv_ps_sta);
 472
 473                 /* NB: order here is intentional so TIM is clear before flush */
 474                 if (vap->iv_set_tim != NULL)
 475                         vap->iv_set_tim(ni, 0);
 476                 if (update) {
 477                         /* NB if no sta's in ps, driver should flush mc q */
 478                         vap->iv_update_ps(vap, vap->iv_ps_sta);
 479                 }
 480                 if (ni->ni_psq.psq_len != 0)
 481                         pwrsave_flushq(ni);
 482         }
 483 }
 484
 485 /*
 486  * Handle power-save state change in station mode.
 487  */
 488 void
 489 ieee80211_sta_pwrsave(struct ieee80211vap *vap, int enable)
 490 {
 491         struct ieee80211_node *ni = vap->iv_bss;
 492
 493         if (!((enable != 0) ^ ((ni->ni_flags & IEEE80211_NODE_PWR_MGT) != 0)))
 494                 return;
 495
 496         IEEE80211_NOTE(vap, IEEE80211_MSG_POWER, ni,
 497             "sta power save mode %s", enable ? "on" : "off");
 498         if (!enable) {
 499                 ni->ni_flags &= ~IEEE80211_NODE_PWR_MGT;
 500                 ieee80211_send_nulldata(ieee80211_ref_node(ni));
 501                 /*
 502                  * Flush any queued frames; we can do this immediately
 503                  * because we know they'll be queued behind the null
 504                  * data frame we send the ap.
 505                  * XXX can we use a data frame to take us out of ps?
 506                  */
 507                 if (ni->ni_psq.psq_len != 0)
 508                         pwrsave_flushq(ni);
 509         } else {
 510                 ni->ni_flags |= IEEE80211_NODE_PWR_MGT;
 511                 ieee80211_send_nulldata(ieee80211_ref_node(ni));
 512         }
 513 }