Чтобы продлить срок службы мобильных устройств достаточно долго, в то время как все больше интерфейсов и функций было встроено в них, а дисплеи выросли, были активно исследованы методы снижения энергопотребления мобильных устройств. (Например, можно сравнить характеристики аккумуляторов к современным мобильным телефонам: https://www.mobilife.com.ua/category/cat8513-Akkumulyatori_Nomi.html).
Усовершенствований батарей недостаточно для удовлетворения растущего спроса на энергию устройств, но можно утверждать, что также проблема с нагревом: даже если батареи могут обеспечить больше энергии, потребляемая мощность мобильные устройства должны быть уменьшены, поскольку высокое потребление энергии приводит к нагреву батареи. Это может быть, например, с целевым устройством этой работы, N900: во время 30-минутного вызова Skype устройство нагревается настолько, что говорить на нем становится неудобно. Поэтому, даже если лучше, более энергоемкие батареи были доступны, они не могут быть единственным решением проблемы.
Беспроводная связь
В современном мобильном устройстве беспроводные интерфейсы и беспроводная передача данных учитывают значительную часть общего энергопотребления устройства. Поскольку мобильные пакетные данные становятся все более распространенными [7] и более всегда онлайн-приложениями, например. социальные сети и службы определения местоположения, работают на устройствах, увеличивается количество энергии, потребляемой беспроводной связью. Типичным набором беспроводных интерфейсов в мобильном устройстве являются WLAN, Bluetooth и сотовые интерфейсы. Существуют различные подходы к минимизации энергии, потребляемой беспроводной передачей. Например, можно попытаться минимизировать энергию, потребляемую отдельным интерфейсом, оптимизировать несколько интерфейсов (выбрав наименее энергоемкий интерфейс для передачи), свести к минимуму время, в течение которого используются интерфейсы, или минимизировать количество переданных данных. Все эти подходы и некоторые другие описаны в этом разделе.
1. Сокращение потребления энергии WLAN
В главе 2 показано, как проникновение интерфейса WLAN в мобильные устройства выросло за последние годы. WLAN характеризуется более высокой скоростью передачи (по сравнению с 3G-соединением), а также высоким потреблением энергии. Следовательно, снижение потребления энергии WLAN очень важно, учитывая время автономной работы мобильных устройств. Исследования в этой области многочисленны. Некоторые из последних работ указаны здесь, оставляя более тщательное исследование для заинтересованного читателя.
Энергоэффективность протоколов MAC для WLAN изучается в [8]. В документе объединены различные проблемы и проблемы протоколов MAC для WLAN, которые ранее были исследованы индивидуально, и классифицирует протоколы MAC на основе их энергоэффективности. Управление энергопотреблением WLAN на основе инфраструктуры IEEE 802.11 исследуется в [9] и требуются оптимальные параметры управления питанием. Хотя большая часть исследований по настройке параметров основана на моделировании, авторы предлагают две модели очередей (очереди M / G / 1 и D / G / 1) для анализа схемы управления энергопотреблением теоретически. Они находят, что аналитические модели сильно поддерживаются результатами моделирования. В документе определены оптимальные параметры энергоэффективности и обсуждается их для достижения максимальной эффективности использования энергии без ухудшения общей производительности системы.
Выполнение режима энергосбережения (PSM) беспроводной сети IEEE 802.11 анализируется в [10]. Используя анализ производительности, авторы находят максимальный интервал прослушивания, который максимизирует средний процент времени пребывания станции в состоянии доза (т.е. сна) (и, следовательно, потребляет меньше энергии), в то время как удовлетворяет требуемому качеству обслуживания на среднее значение и дисперсия задержки пакета. Авторы [11] предлагают централизованный режим энергосбережения (C-PSM), в котором точка доступа 802.11 выбирает оптимальные параметры PSM, оптимизируя общую эффективность использования энергии для всех клиентов. Используя обширные симуляционные эксперименты, авторы показывают, что C-PSM превосходит стандартную PSM 802.11 WLAN и снижает потребление энергии на целых 76%. Наконец, режим энергосбережения с приоритетом (PBPSM) предлагается в [12]. PBPSM назначает разные приоритеты доступа к каналу для разных станций, чтобы повысить энергоэффективность станций, находящихся в режиме энергосбережения.
2. Оптимизация по нескольким сетевым соединениям
Как уже упоминалось, современные мобильные устройства обычно оснащены несколькими радиоинтерфейсами, такими как сотовая радиосвязь, WLAN и интерфейсы Bluetooth. Каждый из этих интерфейсов имеет свои собственные характеристики (например, скорость и диапазон), которые, естественно, влияют на потребляемую ими мощность. Один из способов экономии энергии в мобильных устройствах с несколькими радиоинтерфейсами – всегда выбирать наименее дешевый интерфейс.
Статья Перруччи и др. [13] представлены результаты измерений, которые были проведены для сравнения потребления энергии текстовыми сообщениями, голосом и данными для мобильного устройства в сетях 2G и 3G. Устройство, используемое для измерений, – это смартфон Nokia N95, работающий под управлением ОС Symbian в качестве операционной системы. Результаты измерений показывают, что обмен текстовыми сообщениями и голосовыми службами потребляет меньше энергии в 2G, чем в сети 3G. Вместо этого, когда загружаются большие объемы данных, подключение 3G потребляет меньше энергии. Из результатов следует, что для достижения более длительного срока службы батареи пользователь должен оставаться подключенным к сети 2G по умолчанию и использовать только сеть 3G при необходимости передачи данных.
Pering et al. [14] CoolSpots, которая представляет собой систему, которая позволяет беспроводному мобильному устройству автоматически переключаться между WLAN и интерфейсом Blue-tooth при передаче / приеме данных для экономии энергии. Работа основана на том, что, хотя WLAN намного быстрее, чем Bluetooth, она также потребляет гораздо больше энергии. В то время как потребление энергии в режиме ожидания в WLAN составляет порядка 890 мВт, потребление энергии на холостом ходу Bluetooth составляет всего 120 мВт. CoolSpot исследует политики, позволяющие переключаться между двумя радиоинтерфейсами на основе требований к пропускной способности приложения, мощности и расстояния. Используя экспериментальную проверку системы CoolSpot, авторы могут снизить потребление энергии беспроводной подсистемы более чем на 50%.
Выбор оптимального по энергии оптимального интерфейса в мобильном устройстве изучается также в [15]. В документе говорится, что бесперебойная передача обслуживания и управление ресурсами необходимы для достижения хорошего качества обслуживания (QoS) в мобильных устройствах и доступа к, например, Интерфейсы UMTS и WLAN одновременно могут уменьшить задержку передачи обслуживания и потерю данных при гетерогенной передаче обслуживания. Но одновременный доступ к нескольким интерфейсам значительно увеличивает потребление энергии мобильным устройством. Таким образом, в документе представлен эффективный механизм выбора интерфейса, который учитывает потребление энергии аккумулятора в дополнение к QoS.
Исследование измерения Balasubramanian et al. [16] изучает и характеризует энергопотребление сетевой активности по сетям GSM, 3G и WLAN с целью снижения энергопотребления мобильных приложений, использующих эти сетевые технологии. Обнаружено, что в GSM и 3G большая часть энергии теряется в мощных состояниях после завершения типичной передачи. Эту энергию называют хвостовой энергией. Хвостовая энергия GSM меньше, чем у 3G, но, поскольку GSM имеет более низкую скорость передачи данных, больше времени тратится в высокомощном состоянии при передаче. Также установлено, что в WLAN накладные расходы на объединение (поиск точки доступа и соединение с ней) сопоставимы с хвостовой энергией 3G, но передача данных более эффективна. Основываясь на вышеприведенных выводах, авторы разрабатывают «TailEnder», протокол для планирования передачи данных для обычных мобильных приложений, чтобы снизить их потребление энергии. TailEnder может использоваться для двух классов приложений: приложений с задержкой (например, электронной почты и RSS-каналов) и приложений, которые могут извлечь выгоду из предварительной выборки (например, просмотра веб-страниц). Производительность TailEnder оценивается в трех приложениях (электронная почта, новостные ленты и веб-поиск), и для каждого из них показано, что TailEnder значительно снижает потребление энергии.
Использованная литература
[7] Kivi A., Smura T., Toyli J. (2009). Diffusion of Mobile Handset Features in Finland. In Proceedings of the Eighth International Conference on Mobile Business (ICMB), June 2009, pp. 209.
[8] Ray, N. and Turuk, A. A Review on Energy Efficient MAC Protocols for Wireless LANs. In Proceedings of the Fourth International Conference on Industrial and Information Systems (ICIIS), December 2009, pp. 137.
[9] Lei, H. and Nilson, A. Queueing Analysis of Power management in the IEEE 802.11 Based Wireless LANs. IEEE Transactions on Wireless Communications, April 2007, Vol. 6, No. 4, pp. 1286.
[10] Baek, S. and Choi, B. Performance Analysis of Power Save Mode in IEEE 802.11 Infrastructure WLAN. In Proceedings of the International Conference on Telecommunications, June 2008.
[11] Xie, Y., Luo, X. and Chang, R. Centralized PSM: An AP-centric power saving Mode for 802.11 infrastructure networks. IEEE SarnoffSymposium, April 2009.
[12] Zhu, F. and Niu, Z. Priority Based Power Saving Mode in WLAN. In Proceedings of the IEEE Global Telecommunications Conference, November-December 2008.
[13] Perrucci, G., Fitzek, F., Sasso, G., Kellerer, W. and Widmer, J. On the impact of 2G and 3G network usage for mobile phones’ battery life. In Proceedings of the European Wireless Conference, May 2009, pp. 255.
[14] Pering, T., Agarwal, Y., Gupta, R. and Want, R. CoolSpots: Reducing the Power Consumption of Wireless Mobile Devices with Multiple Radio Interfaces. In Proceedings of the 4th international conference on Mobile systems, applications and services, June 2006, pp. 220-232.
[15] Chowdhury, M., Jang, Y., Ji, C., Choi, S., Jeon, H., Jee, J. and Park, C. Interface selection for power management in UMTS/WLAN overlaying network. In Proceedings of the 11th International Conference on Advanced Communication Technology, February 2009, Vol. 01, pp. 795-799.
Kaisa Korhonen
Predicting mobile device battery life
If you found an error, highlight it and press Shift + Enter or click here to inform us.
Загрузка ...