Устойчивая мобильная разработка: подходы к созданию энергоэффективных приложений Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

Устойчивая мобильная разработка:

подходы к созданию энергоэффективных приложений

сч о сч

fO

о ш m

X

<

m О X X

Адещенко Кирилл Русланович

руководитель мобильной разработки, РСХБ-Интех, [email protected]. ru

В эпоху активного развития мобильных технологий и повышения осведомленности о вопросах экологии и энергосбережения, устойчивая мобильная разработка приобретает особую актуальность. Исследование посвящено анализу современных подходов к созданию энергоэффективных мобильных приложений, которые минимизируют потребление энергии и уменьшают негативное влияние на окружающую среду. Основное внимание уделяется принципам устойчивой программной инженерии, инновационным технологиям, таким как прогрессивные веб-приложения (PWA), кроссплатформенная разработка с использованием Flutter и React Native, интеграция с Интернетом вещей (IoT), а также внедрение искусственного интеллекта и машинного обучения для повышения эффективности приложений. Акцент делается на гибкой методологии разработки, интеграции с облачными технологиями, применении CI/CD для оптимизации процессов разработки и аналитике поведения пользователей для улучшения функциональности и пользовательского опыта.

Ключевые слова: IoT, интернет вещей, мобильная разработка, энергоэффективные приложения, приложения, IT.

Введение

Мобильные приложения утвердились как фундаментальный элемент ежедневной экзистенции, в то время как предприятия стремятся максимально реализовать их потенциал для эффективного взаимодействия с клиентами и предоставления ценных услуг. В свою очередь управление энергопотреблением представляет собой одну из наиболее сложных задач. Растущие требования к функциональности приложений приводят к увеличению их энергозатрат, в то время как развитие технологий аккумуляторов не успевает компенсировать этот рост. Это делает крайне актуальным вопрос глобальной оптимизации энергопотребления на уровне мобильных устройств.

К ведущим трендам в мобильной разработке следует отнести:

• PWA. Прогрессивные веб-приложения (PWA) зарекомендовали себя как экономически выгодную альтернативу традиционным нативным приложениям, сливая воедино преимущества веб и мобильных технологий. С их способностью функционировать в офлайн режиме, возможностью отправки уведомлений и адаптивным дизайном, PWA выходят на передний план как предпочтительный вариант для бизнеса, нацеленного на расширение лично охвата.

• Внедрение искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML). Искусственный интеллект и машинное обучение трансформируются из будущих технологий в незаменимые элементы современной мобильной разработки. В 2024 году предвидится рост функционала на базе AI, включая персонализацию пользовательского опыта, предиктивную аналитику и улучшенную поддержку клиентов через чат-боты. Интеграция AI и ML в мобильное приложение может раскрыть новые горизонты для автоматизации процессов и усиления вовлеченности пользователей.

• Кроссплатформенная разработка с Flutter и React Native. Крос-сплатформенные фреймворки, такие как Flutter и React Native, продолжают завоевывать популярность, давая разработчикам возможность создавать приложения, совместимые как с iOS, так и с Android, с единственного исходного кода. Такой подход способствует экономии времени на разработку и обеспечивает единообразный пользовательский опыт на разнообразных устройствах.

• Интеграция с интернетом вещей (IoT). В свете расширения экосистемы умных устройств, интеграция IoT в мобильные приложения обещает стать значительным направлением в 2024 году. Это открывает двери для множества приложений, от мониторинга здоровья и фитнеса до управления умным домом, предлагая разработчикам возможности для создания бесшовного взаимодействия между приложениями и умными устройствами.

• Внедрение голосовых технологий и дополненной реальности (AR). С улучшением технологий распознавания голоса и развитием AR, эти иммерсивные технологии обещают обогатить мобильные приложения новыми функциями, расширяя возможности в сферах электронной коммерции, образования и недвижимости [1].

Основной целью данной работы является исследование подходов к созданию энергоэффективных мобильных приложений в рамках устойчивой мобильной разработки.

Литературный обзор

В области устойчивой мобильной разработки и создания энергоэффективных приложений выделяются несколько ключевых направлений, озвученных экспертами.

Mahrukh Tanveer, Huma Hayat Khan, Muhammad Noman Malik и Youseef Alotaibi исследуют проблемы инженерии требований в кон-

тексте мобильной разработки и Интернета вещей (IoT). Они указывают на сложности, возникающие из-за ограничений мобильных устройств, таких как процессор, батарея и сенсорные экраны, а также различия в жизненном цикле разработки ПО и процессе разработки из-за нестабильности пользовательских требований и ограниченных возможностей устройств. Они подчеркивают важность учета этих вызовов при сборе требований для разработки мобильных приложений, чтобы обеспечить более эффективный процесс инженерии требований [2].

Asim Hussain предлагает восемь принципов устойчивого проектирования программного обеспечения, направленных на сокращение углеродного следа ПО. Эти принципы включают создание углеро-доэффективных приложений, энергоэффективность, использование электричества с наименьшей углеродной интенсивностью, учет встроенного углерода, энергетическую пропорциональность, сокращение объема и дальности передачи данных, формирование спроса и оптимизацию [3].

Одним из ключевых аспектов является разработка мобильных приложений с акцентом на энергоэффективность. Среди рекомендаций — эффективное использование ЦПУ, оптимизация работы с местоположением и интеграция функций экономии энергии. Это включает в себя оптимизацию кода, использование фоновых потоков для снижения потребления энергии ЦПУ, а также применение технологий, таких как геозоны, для минимизации использования GPS. Такие подходы не только способствуют снижению энергопотребления, но и улучшают производительность приложений, предоставляя пользователям более длительное время работы устройств без дополнительной подзарядки [4].

В рамках данной статьи будет акцентировано внимание на существующих подходах у созданию энергоэффективных приложений.

1 Анализ динамики загрузок приложений

В 2023 году на глобальном рынке приложений наблюдалась стабильность в объеме загрузок, достигнув отметки в 257 миллиардов, что отражает умеренный рост на 1% по сравнению с предыдущим годом. Специфический сегмент мобильных игр сохранил свою долю на уровне 34%, что эквивалентно 88 миллиардам загрузок из общего числа. Анализируя динамику совокупных загрузок в магазинах приложений App Store и Google Play по кварталам, можно отметить следующие тенденции: в первом квартале произошло снижение на 6%, во втором квартале зафиксирован рост на 3%, в третьем квартале наблюдалось увеличение на 2%, тогда как в четвертом квартале загрузки сократились на 2%.

ДОХОДНОСТЬ IOS

,--/////////////уу//////

тенденции и на российском рынке, где количество загрузок на iOS выросло на 1%, в то время как на Android наблюдалось снижение на 2%. Эти данные свидетельствуют о стабильности рынка мобильных приложений с незначительными колебаниями в предпочтениях между основными операционными системами и подчеркивают продолжающуюся важность мобильных игр в общей структуре загрузок.

В Российской Федерации наблюдается увеличение интереса к загрузкам приложений через альтернативные магазины приложений, включая AppGallery, Galaxy Store, GetApps, а также локализованные платформы, такие как RuStore, RuMarket и NashStore. Согласно отчетам ТАСС, общий объем загрузок в RuStore достиг поразительной отметки в 56 миллионов. Кроме того, в стране зафиксирована высокая популярность загрузки приложений в формате APK-файлов. Этот тренд обусловлен удалением ключевых банковских приложений, включая такие значимые как «Сбербанк», ВТБ, «Тинькофф Банк», «Открытие», «Почта банк», а также приложений других отечественных сервисов, например, авиакомпаний S7, Nordwind и UralAirlines, из магазинов Google Play и AppStore, в результате чего российские пользователи стали более доверять загрузкам через APK.

2. Анализ категорий приложений

В контексте распределения загрузок по категориям в 2023 году, как на российском, так и на международном уровне, категория игр («Games») продолжает занимать лидирующие позиции. В России доля загрузок игр на устройствах iPhone составила 25,61%, что в два раза меньше по сравнению с Android, где доля составляет 53,47%, и iPad, на которых показатель достигает 57,13%. Категории «Food & Drink» и «Travel» на iPhone занимают доли в 4,19% и 4,18% соответственно, что значительно выше, чем на Android, где доли этих категорий составляют 1,73% и 0,98%. На iPad эти категории представлены еще меньшими долями — 0,13% и 0,37% соответственно. Что касается категории "Shopping", то на iPhone она занимает долю в 8,53%, что существенно выше, чем на Android (4,61%) и на iPad (1,68%). В образовательной категории («Education») iPad демонстрирует долю в 4,88%, опережая Android и iPhone с показателями в 1,45% и 2,66% соответственно. Эти данные иллюстрируют предпочтения пользователей различных платформ в отношении категорий мобильных приложений, подчеркивая диверсификацию в выборе приложений среди российских пользователей.

Рис.1. Доходность программ на IOS

Исследуя изменения по платформам в течение 2023 года, становится очевидно, что колебания в объеме загрузок оставались минимальными: на платформе iOS был зафиксирован рост на 3%, в то время как на Android произошло снижение на 4% по сравнению с предшествующим годом. Такие изменения отражают общемировые

X X О го А С.

X

го m

о

Рис.3. Анализ категорий приложений

ю

2 О

м ■р»

Наименьшая доля загрузок на всех устройствах у категорий Weather и News. На Android и iPad в аутсайдеры с долей скачиваний меньше 1,5% попала категория Health & Fitness (1,36% и 0,24%) при 2,34% на iPhone [5].

сч

0 сч

fO

01

О Ш Ш X

3

<

m о х

X

Рис.4. Сравнение категорий приложений Android и iPhone

Различные факторы способствовали подъему интереса к данной категории:

• Адаптация потребительского поведения к продолжительному периоду глобальных неопределенностей, связанных с пандемией COVID-19 и другими макроэкономическими вызовами.

• Расцвет внутреннего туризма в ответ на ограничения международных поездок.

• Выход с российского рынка международных платформ бронирования, таких как Booking.com и Airbnb, и появление отечественных альтернатив, включая «Отелло», МТС Travel, Mego.travel и «Яндекс Путешествия», последнее из которых, по данным только двух основных магазинов приложений, зафиксировало более 3,8 миллиона загрузок в 2023 году.

• Возможность оплаты услуг зарубежных компаний с помощью российских платежных карт способствовала росту интереса к мета-поисковикам и туристическим операторам.

В анализе динамики рынка мобильных приложений выявлено, что некоторые категории испытали сокращение объемов загрузок, превышающее общую тенденцию спада на рынке. Значительное уменьшение активности наблюдается в категориях «Новости» и «Погода», где снижение достигло отметок в 46,03% и 54,41% соответственно. Этот тренд особенно заметен на фоне исключения из App Store и Google Play приложений ряда банков, что привело к уменьшению в категории «Финансы» на 20,13% на российском рынке. Спад в категории «Новости» связывают с уменьшением интереса после всплеска загрузок в 2022 году, вызванного нестабильной политической ситуацией.

Изучение загрузок по типам устройств выявило разнообразие тенденций. На платформе iPhone категория "Графика и дизайн" выделяется существенным ростом на 44,06%, в то время как на Android наблюдается уменьшение на 7,69%. Категория «Шоппинг» демонстрирует устойчивость общего количества загрузок по сравнению с

2022 годом, несмотря на снижение на iPhone и iPad на 9,13% и 15,51% соответственно, что компенсируется ростом на Android на 4,68%. Эти данные отражают сложность и многообразие трендов в использовании мобильных приложений, указывая на специфические предпочтения пользователей различных платформ.

Категория Games в России поддерживает мировую тенденцию незначительного колебания на Android (-0,27%) и iPhone (+1,65%), снижаясь на 9,66% на iPad. Категория Weather, самая отстающая как на глобальном рынке, так и в России, на iPhone теряет лишь 7,81%, что лучше, чем у категорий Shopping и Music [6,7].

3. Общая характеристика программной инженерии

Значительные достижения в области повышения энергоэффективности были сделаны благодаря инновациям в области мобильных процессоров. Современные микропроцессоры интегрируют технологии, позволяющие динамически изменять напряжение и частоту, как, например, Enhanced Intel SpeedStep, способствуя снижению энергопотребления. Операционные системы, в свою очередь, внедрили специализированные механизмы, такие как cpufreq в Linux, для регулирования работы процессоров. Сейчас внимание разработчиков переключается на другие компоненты мобильных устройств, включая графические процессоры и системы ввода-вывода, где применение аналогичных технологий может существенно снизить энергопотребление.

Современные мобильные ОС разрабатываются с учетом потребности в эффективном управлении энергией. Android, например, реализует механизм «гибкого саспенда», активно стремясь минимизировать энергопотребление путем перевода устройства в режим сна при отсутствии активности. Windows 8 предложил инновационный «подключенный ждущий режим», позволяющий устройствам сохранять сверхнизкое энергопотребление при продолжении работы в фоновом режиме. Однако эффективность таких подходов ограничивается поведением приложений: исследования показали, что приложения могут неэффективно использовать энергию, оставаясь активными в фоне и тем самым предотвращая переход устройства в режим энергосбережения.

Открытость операционных систем является еще одним ключевым аспектом их разработки. Этот принцип обеспечивает пользователям и разработчикам свободу в использовании, модификации, распространении и улучшении ОС. В то время как закрытые системы, как iOS от Apple, ограничивают доступ к некоторым функциям, ОС с открытым исходным кодом, такие как Android, предоставляют широкие возможности для адаптации и интеграции разнообразных приложений и сервисов, что положительно сказывается на всей экосистеме.

Поддержка облачных технологий становится все более важной для мобильных ОС, поскольку облачные приложения и сервисы предлагают мощные возможности без необходимости хранения больших объемов данных на устройстве. ОС стремятся обеспечить оптимальную поддержку стандартов, таких как HTML5, что позволяет разработчикам создавать высококачественные веб-приложения. В этом контексте особое внимание заслуживает новичок среди мобильных ОС - Tizen, который демонстрирует высокие показатели поддержки HTML5, подчеркивая стремление разработчиков к созданию универсальных и доступных пользовательских интерфейсов.

Таблица 1

Браузер Платформа Оценка + бонус

Tizen 2 492 + 16

BlackBerry 10 BlackBerry Q10 или Z10 485 + 11

Dolphin Engine Beta Android 2.2 или выше 469 + 3

Opera Mobile 14 Android 448 + 11

Tizen 1 426 + 16

Firefox Mobile 22 Различные платформы 422 + 14

Chrome 25 Android 4 417 + 11

Браузеры, разработанные независимыми производителями, сталкиваются с определенными трудностями в сравнении с теми, что интегрированы в операционные системы (ОС), из-за ограниченного влияния на системные процессы и архитектуру разработки. Идеальная модель работы браузера предполагает его функционирование в уникальной среде, к чему и стремятся разработчики. Примером такой стратегии является Firefox OS, которая привлекла внимание многих, а также предварительная версия Opera OS, демонстрация которой доступна в соответствующем видеоролике. Тем не менее, независимые разработчики продолжают занимать лидирующие позиции на рынке, примером чего служит прорывной китайский браузер Dolphin Engine.

Веб-приложения, базирующиеся на использовании веб-технологий для создания локально функционирующего программного обеспечения, требуют поддержки со стороны мобильных ОС в виде исполнительной среды, фреймворков и инструментов разработки:

• Исполнительная среда гарантирует функционирование приложения, будучи тесно интегрированной с ОС, хотя и происходит от браузерной технологии.

• Веб-фреймворки, такие как jQueryMobile или Sencha, предоставляют разработчикам обширные библиотеки для создания приложений.

• Инструментарий для разработки должен быть адаптивным, чтобы удовлетворять разнообразные потребности создателей программного обеспечения.

Хотя HTML5 претендует на роль универсального кросс-платформенного стандарта, фактическая поддержка этой технологии разнится между платформами, и процесс её стандартизации продолжается. Фреймворк PhoneGap, поддерживаемый всеми ведущими мобильными ОС, был создан для преодоления этих несоответствий. Стремление к единому стандарту HTML5 существует среди всех участников экосистемы, однако его реализация встречает сложности из-за того, что разработчики ОС вносят в него свои уникальные особенности [8].

4. Подходы энергоэффективных приложений

В сфере проектирования архитектуры мобильных приложений, стремление к повышению энергоэффективности занимает ключевое место. Для достижения этой цели рекомендуется принять следующие подходы, а именно :

• Минимизировать излишние фоновые процессы: важно исключить выполнение задач в фоне, которые могут привести к неоправданному расходу энергии устройства.

• Применение механизма push-уведомлений: отказ от частых проверок сервера на предмет обновлений в пользу push-уведомлений может значительно сократить энергопотребление за счет уменьшения количества пробуждений приложения.

• Использование ленивой загрузки: предпочтение загрузке данных по мере необходимости, в отличие от их предварительной загрузки, помогает уменьшить использование памяти и энергии.

• Оптимизировать сетевые запросы: минимизация обращений к сети через кеширование данных или внедрение механизмов эффективной синхронизации данных способствует снижению энергопотребления.

• Оптимизировать загрузки изображений: адаптация размера изображений под экран устройства и их сжатие способствует сокращению времени загрузки и энергопотребления.

• Внедрить темный режим, в данном случае предоставление опции темного режима позволяет снизить энергопотребление на устройствах с OLED или AMOLED экранами.

• Эффективное управление сенсорным вводом: оптимизация обработки сенсорных вводов может предотвратить лишние активации процессора и снизить потребление энергии.

• Тестирование на различных устройствах: проверка эффективности приложения на разнообразных устройствах гарантирует его стабильную работу.

• Сбор обратной связи от пользователей: мотивация пользователей к обратной связи о влиянии приложения на автономную работу устройства помогает в приоритизации усилий по оптимизации.

Таким образом применив вышеназванные подходы, разработчики смогут существенно оптимизировать расход энергии на мобильном устройстве [9].

Заключение

Исследование подчеркивает значимость устойчивой мобильной разработки в современном мире. Оно демонстрирует, как инновационные технологии и методологии могут способствовать созданию энергоэффективных мобильных приложений, снижая их воздействие на окружающую среду и улучшая взаимодействие с пользователем. Реализация устойчивых практик в мобильной разработке не только способствует эффективному использованию ресурсов, но и открывает новые возможности для инноваций и улучшения качества мобильных приложений.

Литература

1. Мобильная разработка в 2024 году.[Электронный ресурс] Режим доступа:https://vc.ru/dev/969737-mobilnaya-razrabotka-v-2024-godu .- (дата обращения 29.02.2024).

2. Green Requirement Engineering: Towards Sustainable Mobile Application Development and Internet of Things .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.mdpi.eom/2071-1050/15/9/7569.- (дата обращения 29.02.2024).

3. How Sustainable Software Design Combats Climate Change — & How To Get Involved .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.codecademy.com/resources/blog/sustainable-software-design-principles-developers/.- (дата обращения 29.02.2024).

4. Energy-Efficient Design Redefining the Mobile App Development Workflow .[Электронный ресурс] Режим до-ступа:https://energy5.com/energy-efficient-design-redefining-the-mobile-app-development-workflow.- (дата обращения 29.02.2024).

5. Итоги мобайл-индустрии за 2023 год.[Электронный ресурс] Режим доступа:https://www.sostav.ru/publication/itogi-mobile-industrii-za-2023-god-otchet-mobio-65878.html .- (дата обращения 29.02.2024).

6. State of Mobile 2024: тенденции мобильного рынка и другие данные из отчета Data.ai.[Электронный ресурс] Режим до-ступа:https://adpass.ru/state-of-mobile-2024-tendentsii-mobilnogo-rynka-i-drugie-dannye-iz-otcheta-data-ai/ .- (дата обращения 29.02.2024).

7. Принципы устойчивой программной инженерии.[Электрон-ный ресурс] Режим доступа:https://learn.microsoft.com/ru-ru/training/modules/sustainable-software-engineering-overview/ .- (дата обращения 29.02.2024).

8. Архитектура мобильных ОС. Тенденции и впечатления поль-зователей.[Электронный ресурс] Режим до-ступа:https://habr.com/ru/companies/intel/articles/184708/ .- (дата обращения 29.02.2024).

9. Murat Eyvaz & Abdulkerim Gok & Ebubekir Yuksel Энергоэффективные подходы в промышленных приложениях" .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://ideas.repec.org/b/ito/pbooks/5520.html .- (дата обращения 29.02.2024).

Sustainable mobile development: approaches to creating energy-efficient applications Adeshchenko K.R.

Russian Agricultural Bank

JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_

In the era of active development of mobile technologies and increased awareness of

environmental issues and energy conservation, sustainable mobile development is

becoming particularly relevant. The research is devoted to the analysis of modern

X X

о го А с.

X

го m

о

2 О

м ■р»

approaches to the creation of energy-efficient mobile applications that minimize energy consumption and reduce the negative impact on the environment. The main focus is on the principles of sustainable software engineering, innovative technologies such as progressive web applications (PWA), cross-platform development using Flutter and React Native, integration with the Internet of Things (IoT), as well as the introduction of artificial intelligence and machine learning to improve the efficiency of applications. The focus is on flexible development methodology, integration with cloud technologies, the use of CI/CD to optimize development processes and user behavior analytics to improve functionality and user experience.

Keywords: IoT, Internet of things, mobile development, energy efficient applications, applications, IT.

References

1. Mobile development in 2024. [Electronic resource] Access mode:https://vc.ru/dev/969737-mobilnaya-razrabotka-v-2024-godu .- (accessed 02/29/2024).

2. Green Requirement Engineering: Towards Sustainable Mobile Application Development and Internet of Things .[Electronic resource] Access mode: https://www.mdpi.com/2071-

1050/15/9/7569 .- (accessed 02/29/2024).

3. How Sustainable Software Design Combats Climate Change — & How To Get Involved .[Electronic resource] Access mode: https://www.codecademy.com/resources/blog/sustainable-software-design-principles-developers /.- (accessed 02/29/2024).

4. Energy-Efficient Design Redefining the Mobile App Development Workflow .[Electronic resource] Access mode:https://energy5.com/energy-efficient-design-redefining-the-mobile-app-development-workflow .- (accessed 02/29/2024).

5. The results of the mobile industry for 2023.[Electronic resource] Access mode:https://www.sostav.ru/publication/itogi-mobile-industrii-za-2023-god-otchet-mobio-65878.html .- (accessed 02/29/2024).

6. State of Mobile 2024: mobile market trends and other data from the report Data.ai .[Electronic resource] Access mode:https://adpass.ru/state-of-mobile-2024-tendentsii-mobilnogo-rynka-i-drugie-dannye-iz-otcheta-data-ai / .- (accessed 02/29/2024).

7. Principles of sustainable software engineering.[Electronic resource] Access mode:https://learn.microsoft.com/ru-ru/training/modules/sustainable-software-engineering-overview / .- (accessed 02/29/2024).

8. Architecture of mobile OS. Trends and user impressions.[Electronic resource] Access mode:https://habr.com/ru/companies/intel/articles/184708 / .- (accessed 02/29/2024).

9. Murat Eyvaz & Abdulkerim Gok & Ebubekir Yuksel Energy Efficient Approaches in Industrial Applications".[Electronic resource] Access mode: https://ideas.repec.org/b/ito/pbooks/5520.html .- (accessed 02/29/2024).

o

CO

o m

CD X

J

<

CD O X X