CC BY
11УДК 004.032.6
Технические науки
Гуляева Светлана Андреевна, студент-магистр, Калужский филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э.
Баумана (национальный исследовательский университет)» Ефимов Павел Валерьевич, студент-магистр, Калужский филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» Белов Юрий Сергеевич, к.ф. -м.н., доцент, Калужский филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
ВЛИЯНИЕ УРОВНЕЙ АРХИТЕКТУРЫ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА
ОБЩЕЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ
Аннотация: Данная статья посвящена обзору влияния архитектуры мобильных устройств на общее потребление энергии. Дается общее описание архитектуры мобильных устройств. Рассматривается оценка взаимосвязи между использованием ресурсов и потреблением энергии на системном уровне. Говорится о потреблении энергии на аппаратном уровне и уровне управления.
Ключевые слова: энергопотребление, мобильное устройство, аппаратный уровень, прикладной уровень, уровень управления.
Annotation: This article reviews the impact of mobile device architecture on overall energy consumption. A general description of the architecture of mobile devices is given. An assessment of the relationship between resource use and energy consumption at a system level is considered. We are talking about energy consumption at the hardware level and the control level.
Key words: power consumption, mobile device, hardware level, application level, control level.
В наши дни можно утверждать, что телефон перестал быть устройством только для звонков. Он позволяет нам оплачивать покупки, находить правильную дорогу, вызывать такси. Ситуация, в которой у вас садится элемент питания, становится одной из самых стрессовых. Остаться ночью на незнакомой улице без телефона довольно неприятно. При этом расход аккумуляторной батареи растет во многом как следствие расширения возможностей. В этой статье будет рассмотрено как архитектура мобильного устройства влияет на потребление энергии. Архитектура мобильной платформы содержит три уровня: прикладной уровень, уровень управления питанием и аппаратный уровень.
Прикладной уровень. Приложения, работающие на платформе, могут увеличить общее энергопотребление на основе использования ресурсов. Были оценены взаимосвязь между использованием ресурсов и потреблением энергии на системном уровне на нескольких платформах, передаваемых от ноутбуков к серверу. Они показали, что модели, основанные на показателях использования ОС и счетчиках производительности процессора, в большинстве случаев являются наиболее точным [1].
Для того, чтобы разработчики могли повысить энергоэффективность своих приложений, они должны выполнить свою задачу как можно быстрее, а затем позволить платформе быстро перейти в режим ожидания. Одним из способов достижения этой цели является многопоточность в многоядерной платформе, где задачи могут выполняться одновременно на каждом ядре. Это позволит ядрам перейти в состояние бездействия быстрее, чем при последовательном выполнении задач. Второй метод, позволяющий разработчикам снизить энергопотребление своих приложений, - это минимизация использования ресурсов. Она может быть достигнута за счет
минимизации перемещения данных и эффективного использования кэша. Например, предварительная выборка и кэширование в сценарии воспроизведения DVD могут уменьшить вращение диска, что приводит к снижению энергопотребления по сравнению с отсутствием предварительной выборки и кэширования [2].
Уровень управления. Уровень управления мобильными устройствами может значительно повлиять на срок службы батареи, управляя энергопотреблением многочисленных аппаратных компонентов. Например, он может повысить энергоэффективность платформы, приостановив жесткий диск на основе его использования. Он также может изменять частоту процессора в зависимости от его нагрузки. Более низкая частота приводит к снижению энергопотребления и снижению производительности процессора, и наоборот. Кроме того, уровень управления может также изменять состояния сна процессора, также известные как C-состояния с активного на бездействующий. Чем глубже состояние сна, тем меньше потребляемая мощность и тем больше время перехода от холостого хода к активному и наоборот [3]. Другим способом управления энергопотреблением платформы является изменение состояний питания устройства платформы, известных как D-состояния, в соответствии со спецификациями Advanced Configuration and Power Interface (ACPI). D-состояния устройства позволяют управлять питанием платформы для изменения состояния энергопотребления устройства. Когда компонент устройства используется, он находится в полностью активном состоянии. Однако, когда он не используется, в идеале, он должен перейти в состояние ожидания. Существует несколько состояний простоя, которые могут варьироваться от D1 до Dx. Чем глубже Состояние простоя, тем ниже энергопотребление устройства и тем больше задержка перехода в активное состояние, и наоборот. Даже когда устройство находится в состоянии простоя (т. е. не используется), оно все равно потребляет различное количество энергии в зависимости от типа устройства. В результате
единственный способ полностью исключить энергопотребление неиспользуемых компонентов устройства - это полностью отключить компонент устройства [4].
Аппаратный уровень. Количество компонентов на аппаратном уровне зависит от самой платформы. Можно широко классифицировать их по следующим категориям: процессор, память, хранилище, сетевые устройства, датчики, служебные устройства и дисплей.
Потребление энергии памяти и хранения зависит от количества инструкций чтения и записи. В результате снижение числа операций чтения и записи приводит к снижению энергопотребления.
Сетевые устройства такие, как беспроводная сеть (Wi-Fi, интернет), Bluetooth и NFC являются наиболее энергоемкими функциями различных устройств. Есть несколько факторов, которые могут повлиять на энергопотребление мобильного устройства, - это сила сети, размер загружаемых и загружаемых данных и частота использования. Стоит отметить, что сетевой адаптер может активно использоваться пользователями при серфинге в интернете, загрузке материалов или активной потоковой передаче видео, но он также может быть вызван фоновыми приложениями. Были проведены тематические исследования на Android и iOS, где было показано, что когда Wi - Fi был включен, фоновые приложения периодически запускали выборку данных, что приводило к увеличению потребления батареи платформы.
В настоящее время мобильные устройства построены с большим количеством датчиков [5]. Например, Microsoft требует для всех своих ультрабуков и планшетов 8.1 набор интегрированных физических датчиков с объектно-ориентированными абстракциями. Необходимыми датчиками являются акселерометры, гироскопы, окружающий свет, компас и GPS. Эти пять физических датчиков сопоставляются с большим числом логических датчиков, известных как датчики слияния, путем объединения выходных данных нескольких физических датчиков. Эти датчики можно использовать
для различных целей. Например, акселерометр может использоваться для определения движения и скорости. Компас улучшает определение местоположения, улучшая позиционирование за счет точного направления и ориентации, тем самым улучшая данные, передаваемые в приложения, основанные на местоположении. Разработчики могут изменять частоту обновления этих датчиков. В результате энергоэффективное приложение может поддерживать датчики в активном состоянии в течение длительного времени, изменяя интервал обновления частоты до очень низкого значения.
Служебные устройства имеют определенную функциональность и могут быть включены/выключены по требованию. Камеры, микрофоны и динамики попадают в эту категорию. Недавний патент на Samsung Electronics Co. LT преобразовал удобство использования устройства камеры из служебного устройства, которое строго записывает видео или делает снимки, в сенсорное устройство [6]. В патенте говорится, что технология позволяет им использовать камеру в мобильном устройстве для получения изображений, разделения изображений на фотографические области и определения, соответствует ли изображение команде, и если да, то выполнять действие, которое изменяет пользовательский интерфейс (UI) без необходимости касаться экрана.
Тип дисплея последних мобильных устройств-OLED или LCD. Дисплей является одним из компонентов, который может значительно разрядить батарею. Две телеметрии, которые могут повлиять на энергопотребление дисплея, - это яркость дисплея и частота обновления дисплея. Что касается яркости дисплея, энергопотребление OLED-дисплеев зависит от цвета содержимого экрана, в то время как энергопотребление ЖК-дисплея зависит от яркости. Однако вклад энергии OLED при обновлении близок к среднему энергопотреблению дисплея при постоянном экране. Вторая телеметрия для дисплеев - это частота обновления, которую можно измерить в герцах. Это в основном количество раз в секунду, когда оборудование дисплея обновляет свой буфер. Чем
выше частота обновления, тем меньше мерцание изображений и тем больше потребляемая мощность. С другой стороны, низкая частота обновления может привести к мерцанию изображений и снижению энергопотребления. Наконец, при оценке энергопотребления дисплеев необходимо учитывать как яркость дисплея, так и частоту обновления.
Выводы. Подводя итог всему сказанному можно заметить, что каждый уровень архитектуры мобильного устройства влияет на энергопотребление данного устройства.
Библиографический список:
1. Abdelmotalib A., Wu Z. Power consumption in smartphones (hardware behaviourism) // International Journal of Computer Science Issues (IJCSI). 2012. P. 161-164.
2. Balasubramanian N., Balasubramanian A., Venkataramani A. Energy consumption in mobile phones: a measurement study and implications for network applications // Proceedings of the 9th ACM SIGCOMM conference on Internet measurement. 2009. P. 280-293.
3. Qian H., Andresen D. Extending mobile device's battery life by offloading computation to cloud // Proceedings of the Second ACM International Conference on Mobile Software Engineering and Systems. 2015. P. 150-151.
4. Park S., Kim D., Cha H. Reducing energy consumption of alarminduced wake-ups on android smartphones. // Proceedings of the 16th International Workshop on Mobile Computing Systems and Applications. 2015. P. 33-38.
5. Tawalbeh L., Basalamah A., Mehmood R., Tawalbeh H. Greener and Smarter Phones for Future Cities: Characterizing the Impact of GPS Signal Strength on Power Consumption // Jordan University of Science and Technology. 2016. P. 58-68.
6. Tawalbeh L., Jararweh Y., Ababneh F., Dosari F. Large scale cloudlets deployment for efficient mobile cloud computing // Journal of Networks. 2015. P. 7076.
