快速休眠時間對長在線終端待機功耗的影響研究

付皓，盧尹超，肖海

快速休眠時間對長在線終端待機功耗的影響研究

付皓，盧尹超，肖海

（中國電信股份有限公司廣東研究院，廣東 廣州 510630）

首先介紹了長在線終端的待機過程，并根據(jù)其過程理論推導(dǎo)出長在線終端待機過程功耗的計算公式，通過儀表對理論計算公式進行驗證，最終得出快速休眠時間對長在線終端待機功耗影響的結(jié)論。

長在線終端快速休眠時間休眠定時器

1　引言

目前智能手機越來越普及，智能手機可以隨時隨地使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這既豐富了大家的生活，也給大家?guī)砹朔奖恪５枪囊呀?jīng)成為了智能手機的一個瓶頸，無論是Android手機還是iPhone手機都會面臨待機功耗過高，造成電池使用時間短的問題。筆者在另外一篇文章中已經(jīng)論述了終端或應(yīng)用心跳時間與終端待機功耗的關(guān)系，本文將從終端快速休眠角度來研究終端快速休眠時間對長在線終端待機功耗的影響。

2　長在線終端待機過程分析

終端要長在線，必須保持激活態(tài)或休眠態(tài)，禁止進入空閑態(tài)。另外，對于功耗，業(yè)界通常采用平均電流來表示其大小，平均電流大則功耗大，平均電流小則功耗小。例如A、B這2臺終端，A待機平均電流為4.0mA，B待機平均電流為3.5mA，如果這2臺終端均使用2 500mAh的電池，那么A終端的待機時間為2500mAh/4.0mA=625h，B終端的待機時間為2500mAh/3.5mA=714h。由此可以看出，因為終端A的平均電流大，所以功耗大，導(dǎo)致終端A的待機時間短。

接下來對快速休眠時間進行說明。終端在進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的時候，當(dāng)終端處于激活態(tài)但是沒有數(shù)據(jù)傳輸一段時間后，為了降低功耗，終端將從激活態(tài)切換到休眠態(tài)。從終端沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端開始從激活態(tài)切換到休眠態(tài)的時間稱為快速休眠時間。在實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與終端芯片中都有針對快速休眠時間的定時器參數(shù)設(shè)置，一般來說設(shè)置短的定時器參數(shù)決定了終端的快速休眠時間。

責(zé)任編輯：劉妙liumiao@mbcom.cn

通過測量發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過程中，激活態(tài)功耗最大，空閑態(tài)功耗最小，休眠態(tài)功耗介于激活態(tài)與空閑態(tài)之間。但是整體來說終端在激活態(tài)的時候其功耗要大于休眠態(tài)與空閑態(tài)1個數(shù)量級，所以為了在計算的時候更加精確，可以將激活態(tài)再細分為4個過程：上升階段、有數(shù)據(jù)傳輸階段、無數(shù)據(jù)傳輸階段、下降階段。

長在線終端的待機過程可以用圖1來表示，當(dāng)終端有心跳包數(shù)據(jù)時，終端進入激活態(tài)第1個過程（上升階段），t1時間后，第1個過程完成。接下來，終端進入激活態(tài)第2個過程（有數(shù)據(jù)傳輸階段），t2時間后，第2個過程完成。然后，終端進入激活態(tài)第3個過程（無數(shù)據(jù)傳輸階段），t3時間后，第3個過程完成。最后，終端進入激活態(tài)第4個過程（下降階段），t4時間后終端切換到休眠態(tài)。當(dāng)S1時間到達時，終端發(fā)送1個心跳包，終端重新進激活態(tài)第1個過程（上升階段），并重復(fù)以上過程。其中t1與t4由終端芯片的電器特性決定，t2由數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约皵?shù)據(jù)量決定，t3（休眠定時器即快速休眠時間）由芯片參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置共同決定。圖1中的S1為終端心跳時間，同時終端發(fā)送心跳包的時機很重要，必須選擇在終端進入空閑態(tài)之前發(fā)送，否則終端無法保持長在線。圖1中的各時間參數(shù)的值如表1所示。

圖1　長在線終端待機過程

表1　長在線終端待機過程時間參數(shù)

3　公式推導(dǎo)及各狀態(tài)功耗測量

3.1終端待機功耗計算公式推導(dǎo)

由圖1可知，長在線終端的待機功耗（平均電流）如下：

由于t1、t4由終端芯片電器特性決定，不同終端會有差異。為了方便計算與儀表驗證，本次使用海信EG906，通過儀表測量確定t1與t4。

S1由終端進行設(shè)置，本次將S1設(shè)置為10分鐘。

t2可由儀表控制，本次心跳包用儀表發(fā)送ping包來實現(xiàn)，由于ping包的數(shù)據(jù)量非常少并且時間非常短，所以t2約等于0。

t3由芯片參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置共同決定，本文主要研究該時間對長在線終端待機功耗的影響。

3.2終端各狀態(tài)功耗測量

首先用直流電源分析儀Agilent N6705B，對海信EG906終端各狀態(tài)下的功耗進行測量。激活態(tài)、休眠態(tài)、空閑態(tài)功耗如表2所示：

表2　終端各狀態(tài)功耗

利用直流電源分析儀，可得到被測終端EG906激活態(tài)第1個過程（上升階段）、激活態(tài)第4個過程（下降階段）的功耗（平均電流）以及第1個過程與第4個過程的時間。圖2為終端休眠態(tài)功耗，圖3為激活態(tài)第1個過程（上升階段），功耗為177mA，時間t1為1.2s，同樣可以得到激活態(tài)第4個過程（下降階段）的功耗與時間，具體如表3所示。

圖2　終端休眠態(tài)功耗

圖3　終端下降沿過程

表3　第1/第4過程功耗與時間

4　快速休眠時間對長在線終端待機功耗的影響研究

根據(jù)公式（1），將表2、表3以及各時間值帶入可得：

待機功耗（平均電流）=[1.2×177mA+0×激活態(tài)第2個過程功耗+t3×152mA+0.7×92.7mA+(10×60-t3-0.7)×4.26mA]/(10×60+1.2+0)=[277.29+t3×152mA+ (599.3-t3)×4.26]/601.2

為了研究快速休眠時間對長在線終端待機功耗的影響，分別將t3（休眠定時器即快速休眠時間）設(shè)置為30s、20s、10s、5s，通過公式計算出終端的待機功耗理論值。

同時通過直流電源分析儀測量當(dāng)休眠定時器t3設(shè)置為30s、20s、10s、5s時，終端待機功耗的儀表測量實際值。

公式計算的理論值與儀表測量的實際值對比如表4所示：

表4　功耗理論值與實際值對比

從表4可以看出，理論計算是理想狀態(tài)下對功耗進行計算。其與實際測量的功耗值存在一定偏差，但是趨勢一致，并且偏差并不大，這說明利用公式對終端的待機功耗進行計算是可行的。從理論計算以及實際測量值可以看到，快速休眠定時器設(shè)置的比較小的時候，長在線終端的功耗無論是公式計算還是儀表測量都較小。休眠定時器t3從30s減少到5s，待機功耗降低51%左右，可以看出降幅非常大。

根據(jù)上面的計算與測量結(jié)果可以得出以下的結(jié)論：通過休眠定時器的設(shè)置，可以改變終端快速休眠時間，該時間對長在線終端待機功耗有較大影響；當(dāng)休眠定時器設(shè)置較小的時候，終端的待機功耗較小，所以如果要延長終端的待機功耗，應(yīng)盡量減小終端快速休眠時間。

5　對減小終端快速休眠時間負面影響研究

由于激活態(tài)功耗遠大于休眠態(tài)，減小終端快速休眠時間可以使終端快速進入休眠態(tài)，所以從理論上來說快速休眠時間越小越好。但是在現(xiàn)網(wǎng)中，如果終端的快速休眠時間太小終端會頻繁地在激活態(tài)與休眠態(tài)之間切換，這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信令的大幅增加，會對網(wǎng)絡(luò)形成一定壓力，造成網(wǎng)絡(luò)信令的負擔(dān)，形成信令風(fēng)暴，影響終端與網(wǎng)絡(luò)之間的空中信令處理能力。眾所周知網(wǎng)絡(luò)空口資源是非常有限的，當(dāng)信令風(fēng)暴發(fā)生的時候，信令信道發(fā)生擁塞，資源調(diào)度失控，嚴重的時候會造成整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

6　結(jié)束語

隨著終端以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，用戶對終端長在線的要求越來越迫切。雖然終端長在線對其功耗有一定的負面影響，但是提高了用戶的使用體驗，同時為了盡可能減少終端長在線對其功耗的影響，實際使用中可以將休眠定時器設(shè)置的短一些，也就是終端的快速休眠時間更短一些。研究表明，減小終端快速休眠時間可以有效降低長在線終端的待機功耗，合理的休眠定時器設(shè)置能延長終端待機時間，帶來更好的用戶體驗。

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付皓：碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣東研究院，主要從事移動通訊領(lǐng)域終端新技術(shù)研究、移動通信領(lǐng)域新業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)等相關(guān)工作。

盧尹超：學(xué)士畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣東研究院，主要從事移動通信行業(yè)應(yīng)用開發(fā)、終端儀表開發(fā)等工作。

肖海：工程師，碩士畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣東研究院，主要從事移動終端技術(shù)與標準研究、國際漫游等技術(shù)研究。

Research on Impact of Fast Dormancy Time on Standby Power Consumption of Long-Term Online Terminal

FU Hao, LU Yin-chao, XIAO Hai
(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

In this paper, the standby process of long-term online terminal was introduced fi rstly. Then, the power consumption calculation formula of standby process of the terminal was deduced according to its process theory. Finally, the theoretical formula was verifi ed through instrument and the conclusion of impact of fast dormancy time on standby power consumption of long-term online terminal was derived.

long-term online terminalfast dormancy timedormancy timer

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.09.019

TN916.9+2

A

1006-1010(2015)09-0087-04

引用格式：付皓,盧尹超,肖海. 快速休眠時間對長在線終端待機功耗的影響研究[J]. 移動通信, 2015,39(9): 87-90.

2014-12-19