Identificação de Oportunidades de Melhoria do Consumo ... · Profissional e em especial ao meu orientador Fábio Silva, pelas recomendações, ... opportunities to optimize energy

Pós-Graduação em Ciência da Computação

Identificação de Oportunidades de Melhoria do

Consumo Energético de Dispositivos Móveis através

de um Estudo Experimental

Por

Paulo Henrique Raulino Costa Dissertação de Mestrado Profissional

Universidade Federal de Pernambuco

posgraduaçã[email protected]

www.cin.ufpe.br/~posgraduacao

RECIFE, SETEMBRO/2011

2

Universidade Federal de Pernambuco

CENTRO DE INFORMÁTICA

PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

PAULO HENRIQUE RAULINO COSTA

Identificação de Oportunidades de Melhoria do Consumo

Energético de Dispositivos Móveis através de um Estudo

Experimental

Este trabalho foi apresentado à Pós-Graduação em Ciência

da Computação do Centro de Informática da Universidade

Federal de Pernambuco como requisito parcial para

obtenção do grau de Mestre Profissional em Ciência da

Computação.

Orientador: Professor Fabio Queda Bueno da Silva, PhD.

RECIFE, SETEMBRO/2011

3

Catalogação na fonte Bibliotecária Jane Souto Maior, CRB4-571

Costa, Paulo Henrique Raulino Identificação de oportunidades de melhoria de consumo energético de dispositivos móveis através de um estudo experimental / Paulo Henrique Raulino Costa - Recife: O Autor, 2009. 100 folhas: Il., fig., tab. Orientador: Fábio Queda Bueno da Silva. Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Federal de Pernambuco. CIn, Ciência da Computação, 2009. Inclui bibliografia e anexo. 1. Ciência da Computação. 2. Engenharia de software. 3. Consumo de energia. 4. Dispositivos móveis. I. Silva, Fábio Queda Bueno da (orientador). II. Título. 004 CDD (22. ed.) MEI2011 – 188

5

Aos meus pais Honorina Martins Raulino Costa

E Raimundo Alves Costa (in memorian)

6

Agradecimentos

A Deus, que trilha meus caminhos;

As minhas filhas Marília Costa e Mariana Costa, pelo amor que tenho, por

acreditarem em mim e pelo apoio em minhas decisões;

Aos professores do CIn, responsáveis pela minha formação no Mestrado

Profissional e em especial ao meu orientador Fábio Silva, pelas recomendações,

pelas críticas, correções e disponibilidade;

Aos amigos que me ajudaram neste trabalho: Antônio Cavalcanti, Rivaldo

Oliveira e Diogo Severo;

A todos do Projeto Samsung que acreditam no meu potencial, em especial à

Thatiana Kabbaz, Tatiana Bittencourt, Nancy de Lira e Rafael Marques;

A Leila Oliveira e aos colegas do Mestrado Profissional, que me estimularam a

seguir em frente;

Ao Projeto CIn / Samsung pelo apoio no desenvolvimento deste trabalho;

7

Ventos nem sempre nos levam para as rotas planejadas, mas nos levam a descobrir novos

mundos. Mundos estes que, depois de dominados, nos trazem boas lembranças dos

desafios superados.

8

Resumo

Os dispositivos móveis são a principal plataforma computacional da atualidade.

Sua popularização agregou diversos serviços, principalmente os do tipo always-on

(sempre ativo), possibilitando o que conhecemos hoje como Convergência Digital. Esses

serviços estão cada vez mais complexos e exigindo maior poder computacional,

consequentemente maior consumo de energia, comprometendo a autonomia de uso

desses dispositivos.

Tendo em vista que a autonomia de uso dos dispositivos moveis está

comprometida, a identificação de oportunidades para otimizar o consumo energético, sem

comprometer a qualidade de serviço, torna-se fundamental. Este trabalho experimental

avalia cinco cenários de consumo energético do dispositivo móvel alvo do experimento,

mostrando a variação de sua autonomia.

Foi criado um experimento com um cenário de controle onde o dispositivo

encontrava-se em modo idle (espera) e cenários de avaliação. Para cada cenário de

avaliação foi modificada uma variável importante do ponto de vista do consumo

energético e posteriormente foram analisadas as variações do consumo de energia entre

os cenários de avaliação com o cenário de controle.

Mesmo levando-se em consideração que os cenários de avaliação foram

escolhidos mediante a suspeita de alto consumo e não cobrem todos os casos possíveis, a

análise feita evidencia que todos os cenários executados possuem oportunidade de

melhoria energética e em alguns casos estas melhorias são significativas.

Palavras-chave: Consumo de Energia, Técnicas de Gerenciamento de Energia,

Tecnologia Verde, Dispositivos Móveis, Engenharia de Software, Engenharia de

Hardware, Protocolos de Rede.

9

Abstract

Mobile devices are the primary computing platform today. His popularity has

added several services, especially those like always-on, allowing what is now known as

Digital Convergence. These services are increasingly complex and requiring more

computing power, hence higher power consumption, compromising the autonomy of

these devices.

Given that the autonomy of the use of mobile devices is committed to identifying

opportunities to optimize energy consumption, without compromising quality of service

becomes critical. This experimental study evaluates five scenarios of the mobile device

energy consumption target for the experiment, showing the variation of its autonomy.

It created an experiment with a control scenario where the device was in idle

mode (standby) and assessment scenarios. For each scenario evaluation was modified an

important variable in terms of energy consumption and subsequently analyzed the

variations in energy consumption between the scenarios with the scenario assessment of

control.

Even taking into account that the assessment scenarios were chosen by suspected

high consumption and do not cover all possible cases, the analysis shows that all

scenarios are executed opportunity to improve energy and in some cases these

improvements are significant.

Keywords: Power Consumption, Power Management Techniques, Green Technology,

Mobile Devices, Software Engineering, Hardware Engineering, Network Protocols.

10

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fluxo de Projeto ............................................................................................... 26

Figura 2 - Ferramenta de configuração da fonte e coleta de dados .................................. 29

Figura 3 - Ambiente de Laboratório ................................................................................. 30

Figura 4 - Sinalização de rede do cenário Somente Registrado ....................................... 34

Figura 5 - Dispositivo sob a influencia de dois sinais de mesma intensidade .................. 39

Figura 6 - Sinalização do Cenário Falha de Histerese ...................................................... 40

Figura 7 - Curvas de consumo dos trinta experimentos .................................................... 45

Figura 8 - Características da Curva de Consumo idle ....................................................... 46

Figura 9 – Consumo do Experimento 1 sem os lóbulos ................................................... 47

Figura 10 - Consumo dos trinta experimentos sem os lóbulos ......................................... 48

Figura 11 - Histograma do Cenário Registrado na Rede .................................................. 50

Figura 12 - Curva do experimento 1 retificada pela Mediana ......................................... 51

Figura 13 - Histograma do Cenário Intervenções do Sistema Operacional ...................... 54

Figura 14 - Característica da Curva de Consumo Bluetooth Ativado .............................. 55

Figura 15 - Consumo do Experiemento 1 Sem os Lóbulos .............................................. 57

Figura 16 - Histograma do Cenário Bluetooth Ativado .................................................... 59

Figura 17 - Curva Características de Consumo Hysteresis Failure .................................. 60

Figura 18 – Curva Hysteresis Failure Sem os Lóbulos..................................................... 62

Figura 19 - Histograma do Cenário Falha de Histerese .................................................... 64

Figura 20 - Curva Características de Consumo Luz do Visor .......................................... 65

Figura 21 - Curva Luz do Visor Sem os Lóbulos ............................................................. 67

Figura 22 – Histograma do Cenário Luz do Visor ............................................................ 69

Figura 23 - Histograma Somente Registrado para Duração 302,57s ................................ 73

Figura 24 - Histograma Consumo Intervenções Sistema Operacional Duração 302,57s . 75

Figura 25 - Histograma Bluetooth Ativado para Duração 302,57s .................................. 77

Figura 26 - Histograma Falha Configuração da Operadora para Duração 302,57s .......... 79

Figura 27 - Histograma Configuração da Luz do Visor para Duração 302,57s ............... 81

11

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Estatística do Cenário Registrado na Rede ...................................................... 49

Tabela 2 - Estatística do Cenário Intervenções do Sistema Operacional .......................... 53

Tabela 3 - Estatística do Cenário Bluetooth Ativado ........................................................ 58

Tabela 4 - Estatística do Cenário Falha de Histerese ........................................................ 63

Tabela 5 – Estatística do Cenário do Luz do Visor .......................................................... 68

Tabela 6 - Experimento de Menor Tempo de Medição em Cada Cenário ....................... 70

Tabela 7 - Estatística Somente Registrado para Duração 302,57s .................................... 72

Tabela 8 - Estatística Intervenções do Sistrema Operacional Duração 302,57s ............... 74

Tabela 9 - Estatística Bluetooth Ativado para Duração 302,57s ...................................... 76

Tabela 10 - Estatística Falha Configuração da Operadora para Duração 302,57s ............ 78

Tabela 11 - Estatística Configuração da Luz do Visor para Duração 302,57s ................. 80

Tabela 12 - Economia nos Experimentos Realizados ....................................................... 85

12

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1 - Equação da Potência ..................................................................................... 21

13

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 15

1.1 Objetivos Gerais ................................................................................................. 17

1.2 Objetivos Específicos ......................................................................................... 18

1.3 Estrutura da Dissertação ..................................................................................... 18

2 REFERENCIAL TEÓRICO.................................................................................... 20

2.1 Técnicas de Gerenciamento de Energia em Hardware ....................................... 20

2.2 Técnicas de Gerenciamento de Energia em Software ........................................ 21

2.3 Consumo de Energia em Aparelhos Celulares ................................................... 22

3 METODOLOGIA ..................................................................................................... 24

3.1 Classificação da Pesquisa ................................................................................... 24

3.2 Etapas da Pesquisa ............................................................................................. 25

4 EXPERIMENTOS .................................................................................................... 28

4.1 Ambiente de Laboratório ................................................................................... 28

4.2 Procedimento de Execução do Experimento ...................................................... 32

4.3 Descrição dos Cenários ...................................................................................... 33

4.4 Avaliação dos Cenários ...................................................................................... 44

4.4.1 Cenário: Somente Registrado na Rede ........................................................... 45

4.4.2 Cenário: Somente Registrado na Rede, Consumo Retificado ........................ 51

4.4.3 Cenário: Bluetooth Ativado ............................................................................ 55

4.4.4 Cenário: Falha na Configuração da Rede da Operadora ................................ 60

4.4.5 Cenário: Configuração da Luz do Visor ......................................................... 65

4.5 Avaliação do Consumo ...................................................................................... 70

4.5.1 Cenário: Somente Registrado na Rede ........................................................... 72

4.5.2 Cenário: Intervenções do Sistema Operacional .............................................. 74

4.5.3 Cenário: Bluetooth Ativado. ........................................................................... 76

4.5.4 Cenário: Falha na Configuração da Rede da Operadora ................................ 78

4.5.5 Cenário: Configuração da Luz do Visor ......................................................... 80

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 82

14

5.1 Discussões .......................................................................................................... 82

5.2 Conclusão ........................................................................................................... 84

5.3 Trabalhos Futuros ............................................................................................... 86

6 REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 87

7 ANEXO: CÓDIGO DO PROGRAMA DA FONTE DC ....................................... 90

15

1 INTRODUÇÃO

Os dispositivos computacionais estão cada vez mais presentes no nosso dia a dia,

seja na educação, saúde, artes, esportes, negócios, etc. Cada vez mais nossas vidas são

gerenciadas por dispositivos computacionais, mesmo quando não estamos percebendo, ao

levar consigo um medidor de insulina, por exemplo, este dispositivo essencial para a

vida, contém computação.

Para atender a crescente demanda de serviços, a complexidade dos dispositivos

computacionais vem crescendo em ritmos acelerado, o aumento de sua complexidade trás

consigo a necessidade de sistemas cada vez mais poderosos e consequentemente, que

consomem cada vez mais energia. Esta crescente demanda não exige somente sistemas

cada vez mais complexos, mas também que os dispositivos sejam cada vez menores,

leves, de dimensões reduzidas, design avançado e principalmente, móvel.

Dispositivos pequenos e móveis trazem consigo a necessidade de auto-

alimentação, não sendo necessariamente como os sistemas biológicos autótrofos, que

sejam heterótrofos, mas que possuam uma boa autonomia de funcionamento. Qual a

utilidade de um dispositivo móvel se ele permanece funcional apenas por alguns minutos

ou até mesmo por poucas horas?

Os handsets, ou aparelhos de telefonia celular, deixaram de ser meros dispositivos

de comunicação de voz sem fio, tornaram-se dispositivos de convergência de

computação, passado a conviver no nosso dia a dia das mais diversas formas. Assistir

TV, jogar, controlar sua agenda, pesquisar na rede mundial de computadores, orientarem

a rota enquanto estamos nos deslocando, rodar aplicações de negócios, etc, são alguns

exemplos de como cada vez mais este dispositivo está concentrando nossa demanda de

serviços e tudo isso, associado a necessidade de levar consigo na mão e que caiba no

bolso.

A convergência computacional em dispositivos móveis sem fio, associada à

comunicação, entretenimento e uma alta performance, exige uma demanda de energia

cada vez mais crescente. Esta demanda aumenta com uma velocidade muito maior que o

crescimento da capacidade de fornecimento de energia das baterias. Desse modo, o

consumo de energia vem sendo cada vez mais relevante na concepção dos dispositivos,

16

ou seja, o grande desafio é desenvolver sistemas capazes de prover cada vez mais

serviços, consumindo cada vez menos energia.

Sklavos, N. e Touliou, K. [1] afirmam que durante a última década os dispositivos

móveis cresceram em um ritmo exponencial, as exigências dos consumidores e os

avanços tecnológicos transformaram os dispositivos de comunicação pessoal de uma

simples plataforma de comunicação de voz em uma plataforma rica em aplicações

multimídia com acesso à internet, conferência de vídeo, posicionamento global,

associado a uma alta qualidade de áudio e vídeo bem como jogos de complexidade

avançada e que todas estas funcionalidades eleva o nível de potência destes dispositivos

ao nível de desktop e, como estes dispositivos não possuem um suprimento externo de

energia constante, isso impõe limites estreitos no seu consumo total de energia. Sklavos,

N. e Touliou, K. [1] afirmam também que a baixa capacidade e o curto período de vida

útil da bateria são fatores limitadores no desenvolvimento dos dispositivos móveis.

Outro fator importante é a limitação do tamanho e do peso dos dispositivos móveis que

impede a utilização de baterias grandes e pesadas. Destacam também, que embora a

tecnologia das baterias tenha crescido, este crescimento não acompanhou o

desenvolvimento e a demanda de energia das plataformas sem fio. Sklavos, N. e Touliou,

K. [1] referenciam também que outro ponto que faz com que o consumo de energia seja

um parâmetro crítico, é a dissipação de calor que deve se manter em níveis baixos para

não causar incomodo, danos ou acidentes aos seus usuários. Devido a sua concepção de

criação, as baterias provêem energia a partir de reações químicas, baterias de grandes

dimensões, possuem grande quantidade de produtos químicos, que em caso de acidente

resultam em danos mais sérios. Estes acidentes não são raros, em Cedar Hill, Texas um

aparelho celular explodiu no ouvido do usuário durante uma chamada, noticiado pela My

FOX dfw [2].

À medida que evoluímos tecnologicamente, os dispositivos são concebidos de

forma a trocarem informações com outros sistemas, surgindo à concepção de always-on,

ou seja, os dispositivos atualmente estão provendo serviços que necessitam estarem

sempre conectados a um ou mais sistemas para troca de informações. Para dispositivos

móveis wireless, esta conectividade constante tem um alto custo, um alto consumo de

energia, que para os dispositivos móveis, cujo suprimento é limitado pela capacidade da

17

bateria, implica em diminuição significativa de sua autonomia de funcionamento. Para

que esta autonomia de funcionamento seja a máxima, devemos desenvolver sistemas que

possuam uma alta eficiência energética, ou seja, que a quantidade de energia

efetivamente utilizada pelo dispositivo para realizar suas funções, seja próxima da

energia total consumida.

Dispositivos com uma baixa eficiência energética necessitam de recargas

constantes, o que é crítico em dispositivos móveis wireless.

Com o intuito de aumentar a capacidade de processamento, foram inseridos nas

pastilhas de silício dos processadores, uma quantidade cada vez maior de transistores

cada vez menores, resultando em uma maior área ocupada no chip e consequentemente

no aumento do consumo de energia. Com esse acréscimo no consumo há um aumento na

temperadora dos circuitos que resulta em sua expansão, diminuindo a proximidade entre

os componentes e exigindo um aumentar na dissipação de calor [3].

Como a geração de energia atualmente no planeta, em sua maioria é oriunda de

fontes poluentes, equipamentos com alta eficiência energética são vistos como

ecologicamente corretos, recebendo a denominação de Green Technology1, e resultando

em uma maior aceitação pela população.

Diversas técnicas são empregadas visando à redução do consumo de energia, tais

como: utilização de processadores mais eficientes, clock2 do sistema com velocidade

variável, capacidade de identificar e desligar os subsistemas que não estão em uso

retornando a sua alimentação quando requisitados, utilização de lógica de baixa voltagem

e gerenciamento de energia avançada de software.

1.1 Objetivos Gerais

A pesquisa tem como objetivo geral buscar junto ao corpo científico, as

metodologias e técnicas de gerenciamento de energia em dispositivos móveis, e

1 Green Tecnology ou Environmental Technology (Envirotech) ou Clean Technology (Cleantech) é a

aplicação da tecnologia para um desenvolvimento sustentável [9]. 2 Clock é um tipo particular de sinal que oscila entre um nível alto e um nível baixo utilizado para

coordenar as ações de circuitos lógicos [10].

18

identificar as melhores práticas a serem adotadas nos projetos destes dispositivos,

objetivando a concepção de produtos com a máxima eficiência energética.

1.2 Objetivos Específicos

Realizar experimentos abordando cenários chaves com o intuito de evidenciar ou

não a redução do consumo a partir da comparação das características dos cenários, para

que sirva de subsídio na viabilidade de implementação. Os cenários abordam

características nas áreas de engenharia de software, engenharia de hardware,

configuração do perfil de utilização e configuração de rede.

1.3 Estrutura da Dissertação

A dissertação está estruturada seguindo as orientações da norma NBR

14724:2005. O Referencial Teórico está desenvolvido no capítulo 2. Assim, a dissertação

tem a seguinte estrutura:

Capítulo 2 – REVISÃO DA LITERATURA

Técnicas de Gerenciamento de Energia em Hardware: Apresentação dos

conceitos básicos sobre o consumo de energia em módulos de hardware.

Técnicas de Gerenciamento de Energia em Software: Apresentação dos

conceitos básicos sobre o gerenciamento do consumo de energia através

de software.

Consumo de Energia em Aparelhos Celulares: Aborda o consumo de

energia em dispositivos móveis.

Capítulo 3 – METODOLOGIA

Descrição da metodologia utilizada, classificação do método empregado e

apresentação das principais etapas.

19

Capítulo 4 – EXPERIMENTOS

Descrição do ambiente de laboratório, dos cenários abordados, procedimentos de

execução dos experimentos e avaliação dos resultados.

Capítulo 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

Considerações finais do estudo, discorrendo sobre limitações e contribuição.

20

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Atualmente estamos em uma mudança de paradigma quando tratamos sobre a

eficiência energética dos dispositivos móveis. A alta complexidade dos sistemas

embarcados, nestes dispositivos, exige uma eficácia energética, que deve ser considerada

em todos os níveis de sua concepção.

O simples controle do consumo de energia dos dispositivos está longe do

desejável, atualmente em alguns projetos realiza-se o gerenciamento de seu consumo,

todavia, o que os dispositivos de maior capacidade necessitam, como os Smartphones3 e

Tablets4, é de uma Gestão do Consumo de Energia. A Gestão do Consumo de Energia

não é somente um problema de hardware, mas uma questão de concepção todo o sistema

e processos de desenvolvimento, englobando hardware, software, protocolos de

comunicação e Gerencia de Projeto.

Os dispositivos de telefonia móvel, por exemplo, mesmo sendo concebido de

forma eficiente quanto à gestão de energia, mas no caso em que a operadora não pratique

esta gestão na configuração dos seus protocolos de comunicação de sua rede, o sistema

irá funcionar de forma ineficiente neste quesito.

2.1 Técnicas de Gerenciamento de Energia em Hardware

Como técnica de Gerenciamento de Energia no hardware, também denominada

Gerenciamento de Energia em Silício, podemos adotar a redução da tensão de

alimentação. A potência(P) [4], Equação 1, de um sistema é proporcional a um meio da

Capacitância Efetiva (C) pelo quadrado da tensão (V) e pela frequencia de operação,

neste caso, reduzindo-se a tensão para a sua metade, a potência é reduzida em um quarto.

3 Smartphone: é um telefone celular que combina as funcionalidades de um computador pessoal capaz de

executar programas e realizar conexão de dados, com as de realizar chamadas de voz [11]. 4 Tablests: E um computador pessoal muito fino e de tela plana equipado com touch screen, capaz de

realizar conexão de dados atraves da rede celular e demais redes wireless [12].

21

Equação 1 - Equação da Potência

A técnica de variação da tensão de operação com o objetivo de redução do

consumo dos sistemas é denominada de DVS (Dynamic Voltage Scaling) [5]. Contudo,

ao reduzir a tensão de alimentação tornamos o sistema mais susceptível ao ruído, o que

diminui o seu desempenho. Para aumentar o desempenho dos sistemas faz uso de DFS

(Dynamic Frequency Scalling) [5]. Como alternativa para reduzir este efeito, podemos

utilizar circuitos lógicos com tecnologia AVC (Advanced very-low-voltage CMOS Logic)

[6], que operam à baixa tensão e atrasos de propagação bastante reduzida.

2.2 Técnicas de Gerenciamento de Energia em Software

O controle dinâmico da frequência do clock, também pode ser um aliado no

gerenciamento de energia, pois o consumo de energia está diretamente relacionado à

frequência do clock do sistema, neste caso, o controle dinâmico da frequência do clock

pode ser utilizado para reduzir o consumo de energia do software. Esta redução é feito da

seguinte maneira: aumentando-se a velocidade do clock do processador quando a

demanda de processamento é elevada e baixa-se sua velocidade em tarefas não críticas.

Os processadores digitais são baseados em circuitos CMOS (Complementary

metal–oxide–semiconductor), que consomem energia principalmente durante a mudança

de estado lógico. A intensidade do consumo de energia é diretamente proporcional à

frequência destas mudanças de estado lógico. Portanto, reduzindo-se a frequência do

clock, reduz-se a quantidade de mudança de estado lógico e, conseqüentemente o

consumo de energia.

O controle dinâmico da tensão e da frequencia do clock é utilizado em conjunto

para alcançar uma maior eficiência energética, explorando ao máximo a utilização do

processador da seguinte forma: diminuindo a DFS (Dynamic Frequency Scalling) [5] e a

DVS (Dynamic Voltage Scaling) [5] no processador quando sua carga é baixa e,

aumentando quando sua carga aumenta. O mais importante neste caso é garantir que

22

todas as tarefas das aplicações sejam cumpridas em tempo real, para tal é necessário um

plano de gestão de software integrado que controle o sistema, o processador e os

periféricos, de modo a identificar o ponto de equilíbrio entre a velocidade de clock e a

velocidade de execução das aplicações a fim de garantir a percepção de execução como

em tempo real, pelo usuário.

Para os computadores pessoais, PC, e laptops, existem duas padronizações: a

Advanced Power Management (APM) [7] e a Advanced Configuration and Power

Interface (ACPI) [8]. Estas padronizações não atendem eficazmente aos requisitos de

gerenciamento de dispositivos móveis. O APM [7] utiliza a BIOS para o gerenciamento

de energia, já no ACPI [8] o gerenciamento de energia é feito pelo sistema operacional,

que realiza o DFS (Dynamic Frequency Scalling) e o DVS (Dynamic Voltage Scaling)

[5], também controla a inicialização de vários periféricos, podendo assim desligar quase

todo o PC em caso de ociosidade do sistema denominado hibernação. O ACPI [8] possui

quatro níveis de hibernação, quanto maior o nível de hibernação, menor será o consumo

de energia, contudo o tempo de retorno do sistema é maior.

2.3 Consumo de Energia em Aparelhos Celulares

O maior consumo da engine celular é o módulo de RF (Rádio Frequência), que é

responsável pela comunicação com as estações rádio-base, ou seja, responsável em

transmitir e receber os sinais de rádio. Este consumo apresenta uma variação muito

grande, sendo o seu maior valor durante uma chamada (em conversação), e o seu menor

valor quando em espera. Ocorre este fato porque durante uma chamada os transmissores

de RF estão ligados para enviar o sinal de conversação entre o aparelho celular e a

estação rádio-base (torre celular) o qual ele está conectado. No modo em que está apenas

registrado na rede celular, também denominado de modo idle, o aparelho celular

encontra-se com os transmissores de RF desligado. Esses transmissores são ligados

durante pouco tempo em intervalos regulares para troca de informações de controle [14].

Shih, Bahl e Sinclair [15], previram o consumo de energia de aparelhos celulares

em diferentes modos de operação como: em espera, em chamada e falando, em chamada

e ouvindo, em tom de chamada e realizando tentativas de chamadas. O trabalho é apenas

23

uma estimativa do consumo real do aparelho, isto porque a quantidade de parâmetros de

RF que afetam o consumo são muitos, influenciando inclusive a configuração que as

operadoras realizam em suas redes.

Rulnick, J. M., Bambos, N. [16] em seu artigo ressaltam a importância do

dispositivo ouvir primeiro antes de transmitir. O dispositivo primeiro ouve a rede e avalia

as interferências existentes, havendo interferência o dispositivo simplesmente não

transmite e busca uma outra faixa de operação que possa ligar seus transmissores e enviar

seus dados com uma certeza maior que será recebida pelo seu destinatário, com isso o

dispositivo não desperdiça seu limitado recurso de energia, em realizar atividades de

transmissão com a possibilidade de que seu destinatário não receba de forma eficiente a

informação, tão relevantes para dispositivos móveis.

Balasubramanian N. [17], desenvolveram em seu artigo um modelo de avaliação

de atividades de rede para as tecnologias GMS (2G) e UMTS (3G) orientado ao consumo

de energia. Este modelo possui um protocolo que minimiza o consumo de energia

baseado nos atrasos e tolerâncias dos usuários, avaliando dados inúteis e que não

possuem relevância em serem trados. O ponto focal neste artigo resulta em avaliar as

informações tanto das operadoras quanto dos usuários que não são relevantes e

descartando-as, com isso o sistema passa a economizar energia, demonstrando que o

sistema gastaria bem mais energia em transmitir informações sem antes avaliar a sua

importância.

24

3 METODOLOGIA

A busca por respostas é uma das principais características do ser humano, e a

aquisição e o acúmulo deste conhecimento são os pilares da civilização humana. As

primeiras respostas estruturadas sobre as grandes perguntas universais foram construídas

através dos Mitos, surge as Mitologias, ELIADE, MIRCEA [18].

A busca por respostas as questões que não temos informações para solucionar, fez

surgir a pesquisa científica. Segundo GIL [19] “O objetivo fundamental da pesquisa é

descobrir respostas para problemas mediante o emprego de procedimentos científicos”.

3.1 Classificação da Pesquisa

A abordagem que iremos apresentar a cerca da pesquisa, é a forma clássica

descrita a seguir:

Do ponto de vista da natureza, trata-se de uma pesquisa aplicada, pois

“objetiva gerar conhecimento para aplicação prática dirigido à solução de

problema específica”, MARCONI [20]

Do ponto de vista da forma de abordagem do problema, trata-se de uma

pesquisa quantitativa, pois “considera que tudo pode ser quantificável para

classificação e requer o uso de recursos e de técnicas estatísticas para

análise”, GIL [19].

Do ponto de vista dos objetivos, trata-se de uma pesquisa descritiva, pois

“visa descrever as características do fenômeno e a relação entre variáveis.

Envolve o uso de técnicas padronizadas de coleta de dados, assumindo a

forma de levantamento”, GIL [19].

Do ponto de vista dos procedimentos técnicos, apresenta a característica

de pesquisa experimental, pois é “um objeto de estudo, selecionando-se

variáveis, definindo-se a forma de controle e de observação dos efeitos

que a variável produz no objeto”, GIL [19].

25

3.2 Etapas da Pesquisa

Formular a Pergunta. Converter a necessidade de informação em uma

pergunta que possa ser respondida.

Quais as tecnologias, metodologias e estratégias de desenvolvimento que

podem ser adotadas no projeto de dispositivos móveis para aumentar sua

autonomia de funcionamento utilizando-se a mesma bateria?

Rastrear Evidências. Buscar na literatura as melhores evidências para

responder a pergunta.

Avaliação Critica. Avaliar criticamente as evidências para a sua validade,

o impacto, e aplicabilidade.

Integração. Integrar os elementos avaliados com a experiência prática e os

valores desejados e circunstâncias para tomar a decisão sobre a

consolidação do trabalho.

Avaliação da eficácia. Avaliar a nossa eficácia na execução e buscando

maneiras de melhorar o trabalho.

Realização de Experimento. Avaliar estatisticamente o potencial de ganho

enérgico dos dispositivos móveis.

O fluxo de projeto que adotamos, segui uma sequencia de etapas executadas

rigorosamente como planejado, Figura 1.

A fase inicial é denominada de “Preparação” é a fase onde realizamos a

preparação dos equipamentos para realização dos testes de acordo com o cenário

planejado. Nesta fase, realizamos a configuração do simulador de rede celular com o

cenário do experimento que iremos realizar. Configuramos também o dispositivo móvel

de acordo com este cenário, realizamos as conexões da fonte de alimentação e ativamos o

software de configuração e coleta de dados da fonte. Configuramos também o

cronômetro que irá medir o tempo de execução do experimento. E por fim, visitamos

novamente todos os equipamentos para verificar se todos estão programados como

planejado.

26

Figura 1 - Fluxo de Projeto

A fase seguinte é a de execução dos experimentos, todos os experimentos são

repetidos 30 vezes a sua execução. Cada experimento é executado de acordo com o

cenário planejado, contudo de uma forma geral, para a execução dos experimentos são

seguidos os seguintes passos:

Ativar coletas de dados;

Aguardar 3 segundos para estabilização;

Ativar alimentação do dispositivo móvel;


Ligar o dispositivo móvel;

Fechar a gaiola de Faraday;

Aguardar o registro e o completo desligamento do visor;

Ligar o cronômetro de 5 minutos;

Aguardar a finalização do período de testes;

27

Abrir a gaiola de Faraday;

Desligar o dispositivo móvel;

Aguardar a desconexão da rede;

Aguardar o completo desligamento do visor do sistema operacional do

dispositivo móvel;

Aguardar 3 segundo para estabilização;

Desligar a alimentação do dispositivo móvel;


Desativar a coleta de dados;

Após a execução dos experimentos, avaliamos se a execução foi ou não bem

sucedida, em caso negativo, descartamos o experimento e o realizamos novamente, em

caso positivo, partiremos para a próxima execução até que o trigésimo experimento seja

concluído.

Com a finalização dos experimentos, partimos para a formação dos dados, nesta

fase preparamos os dados para que seja importado por um programa que venha a fazer

todo o calculo estatístico das amostras, no nosso caso, utilizamos o módulo de estatística

do Excel 2007.

Por fim, com a massa de dados, realizamos a análise dos resultados obtidos

visando identificar as características de cada cenário.

28

4 EXPERIMENTOS

4.1 Ambiente de Laboratório

Para realização do experimento, iremos utilizar um simulador de rede celular SAS

V.34.0.486 desenvolvido pela Anite Telecom. O objetivo na utilização deste simulador é

de termos o controle de todo o ambiente de testes. No caso de utilizarmos a rede de uma

operadora não teríamos como configurar os parâmetros de rede de acordo com o cenário

desejado. Este simulador irá prover o sinal de Rádio Frequência celular 2G na faixa de

900 MHz que irá comunicar-se com o aparelho celular também de tecnologia 2G. Neste

estudo incial, não iremos abordar o consumo dos dispositivos celulares de tecnologia 3G.

Neste experimento iremos utilizar uma fonte de alimentação externa programável

da fabricada pela Agilent DC Power Supply E3640A, esta fonte irá prover a energia

necessária para o funcionamento do aparelho celular, bem como fornecer as informações

sobre o consumo. Por tratar-se de um estudo inicial e para minizar a quantidade de

variáveis envolvidas, não iremos utilizar a bateria conectada no dispositivo, já que esta

influenciaria no consumo de energia fornecido pela fonte, e neste caso inicial estamos

interessados única e exclusivamente no consumo do dispositivo. Para compatibilizar a

interface de alimentação do aparelho celular com a fonte externa programável, sem a

utilização da bateria, iremos utilizar uma interface denominada Test JIG SGH-S500 Test

JIG GH 80-01909A.

A coleta das medições de consumo é realizada por um programa desenvolvido em

JAVA, Figura 2. Este aplicativo comunica-se com a fonte externa através da interface

(porta) de comunicação serial COM, realizando a sua configuração e coleta de

informações referentes ao fornecimento de energia pela fonte. Com esta configuração, a

taxa de amostragem de leitura de consumo que obtivemos foi de 3/7 de segundos. Com

esta taxa obtivemos acima de 700 amostras de consumo por cada experimento.

29

Como estamos tratando de um ambiente controlado e livre de influências externas,

utilizamos uma Gaiola de Faraday5 para impedir que sinais de Rádio Frequência externos

viessem a influenciar no experimento. Estas influências poderiam vir tanto em forma de

ruído como sinais de outras Operadoras, assim estamos impedindo que o dispositivo

móvel gaste energia tratando estes sinais que não fazem parte do experimento e

influenciariam diretamente em seu consumo.

Figura 2 - Ferramenta de configuração da fonte e coleta de dados

O ambiente de testes fica assim constituído, um simulador de rede celular que irá

prover o sinal celular, um aparelho de referência alvo do nosso experimento, uma

interface de alimentação, uma fonte programável para alimentação e medição do

consumo de energia do dispositivo em teste e um programa desenvolvido em JAVA para

programação e coleta de dados de consumo.

5 Gaiola de Faraday é uma superfície condutora que envolve uma dada região do espaço e que impede a

entrada de perturbações produzidas por campos elétricos e ou eletromagnéticos externos, Tipler, Mosca

[4].

30

O programa comunica-se com a fonte de alimentação através da porta serial do

computador, porta COM, configurando a alimentação que será fornecida ao dispositivo

móvel e também realizando a leitura de consumo do dispositivo Samsung SGH-U600.

Figura 3 - Ambiente de Laboratório

Ressaltamos que, como não estamos utilizando a bateria acoplada ao dispositivo,

toda a energia fornecida pela fonte é a consumida pelo dispositivo. Para o caso de

acoplarmos a bateria ao dispositivo temos três cenários, a saber:

Cenário 1: A energia fornecida pela fonte seria utilizada tanto para realizar

a recarga da bateria quanto para alimentar o dispositivo, neste caso a

energia fornecida pela fonte é superior a energia consumida pelo

dispositivo.

Cenário 2: A bateria fornecer energia para o dispositivo, neste caso, a

energia fornecida pela fonte é menor que a energia consumida pelo

dispositivo.

Cenário 3: A bateria não fornecer energia para o dispositivo, e não está em

estado de recarga.

31

Nos cenários 1 e 2, a energia fornecida pelo fonte não é a energia consumida pelo

dispositivo, não sendo alvo do nosso estudo. Para o caso do cenário 3, não temos como

garantir que este cenário esteja ocorrendo. Por estes motivos é que optamos por não

utilizar a bateria nos experimentos, somente assim temos a garantia que toda energia

fornecida pela fonte é a energia consumida pelo dispositivo.

Para alimentar o dispositivo sem a bateria, utilizamos uma interface de

alimentação Test JIG. Ressaltamos também, que não temos controle sobre as aplicações

que estão em execução no dispositivo e que este estudo está focado apenas no seu

consumo, sendo o dispositivo tratado como uma caixa preta. A Figura 3 mostra o

ambiente de laboratório e seus componentes onde os experimentos são realizados.

32

4.2 Procedimento de Execução do Experimento

A suíte de experimentos para cada cenário é composta de trinta experimentos, e

para manter a fidelidade de cada execução, adotamos um procedimento de execução

descrito passo a passo, os passos de execução, estes passos devem ser seguidos

rigorosamente para garantir a fidelidade de cada amostra do experimento. Cada

experimento possui duração de aproximadamente cinco minutos.

Descrevemos abaixo os passos de execução do experimento:

1. Ativar a coletas dos dados;

2. Aguardar 3 segundos para estabilização

3. Ativar alimentação para o celular


5. Ligar o celular

6. Fechar à gaiola

7. Aguardar o registro e o completo desligamento do display

8. Ligar o cronômetro de 5 minutos

9. Aguardar a finalização do período de testes

10. Abrir à gaiola

11. Desligar o celular

12. Aguardar a desconexão da rede

13. Aguardar o completo desligamento do display do celular

14. Aguardar 3 segundo para estabilização

15. Desligar a alimentação do celular


17. Desativar a coleta dos dados

33

4.3 Descrição dos Cenários

Após pesquisarmos sobre diversas técnicas de gerenciamento de energia em

dispositivos móveis, chegamos à conclusão que seria necessário a realização de

experimentos para evidenciarmos o efeito do consumo de energia em diversos cenários,

Os estudos estão focados especificamente em aparelho celular.

Com o objetivo de avaliarmos o consumo de energia do dispositivo móvel,

montamos os cenários dos experimentos com característica que representam as áreas de

Engenheira de Software, Engenharia de Hardware, Configurações da rede da Operadora e

Perfil de Usuário. Faremos a avaliação do consumo do dispositivo em uma configuração

padrão de fábrica, esta configuração é obtida através do menu do dispositivo no item

“Restaurar Configuração de Fábrica”, sendo esta a condição que adotaremos como

referência, a partir daí, iremos alterar uma característica que representa a área de análise

do nosso interesse e avaliar a influência dessa variável no consumo do dispositivo.

Uma característica importante do ponto de vista do consumo é o fato de vibrar ou

não o dispositivo durante o recebimento de uma chamada. Apesar deste fato não ocorrer

no cenário atual, evidenciamos que o dispositivo não foi configurado com esta

característica, não sendo portando, alvo do nosso estudo.

34

4.3.1 Cenário: Somente Registrado na Rede

Este cenário é caracterizado apenas pelo registro do aparelho celular na rede

(também denominado como Cenário Idle) e servirá como referência para avaliar o

consumo dos cenários das áreas de interesses de nossa análise. O experimento consiste

em ligarmos o dispositivo, realizar o registro na rede simulada do laboratório e aguardar

um período de cinco minutos, em seguida, desligamos o dispositivo e aguardamos a

finalização do processo de registro na rede e de todo o sistema do dispositivo. As

configurações tanto do dispositivo quanto da rede celular (simulador) são as

configurações iniciais, default.

Figura 4 - Sinalização de rede do cenário Somente Registrado

A Figura 4 mostra a troca de sinalização do dispositivo com a rede celular

(simulador), onde podemos observar a fase de registro e desconexão.

Uma característica importante do ponto de vista de consumo de energia é a

iluminação do visor do aparelho. Podemos varia a sua intensidade e o tempo de

luminosidade, somente com estes dois parâmetros, há diversas combinações.

35

Neste cenário iremos adotar a seguinte combinação: 100% da iluminação do visor

por um tempo de 10 segundos e posteriormente, 50 % de iluminação do visor por um

tempo de 5 segundos. Esta escolha foi uma escolha intermediária das configurações

existente no dispositivo, o intuito neste caso, colocar uma configuração que o usuário

poderá escolher sem conhecimento ou necessidade.

Ressaltamos que mesmo desligado, o dispositivo fica em modo de espera,

aguardando a próxima requisição de ligar o dispositivo, consequentemente, consumindo

energia.

Durante todo o experimento, iremos realizar a medição de seu consumo, a fim de

identificarmos seu consumo total, o seu consumo parcial e o consumo de eventos com

características semelhantes, bem como identificar e analisar a sua curva característica.

O experimento consiste em:

Previamente, configurar o dispositivo com a iluminação do visor a 100%

por um tempo de 10 segundos e em seguida, com iluminação a 50% por

um tempo de 5 segundos e desligamos o dispositivo para execução dos

experimentos. Esta configuração é realizada no menu configurações e em

seguida, luz do visor;

Programar o simulador para registro do dispositivo na rede celular;

Iniciar a coleta de informações de consumo;


Aguardar que a luz do visor seja desligada;

Esperar durante um período de cinco minutos;


Aguardar a desconexão com a rede celular e finalização de todos os

processos do sistema do dispositivo;

Finalizar a coleta de informações de consumo;

36

4.3.2 Cenário: Somente Registrado na Rede, Consumo Retificado

Durante o estudo de consumo do cenário Somente Registrado na rede,

observamos que a curva de consumo dos experimentos realizados, apresentava impulsos

de consumo de grande intensidade e frequência. Iremos analisar a influência destes

impulsos e avaliar o grau de economia no consumo de energia, caso fosse realizado um

trabalho de melhoria de Engenharia de Software no sistema operacional do dispositivo

para eliminar estes impulsos tornando a curva retificada. Notemos que isso é uma

estimativa de consumo e não um exemplo prático.

No período de espera do dispositivo, também denominado de Idle, onde não é

realizada nenhuma requisição por parte do usuário, o dispositivo não realizou troca de

sinalização com a rede celular (simulador), que pode ser comprovado na Figura 4 onde

podemos ver que as trocas de sinalização foram realizadas somente nas fases de registro e

desconexão com a rede celular, se nenhuma sinalização foi trocada com a rede celular, os

pulsos de consumo observados foram ocasionados por requisições internas do

dispositivo, desta forma podemos concluir que estes picos de consumo não foram

utilizados para este fim, sua existência deve-se a requisições interna do dispositivo.

37

4.3.3 Cenário: Bluetooth Ativado

Com o intuito de manter-se sempre conectado com a rede de dados, também

usualmente denominado de always-on, os dispositivos móveis estão incorporando outras

tecnologias de comunicação sem fio além das providas pelas redes de telefonia celular,

são exemplos destas tecnologias: Infrared6, Bluetooth

7, ZigBee

8 e Wi-Fi

9. Cada

tecnologia de transmissão wireless incorporada ao dispositivo, está associada a um

hardware, que para prover a funcionalidade deverá está alimentado (consumindo

energia). Contudo muitos são os usuários que nunca ou case nunca se utilizam destas

tecnologias para troca de dados, neste caso, a energia utilizada para a alimentação do

módulo de hadware Bluetooth estará sendo consumida sem benefício algum ao usuário,

ou seja, esta energia estará sendo desperdiçada.

O nosso objetivo com este experimento é quantificar a energia consumida pelo

hardware Bluetooth ativado sem a necessidade de prover serviços ao usuário e avaliar a

economia de energia, caso um Agente Inteligente de Engenharia de Hardware,

identificasse que o módulo está ativido sem o provimento de serviço e o desativasse até

que o usuário ou uma aplicação requisitasse algum serviço.


Previamente, ligamos o dispositivo para ativar o módulo Bluetooth como

preparação para a execução dos experimentos. A ativação é realizada no

menu configurações, Bluetooth, ativar. Após ativar o módulo, desligamos

o dispositivo;

Também previamente, programamos o simulador para registro do

dispositivo na rede celular;


6 A radiação infrared (infravermelha) é uma radiação não ionizante na porção invisível do espectro

eletromagnético que está adjacente aos comprimentos de onda longos [21]. 7 Bluetooth é uma especificação industrial para áreas de redes pessoais sem fio [22].

8 O termo ZigBee designa um conjunto de especificações para a comunicação sem-fio entre dispositivos

eletrônicos [23]. 9 Wi-Fi é uma marca registrada da Wi-Fi Alliance, que é utilizada por produtos certificados que pertencem

à classe de dispositivos de rede local sem fios [24].

38








39

4.3.4 Cenário: Erro na Configuração da Rede da Operadora

Os dispositivos móveis deixaram de ser um provedor de serviço isolado e

tornaram-se provedores de serviços conectados, mais e mais os dispositivos trocam

informações entre si e entre provedores de serviços que estão localizados em qualquer

parte do globo. Para realizar essa troca de informações, os dispositivos utilizam redes de

conectividade sem fio, redes wireless, mas de forma geral utilizam a rede de telefonia

celular instalada e difundida em todo planeta.

Para prover cobertura, a rede de telefonia celular é constituída de diversas torres

que fornecem aos dispositivos o sinal de rádio frequência para comunicação. Na maioria

das situações, o dispositivo não está sob a influência de apenas uma torre celular,

principalmente nos centros urbanos de grande densidade populacional. Nesta situação, os

dispositivos estão sob influências de diversos sinais com diversos níveis de intensidade.

Estamos interessando em uma situação em particular onde o dispositivo desloca-

se até uma posição onde está sob a influência dos sinais de duas torres com a mesma

intensidade, Figura 5.

Figura 5 - Dispositivo sob a influencia de dois sinais de mesma intensidade

Nesta situação, o dispositivo está sob a influência dos sinais das torres “X” e “Y”

de mesma intensidade, para que o móvel não fique selecionando as torres “X” e “Y”

40

indefinidamente, a rede informa um valor de diferença entre os dois sinais para que a

seleção para torre vizinha seja efetivada, esta diferença de sinal é denominada de Margem

de Histerese, ou seja, o móvel não irá selecionar a torre vizinha até a diferença de sinal

entre a torre vizinha e a torre atual seja maior que o valor da Margem de Histerese.

Sendo “Sx” o nível de recepção do sinal da torre “X” e “Sy” o nível de recepção

do sinal da torre “Y”, e “H” o valor da Margem de Histerese, o algoritmo para este

cenário é:

IF (Sy-Sx) > H, THEN (SELECT Y)

Suponha agora que a rede celular esteja programada de forma errônea, com o

valor de Margem de Histerese, “H”, muito baixo ou zero, nesta situação qualquer

diferença mínima entre os sinais resultará na seleção da célula vizinha pelo móvel, neste

cenário a seleção para torre vizinha será repetida indefinidamente.

Figura 6 - Sinalização do Cenário Falha de Histerese

41

A Figura 6 mostra a sinalização entre o dispositivo móvel e o simulador

programado com esta falha de configuração de rede. Observe que na figura o móvel está

inicialmente registrado na célula “B”, em seguida realiza registro na celular “A”,

posteriormente retorna a célula “B” e continua neste ciclo indefinidamente até que o

usuário desloque-se para outra localização onde a diferença de sinal é significativa.

Ressaltamos que o usuário não percebe esta situação, este consumo de energia realizado

pelo dispositivo para realizar a constante troca de torre é completamente transparente

para o usuário, que está alheio a esta situação.

O objetivo deste experimento é analisar o quanto de energia é gasto e, portanto,

poderia ser economizado se um Agente Inteligente de análise da configuração de rede da

Operadora Celular, identificasse o cenário de falha e impedisse que o dispositivo

executasse ações que não viesse a trazer benefícios no seu desempenho de iteração com a

rede celular.


Programar o simulador com o cenário de falha de histerese;









42

4.3.5 Cenário: Configuração da Luz do Visor

Em muitas das situações, os usuários modificam as configurações dos dispositivos

móveis para situações que resultem em um consumo maior de energia sem trazer

benefícios a sua usabilidade.

Como exemplo de perfil de uso, adotamos o cenário onde por algum motivo o

usuário alterou o tempo de iluminação do visor para permanecer ligado a 100% de sua

intensidade por um tempo de três minutos e com 50% de sua intensidade por um tempo

de um minuto.

O objetivo deste experimento é avaliar a economia no consumo de energia, caso

um Agente Inteligente, identificasse o tempo que o usuário necessita de iluminação do

visor para atender as suas necessidades de visualização das informações.

O agente, por exemplo, iria diminuindo este período de iluminação do visor até

que o usuário requisitasse novamente a iluminação tão logo ela fosse desligada, para isso,

basta o usuário pressionar qualquer tecla para que a iluminação fosse restaurada e

consequentemente, informando ao Agente que necessita de um tempo maior de

iluminação do visor.

O agente deve identificar situações particulares de utilização do usuário, como o

fato de certos aplicativos estarem em execução, como jogos por exemplos, e não levar em

consideração este tempo na operação normal do dispositivo.

No nosso caso, adotaremos que o tempo confortável que o usuário necessita de

iluminação do visor é de dez segundos com o visor a 100% de sua intensidade, seguido

de cinco segundos com 50% de sua intensidade.

43


Previamente, configurar o dispositivo com a iluminação do visor a 100%

de sua intensidade por um tempo de 180 segundos e em seguida, com

iluminação a 50% de sua intensidade por um tempo de 60 segundos;

Programar o simulador para registro do dispositivo na rede celular;









44

4.4 Avaliação dos Cenários

Após a realização dos experimentos, onde os dados foram formatados e

analisados, este procedimento foi realizado para cada um dos trinta experimentos de cada

cenários apresentado.

Durante a análise, nos deparamos com particularidades que serão detalhadas no

confronto de cada caso.

A curva de consumo de cada um dos trinta experimentos é mostrada para dar uma

visão da semelhança das curvas características dos experimentos, contudo para uma

melhor visualização o detalhamento das características da curva de consumo é feita

apenas em uma curva de consumo de um dos experimentos, já que as demais possuem a

mesma característica.

45


As curvas características de consumo que obtivemos nos experimentos realizados

são mostradas na Figura 7, onde estão traçadas todas as trinta curvas referentes aos trinta

experimentos realizados. A taxa de amostragem dos dados foram de 3/7 de segundos.

Podemos observar que todas as curvas possuem a mesma característica, e este foi

o objetivo de traçarmos todas em uma mesma área, contudo notamos que as curvas não

estão completamente alinhadas, isso é ocasionado pela diferença de tempo entre o passo

de ativar a coleta dos dados e o passo de ligar o dispositivo.

Figura 7 - Curvas de consumo dos trinta experimentos

0,00000000

0,10000000

0,20000000

0,30000000

0,40000000

0,50000000

0,60000000

0,70000000

0,80000000

1

33

65

97

12

9

16

1

19

3

22

5

25

7

28

9

32

1

35

3

38

5

41

7

44

9

48

1

51

3

54

5

57

7

60

9

64

1

67

3

70

5

73

7

76

9

80

1

83

3

86

5

89

7

46

A fim de descrevermos melhor cada etapa desde experimento, tomamos somente a

curva do experimento 1, mostrada na Figura 8. Nesta figura podemos observar seis

características de estados, referenciadas pelas letras: A, B, C, D, E e F.

O lóbulo “A” da curva é o momento em que ligamos o dispositivo móvel, neste

ponto o sistema operacional é inicializado e o display do aparelho é ligado, durante este

processo, o dispositivo liga seus transmissores de rádio frequência para fazer o registro na

rede o que ocasiona o pico “C” no lóbulo “A”.

O lóbulo “B” é o momento em que desligamos o dispositivo, sempre que

realizamos qualquer requisição ao dispositivo, este liga o seu visor, por este motivo é que

tanto o lóbulo “B” como o “A”, possuem a curva mais alta, sendo a de maior consumo.

Durante este processo, o dispositivo também liga seus transmissores para informar a rede

a sua desconexão, pico “D”.

Figura 8 - Características da Curva de Consumo idle

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

15

,23

3

15

,23

7

15

,24

1

15

,24

5

15

,25

0

15

,25

4

15

,25

8

15

,26

3

15

,26

7

15

,27

1

15

,27

6

15

,28

0

15

,28

4

15

,28

9

15

,29

3

15

,29

7

15

,30

1

15

,30

6

15

,31

0

15

,31

4

15

,31

9

15

,32

3

15

,32

7

Registered

Experimento: 01

47

A Figura 9 mostra a curva de consumo do experimento 1 após a remoção dos

lóbulos “A” e “B”. O nível de consumo “E” caracteriza-se pelo estado de espera do

dispositivo, este é o estado de menor consumo e mesmo estando neste estado de espera,

observamos a existência de picos de consumo caracterizados por “F”.

Figura 9 – Consumo do Experimento 1 sem os lóbulos

Como o nosso foco neste momento é o estado apenas registrado na rede celular,

sem qualquer intervenção do usuário no dispositivo, eliminamos os lóbulos de consumo

“A” e “B”, pois estes se referem ao estado do dispositivo onde o visor está ligado e

estamos interessados em eliminar esta influência de consumo.

Para avaliação dos resultados, alinhamos todas as curvas de consumo dos

experimentos, eliminando os atrasos do inicio de cada experimento, resultando no gráfico

da Figura 10.

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

15

,24

0

15

,24

4

15

,24

8

15

,25

1

15

,25

5

15

,25

9

15

,26

3

15

,26

6

15

,27

0

15

,27

4

15

,27

7

15

,28

1

15

,28

5

15

,28

9

15

,29

2

15

,29

6

15

,30

0

15

,30

3

15

,30

7

15

,31

1

15

,31

5

15

,31

8

15

,32

2

Registered

Experimento: 01

48

Em seguida, tomamos a curva com menor duração, sendo este o tempo em que o

consumo é avaliado para todos os trinta experimentos.

Figura 10 - Consumo dos trinta experimentos sem os lóbulos

A partir destes dados, calculamos o consumo dos trinta experimentos, para um

intervalo de 306,725 segundos.

A avaliação estatística dos experimentos encontra-se na Tabela 1. Nesta tabela, o

lado esquerdo mostra os valores de consumo dos experimentos. No lado direito da tabela,

temos na parte superior o histograma mostrando seus seis intervalos com suas respectivas

frequências, na parte inferior é mostrado o Resultado Estatístico dos experimentos.

0,00000000

0,02000000

0,04000000

0,06000000

0,08000000

0,10000000

0,12000000

0,14000000

0,16000000

00

:00

:00

,00

0

00

:00

:10

,76

5

00

:00

:21

,53

1

00

:00

:32

,29

6

00

:00

:43

,06

2

00

:00

:53

,82

8

00

:01

:04

,60

9

00

:01

:15

,37

5

00

:01

:26

,14

0

00

:01

:36

,90

6

00

:01

:47

,67

1

00

:01

:58

,43

7

00

:02

:09

,21

8

00

:02

:19

,98

4

00

:02

:30

,75

0

00

:02

:41

,51

5

00

:02

:52

,28

1

00

:03

:03

,04

6

00

:03

:13

,81

2

00

:03

:24

,57

8

00

:03

:35

,35

9

00

:03

:46

,14

0

00

:03

:56

,90

6

00

:04

:07

,68

7

00

:04

:18

,46

8

00

:04

:29

,23

4

00

:04

:40

,01

5

00

:04

:50

,78

1

00

:05

:01

,56

2

49

Experimento do Consumo de Energia Cenário: Registrado na Rede Celular Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (em seg.): 306,725

1 13,560

2 13,379 Histograma

3 13,189 Intervalos Frequências

4 13,049 12,96531911 1 5 13,186 13,14537529 5 6 13,186 13,32543146 8 7 13,396 13,50548764 10 8 13,240 13,68554381 4

9 13,276 Valores maiores que 13,68554381 2

10 13,397

11 13,106

12 13,349 Resultado Estatístico

13 13,448

14 13,282 Média 13,32738221 15 12,965 Erro padrão 0,038237007 16 13,530 Mediana 13,33496865 17 13,866 Modo #N/D 18 13,035 Desvio padrão 0,209432714 19 13,745 Variância da amostra 0,043862062 20 13,159 Curtose 0,353740225 21 13,336 Assimetria 0,519321313 22 13,425 Intervalo 0,900280879

23 13,057 Mínimo 12,96531911

24 13,573 Máximo 13,86559999 25 13,539 Soma 399,8214663 26 13,334 Contagem 30 27 13,402 Maior(1) 13,86559999 28 13,377 Menor(1) 12,96531911

29 13,325 Nível de confiança(95,0%) 0,078203459

30 13,111

Tabela 1 - Estatística do Cenário Registrado na Rede

50

Podemos observar que o maior consumo observado é de 13,865 Joules, o menor é

de 12,965 Joules e a média de consumo dos experimentos é de 13,327 Joules. O valor da

mediana é de 13,335 Joules, metade das amostras tem valores inferiores a ela, e metade

das amostras tem valores ou superiores a ela.

Figura 11 - Histograma do Cenário Registrado na Rede

O Histograma, como pode ser observado claramente na Figura 11, segui uma

distribuição Normal com Desvio Padrão 0,209432 e a Variância de 0,043862 mostrando

uma baixa dispersão dos valores obtidos. A Curtose cujo valor é 0,353 e

conseqüentemente pouco maior do que zero, mostra que a distribuição é pouco mais

afunilada (concentrada) que a distribuição normal. O valor da Assimetria positivo e

próximo a zero (de 0,519) mostra que os valores da Média e Mediana são bem próximos

e a curva apresenta certa simetria, ou seja, o seu lado direito é pouco semelhante ao lado

esquerdo.

0

2

4

6

8

10

12

Fre

qü

ên

cia

Intervalos

Histograma

Freqüência

51

4.4.2 Cenário: Somente Registrado na Rede, Consumo Retificado

Observamos que mesmo sem receber nenhuma solicitação do usuário, o

dispositivo móvel apresentava um grande quantidade de picos de consumo de energia, em

princípio imaginamos que estes picos de consumo, seriam respostas as requisições da

rede, contudo ao analisar a troca de sinalização entre o dispositivo e a rede, observamos

que não havia troca de sinalização neste período, desta forma, este picos de consumo são

ocasionados exclusivamente por tarefas realizadas pelo sistema operacional do

dispositivo.

Observamos aqui, um potencial de melhoria no consumo do dispositivo, mas

especificamente na Área de engenharia de Software. Desta forma, iremos realizar a

comparação do consumo de energia, caso fosse realizado um trabalho de melhoria no

código do dispositivo e este não apresentasse os picos de consumo, Figura 12.

Figura 12 - Curva do experimento 1 retificada pela Mediana

0,0000

0,0200

0,0400

0,0600

0,0800

0,1000

0,1200

15

,24

0

15

,24

4

15

,24

8

15

,25

1

15

,25

5

15

,25

9

15

,26

3

15

,26

6

15

,27

0

15

,27

4

15

,27

7

15

,28

1

15

,28

5

15

,28

9

15

,29

2

15

,29

6

15

,30

0

15

,30

3

15

,30

7

15

,31

1

15

,31

5

15

,31

8

15

,32

2

Registered - Retified Curve

Execução: 01

52

A idéia é, realizando-se um trabalho de melhoria de Engenharia de Software no

sistema operacional do dispositivo, assim seu consumo não apresentaria inúmeros picos

de consumo, porém seu consumo seria de um valor maior que o consumo de espera, pois

o sistema operacional necessita de energia para realizar rotinas interna. Observamos que

este não é um resultado prático, mas apenas estimado para ilustrar o cenário.

A busca de um valor médio maior foi definida a partir do cenário somente

registrado, onde retificamos sua curva para o valor da Mediana, este valor foi adotado

para retificamos a curva de consumo pelos seguintes motivos: é um valor maior que o

estado de espera do dispositivo, o que possibilita uma margem de operação, e também

por representar a metade da população amostral.

Realizamos a retificação das trinta curvas dos trinta experimentos. Os valores

obtidos desta retificação e sua análise estatística são apresentados na Tabela 2. O gráfico

do histograma desta retificação, e mostrado na Figura 13.

Como mostra a Tabela 2, o valor de maior consumo foi de 9,381 Joules e o de

menor consumo de 9,293 Joules. A média de consumo foi de 9,346 Joules e a mediana de

9, 356 Joules.

53

Experimento do Consumo de Energia Cenário: Registrado na Rede Celular - Retificado pela Mediana

Experimento Consumo (Joules) Duração do Experimento (seg): 306,725

1 9,362

2 9,372 Histograma

3 9,378 Intervalos Frequências

4 9,382 9,32 7 5 9,370 9,36 9

6 9,372 9,40 14


8 9,376

9 9,370

10 9,362

11 9,337

12 9,342


14 9,342

15 9,350 Média 9,346090559

16 9,357 Erro padrão 0,00491095 17 9,357 Mediana 9,356954131 18 9,361 Modo #N/D 19 9,366 Desvio padrão 0,026898379 20 9,362 Variância da amostra 0,000723523 21 9,363 Curtose -1,02289966 22 9,338 Assimetria -0,58630925 23 9,327 Intervalo 0,088572173 24 9,316 Mínimo 9,293142081

25 9,310 Máximo 9,381714254 26 9,306 Soma 280,3827168 27 9,301 Contagem 30 28 9,302 Maior(1) 9,381714254 29 9,312 Menor(1) 9,293142081


Tabela 2 - Estatística do Cenário Intervenções do Sistema Operacional

54

O desvio padrão de 0,026 e a variância de 0,0007 mostrando uma dispersão

extremamente baixa dos valores obtidos. Esta baixa dispersão deve-se ao fato dos valores

dos experimentos serem resultantes da poda ou retificação da curva, não permitindo

nenhum valor superior ao adotado para a poda, representando também um valor artificial,

não prático, isso explica a inexistência de valores acima de 9,40.

Figura 13 - Histograma do Cenário Intervenções do Sistema Operacional

0

5

10

15

9,32 9,36 9,40 Mais

Fre

qü

ên

cia

Intervalos

Histograma

Freqüência

55

4.4.3 Cenário: Bluetooth Ativado

O experimento foi executado trinta vezes seguindo rigorosamente os passos de

execução, todas os experimentos foram realizadas com o dispositivo no interior de uma

Gaiola de Faraday, para eliminar as influências de sinais de rádio frequência externos.

Figura 14 - Característica da Curva de Consumo Bluetooth Ativado

Todos os trinta experimentos apresentaram uma curva de consumo com as

mesmas características a mostrada na Figura 14 onde mostramos a curva de consumo do

experimento 1.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

9,3

41

9,3

46

9,3

50

9,3

55

9,3

59

9,3

64

9,3

68

9,3

72

9,3

77

9,3

81

9,3

86

9,3

90

9,3

95

9,3

99

9,4

04

9,4

08

9,4

12

9,4

17

9,4

21

9,4

26

9,4

30

9,4

35

9,4

39

Bluetooth Activated

Experimento: 01

56

Esta curva de consumo apresenta as seguintes características:

Os lóbulos “A” e “B” da curva são os momentos em que ligamos e

desligamos o dispositivo respectivamente, neste momento a luz do visor é

ligada e por este motivo o consumo é bem acentuado;

Os picos “C” e “D” são relativos ao registro e desconexão da rede

respectivamente. Neste momento os transmissores do dispositivo são

ligados para que haja troca de sinalização com a rede celular.

O nível de consumo “E” caracteriza-se pelo estado de espera do

dispositivo sendo este o estado de menor consumo.

Os picos de consumo “F” são intervenções do sistema operacional do

dispositivo;

A curva senoidal de consumo “G” é relativa ao funcionamento do módulo

de hardware Bluetooth do dispositivo.

Eliminamos os lóbulos de consumo “A” e “B” para avaliarmos apenas o consumo

do dispositivo com o módulo de Bluetooth ativado, este remoção é para eliminar o

consumo de registro e desconexão da rede celular bem como o consumo relativo a

iluminação do visor do dispositivo.


experimentos, eliminando os atrasos do inicio de cada experimento. Em seguida,

tomamos a curva com menor duração, sendo este o tempo em que o consumo é avaliado

para todos os trinta experimentos.

A Figura 15 mostra a curva de consumo do experimento 1 sem os lóbulos “A” e

“B”. Nesta figura, podemos identificar claramente o nível de consumo em espera “E” e a

curva senoidal de consumo “G” relativo ao funcionamento do módulo de hardware

Bluetooth do dispositivo. Observamos também nesta figura, os picos de consumo

relativos a intervenção do sistema operacional, “F”.

57

Figura 15 - Consumo do Experiemento 1 Sem os Lóbulos

A partir destes dados, calculamos o consumo dos trinta experimentos para um


Os resultados estão descrito na Tabela 3. No lado esquerdo da tabela, são

mostrados os valores de consumo dos trinta experimentos. No lado direito da tabela,

temos na parte superior o histograma mostrando seus quatro intervalos com suas

respectivas frequências, na parte inferior é mostrado o Resultado Estatístico dos

experimentos.

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20 9

,34

1

9,3

46

9,3

50

9,3

55

9,3

59

9,3

64

9,3

68

9,3

72

9,3

77

9,3

81

9,3

86

9,3

90

9,3

95

9,3

99

9,4

04

9,4

08

9,4

12

9,4

17

9,4

21

9,4

26

9,4

30

9,4

35

9,4

39

Bluetooth Activated

Experimento: 01

58

Experimento do Consumo de Energia Cenário: Bluetooth Ativado Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 302,57

1 14,378

2 14,449 Histograma

3 14,089 Intervalo Frequências

4 13,992 13 0 5 14,461 14 2 6 14,500 15 27

7 13,970 Valores maiores que 15 1

8 14,130 9 14,616

10 14,470

11 14,333


13 14,874 Média 14,48208704 14 14,433 Erro padrão 0,082756495 15 14,575 Mediana 14,45511138 16 16,571 Modo 14,08890930

17 14,782 Desvio padrão 0,453275993 18 14,201 Variância da amostra 0,205459126 19 14,537 Curtose 16,06565028 20 14,350 Assimetria 3,453104522 21 14,593 Intervalo 2,601586197 22 14,352 Mínimo 13,96980251 23 14,575 Máximo 16,57138871 24 14,582 Soma 434,4626113 25 14,089 Contagem 30


27 14,537 28 14,350

29 14,593

30 14,582

Tabela 3 - Estatística do Cenário Bluetooth Ativado

59

A Tabela 3 mostra que o Desvio Padrão é de 0,4532 e a Variância de 0,2054

também podemos observar graficamente na Figura 16 que o Histograma apresenta uma

distribuição Normal. Isso mostra que os valores de consumo forma muito próximos e

concentrados no intervalo entre 14 e 15 Joules.

A Curtose de valor 16,056 muito maior do que 1, mostra que a curva é bastante

afunilada (concentrada) que a distribuição Normal. O valor da Assimetria de 3,4431

positivo diz que a curva apresenta simetria e que os valores da Média e Mediana são

próximos.

Figura 16 - Histograma do Cenário Bluetooth Ativado

Podemos observar que o consumo mínimo é de 13,969 Joules, o máximo de

16,571 Joules, a média de 14,482 Joules e a mediana de 14,455 Joules.

0

10

20

30

13 14 15 Mais

Fre

qü

ên

cia

Intervalo

Histograma

Freqüência

60

4.4.4 Cenário: Falha na Configuração da Rede da Operadora


execução, todos os experimentos foram realizadas com o dispositivo no interior de uma

Gaiola de Faraday, para eliminar as influências de sinais de rádio frequência externos.

Todos os experimentos apresentaram uma curva de consumo com as mesmas

características.

Na Figura 17 mostramos a curva de consumo do experimento 1. Esta curva de

consumo apresenta as seguintes características:

Figura 17 - Curva Características de Consumo Hysteresis Failure

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

20

,81

1

20

,81

6

20

,82

0

20

,82

5

20

,82

9

20

,83

3

20

,83

8

20

,84

2

20

,84

7

20

,85

1

20

,85

6

20

,86

0

20

,86

4

20

,86

9

20

,87

3

20

,87

8

20

,88

2

20

,88

7

20

,89

1

20

,89

5

20

,90

0

20

,90

4

20

,90

9

Hysteresis Failure

Experimento: 01

61






ligados para que haja troca de informações com a rede celular;


dispositivo sendo este o estado de menor consumo;


dispositivo;

O nível de consumo “H” é o nível de energia gasta pelo dispositivo para

realizar a seleção da torre vizinha;

Como podemos observar, o dispositivo está periodicamente consumindo energia

com a atividade de seleção da torre vizinha sem trazer benefício algum ao usuário.

Vemos aqui um ponto de melhoria na configuração da rede a qual o dispositivo está

conectado, esta rede está configurada de forma incorreta, levando o dispositivo a

consumir energia em uma atividade que não trás benéficos. Analisaremos agora o quanto

de energia o dispositivo está consumindo com esta atividade que poderia ser

economizada caso um agente inteligente identificasse esta situação, impedisse a sua

execução até que o cenário fosse modificado.

Haja vista que o foco é avaliar o consumo na atividade de seleção da torre vizinha,

sem a intervenção de outras variáveis, iremos remover os lóbulos “A” e “B” pois estes

possuem a influência significativa de consumo da luz do visor bem como dos

transmissores do dispositivo, dentre outras variáveis.


experimentos, eliminando os atrasos do inicio de cada experimento.

Em seguida, tomamos a curva com menor duração, sendo este o tempo em que o

consumo é avaliado para todos os trinta experimentos.

62


“B”. Nesta figura, podemos identificar claramente os níveis de consumo em espera “E”, o

nível de consumo de seleção da torre vizinha “H” e os picos de consumo do sistema

operacional, “F”.

Figura 18 – Curva Hysteresis Failure Sem os Lóbulos




mostrados os valores de consumo dos experimentos. No lado direito da tabela, temos na

parte superior o histograma mostrando seus cinco intervalos com suas respectivas

frequências e na parte inferior é mostrado o Resultado Estatístico dos experimentos.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

20

,81

1

20

,81

6

20

,82

0

20

,82

5

20

,82

9

20

,83

3

20

,83

8

20

,84

2

20

,84

7

20

,85

1

20

,85

6

20

,86

0

20

,86

4

20

,86

9

20

,87

3

20

,87

8

20

,88

2

20

,88

7

20

,89

1

20

,89

5

20

,90

0

20

,90

4

20

,90

9

Hysteresis Failure

Experimento: 01

63

Experimento do Consumo de Energia Cenário: Hysteresis Failure Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 306,66

1 74,980

2 74,663 Histograma

3 72,553 Intervalo Frequências

4 74,772 71 1 5 73,776 73 4 6 73,561 75 18 7 73,307 77 6

8 74,902 Valores maiores que 77 1

9 73,678

10 74,189

11 74,929


13 73,233 Média 74,25746972 14 72,722 Erro padrão 0,260003933 15 73,513 Mediana 74,28595195 16 72,941 Modo #N/D 17 74,383 Desvio Padrão 1,424100192 18 73,121 Variância da amostra 2,028061358 19 70,820 Curtose 1,950043297 20 74,643 Assimetria 0,403201911 21 75,156 Intervalo 7,628816625

22 76,028 Mínimo 70,82037806 23 72,435 Máximo 78,44919469

24 78,449 Soma 2227,724092 25 73,727 Contagem 30


27 74,144

28 75,059

29 74,783

30 75,240

Tabela 4 - Estatística do Cenário Falha de Histerese

64

A Tabela 4 mostra que o Desvio Padrão é de 1,424 e a Variância de 2,028,

também podemos observar graficamente na Figura 19 que o histograma apresenta uma

distribuição Normal. A curtose de valor 1,9500 maior do que 1, mostra que a curva é

muito mais afunilada (concentrada) que a distribuição Normal. O valor da Assimetria de

0,4032 positivo e próximo a zero nos diz que a curva apresenta simetria elevada e que os

valores da Média e Mediana são próximos.

Figura 19 - Histograma do Cenário Falha de Histerese

Podemos observar também que o consumo mínimo é de 70,820 Joules, o máximo

de 78,449 Joules e a média de 74,257 Joules.

65



execução, todos os experimentos foram realizados com o dispositivo móvel no interior de

uma Gaiola de Faraday, para eliminar as influências de sinais de rádio frequência

externos.

Todos os experimentos apresentaram uma curva de consumo com as mesmas

características.

Na Figura 20 mostramos a curva de consumo do experimento 1. Esta curva de

consumo apresenta as seguintes características:

Figura 20 - Curva Características de Consumo Luz do Visor

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

15

,36

1

15

,36

6

15

,37

0

15

,37

5

15

,37

9

15

,38

3

15

,38

8

15

,39

2

15

,39

7

15

,40

1

15

,40

6

15

,41

0

15

,41

4

15

,41

9

15

,42

3

15

,42

8

15

,43

2

15

,43

7

15

,44

1

15

,44

5

15

,45

0

15

,45

4

15

,45

9

Display - 100% 3min - 50% 1min

Experimento: 01

66






ligados para que haja troca de informações com a rede celular;


dispositivo sendo este o estado de menor consumo;


dispositivo;

O nível de consumo “I” caracteriza o consumo do dispositivo móvel no

estado de espera e com a luz do visor a 100% de sua luminosidade;

O nível de consumo “J” caracteriza o consumo do dispositivo móvel no

estado de espera e com a luz do visor a 50% de sua luminosidade;

Para eliminar a influência do consumo de registro e desconexão com a rede

celular, eliminamos os lóbulos de consumo “A” e “B”.


“B”. Nesta figura, podemos identificar claramente os níveis de consumo em espera “E”, o

nível de consumo do dispositivo móvel em espera com a iluminação do visor a 100%,

“I”, o nível de consumo dispositivo móvel em espera com a iluminação do visor a 50% e

os picos de consumo do sistema operacional, “F”.

67

Figura 21 - Curva Luz do Visor Sem os Lóbulos


experimentos, eliminando os atrasos do inicio de cada experimento. Em seguida,

tomamos a curva com menor duração, sendo este o tempo em que o consumo é avaliado

para todos os trinta experimentos.




mostrados os valores de consumo dos experimentos. No lado direito da tabela, temos na

parte superior o histograma mostrando seus cinco intervalos com suas respectivas

frequências, na parte inferior é mostrado o Resultado Estatístico dos experimentos.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45 1

5,3

61

15

,36

6

15

,37

0

15

,37

5

15

,37

9

15

,38

3

15

,38

8

15

,39

2

15

,39

7

15

,40

1

15

,40

6

15

,41

0

15

,41

4

15

,41

9

15

,42

3

15

,42

8

15

,43

2

15

,43

7

15

,44

1

15

,44

5

15

,45

0

15

,45

4

15

,45

9

Display - 100% 3min - 50% 1min

Experimento: …

68

Experimento do Consumo de Energia Cenário: Display 100% 50% Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 311,91

1 128,673 2 129,679

Histograma 3 129,644

Intervalo Frequências

4 130,315

129,33 2

5 129,896

129,66 6 6 129,954

129,99 13

7 130,075

130,32 9

8 130,007

Valores maiores que 130,32 0

9 130,279 10 129,920 11 129,772 12 128,800

Resultado Estatístico

13 129,748

Média 129,7809098

14 130,295

Erro padrão 0,068909372 15 130,113

Mediana 129,7594669

16 129,746

Moda #N/D

17 129,376

Desvio padrão 0,377432174 18 129,771

Variância da amostra 0,142455046

19 130,280

Curtose 2,48678121 20 129,744

Assimetria -1,20698649

21 129,696

Intervalo 1,641600469 22 130,000

Mínimo 128,6730042

23 129,528

Máximo 130,3146047

24 129,845

Soma 3893,427294 25 129,724

Contagem 30

26 130,120

Nível de confiança(95,0%) 0,140935488

27 129,581 28 129,612 29 129,730 30 129,506

Tabela 5 – Estatística do Cenário do Luz do Visor

69

A Tabela 5 mostra que o Desvio Padrão é de 0,377 e a Variância de 0,142,

também podemos observar graficamente na Figura 22 que o Histograma apresenta uma

distribuição Normal. A curtose de valor 2,486 maior do que 1, mostra que a curva é

muito mais afunilada (concentrada) que a distribuição Normal. O valor da Assimetria de

-1,2069 negativa nos diz que a curva apresenta uma inclinação para a direita.

Figura 22 – Histograma do Cenário Luz do Visor

70

4.5 Avaliação do Consumo

A referência de nossa avaliação é o cenário Somente Registrado na Rede, os

demais cenários possuem a mudança de apenas uma característica que não influenciam

no serviço final provido ao usuário, mas acarreta em um aumento no consumo do

dispositivo.

Como abordado, o objetivo é identificarmos uma ordem de grandeza de economia

energética caso um Agente Inteligente venha a interferir no dispositivo com o objetivo de

reduzir o seu consumo sem uma consequente perda ou redução da qualidade do serviço

oferecido para o usuário.

Para avaliação dos resultados de todos os cenários, iremos tomar a curva com

menor tempo de medição de todos os experimentos em todos os cenários, este tempo será

o adotado para todos os experimentos de todos os cenários, para a medição do consumo e

posteriormente iremos realizar as análises estatísticas.

Experimento com Menor Tempo de Medição

Cenário Duração (Segundos)

Somente Registrado na Rede 306,72

Somente Registrado na Rede, Consumo Retificado 306,72

Bluetooth Ativado 302,57

Falha na Configuração da Rede da Operadora 306,66

Configuração da Luz do Visor 311,91

Tabela 6 - Experimento de Menor Tempo de Medição em Cada Cenário

71

A Tabela 6 apresenta a menor duração dos trinta experimentos realizados em cada

cenário. Podemos observar que o experimento de menor duração foi o de 302,57

segundos no cenário de Bluetooth Ativado. Este será o tempo de referência para medição

de consumo de todos os experimentos, o consumo acima deste tempo será desprezado.

72


A Tabela 7 mostra os dados de consumo para o período de 302,57 segundos e a

Figura 23 o seu histograma.

Experimento do Consumo de Energia Cenário: Registrado na Rede Celular Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 302,57

1 13,414 2 13,148

Histograma 3 13,034

Intervalos Frequências

4 12,788

12,45 0 5 12,936

12,85 2

6 12,964

13,25 21

7 13,249

13,65 6

8 13,094


9 13,120 10 13,229 11 12,883 12 13,193

Resumo Estatístico

13 13,276

Média 13,13935043 14 13,073

Erro padrão 0,040485994

15 12,797

Mediana 13,154397 16 13,369

Modo #N/D

17 13,654

Desvio padrão 0,221750921 18 12,874


19 13,570

Curtose -0,23544644

20 12,927

Assimetria 0,343930617 21 13,137

Intervalo 0,866260713

22 13,193

Mínimo 12,78810051 23 12,865

Máximo 13,65436122

24 13,413

Soma 394,180513 25 13,366

Contagem 30

26 13,180


27 13,178 28 13,232 29 13,160 30 12,863

Tabela 7 - Estatística Somente Registrado para Duração 302,57s

73

Figura 23 - Histograma Somente Registrado para Duração 302,57s

74

4.5.2 Cenário: Intervenções do Sistema Operacional



Experimento do Consumo de Energia Cenário: Registrado na Rede Celular Retificado pela Mediana

Experimento Consumo (Joules) Duração do Experimento (seg): 302,57

1 9,165 2 9,175

Histograma

3 9,181

Intervalos Frequências

4 9,184

9,05 0 5 9,173

9,10 1

6 9,174

9,15 12

7 9,174

9,20 17

8 9,179


9 9,173 10 9,165 11 9,140 12 9,146 13 9,131

Resumo Estatístico

14 9,146

Média 9,149674055 15 9,154


16 9,160

Mediana 9,160402496 17 9,161

Modo #N/D

18 9,165

Desvio padrão 0,026187997

19 9,169


20 9,164

Curtose -1,00096581 21 9,166

Assimetria -0,59212609

22 9,142

Intervalo 0,086997391 23 9,131

Mínimo 9,09723541

24 9,120

Máximo 9,184232801 25 9,114

Soma 274,4902217

26 9,111

Contagem 30

27 9,106


28 9,107 29 9,116 30 9,097

Tabela 8 - Estatística Intervenções do Sistrema Operacional Duração 302,57s

75

Figura 24 - Histograma Consumo Intervenções Sistema Operacional Duração 302,57s

76

4.5.3 Cenário: Bluetooth Ativado.



Experimento do Consumo de Energia Cenário: Bluetooth Ativado Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 302,57

1 14,378 2 14,449

Histograma 3 14,089


4 13,992

13 0 5 14,461

14 2

6 14,500

15 27

7 13,970

Valores maiores que 15 1

8 14,130

9 14,616

10 14,470 11 14,333 12 14,409


13 14,874

Média 14,48208704 14 14,433


15 14,575

Mediana 14,45511138 16 16,571

Modo 14,0889093

17 14,782

Desvio padrão 0,453275993 18 14,201


19 14,537

Curtose 16,06565028

20 14,350

Assimetria 3,453104522 21 14,593

Intervalo 2,601586197

22 14,352

Mínimo 13,96980251 23 14,575

Máximo 16,57138871

24 14,582

Soma 434,4626113 25 14,089

Contagem 30

26 14,089


27 14,537

28 14,350

29 14,593 30 14,582

Tabela 9 - Estatística Bluetooth Ativado para Duração 302,57s

77

Figura 25 - Histograma Bluetooth Ativado para Duração 302,57s

0

10

20

30

13 14 15 Mais Fr

eq

üê

nci

a

Intervalo

Histograma

Freqüência

78

4.5.4 Cenário: Falha na Configuração da Rede da Operadora



Experimento do Consumo de Energia Cenário: Hysteresis Failure

Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 302,57

1 73,857 2 73,519

Histograma 3 71,064


4 73,423

70 1

5 72,428

75 26 6 72,131

80 3

7 72,407

Mais 0

8 73,557 9 73,022 10 72,829 11 73,858 12 74,523


13 71,746

Média 73,03869732 14 71,360


15 72,238

Mediana 73,12876826 16 71,594

Modo #N/D

17 73,041

Desvio padrão 1,454205348 18 72,460


19 69,480

Curtose 1,599665475

20 73,296

Assimetria 0,246920067

21 73,809

Intervalo 7,623177485 22 75,162

Mínimo 69,48003114

23 71,215

Máximo 77,10320863 24 77,103

Soma 2191,16092

25 72,376

Contagem 30

26 75,042


27 73,216 28 73,912 29 73,503 30 73,988

Tabela 10 - Estatística Falha Configuração da Operadora para Duração 302,57s

79

Figura 26 - Histograma Falha Configuração da Operadora para Duração 302,57s

80




Experimento do Consumo de Energia Cenário: Display 100% 50%

Experimento Consumo (J) Duração do Experimento (seg): 302,57

1 128,212 2 129,343

Histograma 3 129,273


4 129,885

129,00 3 5 129,421

129,33 8

6 129,570

129,66 12 7 129,669

129,99 7


9 129,863 10 129,572 11 129,338 12 128,402


13 129,358 Média 129,368693

14 129,846 Erro padrão 0,070484055

15 129,634 Mediana 129,3572165

16 129,356 Moda #N/D

17 129,012 Desvio padrão 0,386057071

18 129,383 Variância da amostra 0,149040062

19 129,870 Curtose 2,439108357

20 129,313 Assimetria -1,25036175

21 129,340 Intervalo 1,673525677

22 129,636 Mínimo 128,2116012

23 129,082 Máximo 129,8851269

24 129,373 Soma 3881,06079

25 129,302 Contagem 30


27 129,248 28 129,119 29 129,248 30 128,955

Tabela 11 - Estatística Configuração da Luz do Visor para Duração 302,57s

81

Figura 27 - Histograma Configuração da Luz do Visor para Duração 302,57s

82

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 Discussões

O objetivo do experimento é podermos avaliar o consumo dos cenários

apresentados e mensurar o grau de economia que podemos obter aplicando-se as técnicas

propostas pelos cenários.

Para a execução dos experimentos tínhamos que ter a certeza de que toda energia

suprida pela fonte de alimentação, fosse consumida única e exclusivamente pelo

dispositivo móvel. Para termos esta garantia, seria de fundamental importância que

realizássemos a alimentação do dispositivo sem a sua bateria acoplada. Sendo esta a

nossa maior dificuldade, pois ao removermos a bateria e alimentarmos o dispositivo

somente com o cabo de alimentação, o dispositivo não funcionava. Requisitamos ao

fabricante Samsung, uma interface de alimentação que possibilitasse o funcionamento do

dispositivo através de uma fonte DC sem a bateria acoplada ao dispositivo. O fabricante

nos enviou a interface o que tornou viável e confiável a realização dos experimentos.

Iremos relacionar os experimentos realizados para podemos avaliar o grau de

economia que conseguimos com a variação de apenas uma característica que represente

as áreas de engenharia de software, hardware, configuração da rede da operadora e perfil

de uso.

No cenário Somente Registrado, podemos observar que o consumo máximo foi de

13,654 Joules, o consumo mínimo foi de 12,788 Joules e a média de consumo para este

cenário é de 13,139 Joules.

No cenário Intervenção do Sistema Operacional, observamos que o consumo

máximo foi de 9,184 Joules, o consumo mínimo foi de 9,097 Joules e a média de

consumo para este cenário é de 9,149 Joules. Comparando com o cenário Somente

Registrado, obteríamos uma redução de 30,36% no consumo de energia, caso ações de

83

melhoria no desenvolvimento do Sistema Operacional do dispositivo, reduzisse o

consumo para no máximo o valor da mediana.

No cenário Bluetooth Ativado, observamos que o consumo máximo foi de 16,571

Joules, o consumo mínimo foi de 13,969 Joules e a média de consumo para este cenário é

de 14,482 Joules. Comparando com o cenário Somente Registrado, obtemos um aumento

de 10,21% no consumo de energia pelo fato do hardware do Bluetooth está ativado,

mesmo sem estar sendo utilizado pelo usuário. Sendo este o nível de economia de

energia, caso um Agente Inteligente de Engenharia de Hardware, identificasse que o

módulo está atividade sem o provimento de serviço e o desativasse até que o usuário ou

uma aplicação requisitasse algum serviço.

No cenário Falha na Configuração da Rede da Operadora, observamos que o

consumo máximo foi de 77,103 Joules, o consumo mínimo foi de 69,480 Joules e a

média de consumo para este cenário é de 73,038 Joules. Comparando com o cenário

Somente Registrado, obtemos um aumento de 455,87% no consumo de energia

ocasionado por uma falha na configuração da rede celular da operadora. Sendo este o

nível de economia de energia, caso um Agente Inteligente de análise da configuração de

rede da Operadora Celular, identificasse o cenário de falha e impedisse que o dispositivo

executasse ações que não viesse a trazer benefícios no seu desempenho de iteração com a

rede celular.

No cenário Luz do Visor, observamos que o consumo máximo foi de 129,885

Joules, o consumo mínimo foi de 128,211 Joules e a média de consumo para este cenário

é de 129,368 Joules. Comparando com o cenário somente registrado, obtemos um

aumento de 884,58% no consumo de energia ocasionado pela configuração da Luz do

Visor, uma característica do perfil de utilização do usuário. Sendo este o nível de

economia de energia caso um Agente Inteligente, identificasse o tempo que o usuário

necessita de iluminação do visor para atender as suas necessidades de visualização das

informações.

84

5.2 Conclusão

O termo Green Technology [4] está cada vez mais presente nas discussões e

estudos científicos relativos aos dispositivos móveis que são alimentados por baterias e

necessitam de uma grande autonomia e alto desempenho computacional.

Neste trabalho, discutimos sobre a abordagem e implementação de conceitos no

desempenho energético de sistemas computacionais. Discutimos técnicas que aplicada

aos dispositivos computacionais podem reduzir o consumo de energia sem, no entanto,

causar perda da qualidade de serviço provida ao usuário.

Neste estudo, podemos observar diversas técnicas em diferentes áreas de interesse

da Engenharia de Software de hardware e que podem nos auxiliar na economia de energia

em dispositivos móveis. Identificamos uma oportunidade de aplicar um Agente

Inteligente capaz atuar como gerente de energia do sistema operacional visando o

controle de consumo do dispositivo móvel.

A literatura da área mostra diversas técnicas que aplicadas aos dispositivos,

resultam na redução do seu consumo de energia e como forma de mensurar os efeitos das

técnicas propostas, montamos cenários que representassem a ação de um Agente

Inteligente capaz de adaptar as configurações do dispositivo as características de

funcionamento relativas as áreas de engenharia de software, hardware, configuração da

rede da operadora e perfil de utilização do dispositivo.

Como forma de mensurar o grau de economia que podemos atingir, realizamos

experimentos em cenários que, se gerenciados por Agentes Inteligentes, nos

proporcionarão uma significativa economia no consumo de energia destes dispositivos e

como resultado uma maior autonomia.

Ressaltamos que mesmo propondo um Agente Inteligente para realizar a gerência

de energia do dispositivo, e realizando os experimentos para avaliar o grau dessa

economia, existe a questão do consumo de energia do próprio Agente Inteligente para o

cumprimento desta tarefa, ainda necessita ser estudada.

85

A Tabela 12 relaciona os níveis de economia medidos nos cenários propostos,

contudo ressaltamos que os níveis de economia apresentados, referem-se a ocorrência dos

eventos desses cenários, tornando-se que o percentual de economia global dependerá da

frequência dessas ocorrências.

Cenário Economia (em %)

Engenharia de Software 30

Engenharia de Hardware 10

Rede da Operadora 455

Perfil de uso 884

Tabela 12 - Economia nos Experimentos Realizados

Concluímos, portanto que significativa economia de energia pode ser alcançada a

partir da identificação e tratamento de falhas na configuração da rede das operadoras bem

como na configuração do perfil de uso dos dispositivos. Com isso, podemos desenvolver

sistemas moveis capazes de utilizar energia de forma mais racional, aumentando assim a

sua autonomia de funcionamento.

86

5.3 Trabalhos Futuros

Como trabalhos futuros elencamos a necessidade de expansão do número de

cenários de avaliação para identificação de novas oportunidades de economia energética.

Vemos a necessidade de definir uma API configurável de gerência de energia

através da qual os modos de operação dos componentes do sistema podem ser

consultados e alterados para ser utilizada por aplicações para o monitoramento e

gerenciamento de energia.

No âmbito da Engenharia de Software, vemos a necessidade de avaliar o consumo

de energia relativo às boas práticas de programação associadas às diferentes plataformas

e sistemas operacionais, buscando identificar métodos e técnicas de alto desempenho com

baixo consumo relativo a cada plataforma. Ainda, a utilização de inteligência artificial,

como por exemplos Agentes Inteligentes, pode diminuir o consumo de energia, a partir

do aprendizado do comportamento do usuário, configurando o perfil de uso do

dispositivo de forma autônoma.

No âmbito da Engenharia de Hardware, podemos citar a gerência e consumo de

energia de memórias, processadores, ações em caso de falhas, gerência de dados

armazenados, dentre outros.

87

6 REFERÊNCIAS

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Optimizations in 3G Mobile Devices, Invited Paper, Proceedings of the 1st

International Conference on New Technologies, Mobility & Security (NTMS'07),

France, May 2-4, 2007, Springer, pp. 225-235, ISBN: 9781402062698, 2007.

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[5] A 32-bit PowerPC system-on-a-chip with support for dynamic voltage scaling and

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[8] Method and Apparatus to Implement The ACPI (Advanced Configuration and

Power Interface) C3 State in a RDRAM Based System, Satchit Jain, San Jose, CA

http://www.myfoxdfw.com/dpp/news/120210-man-hurt-by-%E2%80%98exploding%E2%80%99-cell-phone

http://www.myfoxdfw.com/dpp/news/120210-man-hurt-by-%E2%80%98exploding%E2%80%99-cell-phone

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(US); Siripong Sritanyaratana, Union City CA (US), Intel Corporation, Santa Clara,

CA (US), United States Patent, Patent no.: US 6,644,987 B2, Oct. 14, 2003

[9] Green Technology, http://www.green-technology.org/

[10] Clock Signal, J.19 V. Venkatachalam, M. Franz, and Ch. W. Probst; “A New Way

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[11] Wikipedia, Smartphones, http://www.3gpp.org/

[12] Wikipedia, Tablet Personal Computer, http://www.3gpp.org/

[13] Carter, MCSE: Microsoft Certified Systems Engineer, Wiley, September 1997

[14] M.P. Michael, “Energy awareness for mobile devices”, Research Seminar on

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[15] E. Shih, P. Bahl, and M.J. Sinclair. "Wake on Wireless: An Event Driven Energy

Saving Strategy for Battery Operated Devices", Proc. of the Eighth Annual

ACM Conference on Mobile Computing and Networking, Altanta, Georgia, USA,

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[16] Rulnick, J. M., Bambos, N., Mobile power management for wireless

communication networks, Department of Electrical and Computer Engineering,

WPI, Worcester, MA 01609, USA, ACM, Wireless Networks, Volume 3, Issue 1,

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[17] Balasubramanian N., Balasubramanian A., Venkataramani A., Energy

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Network Applications, Department of Computer Science, University of

Massachusetts Amherst, In Proceedings of ACM/USENIX Internet Measurement

Conference (IMC), Chicago, USA, November 2009

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[18] ELIADE, Mircea: Aspectos do Mito. Tradução de Manuela Torres. Rio de Janeiro:

Edições 70, 1989.

http://www.green-technology.org/

http://www.3gpp.org/

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89

[19] GIL, Antônio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 3 ed. São Paulo: Atlas,

1991

[20] MARCONI; LAKATOS, 2009, p.6

[21] InfraRed, http://www.infrared.org/

[22] Bluetooth, https://www.bluetooth.org/apps/content/

[23] ZigBee, http://zigbee.org/

[24] Wi-Fi, http://www.wi-fi.org/

http://www.infrared.org/

https://www.bluetooth.org/apps/content/

http://zigbee.org/

http://www.wi-fi.org/

90

7 ANEXO: CÓDIGO DO PROGRAMA DA FONTE DC

Arquivo.java

import java.io.*;

public class Arquivo {

private BufferedReader in;

private PrintWriter out;

private String[] buffer;

private int nextChar;

private int nextTokenLin, nextTokenCol;

private int primLin, contLin;

public Arquivo(String in, String out) {

try {

this.in = new BufferedReader(new FileReader(in));

this.out = new PrintWriter(new FileWriter(out), true);

this.initBuffer();

} catch (IOException e) {

throw new RuntimeException(e.toString());

}

}

protected void finalize() {

this.close();

}

public void close() {

try {

if (this.in != null) {

this.in.close();

this.in = null;

}

if (this.out != null) {

this.out.close();

this.out = null;

}



}

}

public boolean isEndOfFile() {

return (this.nextTokenLin < 0);

}

91

public boolean isEndOfLine() {

return (this.nextTokenLin != this.primLin);

}

private String readLine() {

if (this.contLin <= 0)

return null;

String line = this.buffer[this.primLin];

if (this.nextChar > 0)

if (this.nextChar >= line.length())

line = "";

else

line = line.substring(this.nextChar, line.length()-1);

this.buffer[this.primLin] = null;

this.nextChar = 0;

this.primLin++;

this.contLin--;

if (this.nextTokenLin >= 0 && this.nextTokenLin <

this.primLin)

this.findNext();

return line;

}

private char readChar() {

if (this.contLin <= 0)

return '\0';

char newChar;


if (this.nextChar >= line.length()) {

newChar = '\n';

this.readLine();

} else {

newChar = line.charAt(this.nextChar++);

if (newChar != ' ' && this.nextTokenLin >= 0)

this.findNext();

}

return newChar;

}

public String readString() {

String next = null;

92

try {

this.checkEOF();

String line = this.buffer[this.nextTokenLin];

for (int i = this.primLin; i < this.contLin; i++)

this.buffer[i] = null;

this.buffer[0] = line;

this.nextTokenLin = this.primLin = 0;

this.contLin = 1;

int i, size = line.length();

for (i = this.nextTokenCol; i < size; i++)

if (line.charAt(i) == ' ')

break;

next = line.substring(this.nextTokenCol, i);

this.nextChar = i;

this.findNext();



}

return next;

}

public int readInt() {

return Integer.valueOf(this.readString()).intValue();

}

public double readDouble() {

return Double.valueOf(this.readString()).doubleValue();

}

private void initBuffer() throws IOException {

this.buffer = new String[5];

this.nextChar = 0;

this.nextTokenLin = 0;

this.primLin = this.contLin = 0;

String line = this.in.readLine();

if (line == null) {

this.nextTokenLin = -1;

} else {

this.buffer[0] = line;

this.contLin++;

this.findNext();

}

}

private void checkEOF() throws EOFException {

if (this.isEndOfFile())

throw new EOFException();

}

private int appendLine(String str) {

if (this.contLin == 0)

93

this.primLin = 0;

if (this.primLin + this.contLin >= this.buffer.length) {

String[] src = this.buffer;

if (this.contLin >= this.buffer.length)

this.buffer = new String[2 * this.buffer.length];

System.arraycopy(src, this.primLin, this.buffer, 0,

this.contLin);

this.nextTokenLin -= this.primLin;

this.primLin = 0;

}

buffer[this.primLin + this.contLin] = str;

this.contLin++;

return (this.primLin + this.contLin - 1);

}

private void findNext() {

try {


if (line != null) {

int size = line.length();

for (int i = this.nextChar; i < size; i++)

if (line.charAt(i) != ' ') {

this.nextTokenCol = i;

return;

}

}

this.nextTokenLin = this.nextTokenCol = -1;

while ((line = this.in.readLine()) != null) {

int size = line.length();

for (int i = 0; i < size; i++)

if (line.charAt(i) != ' ') {

this.nextTokenCol = i;

this.nextTokenLin = this.appendLine(line);

return;

}

this.appendLine(line);

}



}

}

public void print(char c) {

this.out.print(String.valueOf(c));

}

public void print(String s) {

this.out.print(s);

}

94

public void print(int i) {

this.out.print(i);

}

public void print(double d) {

this.out.print(d);

}

public void print(double d, int dec) {

this.out.print(this.formatDouble(d, dec));

}

public void println() {

this.out.println();

}

public void println(char c) {

this.out.println(String.valueOf(c));

}

public void println(String s) {

this.out.println(s);

}

public void println(int i) {

this.out.println(i);

}

public void println(double d) {

this.out.println(d);

}

public void println(double d, int dec) {

this.out.println(this.formatDouble(d, dec));

}

public void flush() {

this.out.flush();

}

private String formatDouble(double d, int dec) {

if (dec <= 0) {

return String.valueOf(Math.round(d));

}

StringBuffer res = new StringBuffer();

long aprox = (int) Math.round(d * Math.pow(10, dec));

if (d < 0) {

aprox = -aprox;

res.append('-');

}

String num = String.valueOf(aprox);

int n = num.length() - dec;

if (n <= 0) {

res.append("0.");

for (int i = 0; i < -n; i++)

95

res.append('0');

res.append(num);

} else {

char[] array = num.toCharArray();

res.append(array, 0, n).append('.').append(array, n, dec);

}

return res.toString();

}

}

96

TratadorPowerSupply.java

package main;

import java.io.DataInputStream;

import java.io.DataOutputStream;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

import java.io.OutputStream;

import javax.comm.CommDriver;

import javax.comm.CommPortIdentifier;

import javax.comm.NoSuchPortException;

import javax.comm.PortInUseException;

import javax.comm.SerialPort;

import javax.comm.UnsupportedCommOperationException;

import exceptions.ComPortNotOpenedException;

import exceptions.InvalidPropertyException;

import propertieshandler.PropertiesGeneralImplementation;

import util.Param;

public class TratadorPowerSupply

{

private CommPortIdentifier port = null;

private SerialPort serialPort = null;

private InputStream inputStream;

private OutputStream outputStream;

private DataInputStream dis = null;

private DataOutputStream dos = null;

private boolean com_port_available;

public static final int MEASURE_CURRENT = 0;

public static final int MEASURE_VOLTAGE = 1;

public TratadorPowerSupply() throws InvalidPropertyException,

ComPortNotOpenedException

{

setCom_port_available(false);

String comport =

PropertiesGeneralImplementation.getValor(Param.PROPERTY_PS_COM_PORT);

if ((comport != null)&&(!comport.equals("")))

{

if (openComPort(comport))

{

setCom_port_available(true);

sendSCPI("System:Remote");

sleep(1000);

sendSCPI("*RST");

sleep(1000);

sendSCPI("Voltage 4.2");

97

sleep(1000);

sendSCPI("Output on");

}

else

{

throw new ComPortNotOpenedException();

}

}

else

{

throw new InvalidPropertyException();

}

}

public void releaseResources()

{

sendSCPI("Output off");

sendSCPI("System:Local");

setCom_port_available(false);

try {

if (dis != null) dis.close();

if (dos != null) dos.close();

if (serialPort != null) serialPort.close();


e.printStackTrace();

}

}

public void sendSCPI(String scpi_command)

{

if (isCom_port_available())

{

String aux = scpi_command + '\n';

try {

dos.write(aux.getBytes());

dos.flush();



}

}

}

public String readMeasure(int measure_type)

{

String res = "";

String measurestr = "";

switch (measure_type)

{

case MEASURE_CURRENT:

measurestr = "Current";

break;

case MEASURE_VOLTAGE:

98

measurestr = "Voltage";

break;

}

if ((!measurestr.equals(""))&&(isCom_port_available()))

{

sendSCPI("Measure:" + measurestr + '?');

try {

byte[] readBuffer = new byte[16];

byte[] b = new byte[1];

int i = 0;

int len = dis.read(b);

while((len == 1)&&(i < 16))

{

readBuffer[i] = b[0];

len = dis.read(b);

i++;

}

res = new String(readBuffer).trim();

}

catch (IOException e)

{

res =

PropertiesGeneralImplementation.getValor(Param.ERROR_INDICATION);

}

}

return res;

}

public void sleep(long sleep_time)

{

try

{

Thread.sleep(sleep_time);

} catch (InterruptedException e) {


}

}

public boolean openComPort(String comport)

{

boolean flag = false;

if (!isCom_port_available())

{

String driverName =

PropertiesGeneralImplementation.getValor(Param.PROPERTY_COM_PORT_DRIVER

_NAME);

99

String com_id = comport;

String appname =

PropertiesGeneralImplementation.getValor(Param.APP_NAME);

if ((com_id != null)&&(!com_id.equals("")))

{

if ((driverName !=

null)&&(!driverName.equals("")))

{

CommDriver commdriver;

try {

commdriver =

(CommDriver)Class.forName(driverName).newInstance( );

commdriver.initialize();

port =

CommPortIdentifier.getPortIdentifier(com_id);

serialPort = (SerialPort)

port.open(appname, 10000);

inputStream =

serialPort.getInputStream();

outputStream =

serialPort.getOutputStream();

dis = new

DataInputStream(inputStream);

dos = new

DataOutputStream(outputStream);

serialPort.setSerialPortParams(9600,

SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_2, SerialPort.PARITY_NONE);

serialPort.setFlowControlMode(SerialPort.FLOWCONTROL_NONE);

serialPort.enableReceiveTimeout(1000);

serialPort.setDTR(true);

flag = true;

} catch (InstantiationException e) {


} catch (IllegalAccessException e) {


} catch (ClassNotFoundException e) {


} catch (NoSuchPortException e) {


} catch (PortInUseException e) {




} catch

(UnsupportedCommOperationException e) {


}

}

}

}

100

return flag;

}

public boolean isCom_port_available() {

return com_port_available;

}

public void setCom_port_available(boolean com_port_available) {

this.com_port_available = com_port_available;

}

}

Documents

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