[論文レビュー] Power Consumption Analysis of a Modern Smartphone

Muhammad Yasir Malik|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2012

Green IT and Sustainability参考文献 4被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、Samsung Galaxy S2 HD LTE（以下、S2）を対象に、LTE、Wi-Fi、フライトモード、パワーセーブモードの各状態において、通常動作時とスリープ時における電力消費を分析した。Monsoon電力モニタを用いて測定した結果、フライトモードが特にスリープ時において最もエネルギー効率が良く、パワーセーブモードは性能が低いことが判明した。通常動作時ではLTEの消費電力がWi-Fiを上回るが、スリープ時ではLTEのエネルギー効率が優れている。

ABSTRACT

This paper presents observations about power consumption of a latest smartphone. Modern smartphones are powerful devices with different choices of data connections and other functional modes. This paper provides analysis of power utilization for these different operation modes. Also, we present power consumption by vital operating system (OS) components.

研究の動機と目的

• 現代のスマートフォンにおける、LTE、Wi-Fiなどのネットワークモードおよび通常動作、スリープ状態の各運用状態における電力消費を分析すること。
• フライトモードやパワーセーブモードといった組み込みの電力節約機能のエネルギー効率を評価すること。
• Android OSの主要コンponentが全体の電力消費に与える寄与度を定量化すること。
• 将来的なスマートフォンの電力最適化およびバッテリー駆動時間延長に関する研究の基盤を提供すること。

提案手法

• テスト対象デバイスとして、Android 2.3（Gingerbread）を搭載したSamsung Galaxy S2 HD LTE（SHV-E120S）を用いた。
• Monsoon Solutionsの電力モニタを用いて、さまざまなモード下での電力消費を750万件以上収集した。
• 通常動作時とスリープ時におけるエネルギー（μAh）、平均電力（mW）、平均電流（mA）、バッテリー駆動時間（時間）を測定した。
• Androidシステム、カーネル、コアアプリ、Googleサービス、ウイルス対策ソフト、サードパーティアプリなどの主要コンponentのOSレベルでの電力寄与度をプロファイリングして分析した。
• 通常動作時とスリープ時における4つの運用モード（LTE、Wi-Fi、フライトモード、パワーセーブモード）を対象にデータ収集を実施した。
• 図表を用いて、モードおよびコンponentごとのエネルギー効率を図的にかつ定量的に比較して結果を提示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 通常動作時およびスリープ時におけるLTEとWi-Fiデータネットワークの電力消費には、どのような差があるか？
• RQ2 通常動作と比較して、フライトモードおよびパワーセーブモードはエネルギー消費をどれほど低減できるか？
• RQ3 異なる運用状態において、Android OSのどのコンponentが電力消費に最も顕著に寄与しているか？
• RQ4 スリープ時におけるLTEとWi-Fiの相対的なエネルギー効率はどの程度か。また、フライトモードと比較するとどうか？
• RQ5 パワーセーブモードを有効化することで実際に電力消費が減少するのか。それとも想定よりも性能が低いのか？

主な発見

• スリープ時において、フライトモードが最も少ないエネルギーを消費した（32,529.06 μAh）、バッテリー駆動時間が27.8時間にまで延び、最もエネルギー効率が高かった。
• パワーセーブモードは性能が低く、スリープ時で27,800 μAh（バッテリー駆動時間27.8時間）を消費したが、通常動作時では5,460.7 μAh（バッテリー駆動時間3.27時間）にとどまり、非効率であることが示された。
• 通常動作時において、LTEは238,543.19 μAh（バッテリー駆動時間3.58時間）を消費したのに対し、Wi-Fiは200,477 μAh（バッテリー駆動時間4.51時間）を消費した。これは通常動作時におけるWi-Fiのエネルギー効率の高さを示している。
• スリープ時において、LTEは15,251.97 μAh（バッテリー駆動時間59.29時間）を消費したが、Wi-Fiは5,460.7 μAh（バッテリー駆動時間21.54時間）を消費した。これはスリープ時におけるWi-Fiのエネルギー効率の高さを示している。
• 通常動作時において、Androidシステムが全体の消費電力の18.4％を占めており、最も電力消費が大きいコンponentであった。一方、パワーセーブモード下のスリープ時においては、ウイルス対策ソフトが26.2％を占めていた。
• Wi-Fi通常動作時においてGoogleサービスフレームワークは1.5％の寄与度を示したが、フライトモード下のスリープ時では3.8％に上昇した。これは、低消費電力状態でも非表示のバックグラウンド活動が顕著に存在することを示している。