[论文解读] 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 13

一句话总结

本研究分析了在正常和睡眠状态下，一款现代智能手机（三星 Galaxy S2 HD LTE）在 LTE、Wi-Fi、飞行模式和省电模式下的功耗。使用 Monsoon 功率监测仪，研究发现飞行模式在功耗方面最为高效，尤其是在睡眠状态下；而省电模式表现较差；在正常使用时，LTE 消耗的功耗高于 Wi-Fi，但在睡眠状态下，LTE 的能效更高。

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.

研究动机与目标

• 分析现代智能手机在不同网络模式（LTE、Wi-Fi）和运行状态（正常、睡眠）下的功耗。
• 评估内置省电功能（如飞行模式和省电模式）的能效。
• 量化 Android 操作系统关键组件对整体功耗的贡献。
• 为未来智能手机功耗优化和电池寿命延长研究提供基准数据。

提出的方法

• 以三星 Galaxy S2 HD LTE（SHV-E120S）作为被测设备（DUT），搭载 Android 2.3（Gingerbread）系统。
• 使用 Monsoon Solutions 功率监测仪，收集了超过 750 万个不同模式下的功耗数据样本。
• 测量了正常和睡眠状态下的能量（μAh）、平均功率（mW）、平均电流（mA）以及电池续航时间（小时）。
• 通过分析关键组件的性能特征，评估操作系统层面的功耗贡献：Android 系统、内核、核心应用、Google 服务、杀毒软件及第三方应用。
• 在四种运行模式下收集数据：LTE、Wi-Fi、飞行模式和省电模式，涵盖正常和睡眠两种条件。
• 通过表格和图表以图形化和定量方式展示结果，比较不同模式和组件之间的能效差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在正常和睡眠状态下，LTE 和 Wi-Fi 数据网络的功耗有何差异？
• RQ2 与正常运行相比，飞行模式和省电模式在降低功耗方面的效果如何？
• RQ3 在不同运行状态下，哪些 Android 操作系统组件对功耗的贡献最为显著？
• RQ4 在睡眠状态下，LTE 与 Wi-Fi 的相对能效如何？与飞行模式相比又如何？
• RQ5 启用省电模式是否真的能降低功耗？还是其表现不如预期？

主要发现

• 在睡眠状态下，飞行模式的功耗最低（32,529.06 μAh），电池续航达 27.8 小时，是能效最高的状态。
• 省电模式表现不佳：在睡眠状态下功耗为 27,800 μAh（电池续航 27.8 小时），但在正常状态下仅消耗 5,460.7 μAh（电池续航 3.27 小时），表明其效率低下。
• 在正常状态下，LTE 功耗为 238,543.19 μAh（电池续航 3.58 小时），而 Wi-Fi 功耗为 200,477 μAh（电池续航 4.51 小时），表明 Wi-Fi 在正常使用下更高效。
• 在睡眠状态下，LTE 功耗为 15,251.97 μAh（电池续航 59.29 小时），而 Wi-Fi 功耗为 5,460.7 μAh（电池续航 21.54 小时），表明 Wi-Fi 在睡眠状态下更高效。
• 在正常状态下，Android 系统是最大的功耗来源（占总功耗的 18.4%）；而在省电模式下的睡眠状态下，杀毒软件功耗占比高达 26.2%。
• Google 服务框架在正常 Wi-Fi 模式下贡献了 1.5% 的功耗，在飞行模式下的睡眠状态下贡献了 3.8%，表明即使在低功耗状态下，仍存在显著的后台活动。