Application-Aware Wi-Fi Energy Management on Smart Mobile Devices

Abstract

Vast majority of the services running on the smart devices today requires frequent network connectivity and/or intensive data transfers. The Wi-Fi communication has become the primary method of data communications for them. Consequently, smart device energy expenditure due to Wi-Fi communications constitutes significant portion of the battery discharge.In this thesis, we investigate the key factors influencing Wi-Fi energy consumption and find that to achieve effective energy saving, it is important to jointly consider both hardware energy saving mechanisms as well as smart application management. Consequently, we propose three energy management schemes: 1) Dynamic control of Wi-Fi on/off interface

2) improve communication efficiency via application packing

and 3) elongation of Wi-Fi Power Save Mode (PSM) via application alignment under mixed application workload. Our scheme considers practical operations factors including dynamicity of underlying channel conditions, mixed application workload, and constraint due to user experience. We also design and test our solution as a device-side application utilizing general system process scheduling and network firewall techniques. As the result, our solution is easy to deploy, applicable to most mobile devices, and we explicitly tackle the challenging case of download management.A prototype implementation under Android OS is presented and experiments show that we can achieve significant Wi-Fi energy saving (25% or more) under highly varied and realistic smartphone usage scenarios. To the end, we discovered that combining hardware energy saving mechanisms with effective application management is a promising approach to energy management for smart devices.

최근, 스마트 디바이스를 위한 다양한 서비스들이 출현하고 있다. 이런 서비스들은 주기적인 네트워크 연결 및 데이터 전송을 필요로 하고 있으며 스마트 디바이스들에서 많은 에너지를 소비한다. 비록 최근 4G와 같은 새로운 형태의 무선 네트워크 기술들이 개발 및 상업화 되고 있지만 사용자들은 저렴한 가격과 높은 전송 효율을 겸비한 Wi-Fi의 사용을 보다 선호하고 있다. 따라서 Wi-Fi에 의하여 소비되는 에너지는 전체 스마트 디바이스에서 소비하는 에너지 중에서 큰 비중을 차지하고 있으며 스마트 디바이스에 최적화된 Wi-Fi 에너지 관리에 관한 연구가 필요하게 되었다.본 논문에서는 스마트 디바이스들에서 Wi-Fi 에너지 낭비를 발생시키는 주요 요소들을 조사 및 분석하고, 이를 토대로 에너지 소비를 줄이기 위한 세가지 관리 방법을 제안한다. 제안한 방법으로는 1) 동적인 Wi-Fi 인터페이스의 on/off

2) 어플리케이션 packing을 통한 에너지 효율 향상

3) 어플리케이션 alignment를 통한 Wi-Fi PSM 모드의 활용 등 내용들을 포함하고 있다.제안한 방법들을 토대로 안드로이드 어플리케이션을 구현하였고 실제 안드로이드 스마트폰에 설치하여 제안한 방법의 타당성을 검증 하였다. 실험을 통하여 스마트폰을 사용한 다양한 시나리오에서 25% 좌우의 에너지를 절감 할 수 있음을 보였으며 어플리케이션 계층에서의 에너지 관리 방법이 스마트 디바이스를 위한 에너지 관리를 함에 있어서 효과적이라는 결론을 내렸다.