长在线终端心跳时间对终端待机功耗的影响研究

【摘 要】首先介绍了终端数据业务的过程，并据此推导出长在线终端在进行数据业务时功耗的理论计算公式，然后从理论计算与实际仪表测试两方面研究了长在线终端心跳时间对终端待机功耗的影响。试验表明，延长终端心跳时间可以大大降低长在线终端的待机功耗。

【关键词】长在线终端 心跳时间 终端功耗

中图分类号：TN929.53 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-07-0086-03

1 引言

随着智能终端的发展与普及，越来越多的基于智能终端的应用要求终端必须长在线，例如：QQ、MSN、微信等。但是运营商为了节约网络资源，网络侧设置为：当终端在一定时间内没有传输数据时，网络侧就会主动断开与终端的连接，造成终端掉线。为此，终端（或应用）必须周期性地主动发送一个心跳包，以保持与网络的连接。发送心跳包的间隔即为心跳时间。本文主要研究长在线终端心跳时间的设置对终端待机功耗的影响。

2 终端数据业务过程以及各时间参数关系

当用户在进行数据业务时，终端可处于三种状态：激活态（Active）、休眠态（Dormant）、空闲态（Null）。处于激活态时，终端与基站之间存在空中业务信道，可以进行数据传输；处于休眠态时，终端与基站之间不存在空中业务信道，但是两者之间存在PPP（Point to Point Protocol，点对点传输协议）链接；处于空闲态时，终端与基站之间不存在空中业务信道和PPP链接。为了保持长在线，终端必须处于激活态与休眠态，并且避免进入空闲态，否则与网络侧的PPP链接将被拆断而处于离线状态，无法达到长在线的目的。

图1所示为终端数据业务的过程，激活态、休眠态、空闲态下功耗依次降低，但是由于激活态的功耗远远大于休眠态与空闲态，所以图中将激活态微观上分为上升沿（启动阶段）、有数据收发、无数据收发、下降沿（退出阶段）四个部分。其中各个参数如表1所示。

当终端有数据传输时，终端首先进入启动阶段，t1时间后，上升沿完成，终端进行数据收发；t2时间后完成数据收发，终端进入无数据收发状态；t3时间后，终端进入下降沿；t4时间后终端切换到休眠态。其中t1、t4由终端属性决定，t2由传输的数据决定，t3（休眠定时器时间）可以由网络侧进行设置，也可以由终端侧（芯片）进行设置，以网络侧与终端侧设置的时间短的一方为准，对于终端芯片目前高通默认设置时间为30s。t5是终端处于休眠态的时间，S2是终端从没有数据流量到终端进入空闲态的时间。S1是终端心跳时间。其中S2是终端没有数据收发到终端断开PPP连接的时间，该时间由网络侧参数决定。S2应大于S1，否则终端心跳会失效而进入空闲态。

为了使长在线终端待机功耗尽可能地小，当无数据收发时，终端应尽可能处于休眠态，所以终端心跳时间S1从理论上来说应该是越大越好（但是不能超过S2）。

3 试验环境搭建与终端各场景电流基础

值测量

3.1 试验环境搭建

为了更好地研究该问题，本文搭建一套终端功耗实验系统，该系统包括三部分：网络仿真器、功耗测量仪、被测终端，如图2所示。

（1）网络仿真器

网络仿真器使用Spirent SR3452、Spirent SR3462，该仪表可以完整模拟CDMA 2000 1X与EV-DO Rev.A网络，可以设置网络PPP断开时间S2。

（2）功耗测量仪

功耗测量仪使用的是直流电源分析仪Agilent N6705B，主要用来记录终端的功耗（平均电流）。

（3）被测终端

被测终端选取Android终端——海信EG906。

3.2 终端各场景电流基础值测量

（1）各应用场景下的电流基础值

依图2搭建的环境，可得被测终端EG906各场景的电流基础值，见表2：

（2）上升沿与下降沿功耗电流基础值

依图2搭建的环境，可得被测终端EG906上升沿与下降沿的电流基础值，见表3：

4 终端心跳时间对待机功耗的影响分析

4.1 待机功耗（平均电流）理论公式推导

接下来以海信EG906为例，进行待机功耗的理论推导。

如图1所示，当终端没有数据收发S1时间后，终端发送一个心跳包，在试验过程中以ping来实现心跳包的功能。由于ping的时间非常短，所以t2时间非常短，接近一个瞬间，公式推导中取0。

（3）4.2 场景设计及结果分析

为了验证终端心跳时间对终端待机功耗的影响，将网络仿真器中的终端PPP断开时间S2设置为30分钟，休眠定时器采用高通默认值30s，心跳时间设置取如下4种场景，场景1：5分钟，场景2：10分钟，场景3：25分钟，场景4：30分钟。

当心跳时间设置为30分钟的时候，由于网络仿真器中的终端PPP断开时间S2也为30分钟，所以就存在两种情况，第一种情况：心跳时间先到，心跳起作用，终端PPP不会断开。第二种情况：网络仿真器中的终端PPP断开时间先到，网络断开终端的PPP链接，心跳失效。这两种情况出现的概率都是50%，所以在计算时两种情况各计算50%。利用推导出的待机功耗（平均电流）公式，可得出心跳时间设置在上述4种场景下的待机功耗（平均电流），利用仪表同时可测量得到4种场景下的待机功耗（平均电流），结果如表4所示。

由表4结果可知：（1）公式计算与实际仪表测量值有一定的差异，但是差异不大，说明推导出的待机功耗计算公式正确；（2）延长终端心跳时间可以大大降低长在线终端的待机功耗，休眠定时器采用高通心跳默认值30s时，心跳时间从5分钟延长到30分钟，待机功耗降低63%左右——心跳时间越长，终端待机功耗越小。

5 结束语

随着终端业务的发展，许多业务都对终端提出了长在线的要求，但是终端长在线必然会对终端的功耗有负面影响。为了尽可能减少终端长在线对终端待机功耗的影响，可以将终端心跳时间设置得尽可能长一些。试验表明，延长终端心跳时间可以大大降低长在线终端的待机功耗。合理的终端心跳时间设置将带来更好的用户体验。

参考文献：

[1] 戴凌龙. TD-SCDMA终端功耗的研究[J]. 电信科学， 2006（6）.

[2]翁国震. WCDMA终端耗电分析[J]. 科技资讯， 2007（9）.

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