Ubicomp-tulevaisuudenkuvako? -seminaari
Juha Tolvanen 10.10.2000
Helsingin yliopisto
Tietojenkäsittelytieteen laitos
Kannettavissa tai liikkuvissa päätelaitteissa energian säästö on merkittävä tutkimuskohde, sillä paristojen ja akkujen käyttöikä on rajallinen. Tietoliikenneyhteyden muodostus ja ylläpito on yleensä eräs suurimmista virrankuluttajista kannettavissa päätelaitteissa.
Selvittämällä päätelaitteen virtaa kuluttavat osat voidaan energiankulutusta vähentää komponenttikohtaisesti. Tällöin voidaan suunnitella komponentteja, jotka kuluttavat mahdollisimman vähän energiaa. Toinen mahdollisuus vähäisen virrankulutuksen saavuttamiseksi on sellaisten hetkien tutkiminen, jolloin päätelaitteella ei ole aktiivista toimintaa.
Langattomien päätelaitteiden yhteydenhallinta perustuu radiosolukkoverkkoihin. Näiden verkkojen tehokkaalla hyötykäytöllä vähennetään myös päätelaitteiden virrankulutusta.
Langattomassa tietoliikenteessä päätelaitteen virrankulutus voidaan jakaa kahteen osaan:
Radiosolukkoverkot muodostavat liikkuvien päätelaitteiden yhteydenhallinnan perustan. Esimerkiksi digitaalisen matkapuhelinverkon toiminta perustuu radiotaajuksien uudelleenkäyttöön ja taajuusalueiden solurakenteeseen. Solurakenne mahdollistaa puhelimen käytön pitkien etäisyyksien päästä.
Radiosolukkoverkon kattama alue on jaettu nimensä mukaisesti soluihin. Vierekkäiset solut muodostavat solukon, jonka kattamalla alueella radioyhteyttä voidaan käyttää. Jokaisessa solussa on tukiasema. Solulla ja jokaisella sen naapurisolulla on eri taajuusalue. Matkapuhelinverkossa solun koko riippuu arvioidusta solun alueella olevien matkapuhelimien määrästä ja tukiaseman tehokkuudesta. Kaupunkien keskustoissa solun halkaisija voi olla muutama sata metriä ja maaseudulla useita kilometrejä.
Matkapuhelimissa on matalatehoinen lähetin. Siten akulla varustetun matkapuhelimen tehonkulutus on vähäistä. Näin ollen matkapuhelimen ja tukiaseman välinen etäisyys ei voi olla kovin suuri, jotta lähetysteho riittää. Lähetystehojen ollessa matalia samoja taajuuksia voidaan käyttää soluissa, jotka eivät ole vierekkäisiä. Jokainen tukiasema voi lähettää ja vastaanottaa tietyllä taajuusalueella. Samoja taajuusalueita voidaan käyttää uudelleen, kunhan ne eivät ole vierekkäisissä soluissa. Näin rajallisten taajuusalueiden käyttö saadaan hyödynnettyä mahdollisimman tarkasti eivätkä tukiasemien taajuusalueet sekoitu keskenään.
Monet energian säästötekniikat perustuvat arvioihin hetkistä, jolloin energiaa kuluttavat laitteet eivät ole käytössä. Tässä luvussa esitellään eräs protokolla, joka noudattaa tätä periaatetta. Energian säästö saavutetaan katkaisemalla tietoliikenneyhteys sopivina ajankohtina. Protokollan on selvittävä tiedon puskuroinnista yhteyden molemmissa päissä ja pääteltävä, milloin yhteys avataan jälleen. Protokolla ei saa myöskään aiheuttaa energian kulutuksen lisääntymistä tietoliikenneyhteyden muissa osissa.
Standardeilla ja määritelmillä on pyritty laitteisto- ja ohjelmistotason energianhallintarajapintojen kehittämiseen ja yhtenäistämiseen. Suurten laitevalmistajien kuten Compaq, Intel, ja Toshiba suunnittelema ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)-määritelmä tarjoaa yhtenäisen laite- ja ohjelmistorajapinnan muun muassa langattomien päätelaitteiden energianhallinta-alijärjestelmien kehittämiseen.
Compaq Computer, Intel, Microsoft, Toshiba Corporations and Phoenix
Technologies Ltd.,
Advanced configuration and power interface specification.
Revision 2.0, July 27 2000.
Kravets R., Krishnan P.,
Power Management Techniques for Mobile Communication.
The Fourth Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing
and Networking (MOBICOM'98).
Lorch J.,
A Complete Picture of the Energy Consumption of a Portable
Computer.$
Masters thesis, Computer Science, University of California at Berkeley,
1995.
Rulnick J., Bambos N.,
Mobile Power Management for Wireless Communications Networks.
Wireless Networks 3, 1 (1997), 3 - 14.
Scourias J.,
Overview of the Global System for Mobile Communications.
University of Waterloo, 14.10.1997.