面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試技術(shù)研究

蔣厚明，胡 牧，曹海濤，張利平

（1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，南京 210000；2.南京郵電大學(xué)，南京 210023）

面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試技術(shù)研究

蔣厚明1，胡 牧1，曹海濤1，張利平2

（1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，南京 210000；2.南京郵電大學(xué)，南京 210023）

隨著電力行業(yè)移動應(yīng)用功能越來越多，而有限的電量限制了移動設(shè)備的持續(xù)使用。如何對安裝在移動終端的應(yīng)用程序的能耗進(jìn)行分析和度量，降低不必要能耗操作行為，將是電力移動終端測試面臨的較大挑戰(zhàn)。梳理了國內(nèi)外移動應(yīng)用的能耗節(jié)省技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，探討了面向電力移動終端能耗缺陷的測試技術(shù)框架，分析了面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試技術(shù)和難點(diǎn)。這些關(guān)鍵技術(shù)有效降低移動終端的能耗缺陷，推進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)革新，大量減少后期維護(hù)更新的成本。

電力移動終端；能耗分析；能耗度量；能耗缺陷

0 引言

近年來，隨著移動通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)高速增長，正在深刻影響著人們的生活方式，同時也有力推動了企業(yè)的業(yè)務(wù)模式變革和產(chǎn)業(yè)升級。與移動業(yè)務(wù)繁榮的景象相比，電池的制造工藝長年停步不前，電池容量僅以每年6%的速度緩慢增長。能源已成為智能終端設(shè)備的發(fā)展瓶頸。其次，除了有限的能源供應(yīng)以外，能耗還影響智能終端的可靠性和使用壽命。目前，面向電力的移動應(yīng)用功能越來越多，而有限的電量限制了移動設(shè)備的持續(xù)使用。在電力生產(chǎn)、營銷等業(yè)務(wù)中，移動作業(yè)終端、移動繳費(fèi)終端等移動終端，都需要長時間在戶外操作，控制能量的消耗是移動應(yīng)用必須面對的問題。如何對安裝在移動終端的應(yīng)用程序能耗進(jìn)行優(yōu)化，降低移動終端的能耗，將是電力移動終端測試面臨的較大挑戰(zhàn)。

目前移動應(yīng)用的能耗節(jié)省研究主要集中于三個方面：能耗缺陷檢測、移動應(yīng)用的能耗優(yōu)化以及移動應(yīng)用的能耗度量。

在能耗缺陷檢測方面，Abhinav Pathak等[1]首次提出了能耗缺陷的概念。在此基礎(chǔ)上，Abhinav Pathak等[2]又提出了無睡眠能耗缺陷的問題。Liu Y等[3]提出傳感器設(shè)備誤用或者傳感器數(shù)據(jù)無用而導(dǎo)致的能耗黑洞的檢測。在移動應(yīng)用的能耗優(yōu)化方面，I. Choi等[4]提出了背光的動態(tài)亮度縮放的技術(shù)。為了更好地調(diào)整LCD面板的背光能耗，Hojun Shim等[5]提出了擴(kuò)展的背光動態(tài)亮度縮放技術(shù)。David等[6]研究了移動設(shè)備中存儲對該設(shè)備能耗的影響。與此同時，通過對移動終端操作系統(tǒng)的優(yōu)化[7,8]，可以更好地優(yōu)化終端應(yīng)用能耗。在移動應(yīng)用的能耗度量方面，Hao S等[9]通過研發(fā)相應(yīng)的軟件工具來分析手機(jī)應(yīng)用的能耗估計。Tiwari等[10]針對每一對軟件指令構(gòu)建相應(yīng)的能耗模型。

綜上所述，當(dāng)前針對移動應(yīng)用的能耗節(jié)省研究的需求迫切，而現(xiàn)有研究更多地關(guān)注特殊硬件能耗管理和優(yōu)化，而忽視了移動應(yīng)用對于能耗的巨大影響。而事實上，目前的硬件大多在能耗上都是符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，引發(fā)能耗異常行為的一般都是移動應(yīng)用程序的缺陷。因此，有必要對能耗缺陷加強(qiáng)研究。

本文第1部分介紹面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試研究框架，第2部分介紹面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試關(guān)鍵技術(shù)分析，最后對全文進(jìn)行總結(jié)。

1 面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試研究框架

面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試技術(shù)的研究框架主要分為基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研究以及原型應(yīng)用研究三部分。

1）基礎(chǔ)理論研究。面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試相關(guān)理論正在形成中，從而給面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試提供全新的理論和方法，而新的理論和方法也必將為面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試催生新的技術(shù)。

2）關(guān)鍵技術(shù)研究。面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試技術(shù)主要包括能耗異常的高耗能代碼模式和缺陷靜態(tài)分析、電力移動終端能耗敏感行為分析以及電力移動終端應(yīng)用能耗度量等方面。需要在現(xiàn)有的能耗缺陷分析理論方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力生產(chǎn)、營銷等業(yè)務(wù)中移動終端長時間戶外操作，能耗過大等問題，研究全新的面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試?yán)碚摲椒?，以解決在電力移動終端的應(yīng)用程序的能耗進(jìn)行分析和度量，降低不必要能耗操作行為。

3）原型應(yīng)用研究。在原型應(yīng)用層面，需要針對面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試開展應(yīng)用需求分析、場景設(shè)計、模型及技術(shù)方法的研究。

2 面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試關(guān)鍵技術(shù)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)分析

為了解決移動應(yīng)用中存在的能耗缺陷，掌握移動應(yīng)用的能耗情況，重點(diǎn)研究能耗異常的高耗能代碼模式和能耗缺陷靜態(tài)分析、電力移動終端能耗敏感行為分析以及電力移動終端應(yīng)用能耗度量等關(guān)鍵技術(shù)。

1）能耗異常的高耗能代碼模式和能耗缺陷靜態(tài)分析技術(shù)

針對能耗異常的高耗能代碼模式、能耗缺陷及其原因，首先選擇一批智能移動終端應(yīng)用，測試是否存在能耗異常。對于能耗異常的移動應(yīng)用，采取插樁的方法，將能耗異常的行為對應(yīng)到應(yīng)用程序的執(zhí)行路徑上。分析該執(zhí)行路徑，鎖定能耗缺陷代碼，并分析代碼語義找出能耗缺陷原因，形成能耗缺陷類別表。

2）電力移動終端能耗敏感行為分析技術(shù)

針對電力移動終端應(yīng)用能耗敏感行為以及能耗瓶頸研究，首先使用靜態(tài)分析技術(shù)尋找潛在的能耗缺陷，基于能耗缺陷類別表，對移動應(yīng)用的源代碼進(jìn)行模式匹配，分析其中是否包含能耗缺陷代碼模式。然后使用基于目標(biāo)制導(dǎo)的符號執(zhí)行技術(shù)分析程序代碼。最后使用動態(tài)分析，運(yùn)行移動應(yīng)用程序進(jìn)行階段型采樣，并通過k-means聚類算法，將相似的能耗聚類成相位（每一個項目對應(yīng)一類業(yè)務(wù)操作），從而得到應(yīng)用程序的能耗相位圖。

3）電力移動終端應(yīng)用能耗度量技術(shù)

針對電力移動終端用能耗度量技術(shù)，首先建立包含指令、代碼行等不同級別下各設(shè)備的能耗情況的系統(tǒng)能耗模型。然后獲取移動應(yīng)用的使用負(fù)荷描述，使用負(fù)荷生成負(fù)責(zé)將用戶或測試者的使用行為轉(zhuǎn)換為能耗分析所需要的路徑信息。然后根據(jù)使用負(fù)荷生成的路徑集合和能耗模型進(jìn)行移動應(yīng)用能耗度量。最后，基于上述能耗缺陷代碼模式與原因研究、能耗敏感行為與能耗瓶頸分析研究、基于目標(biāo)制導(dǎo)的符號執(zhí)行技術(shù)，以及移動應(yīng)用能耗度量技術(shù)，并在電力移動終端應(yīng)用中試點(diǎn)應(yīng)用。

2.2 關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)

1）高耗能代碼模式識別

目前國際上對能耗缺陷的研究處于開始階段，關(guān)注的能耗缺陷都局限于零星的缺陷模式，缺乏全面的研究和了解；也沒有對高耗能代碼模式做很好的總結(jié)，不利于能耗缺陷的發(fā)現(xiàn)和排除。如何發(fā)現(xiàn)各類不同的能耗缺陷，并分析出引發(fā)缺陷的原因，找到程序中相應(yīng)的高耗能代碼模式，是本技術(shù)研究的關(guān)鍵點(diǎn)與難點(diǎn)。

2）移動應(yīng)用能耗度量

傳統(tǒng)的移動應(yīng)用能耗度量技術(shù)大多是采取度量儀器間隔采樣的方法，該方法無法區(qū)分度量的應(yīng)用與其他應(yīng)用和系統(tǒng)服務(wù)的能耗，度量粒度過粗；同時，每度量一個應(yīng)用都需要重復(fù)度量步驟，歷史的度量信息沒有得到很好的利用。如何利用已有的度量信息，為設(shè)備平臺建立能耗模型，并且在更為精細(xì)的粒度上對應(yīng)用進(jìn)行能耗度量，是本技術(shù)研究的另一個關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 結(jié)論

本文首先提出面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試研究框架，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了面向電力移動終端應(yīng)用能耗缺陷的測試關(guān)鍵技術(shù)和相應(yīng)的技術(shù)難點(diǎn)，從而為提高電力移動終端應(yīng)用的效率和可靠性、增加終端使用壽命、降低能源消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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Research on testing technology of power consumption defects for power mobile terminals

JIANG Hou-ming1, HU Mu1, CAO Hai-tao1, ZHANG Li-ping2

TP3

A

1009-0134(2017)04-0154-02

2017-02-26

國家電網(wǎng)公司科技項目（524606150120）

蔣厚明（1980 -），男，江蘇南通海安人，碩士，研究方向為計算機(jī)應(yīng)用和電力信息自動化。