Keonの電力測定 - デバイス編

今回は各種デバイスにスポットを当てて計測していきます。
その前に前回の記事で、BrowserのhttpリクエストにおけるUser-Agentの問題で画面がスマートフォンサイズに最適化されていないと記載した件について調べてみると少し違っていましたので補足させて頂きます。

Keonの電力測定

Keonの電力測定を行うにあたり、まずは待ち受け画面での測定やロック画面、各種デバイス(まずはWifi)のON／OFF時の測定と実機を触ってみて気になったTizenやAndroidとも比較しやすいBrowserアプリから行っていきます。
早速ですが待ち受けでの測定から行います。

Chrome Beta

省電力評価
★★☆☆☆



アプリケーション概要
Google Chromeのモバイル版アプリです。
パソコン版Google Chrome と同期できる素敵なブラウザアプリです。

Android Market : https://market.android.com/details?id=com.android.chrome
Version : 0.16.4130.199



計測条件
・SIMカード：なし (3G通信なし)
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：ON
・Bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・NFC設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF
・現在地情報：無線ネットワークを使用 ON、GPS機能を使用 OFF



アプリケーション起動中の使用機能

機能	使用
ネットワーク通信	○
GPS	○
WIFI制御	×
バッテリー情報取得	×
Bluetooth	×
カメラ起動	×
NFC	○
WakeLock使用	○

アプリケーション起動時の電力測定
ブラウザ起動後、通信を行っていない状態の波形です。

ブラウザ起動後、スクリーンOFF状態の波形です。

標準ブラウザと同じような波形でした。



Google検索の結果画面で上下に激しくスクロールを行いました。
標準ブラウザ(波形:白)とChrome Beta(波形:黄)の波形です。

　　


上限値は同じぐらいですが、下限値がChrome Betaの方が高い値となりました。
安定化電源に表示された値は以下のようになりました。
標準ブラウザ … 約0.25A
Chrome Beta　… 約0.30A

Chrome Betaの方が消費電流が高い！



次はGoogle画像検索の結果画面で上下に激しくスクロールを行いました。
標準ブラウザ(波形:白)とChrome Beta(波形:黄)の波形です。

　　


Chrome Betaの波形(黄色)が被さって白い波形が見えずらくなってしまいました。
見えやすいように、色を逆転させました。


標準ブラウザ(波形:黄)とChrome Beta(波形:白)の波形です。

波形をみると、標準ブラウザの方が低いことがわかります。

安定化電源に表示された値は以下のようになりました。
標準ブラウザ … 約0.24A
Chrome Beta　… 約0.30A

画像表示の画面でも、Chrome Betaの方が消費電流が高い結果となりました。



考察
Chrome Betaの方が消費電流が高い結果となりました。
Google社純正の２つのブラウザで、同じ端末上、同じwebkitを使用していても消費電流が異なることがわかりました。

アプリケーションの設計の違いが、消費電流の量に繋がってしまいます。
消費電流を意識した設計を心掛けるようにしたいものですね。

まだまだBeta版ということですので、消費電流の改善に期待します！

標準ブラウザ Android4.0.3版

省電力評価
★★★☆☆



アプリケーション概要
Android4.0.3に標準に搭載されているブラウザアプリです。

Android Market : 登録なし
Version : 4.0.3-239410



計測条件
・SIMカード：なし (3G通信なし)
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：ON
・Bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・NFC設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF
・現在地情報：無線ネットワークを使用 ON、GPS機能を使用 OFF



アプリケーション起動中の使用機能

機能	使用
ネットワーク通信	○
GPS	○
WIFI制御	×
バッテリー情報取得	×
Bluetooth	×
カメラ起動	×
NFC	○
WakeLock使用	○

アプリケーション起動時の電力測定
ブラウザ起動後、通信を行っていない状態の波形です。

ブラウザ起動後、スクリーンOFF状態の波形です。

ブラウザ起動後、無通信状態ではHome画面表示中とあまり変わりませんでした。



Google検索の結果画面で上下に激しくスクロールを行いました。
白い波形がGB版、黄色い波形がICS版です。
なんと、ICSの方が消費電流が低いことが解りました。







次はGoogle画像検索の結果画面で上下に激しくスクロールを行いました。
白い波形がGB版、黄色い波形がICS版です。
なんとなんと、さらにICSの方が消費電流が低いことが解りました。





波形をみると何となく画像検索結果画面(=画像が多い画面)の方が消費電流が低いように見えたので、波形を重ねてみました。
白い波形が文字列の多いGoogle検索の結果画面、黄色い波形が画像の多いGoogle検索画像の結果画面です。

Google検索結果画面よりGoogle画像検索結果画面の方が若干、消費電流が低いようです。




考察
GB版よりICS版の方が消費電流が低いことが解りました。
さらに画像表示の消費電流が大きく下がっています。
ドラッグ中の画像再描画に関する処理に改善対策が行われていると思います。
これは注目すべき改善点です。

画面設定「画面の明るさ」の違いを確認する - Android4.0.3版

Nexus Sにて再度、明るさ設定の確認を行いました。
GingerBreadとIce Cream Sandwichで消費電流の違いがあるか確認します。

条件：
・壁紙設定：壁紙
・Wifi設定：OFF
・bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF

「画面の明るさ」の変更方法：
・電源管理ウィジェットによる変更

1.「画面の明るさ」設定：レベル1

電源管理ウィジェットにて一番暗い設定にしました。

2.「画面の明るさ」設定：レベル2

電源管理ウィジェットにて1段階目の明るさ。

3.「画面の明るさ」設定：レベル3

電源管理ウィジェットにて2段階目の明るさ。

まとめ

各レベルと電流値を表にしました。

画面の明るさ	電流値
レベル1	0.12A
レベル2	0.15A
レベル3	0.25A

以前、GingerBread版で計測した結果と比べると、ほぼ同じ値となりました。
画面設定「画面の明るさ」の違いを確認する - オシロスコープの波形
http://bs-power-save-project.blogspot.com/2011/10/blog-post.html


「画面の明るさ」に関しては、OSによる違いはありませんでした。

キーガード中のNFC動作 GingerBread と Ice Cream Sandwichの違い

Nexus SをAndroid 4.0.3にUpdateしました。
波形をとりながら動作確認中を行ったところ、面白い発見をしたので記事にしました。


キーガードロック画面のNFC動作
まずはAndroid2.3.6 GingerBread版Nexus Sの波形です。

電源キーによりスクリーンOFF → ONを行いキーガードロック画面を表示しました。
スクリーンON中はNFC電源ONになり、その波形が現れています。
約5秒後、再びスクリーンOFFになりました。


次はAndroid4.0.3 Ice Cream Sandwich版Nexus Sの波形です。

同じ操作でキーガードロック画面を表示しました。
しかし、スクリーンONになってもNFC電源ONの波形が現れません！

どうやら、ICSの変更でキーガードロック中はNFC電源が入らないように修正されているようです。


プログラムを確認してみましょう。
まずは、Android2.3.6 GingerBreadのプログラムです。
スクリーンON/OFFの動作処理を行っているのは以下のファイルです。
\packages\apps\Nfc\src\com\android\nfc
- NfcService.java

private class EnableDisableDiscoveryTask extends AsyncTask {
        @Override
        protected Void doInBackground(Boolean... enable) {
            if (enable != null && enable.length > 0 && enable[0]) {
                synchronized (NfcService.this) {
                    mScreenOn = true;
                    applyRouting();
                }
            } else {
                       :
            }
            return null;
        }
    }

    private final BroadcastReceiver mReceiver = new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                       :
            } else if (intent.getAction().equals(Intent.ACTION_SCREEN_ON)) {
                       :
                new EnableDisableDiscoveryTask().execute(new Boolean(true));
            } else if (intent.getAction().equals(Intent.ACTION_SCREEN_OFF)) {
                       :
        }
    }

以下の処理により、電源ONになりNFCタグ受信待ち状態となります。

1. スクリーンONのIntentであるIntent.ACTION_SCREEN_ONを受信する
2. EnableDisableDiscoveryTask().execute()をコール
3. applyRouting()をコール
4. mManager.enableDiscovery(DISCOVERY_MODE_READER)をコール

つぎは、Android4.0.3 Ice Cream Sandwichのプログラム確認。
\packages\apps\Nfc\src\com\android\nfc
- NfcService.java

/**
     * Read mScreenState and apply NFC-C polling and NFC-EE routing
     */
    void applyRouting(boolean force) {
        synchronized (this) {
                       :
            // configure NFC-C polling
            if (mScreenState >= POLLING_MODE) {
                if (force || !mNfcPollingEnabled) {
                    Log.d(TAG, "NFC-C ON");
                    mNfcPollingEnabled = true;
                    mDeviceHost.enableDiscovery();
                }
            } else {
                if (force || mNfcPollingEnabled) {
                    Log.d(TAG, "NFC-C OFF");
                    mNfcPollingEnabled = false;
                    mDeviceHost.disableDiscovery();
                }
            }
        }
    }



    class ApplyRoutingTask extends AsyncTask {
        @Override
        protected Void doInBackground(Integer... params) {
            synchronized (NfcService.this) {
                if (params == null || params.length != 1) {
                    // force apply current routing
                    applyRouting(true);
                    return null;
                }
                mScreenState = params[0].intValue();

                boolean needWakelock = mScreenState == SCREEN_STATE_OFF;
                if (needWakelock) {
                    mWakeLock.acquire();
                }
                applyRouting(false);
                if (needWakelock) {
                    mWakeLock.release();
                }
                return null;
            }
        }
    }

    private final BroadcastReceiver mReceiver = new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                       :
            } else if (action.equals(Intent.ACTION_SCREEN_ON)
                    || action.equals(Intent.ACTION_SCREEN_OFF)
                    || action.equals(Intent.ACTION_USER_PRESENT)) {
                // Perform applyRouting() in AsyncTask to serialize blocking calls
                int screenState = SCREEN_STATE_OFF;
                if (action.equals(Intent.ACTION_SCREEN_OFF)) {
                    screenState = SCREEN_STATE_OFF;
                } else if (action.equals(Intent.ACTION_SCREEN_ON)) {
                    screenState = mKeyguard.isKeyguardLocked() ?
                            SCREEN_STATE_ON_LOCKED : SCREEN_STATE_ON_UNLOCKED;
                } else if (action.equals(Intent.ACTION_USER_PRESENT)) {
                    screenState = SCREEN_STATE_ON_UNLOCKED;
                }
                new ApplyRoutingTask().execute(Integer.valueOf(screenState));
            } else if (action.equals(ACTION_MASTER_CLEAR_NOTIFICATION)) {
                       :
        }
    }

以下のように処理が変更され、スクリーンONでは電源ONとなりません。

1. スクリーンONのIntentであるIntent.ACTION_SCREEN_ONを受信する
2. mKeyguard.isKeyguardLocked()でキーガード状態かどうか確認する
3. キーガード状態の場合、SCREEN_STATE_ON_LOCKEDを引数としてApplyRoutingTask().execute()をコール
4. applyRouting(false)をコール
5. mScreenStateがSCREEN_STATE_ON_LOCKEDなので、mDeviceHost.enableDiscovery()はコールしない

電源ONとなるタイミングはIntent.ACTION_USER_PRESENTを受信した時、
つまり、キーガードが解除された時に電源ONとなります。

標準ブラウザ

省電力評価
★★☆☆☆



アプリケーション概要
Android端末に標準に搭載されているブラウザアプリです。

Android Market : 登録なし
Version : 2.3.6



計測条件
・SIMカード：なし (3G通信なし)
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：ON
・Bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・NFC設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF
・現在地情報：無線ネットワークを使用 ON、GPS機能を使用 OFF



プロセスとサービスの使用数

プロセス	?
サービス	?

※(別途、調査します)


アプリケーション起動中の使用機能

機能	使用
ネットワーク通信	○
GPS	○
WIFI制御	×
バッテリー情報取得	×
Bluetooth	×
カメラ起動	×
NFC	×
WakeLock使用	○

アプリケーション起動時の電力測定
ブラウザ起動後、通信を行っていない状態の波形です。

ブラウザ起動後、スクリーンOFF状態の波形です。

ブラウザ起動後、無通信状態ではHome画面表示中とあまり変わりませんでした。


次はブリリアントサービスのHPを表示させたときの波形です。
(※WiFi通信)
通信を行い画面更新が完了するまでの約3秒間、消費電量が上昇していることがわかります。

Google検索の結果画面で上下に激しくスクロールを行いました。



　




次はGoogle画像検索の結果画面で上下に激しくスクロールを行いました。

　
　


Google検索結果画面は 約0.2～0.4A、
Google画像検索結果画面は 約0.3～0.45A、
と、画像表示あり/なしで消費電力に差異がありました。



考察
スクロールを行う際、画像の有無で省電力に差異があることがわかりました。
標準ブラウザの計測データを基に、他のブラウザアプリと消費電力の比較を行います。

モバイルGoogleマップ

省電力評価
★☆☆☆☆



アプリケーション概要
スマートフォンといえば、Googleマップ。このアプリのお陰で迷子にならなくなりました。
家に居ても、3Dマップ表示で世界中旅するのも楽しいです。
ただ、外出中に使用することが多く、どうしても電池の消費が気になりますね。

Android Market : http://market.android.com/details?id=com.google.android.apps.maps
Version : 5.12.0



計測条件
・SIMカード：なし (3G通信なし)
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：ON
・Bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・NFC設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF
・現在地情報：無線ネットワークを使用 ON、GPS機能を使用 OFF



プロセスとサービスの使用数

プロセス	1
サービス	2

アプリケーション起動中の使用機能

機能	使用
ネットワーク通信	○
GPS	○
WIFI制御	○
バッテリー情報取得	×
Bluetooth	×
カメラ起動	×
NFC	○
WakeLock使用	○

アプリケーション起動時の電力測定
Google マップ起動中の波形です。
WiFi設定ON中の待ち受け画面 よりも波形が乱れ、一定間隔で0.300Aを超えていることがわかります。

現在地表示中の波形です。
通常マップ表示中とあまり変わりませんでした。

現在地でかつ3D表示中の波形です。
常に0.300Aを超え、明らかに消費電力が上がっていることがわかります。
端末を持つ手が少しでも揺れると、画面も揺れてしまいます。
3D表示を行うために、センサー系がフル稼働していることも原因の一つだと考えられます。

スクリーンOFF時の電力測定
Googleマップ起動中にスクリーンOFFした波形です。
通常マップ表示、現在地表示、現在地3D表示ともに以下のような波形でした。

考察
オシロスコープの波形をみると、マップの現在地3D表示中の消費電力が明らかに高いことがわかりました。
XYZの3軸の値からマップ表示を行う際、計算量が増加するのに加え、頻繁に画面更新しているのが原因の１つだと考えられます。
ただ、スクリーンOFFになるとWiFi設定ON中の波形と変わらないことから、無駄な電力消費を行っていないのはさすがGoogle純正アプリだと思いました。

外出中の「3D表示」には気をつけよう。

NFC設定ON/OFFの違いを確認する

NFC設定を切り替えて、Home画面とスクリーンOFF中の計測を行いました。

条件：
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：OFF
・Bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・NFC設定：ON/OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF

1.Home画面

NFC設定OFFの波形です。
約0.10Aでした。

NFC設定ONの波形です。

一定間隔で約0.15Aを超えていることがわかりました。

2.スクリーンOFF中

Home画面で電源キー短押下しスクリーンOFFした状態で計測しました
NFC設定OFFの波形です。
約2秒間隔で0.05Aを超えていますが、ほぼ0Aまで落ちています。

NFC設定ONの波形です。

設定OFFの波形と変化が見られませんでした。
(※少しノイズが混じっているようにも見えますが誤差の範囲だと思います)

3.まとめ

NFC設定をONにしていると、スクリーンON中はNFCチップの電源が入りっぱなしのため、消費電力が上がっているようです。
ただ、スクリーンOFF中はNFC設定ON/OFFどちらも消費電力に違いが見えませんでした。
スクリーンOFF中は誤作動防止＆省エネのため、NFCのチップの電源をOFFに切り替えていると考えられます。

NFC利用時のみ、設定をONにすれば電池持ちが良くなると思います。
NFC設定切り替えウェイジェットがあれば便利かも！！

GPS設定ON/OFFの違いを確認する

GPS設定を切り替えて、Home画面とスクリーンOFF中の計測を行いました。

条件：
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：OFF
・Bluetooth設定：OFF
・GPS設定：ON/OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF

1.Home画面

GPS設定OFFの波形です。
約0.10Aでした。

GPS設定ONの波形です。

設定OFFよりも値が跳ね上がっている回数が多いですが、
思った以上に上昇していません。

2.スクリーンOFF中

Home画面で電源キー短押下しスクリーンOFFした状態で計測しました
GPS設定OFFの波形です。
約2秒間隔で0.05Aを超えていますが、ほぼ0Aまで落ちています。

GPS設定ONの波形です。

設定OFFの波形と変化が見られませんでした。

3.まとめ

GPS設定ONの状態では、消費電流はあまり上昇しないことがわかりました。
ただし、これは一定の場所にとどまって計測を行ったためかもしれません。
移動中に計測すると、結果は異なると思います。

Bluetooth設定ON/OFFの違いを確認する

Bluetooth設定を切り替えて、Home画面とスクリーンOFF中の計測を行いました。

条件：
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：OFF
・Bluetooth設定：ON/OFF
・GPS設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF
・Bluetooth設定"ON"の場合は、ペアリング確立後に計測

1.Home画面

Bluetooth設定OFFの波形です。
約0.10Aでした。

Bluetooth設定ONの波形です。
OFFの波形とあまり変わりませんでした。

2.スクリーンOFF中

Home画面で電源キー短押下しスクリーンOFFした状態で計測しました
Bluetooth設定OFFの波形です。
約2秒間隔で0.05Aを超えていますが、ほぼ0Aまで落ちています。

Bluetooth設定ONの波形です。
一定間隔で約0.02Aの波形が現れました。

3.まとめ

Bluetoothデバイスのスキャンが動いていない状態では、消費電流はあまり上昇しないことがわかりました。
スクリーンOFF中は一定間隔で約0.02Aの波形が現れました。
CPUもしくはBluetoothチップがスリープモードで動作中かもしれません。

Wi-Fi設定ON/OFFの違いを確認する

Wi-Fi設定を切り替えて、Home画面とスクリーンOFF中の計測を行いました。

条件：
・壁紙設定：壁紙
・Wi-Fi設定：ON/OFF
・bluetooth設定：OFF
・GPS設定：OFF
・バックグラウンドシンク設定：OFF
・Wi-Fi設定"ON"の場合は、アクセスポイントと接続確立後に計測

1.Home画面

Wi-Fi設定OFFの波形です。
約0.10Aでした。

Wi-Fi設定ONの波形です。
頻繁に0.15Aを超えているのがわかります。
一定間隔でCPUもしくは何かしらのチップが動作していると思われます。

2.スクリーンOFF中

Home画面で電源キー短押下しスクリーンOFFした状態で計測しました。

まずは、Wi-Fi設定OFFの波形です。
約2秒間隔で0.05Aを超えていますが、ほぼ0Aまで落ちています。

Wi-Fi設定ONの波形です。
Home画面と同様、頻繁に0.05Aを超えているのがわかりました。
スクリーンOFF中でも、CPUもしくは何かしらのチップが動作していると思われます。

3.まとめ

Wi-Fi設定をONにすると消費電流が上昇するのは予想していましたが、
スクリーンOFF中でも頻繁に上昇していたことは驚きでした。
スクリーンOFFのIntentを受け、Wi-Fi設定をOFFにする仕組みを組み込めば節電対策になるかもしれません。