便携式设备专有软件能耗评估技术研究

摘要

过去评价电子设备尤其是计算机主要使用两个标准：价格和性能。现在能源消耗指标已经变得越来越重要,主要原因是由于电池驱动便携设备的大量使用，包括智能手机，掌上电脑和平板电脑等。每年售出的个人便携设备的数量也在大量增加。个人电脑已经成为了日常生活中最有价值的科技。像智能手机这样最新的便携设备，不仅拥有增强的操作系统，还拥有安装和运行各种应用的功能，包括聊天，阅读，视频，以及各种网络软件。这些多功能设备消耗大量的能源，必然导致电池寿命的缩短。日常生活中应用这种设备需要更好地了解电池容量信息，因为这些笔记本电脑会由于电池容量不足而限制工作时间。虽然电脑的硬件和软件已取得了重大进展，但人们却较少关注电池容量密度，近年来几乎没有迹象显示未来几年会有大幅度改善。即使对于非便携式电脑，由于散热问题，设计人员也担心电脑的功耗过大可能会损坏部件的问题。锂电池技术的当前状态清晰地表明，能源效率的提高必须依靠硬件和软件来实现。硬件级别改进的基本目的是要满足软件需求，所以软件是最终耗电者。因此，重点应放在软件功耗分析和优化，目的在于设计出更节能高效的应用程序和操作系统，从而使能源消耗可以达到最佳水平。
　　软件是系统能源消耗的重要组成部分之一，目前在这个领域已有广泛的研究，但大部分研究是基于开源应用程序，只有少数是针对专有应用程序。针对专有应用的研究也没有考虑到便携式计算机。为了弥补这一空白，本文分析了个人便携式电脑的闭源应用程序能源消耗的问题，并试图找到最佳解决方案。大多数常用的应用软件，包括从互联网上下载的商业软件和免费软件都是封闭源代码的。因此缺乏对这些封闭源代码的应用测试和评估功耗。
　　本文对专有软件能耗分析与评估问题进行讨论，试图给应用程序和操作系统找到合适的软件能耗评价方法，同时也提供了此类能源消耗的详细理论依据。
　　软件能耗评估的过程应该尽可能综合考虑各种软件的特征，如软件功能，软件规模，软件生产线速度，软件实现效果等。此外由于软件的综合评价问题具有模糊性，可以考虑基于模糊理论建立评价模型。考虑上述特点，本文研究了一种用于便携式计算机的能源消耗评估综合模型,并用这个模型来评估的媒体播放器软件的功耗。
　　本文开发了一个针对专有操作系统的软件能耗评估模型，这个模型是基于专有操作系统能源评估问题和能源消耗比较评估模型。为了验证模型的有效性，以Win XP的和Vista操作系统为例实施了实验，比较了这两个操作系统之间在启动过程中和基本文件管理操作的能量消耗差异。本文所提出的系统能耗评估模型为用户全面评估应用软件产品提供了支持。本文还提出了一种动态功率管理算法，其目的是为了降低便携式计算机的能耗,模拟实验结果表明该方法可以有效地减少能源消耗.

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Chapter 1 Introduction

1.1 Problem Statement

1.2 Computer System Power Consumption

1.3 Power Management

1.4 Computer Software Power Consumption

1.5 Related Work and Significance of Study

1.6 Thesis Contributions

1.7 Dissertation Structure

Chapter 2 Software Energy Consumption Analysis and Assessment Techniques

2.1 Software Energy Consumption Analysis Methods

2.2 Proprietary Software Energy Consumption Analysis Entry Point

2.3 Chapter Summary

Chapter 3 Proprietary Applications Energy Consumption Analysis

3.1 Software

3.2 Proprietary Software

3.3 Measurement Platform

3.4 Software Energy Consumption Root Factors

3.5 Proprietary Software External Characteristics

3.6 Typical External Characteristics Qualitative Analysis

3.7 Measurement Design Issues

3.8 Chapter Summary

Chapter 4 Proprietary Applications Comprehensive Evaluation

4.1 Problems Analysis

4.2 Proprietary software energy consumption evaluation model

4.3 Fuzzy theory and related applications

4.4 Software integrated assessment

4.5 Software comprehensive energy consumption assessment

4.6 Library evaluation criteria

4.7 Select Assessment Criteria

4.8 Media player Software Category Assessment

4.9 Chapter Summary

Chapter 5 Operating System Energy Consumption Evaluation

5.1 Operating System

5.2 Operating system energy consumption analysis

5.3 Operating System Energy Consumption Evaluation Model

5.4 Operating Systems Low-Power Technologies

5.5 Chapter Summary

Conclusions and Future Work

参考文献

List of Publications

声明

致谢

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