В поиске причин быстрой разрядки мобильных телефонов при использовании беспроводных сетей исследователи выяснили, что протокол, разработанный для снижения энергозатрат, часто дает обратный результат. Тем не менее, программное обеспечение для точек доступа Wi-Fi могло бы существенно увеличить (или даже удвоить) время работы портативных устройств без подзарядки.
Прожорливый Wi-Fi: Борьба за трафик

Исследователи сопоставили энергозатраты при использовании Wi-Fi для различных моделей телефонов. Например, HTC Tilt при подключении к беспроводной сети начал потреблять в три раза больше энергии. Владельцам мобильных устройств такая ситуация может показаться не только весьма досадной, но и странной: для снижения энергопотребления при работе с Wi-Fi разработан специальный протокол (Power Saving Mode — PSM). Оказалось, что программная реализация этого режима имеет множество недостатков, и в результате система тратит энергию впустую.

Мобильное устройство, использующее PSM, периодически включает и выключает радиосвязь. Например, направив запрос на получение некоторой информации (допустим, файла из сети Интернет) и не получив эту информацию в течение заданного периода времени (от секунд до миллисекунд), устройство переводит систему связи в «спящий» режим и ждет сообщение-«маячок» от точки доступа, указывающее, что запрошенные данные готовы к передаче. После этого устройство переходит на полную мощность и принимает нужную информацию.

Все было бы хорошо, если бы данное мобильное устройство работало наедине с точкой доступа. Но, как правило, одна точка доступа обслуживает несколько «потребителей». И устройство, работающее в режиме энергосбережения, рискует «проспать» свою очередь на получение пакетов данных: запрос, отправленный после получения «маячка», будет поставлен в самый конец этой очереди, даже если первоначальный запрос пришел в точку доступа задолго до обращений «конкурентов».

Некоторые точки доступа пытаются обойти эту проблему, принудительно помещая трафик устройств, использующих PSM, в самое начало очереди. Но это отрицательно сказывается на качестве сигнала для всех остальных. «Несправедливое» распределение сетевого трафика приводит к необоснованному возрастанию количества повторных запросов и избыточному потреблению энергии.

Исследователи из университетов штатов Техас и Висконсин совместно со специалистами Microsoft Research India разработали систему, получившую название NAPman, которая тщательно следит за выполнением принципа FCFS (First Come, First Served — «первый пришел, первый обслужен») как для устройств, использующих режим энергосбережения, так и для всех остальных. Система «будит» устройство только тогда, когда приготовленный для него пакет данных находится в начале очереди, и отслеживает промежутки «сна», чтобы избежать отправки данных устройству, находящемуся в спящем режиме.

NAPman также использует способность точек доступа Wi-Fi выступать в качестве виртуальных точек доступа, устанавливая различные виртуальные соединения с отдельными клиентами. В результате устройства не конкурируют за трафик непосредственно, а точка доступа может выбирать время отправки «маяков» так, чтобы устройства выходили из спящего режима только тогда, когда это необходимо.

Такой подход не только обеспечивает снижение энергопотребления на обмен информацией по беспроводной сети на 70%, но и повышает качество связи за счет рационального распределения трафика. Например, время работы без подзарядки смартфона HP iPAQ при обмене информацией со скоростью 128 кбит/с увеличилось с 4.7 до 10 часов. При включении яркой подсветки эффект энергосбережения был несколько ниже за счет возрастания общего потребления энергии. Тестовая точка доступа одновременно обслуживала большое количество беспроводных устройств.

Разработчики собираются предложить свои идеи производителям беспроводных маршрутизаторов и точек доступа, чтобы обеспечить более эффективные режимы работы сетей Wi-Fi и избавить владельцев мобильных устройств от необходимости заряжать аккумуляторы слишком часто.

По сообщению Technology Review