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Android SDK 省电模式及功耗

作者：Sensoro

版本：v1.0

日期：2015年05月15日

为什么需要省电模式

iBeacon 工作原理是通过 2.4GHz 信号，周期性发射广播数据。Android 设备若要接收 iBeacon 数据，就需要不停的进行蓝牙扫描操作。对于 Android 设备而言，蓝牙扫描的操作是很相对比较耗电的。如果持续对 iBeacon 广播进行监听，会加快电池电量的消耗。对于部分用户来说，一个 APP 十分耗电是不可以接受的。

省电模式工作原理

如果当 APP 切换到后台时，说明用户对于该 APP 的需求变的很低，但为了达到某些用户体验的效果，又不能停止对 iBeacon 的数据监测。因此，可以适当延长 Android 设备的蓝牙扫描间隔，既能满足 APP 需求，又能达到省电的效果。

省电模式的使用

启用省电模式

在 Android 代码的 Application 中，实现 BackgroundPowerSaver 对象，即可开启省电模式。

import com.sensoro.cloud.BackgroundPowerSaver;

public class MyApplication extends Application {
    private BackgroundPowerSaver backgroundPowerSaver;

    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        backgroundPowerSaver = new BackgroundPowerSaver(this);
    }
}

设置省电模式参数

用户可以根据自己的需求，调整前台和后台的扫描时间和扫描间隔，以达到自己省电的需求。示例代码如下：

// set the foreground duration of the scan to be 1.1 seconds
sensoroManager.setForegroundScanPeriod(1100);
// set the foreground time between each scan to be 0
sensoroManager.setForegroundBetweenScanPeriod(0);
// set the background duration of the scan to be 5 seconds
sensoroManager.setBackgroundScanPeriod(5000);
// set the background time between each scan to be 30 seconds
sensoroManager.setBackgroundBetweenScanPeriod(30000);

如果不进行任何设置，前台默认扫描时间为 1100 ms，前台默认扫描间隔为 0 ms； 后台默认扫描时间为 5000 ms，后台默认扫描间隔为 30000 ms。

省电模式参数与功耗的关系：扫描时间越长，功耗越高；扫描间隔越短，功耗越高。

省电模式实测效果

测试环境

  • 电源：安泰信 APS3005D 稳压电源
  • 万用表：VICTOR 86D(带 USB 输出)
  • 手机：Nexus 5，三星 S4

测试方法

  1. 将电源、万用表、手机串联
  2. 设置稳压电源为 4.5V。手机默认电压为 3.8V，因为万用表有内阻，所以需要适当将电源调高，否则设备无法启动
  3. 将万用表连接至 PC，安装DMM Data Precessor http://www.china-victor.com/Files/Download/setup_86b_multi.rar，方便将测试数据导出，计算结果
  4. 将手机恢复出产设置，关闭数据连接(wifi,2G,3G)，手机屏幕设置常亮
  5. 测试 SDK 未启动功耗
  6. 测试 SDK 启动功耗
  7. 计算差值则为 SDK 实际功耗

测试结果

在 SDK 默认参数下，Nexus 5 和 S4 的功耗表现如下表：

前台静态功耗 前台扫描功耗 后台静态功耗 后台扫描功耗
三星 S4 （4.4.2） 181 mA 315 mA 174 mA 193 mA
Nexus 5（5.1） 152 mA 268 mA 155 mA 174 mA

  • 理论值
    SDK 前台扫描为扫描 1100 ms，间隔 0ms，相当于前台不停扫描；后台扫描为扫描 5000 ms，间隔 30000 ms。以 35000 ms 为一个周期进行计算，理论上节省电量为 (35000 - 5000)/35000 = 85.71%。

  • 实测值
    在三星 S4 中，SDK 在前台的功耗为 134 mA，后台功耗为 19 mA，实际节省电量为 (134 - 19)/134 = 85.82%。
    在 Nexus 5 中，SDK 在前台的功耗为 116 mA，后台功耗为 19 mA，实际节省电量为 (116 - 19)/116 = 83.62%。

根据测试结果分析，SDK 实际功耗与理论值是基本相同的。使用 SDK 默认设置，当 APP 进入后台模式之后，整体功耗会下降约 80%。开发者可以根据自己的需求，适当调整前台和后台的扫描参数。

*说明:如果 SDK 开启后台唤醒模式，整体功耗在原有基础上将提高大约 20 mA。*

结果验证

我们最后使用了示波器对手机实际功耗进行抓图，以验证测试结果的正确性。

由于后台模式默认周期较长，示波器波形表现不明显，很难估算结果，因此仅对前台模式的结果进行验证。

Nexus 5

根据上述波形，以第二个波峰估算功耗：((500ms * 30mV/2 + (500ms * 10mV))/1000ms)/0.1Ω = 125 mA

计算结果与实测结果在误差为 9mA。

三星 S4

根据上述波形，功耗估算结果：(((200 * 60mV)/2 + (800 * 10mV))/1000ms)/0.1Ω = 140 mA

计算结果与实测结果在误差为 6mA。

省电模式的影响

需要注意的是，不能仅为了降低功耗，而无限制的延长扫描间隔，或者缩短扫描时间。

如果设置扫描间隔越长，那么发现 iBeacon 的时间也越长；如果扫描时间越短，那么就越不容发现 iBeacon。

因此我们建议的扫描时间不低于 iBeacon 广播时间间隔，目前大部分 iBeacon 的广播间隔是从 10 ms ~ 1000 ms 不等。

另外，影响 iBeacon 被发现的因素还与周围环境有关。周边的 iBeacon 越多，目标 iBeacon 相对越不容易被发现。

下面是根据周边 iBeacon 数量不同，发现目标 iBeacon 所需要的时间测试结果：

  • iBeacon 参数：云子出厂默认配置（功率: -8 dbm,频率: 417.5 ms）
  • 省电模式参数：SDK 默认配置（前台扫描时间：1100 ms，前台扫描间隔：0 ms，后台扫描时间：5000 ms，后台扫描间隔：30000 ms）
  • 测试距离：1~2 m
前台扫描平均时间(ms) 后台扫描平均时间(ms)
1 2 5 10 20 1 2 5 10 20
Nexus 5 (5.1) 1286 1306.5 2509.8 4071.2 4268.62 1996 1591.5 4121.75 31505.7 36519.5
三星 S4 (4.4.2) 1670.5 1867.33 2762.2 4113 4782.75 1867.33 1800.57 8722.74 37243.8 36702.5

根据测试结果看出，前台扫描最多只需要 5 个扫描周期，就可以扫描到 20 个 iBeacon；后台扫描最多只需要 2 个周期，就可以扫描到 20 个 iBeacon。