Ahorro de Energía by Juan Carlos Olivares Rojas

CP 65 P-120

Ahorro de energía visualizando páginas Web en dispositivos móviles heterogéneos Juan Carlos Olivares Rojas1,2, Juan Gabriel González Serna1 1

Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (cenidet) Cuernavaca, Morelos, México 2 Instituto Tecnológico de Morelia Morelia, Michoacán, México jcolivar@itmorelia.edu.mx, gabriel@cenidet.edu.mx

RESUMEN Debido a la gran versatilidad con la que cuentan los dispositivos móviles, el consumo energético ha aumentado considerablemente, por lo que en el presente artículo se presenta una solución para tratar de reducir el costo de consumo energético de dispositivos móviles en general, aplicando sobre todo a la visualización de recursos Web. Palabras clave: Energía, Redes Inalámbricas, Windows CE, Dispositivos Móviles, Visualización de Recursos Web. I INTRODUCCIÓN En la actualidad el acceder a la información se ha vuelto muy importante a tal punto de autodenominarnos sociedades de la información. En el pasado, la riqueza se media por los bienes que una persona poseía, actualmente se mide por el capital (dinero) y se cree que en el futuro se medirá por el conocimiento que se posea. Por otra parte la Web e Internet en su totalidad han revolucionado los medios de comunicación como lo fueron la radio y la televisión en su momento.

ROC&C’2006 – CP-65 PONENCIA RECOMENDADA

POR EL COMITÉ DE COMPUTACIÓN DEL IEEE SECCIÓN MÉXICO Y PRESENTADA EN LA REUNIÓN DE OTOÑO, ROC&C’2006, ACAPULCO, GRO., DEL 28 DE NOVIEMBRE AL 3 DE DICIEMBRE DE 2006.

Para acceder a la información presente en Internet se necesitan de mecanismos que nos permitan ver los recursos presentes en la Web en cualquier lugar, a través de cualquier medio y en todo momento. Para logarlo, se necesitan de dispositivos que puedan ser ubicuos, de tamaño pequeño y con una capacidad de cómputo razonable. Los dispositivos que cumplen con dichas características son los dispositivos móviles. Los dispositivos móviles se han convertido actualmente en parte de nuestra vida cotidiana a tal punto que es difícil imaginarnos un mundo sin celulares, dispositivos PDA, portátiles, entre otros. Desgraciadamente dichos dispositivos cuentan con diversas restricciones debido a su principal característica: la movilidad, también se convierte en su principal desventaja. Ya que para logar dicha movilidad, estos dispositivos son considerados como “dispositivos con capacidades limitadas” si se compara con dispositivos de cómputo tradicionales. Esta analogía se debe a que por ejemplo, cuentan con métodos deficientes de entrada de información (por ejemplo, teclados pequeños si existen, mal reconocimiento de escritura y de voz); poca cantidad de recursos informáticos como memoria, periféricos y velocidad de procesamiento; pantallas demasiado pequeñas en las cuales la información no se puede desplegar de manera adecuada, baja calidad en sus interfaces de red inalámbricas (poco ancho de banda, desconexiones frecuentes, etc.) y por último; cuentan con un consumo de energía bastante alto y la capacidad de las baterías es sumamente limitado. Es en este último punto en donde nos centramos en este trabajo. Dado que es una limitante muy importante y que a continuación ampliamos y detallamos la problemática.

II CONSUMO ENERGÉTICO El consumo energético es actualmente uno de los mayores problemas a nivel mundial. En México, se estima que el consumo energético del país (incluyendo hogares, industrias, alumbrado público, etc.) es de aproximadamente 200 Watts por persona, lo cual equivale a tener dos focos prendidos de 100W durante todo el día [1]. Se estima que el consumo de energía en los dispositivos móviles va en aumento; por ejemplo, las capacidades de las baterías crece en el orden del 7% mientras que el consumo energético es de alrededor del 24% [2]. La duración de la baterías es muy variable ya que depende del tipo de baterías (ion-litio, Niquel-Cadmio, Niquel-Hidruro Metálico, etc.), la vida útil (desgraciadamente este es uno de los mayores problemas, ya que actualmente al recargar dichas baterías debido a la tecnologías actuales, la vida útil de las baterías disminuye a tal grado que en pocos años ya no funcionan y es necesario reemplazarlas) y sobre todo al tipo de aplicación (ver un vídeo consume mayor energía que por ejemplo escribir un mensaje). Por ejemplo en algunos modelos recientes las baterías pueden durar más de 48 horas en actividad con una sola recarga pero en modo de espera, mientras que si utiliza por ejemplo alguna aplicación demandante como un videojuego el tiempo de la batería se reduce a 4 horas. Se ha visto en últimas fechas que los dispositivos móviles han aumentado su versatilidad y ya no sólo sirven para algunas funciones básicas como hablar en el caso de los teléfonos celulares o de simples agendas electrónicas en el caso de PDA; es decir, ya no son sólo terminales tontas diminutas y se han convertido en dispositivos verdaderamente inteligentes. Debido a estas nuevas características y a su creciente convergencia en servicios informáticos (por ejemplo, actualmente un teléfono celular integra otros elementos de otros dispositivos como características de agenda de un PDA, una cámara digital, un reproductor de música y video, una consola de videojuegos portátiles y próximamente hasta televisión portátil). También tienen capacidades de comunicaciones y pueden acceder a los recursos Web.

Debido a todas estas características el consumo energético se ha disparado enormemente. Cuando un dispositivo está en estado de inactividad (espera, stand by) no existe tanto problema ya que el consumo energético es mínimo, limitado a las funciones básicas del dispositivo, como es el estar conectado a la red de telefonía celular. El problema radica cuando diversas aplicaciones se están ejecutándose al mismo tiempo y en especial los navegadores Web en dispositivos móviles ya que por utilizar este tipo de aplicaciones que no son tan vitales para los usuarios, el dispositivo móvil se quedaría sin energía y el usuario perdería opciones más cruciales como la opción de telefonía o la opción de mensajes cortos (SMS). En cierto sentido, mientras en la mayoría de las tecnologías han evolucionado demasiado, en lo referente a la construcción de baterías aún estamos utilizando pilas de carbón. De acuerdo con [4], se estima que si los dispositivos de red pudieran ser ahorradores de energía, podría ahorrarse el mundo $1,000 millones de dólares al año. El gran problema con la recarga de energía radica en que dependemos de la red eléctríca y como es bien sabido por todo, no existen lugares públicos con enchufes para poder conectarnos en cualquier lugar. La gran mayoría de los dispositivos móviles permiten manejar las opciones y modo de energía para ahorrar energía (ver Figura 1), pero en la mayoría de los casos esto no resuelve el problema en su totalidad. III ANTECEDENTES Los trabajos que hemos encontrado tratan de atacar el problema del consumo energético desde la raíz; es decir, desde el hardware con mejores métodos para desplegar la información, para administrar los recursos del sistema, en las interfaces de redes inalámbricas etc. y así de esta forma reducir el consumo energético [3] [5] [6] [7] [8] y [9]. Nuestro trabajo se centra en tratar de reducir el consumo energético desde las aplicaciones. Partimos desde está perspectiva debido a que creemos que el problema es de nunca acabar y lejos de tratar de eliminarlo por completo las aplicaciones en cómputo móvil deben ser adaptativas a las

necesidades cambiantes de las plataformas móviles. La aplicación en la que nos centramos fue la visualización de páginas Web por el futuro que se ve en esta tecnología en dispositivos móviles.

recursos de la Web en los dispositivos móviles tomando en consideración las diversas limitantes que presentan los ambientes móviles, una de las cuales fue el consumo energético. La plataforma desarrollada constó de una variación de la arquitectura cliente/servidor con intermediarios uno del lado cliente y otra del lado servidor, tal y como se ilustra en la Figura 2.

Figura 2 Arquitectura de MoviWeb.

Figura 1 Opciones de configuración de energía en dispositivos móviles. IV METODOLOGÍA DE SOLUCIÓN En el cenidet se desarrolló una plataforma de software denominada MoviWeb [10], cuyo objetivo principal fue hacer accesible los

El Proxy en el lado servidor (denominado GAT -Gestor de Acaparamiento y Transcodificación-) tiene el objetivo fundamental de acaparar y transcodificar documentos Web; mientras que el intermediario en el lado servidor (denominado GAP –Gestor de Acaparamiento en Pocket PC-), tiene la funcionalidad de administrar una caché de recursos con alta probabilidad de ser accedidos por los clientes en futuras peticiones. Por acaparamiento se entiende el proceso de replicación y procesamiento en desconexión de un conjunto de datos que han sido previamente seleccionados y copiados en el cliente móvil [11]. El acaparamiento se puede ver con la analogía de la “recarga de datos”, así como los dispositivos móviles necesitan recargar sus baterías para poder trabajar de manera autónoma de la red eléctrica, así los dispositivos móviles necesitan cargar información que les permita trabajar de manera aislada de una red de computadoras. El problema de este esquema es el determinar el conjunto de datos que deberán ser replicados en el cliente móvil, ya que tienen capacidad de almacenamiento muy limitada y si no se hace de manera adecuada puede resultar poco útil y consumidor de espacio. Este problema puede reflejarse con el problema de la mochila, en el cual un

usuario puede cargar cierta cantidad de cosas en ella para poder trabajar sin regresar a casa. El problema radica en que la capacidad está limitada por el tamaño de la mochilla (memoria) y la fuerza de la persona (velocidad de procesamiento). En este sentido, un dispositivo móvil podría considerarse como un bebé o niño pequeño, una PC como un adolescente, un servidor como un adulto y un mainframe como un físicoculturista. La idea con el acaparamiento es que el usuario puede trabajar sin importar el estado de la conexión del dispositivo. En este sentido, el usuario podría trabajar en modo desconexión deshabilitando la interfaz de red inalámbrica, ahorrando de manera considerable la energía del dispositivo. La otra forma de ahorrar energía es a través del uso de un mecanismo asíncrono de comunicación, en el que gracias al uso de una caché de recursos acaparados, las conexiones a la red se ven disminuidas considerablemente por que el recurso se encuentra ya de manera local, logrando unos mínimos ahorros de energía. También se ahorra energía ya que al realizar acaparamiento se reduce el tamaño de un sitio Web y por consiguiente se necesita menor cantidad de tiempo y energía al descargarlo (ver Figura 3). La transcodificación consiste en adaptar el contenido de los recursos Web a las limitantes de despliegue de los dispositivos móviles [12]. Con ello, además de lograr que los contenidos se puedan desplegar en diversas plataformas de cómputo móvil, se logra reducir el tamaño de los recursos de manera significativa y al reducirlos de manera indirecta se logra un consumo menor de energía ya que se requiere menor tiempo de conexión a la red y se consume menor energía. V PRUEBAS Y RESULTADOS Para probar que con el uso del prototipo y en general del acaparamiento y transcodificación se reduce considerablemente el consumo de energía del dispositivo, al trabajar de manera asíncrona y en modo de desconexión; consumiendo menor energía al no tener que acceder los recursos a través de la Web constantemente; se realizó el siguiente plan de pruebas.

Figura 3 Acaparamiento de un sitio Web. Se tomó primeramente el consumo de energía en los dispositivos móviles. El tiempo de visualizar 100 sitios Web requiere de un tiempo aproximado de 52 minutos. Las características que tenían los dispositivos móviles para estandarizar las pruebas consistían en no tener ningún proceso de usuario ejecutándose (sólo procesos de sistema, navegador Web y GAP), el brillo de la pantalla a máxima intensidad, las opciones de ahorro de energía e hibernación deshabilitadas, y la interfaz de red encendida. Una vez obtenido el consumo de energía sin visualizar sitios Web, se procedió a registrar el consumo de energía funcionando el sistema pero sin hacer uso de acaparamiento y posteriormente con acaparamiento, obteniendo los siguientes incrementos en el consumo de energía. Tabla 1 Resultados obtenidos visualizando sitios acaparados y sin acaparar. D Plataforma SA A -7.5 PC -9 -1.5 0 SP -7 -7 -10 PPC -14 -4

En donde SA indica recursos Sin Acaparar, A indica recursos Acaparados y D la diferencia obtenida. PC indica una computadora, SP indica un SmartPhone con Windows Mobile 2003 y PPC indica un dispositivo Pocket PC con Windows Mobile 2003 SE. Por lo que al obtener un promedio de las diferencias obtenidas se obtuvo que la diferencia en el ahorro de energía fue de 8.75% menor usando acaparamiento que sin utilizarlo. Con este ahorro por ejemplo, si nuestra media de energía son 4 horas visualizando páginas Web en el dispositivo se podría ahorrar 21 minutos de energía, que se podrían utilizar para otras actividades, o bien ahorrar ese costo de energía en dinero. El prototipo funcionando se ilustra en la Figura 4, 5, 6 y 7.

uso más eficiente de los recursos del dispositivos.

Figura 5 GAP funcionando en modo desconexión (ahorro de energía máximo). VI AGRADECIMIENTOS A la DGEST por el apoyo económico brindado con la extensión de beca número 052006142-FOG para estudios de maestría.

Figura 4 GAP en ejecución en un dispositivo PPC con Windows Mobile 5. V CONCLUSIONES En este artículo presentamos una alternativa para reducir el consumo energético en dispositivos móviles al visualizar sitios Web. Logramos obtener ligeros ahorros. Proponemos que sean las aplicaciones sean las que traten de lograr reducir el consumo energético al hacer un

Figura 6 Visualizando recursos Web acaparados.

Magazine, ISSN: 0018.9162, octubre de 2006, pp. 19, [10] J. Carlos Olivares, “MoviWeb: Plataforma para Soportar el Acceso a Sitios Web desde Dispositivos Móviles”, tesis de maestría, cenidet, octubre de 2006. [11] Valenzuela Molina David R., “Mecanismo para Predicción de Acaparamiento de Datos en Sistemas Cliente/Servidor Móviles”, tesis de maestría, cenidet, agosto de 2002. [12] Uriarte Cabada Claudia Selene. “Transformador de Contenidos Web para Asistentes Personales Digitales”, tesis de maestría, cenidet, julio de 2004. CURRICULUM VITAE

Figura 7 Mensaje informativo cuando no existe conexión y el recurso no se encuentra en la caché local del dispositivo. VII REFERENCIAS [1] Comisión [2] [3]

[4] [5]

[6]

[7] [8]

[9]

Federal de Electricidad, última consulta: http://www.cfe.gob.mx/, noviembre de 2006. Diario de Tecnologías de la Información, última consulta: http://www.diarioti.com/, septiembre de 2006. Cristhian C. Enz, et al., “WiseNET: An UltralowPower Wirelless Sensor Network Solution”, IEEE Computer Magazine, ISSN: 0018-9162, agosto de 2004, pp. 62-70. Ken Christebsen, et al., “Power Managment in Networked Devices”, IEEE Computer Magazine, ISSN: 0018-9162, agosto de 2004, pp. 91-93. Claudio Talarico, et al., “A New Framework for Power Estimation of Embedded Sistemas”, IEEE Computer Magazine, ISSN: 0018-9162, febrero de 2005, pp. 71-78. Roberto Casas, et al., “Baterry Sensing for Energy-Aware System Desing”, IEEE Computer Magazine, ISSN: 0018-9162, noviembre de 2005, pp. 48-54. Lee Garber, “Using Analog to Reduce Mobile Power Usage”, IEEE Computer Magazine, ISSN: 0018-9162, agosto de 2006, pp. 27. Parthasarathy Ranganathan, et al., “EnergyAware User Interfaces and Energy-Adaptaive Displays”, IEEE Comuter Magazine, ISSN: 0018-9162, marzo de 2006, pp. 31-38. Linda Dailey Paulson, “New Mobile Device Screen Saves Energy”, IEEE Computer

Juan Carlos Olivares Rojas es Ingeniero es Maestro en Ciencias en Ciencias de la Computación por el cenidet en 2006. Sus áreas de interés son el cómputo móvil, las redes inalámbricas, los sistemas empotrados y distribuidos. Es Doctor en Ciencias de la Computación por el CIC del IPN. Sus áreas de interés son: Redes inalámbricas (802.11x y Bluetooth), Minería de uso de la Web, tecnologías GSM/GPRS y Sistemas Distribuidos.