Page 160 - 《软件学报》2021年第8期

2442 Journal of Software 软件学报 Vol.32, No.8, August 2021

中,使用对数距离路径损失模型(log-distance path loss model) [26,27] 来控制设备的发射功率(该模型能够更有效地
模拟室内的无线信号传播损失情况),使得设备即使在数据传输期间也能够有效地进行功耗控制.此外,本文通
过设计同组之间实时的动态切换来平衡组主和组员之间的能量消耗,防止个别设备一直担任组主造成过高的
能耗.与此同时,本文也设计了组与组的成员之间的切换机制,用于保证每个组的组主与它们的组员都保持较近
的距离,避免组员过远从而脱离组主的连接范围;或者因为距离过远,发射功率上升造成能耗增加.

2 WiFi Direct 电量消耗测试

在本节中,本文在智能手机(Xiaomi Note4X)上对 WFD 的电量消耗情况进行了一系列的测试,并将测试分
为了两部分.
• 在第 1 部分中,记录了 WFD 在不同状态(空闲和工作)下的电流变化情况.本文从 Android 中专门记录
电流的内核文件获取相应的电流大小,通过记录其电流变化情况从而判断其能耗情况.
• 在第 2 部分中,构建不同组大小的通信组,并在不同的传输速率下传输一定时间以后,分析设备之间的
电量消耗情况.
使用的实验设备在实验过程中分为两个状态——空闲状态和工作状态,如图 1 所示.
• 智能手机所处的空闲状态分成两种:第 1 种是仅仅打开 WFD,智能手机之间没有连接,没有任何操作;
第 2 种是智能手机之间仅仅通过 WFD 连接,智能手机之间没有传输数据,它们之间并不做任何操作.
• 其次,在本文定义的智能手机工作状态中,包括设备使用 WFD 进行扫描(默认扫描即能够同时扫描
2.4GHz 和 5GHz 下的设备)以及通过 WFD 传输或者接收数据.在测量传输过程中的电流大小时,其数
据传输是持续不断的,直到测试结束.

(a) 空闲状态 (b) 工作状态
Fig.1 Different working states of the smartphone
图 1 智能手机的不同工作状态
本文同时记录了手机没有任何连接和操作时的电流大小作为一个对比.需要注意的是,WFD 能够工作在
2.4GHz 和 5GHz 下.本文记录其在不同频率下的电流变化.为了直观地比较各状态下的电流大小,本文选取每个
状态下电流大小的平均值,并且按照从高到低排列,其结果见表 1.
在表 1 中可以清楚地看到:WFD 的所有状态的电流都高于手机空闲时的状态,WFD 处于 5GHz 下的电流要
高于 2.4GHz.但是需要注意的是:当 WFD 处于非工作状态时,它们的电流会存在不同程度的波动.这是由于
WFD 在原有的休眠机制下,从休眠中周期性地唤醒并提升功率去感知周围的其他设备.或者由于其他设备发来
的探测包,而被动的唤醒引起的电流增长.以处于 2.4GHz 下的空闲状态为例,如图 2 所示.
从图 2 中可以看到,频繁的波动导致了 WFD 在非工作状态下的电流要高于手机空闲状态时.若将上述
WFD 非工作状态下唤醒带来的电流波动去掉,那么 WFD 非工作状态下的电流仅仅略高于手机空闲时的状态,
即 WFD 原有的节能机制能够高效地工作.但是当 WFD 处于工作状态时,其电流大小猛增.尤其数据传输开始以
后,在 5GHz 时能达到 300.91%;在 2.4GHz 发送时,增量也达到了 131%.由于 WFD 原有的节能机制只能在无数
据传输时启用,所以需要一个针对数据传输时的节能机制,能够在数据传输时尽量降低其功率,在保证传输速率