27 diciembre 2009

Consumo de energía y comparaciones de eficiencia energéticas de los productos WLAN

En este artículo examinamos el consumo energético de las redes de área local inalámbricas en el principal standard, el 802.11. Una medida exacta del impacto de vida de la batería de cada tarjeta WLAN se hace midiendo el consumo de energía en la plataforma en un latop y midiendo como cambia el consumo de energía cuando la tarjeta WLAN se usa en varios modos. Una observación importante es que el consumo energético se incrementa debido a que la operación WLAN viene no solamente de la tarjeta WLAN en sí mismo, sino también de la actividad de la CPU principal adicional y otras partes de la plataforma del latop requerida para operar la interface WLAN. En algunos casos, la energía extra consumida por el resto de la plataforma es varias veces mayor que la energía consumida por la tarjeta WLAN en sí misma.
Comprendiendo el consumo de energía de la plataforma
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Una WLAN generalmente consiste en uno o más puntos de acceso (APs) que conecta a una red cableada y dispositivos de clientes remotos que conectan el AP a través de enlaces inalámbricos. Estos dispositivos son usualmente PCs portátiles con tarjetas WLAN instaladas. Ya que los dispositivos remotos son usualmente móviles y a menudo usan energía de baterías, mientras que un AP es estacionario y usa energía AC, el tópico del consumo energético está enfocado en
investigar la eficiencia energética de un dispositivo remoto WLAN. .
Factores que determinan el consumo de energía de la plataforma
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Los siguientes son factores que contribuyen al consumo de energía de la plataforma debido a la operación de WLAN:
Diseño de tarjeta WLAN – El diseño físico y especificaciones de la tarjeta WLAN, incluyendo placa, diseño de chip, transmisión de la salida de energía, eficiencia en regulación de voltaje y selección de componentes, afectan al consumo energético. Por ejemplo, el consumo de energía para la mini PCI puede ser menos de 2 W. Por ello, hay una amplia variación entre las implementaciones de WLAN debidas a diferentes configuraciones de chips, amplificadores de potencia, reguladores de voltaje, etc. Interacciones (NIC/CPU) – Además del consumo de energía de la tarjeta WLAN, debe considerarse el uso el uso de energía interactuando con el resto del hardware de la plataforma del latop tal como el host CPU, buses y memoria deben considerarse también. Una tarjeta WLAN comunica con el host CPU intercambiando datos en un bus de interface. Arquitecturas tales como las tarjetas de PC de 16 bit usan CPU, que transfiere manualmente cada palabra de datos a y de la tarjeta WLAN. Es un CPU intensivo y derrochador de energía ya que la CPU se usualmente mucho más rápida que el bus. Arquitecturas más nuevas tales como CardBus PC Card soportan un esquema conocido como DMA (Direct Memory Access). Las DMA descargan tareas de transferencia de memoria a un controlador separado, que permita a las CPU dormir durante la transferencia de datos. Esto puede reducir dramáticamente la potencia de la plataforma. Diseño de Protocolo y Software – La implementación del driver en la tarjeta WLAN es crítica para conservar la energía de la plataforma. Los siguientes asuntos deben considerarse cuando se determine la eficiencia energética del software WLAN. Gestión de energía – Ya que una red inalámbrica está ociosa la mayor parte del tiempo, no es necesario mantener la tarjeta WLAN completamente energizada todo el tiempo. Puede añadirse inteligencia de software para poner la tarjeta WLAN en modo “dormido” o “sleep” mientras sea posible a la vez que se mantiene una alta transferencia de datos. Interacciones Driver/CPU: La forma como los driver WLAN interactúan con el sistema operativo del PC afecta la forma como la CPU consume energía en las actividades relacionadas con WLAN. Algunas de las tareas de los driver son las siguientes: gestión de capas físicas, servicios de conexión y sondeos de ahorro de energía.
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Midiendo el consumo de una plataforma
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Las tarjetas WLAN pueden estar en cinco estados.
  • Off: Dispositivo completamente apagado.
  • Sleep: La mayoría de la circuitería está apagada, excepto ciertas partes críticas.
  • Oir. La radio escucha el tráfico pero no pasan datos al host.
  • Recibir: Las tarjetas WLAN detectan, demodulan y pasan los paquetes al host.
  • Transmitir: La tarjeta WLAN modula y envía paquetes por el aire.
Pruebas de consumo
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Las pruebas de consumo son un factor importante al evaluar productos WLAN por su impacto en las baterías. Más importante que aislar el consumo físico de energía de la WLAN es importante cuantificar la operación de WKAN en el consumo de energía de la plataforma de latop. Esta medida captura el efecto que la operación WLAN tiene en la CPU, subsistema de memoria, y consumo de energía en el bus I/O y por tanto la verdadera medida del impacto de la operación de WLAN en la eficiencia energética y vida de la batería. Las diferencias entre los factores implicados en el consumo energético de las tarjetas WLAN son los siguientes:
  • Protocolo WLAN: Si bien se incurren en consumos de potencia similar a 802.11b, los protocolos de alta transmisión tales como 802.11a y 802.11g permiten que la radio WLAN transmita activamente y reciba durante un tiempo mucho más corto por que la transmisión de datos es mucho mayor. Comparado con 802.11b, 802.11a y 802.11g consumen mucha menos energía para una carga de trabajo dada, y así se contribuye a la longevidad de la batería.
  • Implementación de WLAN: Diseños de arquitecturas, hardware y software diferentes producen diferencias en consumo de energía WLAN. Por ejemplo, en un latop Sony VAIO PCG Z1-AP1 empleando un procesador Pentium M, la solución Atheros 802.11b es más de dos veces eficiente en energía que la solución Centrino de Intel 802.11b.
  • Host CPU: Los procesadores eficientes en energía tales como el Transmeta Crusoe o Pentium M incurren en penalidades mucho menores para operaciones WLAN que los procesadores que consumen más energía como Pentium 4.
Bibliografía: Power Consumption and Energy Efficiency Comparisons of WLAN Products. Atheron Communications. Palabras clave: Wireless local area network (WLAN) cards
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