Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  1

2  Grundlagen  4

2.1  Grundlagen Mobilfunk  4

2.1.1  Die zweite Generation des Mobilfunks  5

2.1.2  Die dritte Generation des Mobilfunks.  6

2.2  Stromverbrauch bei Mobiltelefonen.  7

2.3  Akku-Technologien  9

2.4  Verwendete Spezifikation (DG09)  10

3  Pflichtenheft und geplante Abnahmekriterien.  12

3.1  Energieverbrauch des Mobiltelefons  12

3.2  Messung der tatsächlich nutzbaren Akkukapazität  14

4  Messung des Verbrauchs in unterschiedlichen  

Betriebsmodi   16

4.1  Physikalischer Aufbau.  16

4.2  Vorhandene Hard- und Software.  17

4.3  Steuerung des Power Monitors über Batch-Dateien  21

4.4  Automatisierte Mobiltelefon-Tests  23

4.4.1  Gründe für die Automatisierung der Tests.  24

4.4.2  Kommunikative Fähigkeiten und Anforderungen des Test-  

Roboters.   25

4.5  Steuerung über das Netzwerk.  25

4.5.1  http-Requests  25

4.5.2  Jetty  26

4.5.3  War-Dateien  26

4.6  Versuchsaufbau  27

4.7  Planung und Realisierung der Software für die Steuerung des Power  

Monitors   28

4.7.1  Beschreibung der Software  29

4.7.1.1  Webseite bzw. Aufbau des http-Requests  29

4.7.1.2  Verarbeitung der Eingaben.  32

4.8  Test der Software.  34

4.9  Erfüllung der Anforderungen  35

4.10  Benutzung der Software  35

4.11  Offene Problemstellen.  35

4.12  Ergebnisse und Ausblick.  36

5  Messung der nutzbaren Akkukapazität.  38

5.1  Kapazitätstests in anderen Unternehmen  38

5.2  Vorhandene Hard- und Software.  39

5.3  Versuchsaufbau  43

5.4  Planung der Software für die Steuerung des Ladegerätes.  44

5.4.1  Kommunikationsplan  46

5.4.2  Beschreibung der Klassen des Kommunikationsplans  47

5.4.2.1  Oberfläche  47

5.4.2.2  Kommandozentrale.  50

5.4.2.3  LogWriter  51

5.4.2.4  Kommunikator  52

5.4.2.5  Sender  54

5.4.3  Beschreibung der Kommunikationsstränge des Ablaufplans.  57

5.4.3.1  Programmstart.  58

5.4.3.2  Abfrage der Ergebnisse  59

5.4.3.3  Start eines Ladevorgangs.  60

5.4.3.4  Umschaltung von „Laden“ auf „Entladen“  61

5.4.3.5  Beendigung des Programms  62

5.5  Realisierung  63

5.5.1  Oberfläche.  63

5.5.1.1  Der Not-Aus-Button  63

5.5.1.2  Übernahme der Daten bei Kanalwechsel  63

5.5.1.3  (De)Aktivierung der Eingabefelder.  64

5.5.1.4  Skalierung der Daten  64

5.5.1.5  Automatische Ergänzung bei fehlendem oder  

fehlerhaftem  Akkunamen.  65

5.5.1.6  Autoscroll der Textfelder.  65

5.5.1.7  Ausgabe im zugehörigen Textfeld  66

5.5.2  Kommandozentrale  67

5.5.2.1  Reaktion auf empfangene ActionEvents.  67

5.5.2.2  Berechnung der Kapazität  67

5.5.2.3  Die Methode „abbruchNachVorgang()“  68

5.5.3  LogWriter.  68

5.5.3.1  Aufteilung in zwei Klassen  68

5.5.3.2  Unterschiedliche Inhalte von txt- und csv-Datei.  68

5.5.4  Kommunikator  70

5.5.4.1  Das Nachrichtenformat  70

5.5.4.2  Nicht benötigte Datenpakete  71

5.5.4.3  Verlust von Datenpaketen  71

5.5.4.4  Name des Comm-Ports  72

5.5.5  Sender  72

5.5.5.1  Java und der Zugriff auf die Comm-Schnittstelle  72

5.5.5.2  Das CMD-Protokoll der Schnittstelle.  73

5.5.5.3  Senden nur, wenn keine Antwort aussteht  74

5.5.5.4  Lesen und Auswertung der Antworten des Ladegerätes  

ALC.   74

5.5.6  Einstellbare Parameter  76

5.5.7  Zugriffsmodifizierer  76

5.6  Test der Software.  77

5.7  Erfüllung der Anforderungen  79

5.8  Benutzung der Software.  79

5.9  Offene Problemstellen.  80

5.10  Ergebnisse und Ausblick.  81

6  Bestimmung der Nutzungszeit  82

7  Fazit  83

Darstellungsverzeichnis.   85

Screenshotverzeichnis   86

Abk  ürzungsverzeichnis.  87

Glossar   88

Literatur  - und Quellenverzeichnis  89

Softwareverzeichnis   93

Anhang   

1

1 Einleitung

Die T-Mobile International AG (im Weiteren: T-Mobile) ist mit 38,8 Millionen Kunden ¹ der größte Mobilfunkanbieter Deutschlands. ^{2 3} Auch wenn sich T-Mobile als Dienstleistungsunternehmen versteht, gehört der Vertrieb von Mobiltelefonen ebenso zu ihrem Geschäftsfeld wie die Erbringung von Kommunikationsdienstleistungen.

Die Kundenzufriedenheit ist dabei von hoher Bedeutung. Aus diesem Grund achtet T-Mobile darauf, dass die von ihr angebotenen Mobiltelefone einen möglichst hohen Qualitätsstandard erfüllen. Dabei ist die Batterie-Nutzungszeit neben anderen Faktoren von großer Bedeutung.

Ein Test der Batterie-Nutzungszeit gestaltet sich schwierig, da der Energieverbrauch in Abhängigkeit zu den genutzten Funktionen des Mobiltelefons unterschiedlich ausfällt. Des Weiteren gibt es bei der Kapazität der Akkus in der Regel Abweichungen von der Nennleistung, welche auf ihnen abgedruckt ist. Aus diesem Grund sollen in dieser Arbeit zwei Bereiche bearbeitet werden: Zunächst soll die Batterie-Nutzungszeit von einzelnen Mobiltelefonen im Betrieb messbar gemacht werden. Hierbei kommt es darauf an, wie das Mobiltelefon genutzt wird, daher sollen unterschiedliche Aktivitäten oder Zustände getestet werden können. Im zweiten Teil der Arbeit soll die tatsächlich nutzbare Kapazität der Akkus bestimmt werden.

Bringt man die so gewonnenen Ergebnisse miteinander in Verbindung, kann eine realistische Batterie-Nutzungszeit berechnet werden. Hierfür sollen in Zukunft Nutzungsszenarien entwickelt werden, welche das Verhalten unterschiedlicher Nutzer darstellen.

Ziel ist es, Herstellerangaben bezüglich der Batterie-Nutzungszeit zu überprüfen, besonders energieintensive Funktionen aufzudecken und je nach

¹ vgl. Deutsche Telekom AG: Pressekonferenz 6.11.2008: Backup 3. Quartal 2008.

² vgl. pcwelt.de: T-Mobile nimmt Vodafone Marktanteile ab, 19.10.2007,

http://www.pcwelt.de/start/mobility_handy_pda/handy/news/97164/t_mobile_nimmt_vodafone

_marktanteile_ab, Abruf der Seite: 4.09.2008.

³ vgl. T-Mobile Deutschland - Unternehmensprofil, Über T-Mobile, S. 4 f.

2

aktivierten Diensten die „Reichweite“ einer Akkufüllung prognostizieren zu können. Diese Informationen können dann beispielsweise über das Marketing dem Kunden zur Verfügung gestellt werden.

Im Vorfeld dieser Arbeit wurde davon ausgegangen, dass beide Teile etwa gleich arbeitsintensiv sind. Da Testmessungen bei der Kapazitätsmessung jedoch zeitaufwändiger sind, wurde mit diesem Teil begonnen. Dieser Teil stellte sich als erheblich arbeitsintensiver heraus und nahm etwa drei Viertel der gesamten für die Diplomarbeit zur Verfügung stehenden Zeit ein. Aus diesem Grund spielen unterschiedliche Einsatzszenarien während dieser Arbeit eine eher untergeordnete Rolle. Diese Arbeit bereitet vielmehr die Grundlage, um Werte messen zu können, mit denen nach Entwicklung von unterschiedlichen Einsatzszenarien eine Berechnung der Nutzungszeit möglich ist.

Die Diplomarbeit wurde in der Abteilung Terminal Integration & Validation im Team „Clients“ erstellt. Diese Abteilung gehört zum Bereich Technology des Unternehmens (Abbildung 1).

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an das Unternehmensorganigramm

Diese Abteilung testet die Software von Mobiltelefonen, welche zukünftig von T-Mobile angeboten werden sollen. Hierzu gehören beispielsweise Tests für WAP, SMS, MMS und Videodienste wie IPTV-Streaming.

⁴ Ein vollständiges Organigramm des Unternehmens kann an dieser Stelle aus

Datenschutzgründen nicht dargestellt werden.

4

2 Grundlagen

2.1 Grundlagen Mobilfunk

Die Grundlagen des Mobilfunks sollen an dieser Stelle nur insoweit erläutert werden, wie sie für den Test von Akkus von Bedeutung sind. Mobilfunksysteme gibt es in Deutschland schon seit den 50er Jahren. Angefangen hat es mit den Mobilfunknetzen der ersten Generation, den analogen Netzen A, B1, B2 und C, von denen das letzte 2000 außer Betrieb genommen wurde. ⁵ Die zeitliche Reihenfolge der Einführung der unterschiedlichen Technologien ist in der Tabelle „Zeitplan der Entwicklung von mobilen Datenfunknetzen“ (Abbildung 2) ersichtlich.

Abbildung 2: Zeitplan der Entwicklung von mobilen Datenfunknetzen

in Anlehnung an Sietmann, Richard, Quo Vadis, Mobilfunk?, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag,

2001, Nr. 5

Rügheimer, Hannes, So funktionieren UMTS und HSPA, 2.6.2008, in TecChannel,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=979&pk=1758443, Abruf der Seite: 18.08.2008

Inzwischen gibt es eine Vielfalt von Technologien am Markt, die nicht alle miteinander kompatibel sind. Daher müssen neue Mobiltelefone immer mehr unterschiedliche Technologien beherrschen. Dazu gehören mehrere Frequenzbänder von GSM in Europa und Amerika (850 / 900 / 1800 / 1900 MHz), EDGE

⁵ vgl. Kaiser, Frank: Jetzt funkt’s, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 1994, Nr. 7.

5

und UMTS, HSDPA und HSUPA ⁶ und außerdem die Nahbereichs-Funk-Technologien WLAN und Bluetooth.

Ein Beispiel für diese Vielfalt ist das iPhone 3G, welches zehn Sende- und Empfangsoptionen (Quadband GSM/EDGE, Triband UMTS/HSDPA, Bluetooth, WLAN und GPS) beinhaltet. 7

2.1.1 Die zweite Generation des Mobilfunks

Unter der zweiten Generation des Mobilfunks versteht man GSM und seine Erweiterungen. Der GSM-Standard beschreibt ein zellulares Mobilfunksystem für Sprache oder Daten mit Datenraten bis zu 9,6 kBit/s pro Kanal. Für die Funkübertragung verwendet GSM in Europa Frequenzen aus dem 900-MHz-und dem 1800-MHz-Bereich. Diese werden durch ein Frequenzmultiplex-Verfahren (Frequency Division Multiple Access, FDMA) in 200-kHz-Kanäle aufgeteilt. 8

Jeder dieser Kanäle wird über ein Zeitmultiplexverfahren (Time Division Multiple Access, TDMA) in acht separate Kanäle (so genannte „Zeitschlitze“) aufgeteilt.

Für Sprachverbindungen wird einer dieser Kanäle benötigt. ⁹ GPRS (General Packet Radio Service) basiert auf der Zeitschlitz-Technik von

GSM. ¹⁰ Es handelt sich jedoch nicht um ein leitungsorientiertes, sondern um ein paketorientiertes Vermittlungsverfahren. Daraus folgt, dass die Kanäle nur dann für einen Nutzer belegt sind, wenn Datenverkehr stattfindet. Des Weiteren werden mehrere Kanäle gebündelt, d. h. gleichzeitig genutzt. Die Kanäle stehen jedoch nicht einem Nutzer exklusiv zur Verfügung, sondern er teilt sich diese

⁶ vgl. Sietmann, Richard: Quo Vadis, Mobilfunk?, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 2001,

Nr. 5.

⁷ vgl. Kremp, Matthias: Doppelt so schnell, immer noch Mängel, 10.07.2008,

http://www.spiegel.de/netzwelt/mobil/0,1518,564892-4,00.html, Abruf der Seite: 25.08.2008.

⁸ vgl. Jörn, Fritz: Schneller Service mit GPRS, 14.12.2001,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=425&pk=403782, Abruf der Seite: 18.08.2008.

⁹ vgl. Zivadinovic, Dusan: Drahtlos anknüpfen, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 1999, Nr. 7.

¹⁰ vgl. Bantle, Uli: GPRS: WAP-Beschleuniger mit Internetoption, 19.03.2001,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=965&pk=401628, Abruf der Seite: 18.08.2008.

6

gleichberechtigt mit anderen Nutzern. ¹¹ Außerdem gibt es bei GPRS vier Kodierverfahren, durch welche eine höhere Nutzlast transportiert werden kann. Dies wird durch eine veränderte Fehlerkorrektur erreicht. ¹² EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) beinhaltet als Neuerung eine neue Modulationsart, welche es ermöglicht, im Vergleich zu GSM/GPRS die dreifache Datenmenge zu transportieren. EDGE spielt heute eine große Rolle in Gebieten, in denen eine UMTS-Abdeckung noch nicht vorhanden ist. 13

2.1.2 Die dritte Generation des Mobilfunks

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) und seine Erweiterungen sind die so genannte dritte Generation des Mobilfunks. UMTS nutzt einen mit 5 MHz erheblich breiteren Frequenzbereich als die GSMbasierten Technologien. Dieser Frequenzbereich wird nicht in Zeitschlitze oder kleinere Frequenzbänder aufgeteilt, sondern jedes Signal wird mithilfe eines

Spreizcodes ¹⁴ auf die gesamte Bandbreite aufgefächert. ¹⁵ Die tatsächliche Übertragungsrate ist abhängig von der Position des Empfängers im Verhältnis

zur Basisstation und von der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Empfängers. ¹⁶ Das Mobiltelefon muss bei UMTS einen erheblich höheren Aufwand treiben, um die Daten aus dem Datenstrom zu extrahieren. Während es bei GSM noch klar abgegrenzte Kanäle gibt, auf welchen das Nutzsignal aufmoduliert wird, gibt es bei UMTS nur einen Trägerkanal für alle Übertragungen. Das Mobiltelefon empfängt diesen Kanal und muss mithilfe des Spreizcodes seinen Nutzkanal aus der Gesamt-Datenmenge herausfiltern. Dies erfordert einen hohen

¹¹ vgl. Nikolai, Dirk, Daniel, Klaus, Kühn, Edgar: Turbolader für Funkbits, in: c’t (CD-Version),

Heise-Verlag, 2000, Nr. 19.

¹² vgl. Zivadinovic, Dusan: Pakete per Funk, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 2000, Nr. 21.

¹³ vgl. Freynick, Jan: EDGE: Mobile Endgeräte ausgiebig testen, 1.6.2004, http://inside-

handy.de/news/1308.html, Abruf der Seite: 10.10.2008.

¹⁴ Um die Signale beim Empfänger wieder voneinander trennen zu können, muss jedem

Teilnehmer ein binäres Codemuster zugewiesen werden, mit dessen Hilfe das Nutzsignal

teilnehmerspezifisch kodiert werden kann. (http://www.umtslink.at/index.php?pageid=wcdma)

¹⁵ vgl. Opitz, Rudolf: Funk-Upgrade, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 2007, Nr. 6.

¹⁶ vgl. Hascher, Wolfgang: UMTS: Technik, Markt und Anwendungen, 4.8.2000,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=965&pk=401478, Abruf der Seite: 19.08.2008.

7

Aufwand (und damit auch Stromverbrauch) des Digital Signal Prozessors

(DSP). 17

HSDPA (Highspeed Downlink Packet Access) basiert auf der UMTS-Technologie und stellt mithilfe einer verbesserten Kodierrate eine höhere Datenmenge pro Code zur Verfügung. Des Weiteren können dem Mobiltelefon

mehrere (bis zu 15) Spreizcodes zugewiesen werden. ¹⁸ HSDPA wurde in mehreren Stufen eingeführt. Dies erklärt sich darin, dass sowohl die Bauteile in den Mobiltelefonen als auch die Komponenten im UMTS-Kern- und Funknetz von der jeweils verfügbaren Prozessortechnologie abhängig sind. Höhere Datenraten erfordern leistungsfähigere und damit auch energieintensivere Bauteile. 19

HSUPA (Highspeed Uplink Packet Access) erhöht die Übertragungsrate über das UMTS-Netz in Senderichtung, indem mehrere kurze Spreizcodes

verwendet werden. 20

2.2 Stromverbrauch bei Mobiltelefonen

Die Entwicklung von Mobiltelefonen tendierte in den letzten Jahren immer mehr in Richtung Multimedia. Der ursprüngliche Zweck des Mobiltelefons - nämlich das Telefonieren - ist auf dem Weg zu einer Randfunktion neben einem breitbandigen Internet und einer Fülle von weiteren Funktionen zu werden. T-Mobile vertreibt derzeit über 40 Mobiltelefon-Modelle, die den Zugang zum Internet ermöglichen. ^{21 22} Die Zahl der web’n’walk-Kunden stieg im dritten Quartal 2008 um 67,2 % auf 4,7 Mio. Bezieht man gelegentliche Nutzer des

¹⁷ vgl. umtslink.at - Forum: o.T., 26.12.2003, http://www.umtslink.at/3g-

forum/archive/index.php/t-17280.html, Abruf der Seite: 10.10.2008.

¹⁸ vgl. Opitz, Rudolf: Funk-Upgrade, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 2007, Nr. 6.

¹⁹ vgl. Bantle, Uli: GPRS: WAP-Beschleuniger mit Internetoption, 19.03.2001,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=965&pk=401628, Abruf der Seite: 18.08.2008.

²⁰ vgl. Geßner, Christina: HSUPA und was dahinter steckt,

http://www.elektroniknet.de/home/kommunikation/fachwissen/uebersicht/drahtlose-kommunikation/baugruppen-systeme/hsupa-und-was-dahintersteckt, Abruf der Seite:

27.10.2008.

²¹ Stand: Anfang März 2008.

²² vgl. T-Mobile Deutschland - Unternehmensprofil, Über T-Mobile, S. 4 f.

8

freien mobilen Internets ohne Datenvertrag ein, erreichte die Zahl sogar

13 Mio. 23

Darüber hinaus werden von vielen Mobiltelefonen folgende Funktionen unterstützt: • SMS / MMS • Wireless LAN (WLAN) • Wiedergabe von Audio-/Video-Dateien • Audio-/Video-Streaming • Spiele • Kamera • Video-Telefonie

• Modem für angeschlossene Geräte, z. B. Laptops ²⁴ • E-Mail-Push

• GPS zur Positionsbestimmung und Navigation.

Des Weiteren wird die Batterie-Nutzungszeit über bestimmte Gerätemerkmale beeinflusst. So besitzen immer mehr Mobiltelefone Touchscreens, größere Displays sowie Transparenz- und Farbeffekte, um eine komfortable Bedienung

und Internetnutzung zu ermöglichen. ²⁵ Auch Softwareeinstellungen wie die Dauer der Display-Beleuchtung, Vibrationsalarm, Tastentöne und Handyspiele

beeinflussen die Akkulaufzeit erheblich. 26

Ein weiterer Aspekt für den Stromverbrauch ist die Stärke des vorhandenen Funksignals. So muss das Mobiltelefon bei einer schlechteren Verbindung mit einer höheren Leistung senden.

²³ vgl. Deutsche Telekom AG: Deutsche Telekom mit gutem dritten Quartal 2008,

http://www.telekom.com/dtag/cms/content/dt/de/51236?archivArticleID=583582, Abruf der

Seite: 6.11.2008.

²⁴ vgl. GSM Association: DG 09 V4.5.1, 14. September 2007.

²⁵ vgl. Lüders, Daniel: Flexible Renner, in: c’t (CD-Version), Heise-Verlag, 2007, Nr. 25.

²⁶ vgl. teltarif.de Onlineverlag GmbH: Akku-Pflege: So halten Handy-Akkus länger durch,

http://www.teltarif.de/handy/akku.html, Abruf der Seite: 3.09.2008.

9

2.3 Akku-Technologien

Unter einem Akkumulator (Kurzform: Akku), versteht man ein Gerät, das

elektrische Energie (Gleichstrom) chemisch speichert. ²⁷ Es unterscheidet sich von der Batterie dadurch, dass der Prozess umkehrbar ist, d. h. durch Zuführung von elektrischer Energie wird der chemische Prozess rückgängig gemacht. 28

Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen. Auf der einen Seite ist der Pluspol mit einem Mangel an Elektronen, auf der anderen Seite der Minuspol mit einem Überschuss an Elektronen. Dadurch ergibt sich eine elektrische Spannung (U) zwischen den Polen. Entsteht eine Verbindung zwischen ihnen, kommt es zu einer Entladung. Bei diesem Vorgang fließt ein elektrischer Strom. Die gesetzliche Grundeinheit der elektrischen

Spannung ist ein Volt (V). 29

Das Speichervermögen, auch Kapazität genannt, wird bei Akkumulatoren in

Milli-Amperestunden (mAh) gemessen. ³⁰ Dieses entscheidet maßgeblich über die Betriebsdauer der mobilen elektronischen Geräte. ³¹ Ein Akku, der beispielsweise eine Kapazität von 1.000 mAh besitzt, liefert eine Stunde 1.000 mA. Man spricht umgangssprachlich von einer Entladung mit 1 C (mit C ist die Kapazität des Akkus gemeint). Alternativ liefert er fünf Stunden 200 mA. Hier wird von einer Entladung mit 1/5 C gesprochen. Danach ist der Akku

entladen und die Spannung bricht bei Belastung zusammen ³² (siehe auch Abbildung 25).

27

vgl. wissenmedia GmbH: Akkumulator,

http://www.wissen.de/wde/generator/wissen/services/print,page=1044652,node=559096.html,

Abruf der Seite: 25.08.2008.

²⁸ vgl. Schnabel, Patrick: Galvanische Sekundärelemente, http://www.elektronik-

kompendium.de/sites/grd/1003171.htm, Abruf der Seite: 25.08.2008.

²⁹ vgl. Schnabel, Patrick: Elektrische Spannung U, http://www.elektronik-

kompendium.de/sites/grd/0201101.htm, Abruf der Seite: 4.09.2008.

³⁰ vgl. wissenmedia GmbH: Akkumulator,

http://www.wissen.de/wde/generator/wissen/services/print,page=1044652,node=559096.html,

Abruf der Seite: 25.08.2008.

³¹ vgl. Haluschak, Bernhard: Akku-Kapazität im Test, 30.10.2007,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=211&pk=495768, Abruf der Seite: 25.08.2008.

³² vgl. Nachtmann, Loys: Akku-Praxis: So leben Ihre Akkus länger,

http://www.chip.de/artikel/Akku-Praxis-So-leben-Ihre-Akkus-laenger_12832287.html, Abruf

der Seite: 3.09.2008.

10

Die volumetrische Energiedichte (also die speicherbare Energie pro Volumeneinheit) wird in Wh/l, die gravimetrische Energiedichte (also die speicherbare Energie pro Masseeinheit) in Wh/kg gemessen. 33

In Mobiltelefonen wurden ursprünglich Nickel-Cadmium- (NiCd-) und später Nickel-Metallhydrid- (NiMH-) Akkus verwendet. Heute werden nur noch Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus verwendet. Dies ist dadurch erklärbar, dass

Lithium-Akkus mit 100 bzw. 200 Wh/kg ³⁴ eine erheblich höhere Energiedichte als NiCd (50 Wh/kg) und NiMH-Akkus (70 Wh/kg) haben. Des Weiteren haben sie eine sehr geringe Selbstentladung und keinen Memory-Effekt, d. h. keinen Verlust der Reaktionsfähigkeit des Elektrolyts durch wiederholte

Teilentladungen. 35 36

2.4 Verwendete Spezifikation (DG09)

Die DG09 ist die neunte Spezifikation der GSMA Device Group zur Beschreibung von Messmethoden für Battery-Lifetime-Tests von Mobiltelefonen.

Die GSMA (GSM-Association) arbeitet derzeit an einem Dokument, welches Messmethoden spezifiziert, wie ein Test der Batterie-Nutzungszeit bei Mobiltelefonen durchgeführt werden soll. Hierzu gehören Empfehlungen, wie eine Vielzahl an Funktionen getestet werden soll, also mit welchen Frequenzen, Handover-Verfahren, Dateigrößen, Lautstärken, Helligkeiten etc. Des Weiteren enthält sie Informationen dazu, wie die Messungen erfolgen sollen, in welchem

³³ vgl. wissenmedia GmbH: Akkumulator,

http://www.wissen.de/wde/generator/wissen/services/print,page=1044652,node=559096.html,

Abruf der Seite: 25.08.2008

³⁴ vgl. ELV Elektronik AG: So funktionierts: Akkumulatoren - wiederaufladbare Speicher für

elektrische Energie in: elv-Journal 4/2008, S. 46f..

³⁵ vgl. Frehner, Matthias: Akkulexikon, http://www.funkcom.ch/akkuinfos.htm, Abruf der Seite:

25.08.2008.

³⁶ vgl. wissenmedia GmbH: Akkumulator,

http://www.wissen.de/wde/generator/wissen/services/print,page=1044652,node=559096.html,

Abruf der Seite: 25.08.2008.

11

Zustand der Akku sein soll und wie dessen tatsächliche Kapazität gemessen

werden kann. 37

Derzeit hat die DG09 einen GSMA-internen Status und ist nur GSMA-Mitgliedern zugänglich. Sie ist kein verpflichtendes Dokument. Allerdings sollen die Tests bei T-Mobile in Anlehnung an dieses Dokument erfolgen.

³⁷ vgl. GSM Association: DG 09 V4.5.1, 14. September 2007.

12

3 Pflichtenheft und geplante Abnahmekriterien

Folgende Ziele sollen mit der vorliegenden Diplomarbeit erarbeitet werden: Es sollen die Grundlagen geschaffen werden, die Nutzungszeit von Mobiltelefonen unter standardisierten Bedingungen zu ermitteln. Dazu soll einerseits der Energieverbrauch des Mobiltelefons (Kapitel 4), andererseits aber auch die tatsächliche Akkukapazität (Kapitel 5) messbar gemacht werden.

3.1 Energieverbrauch des Mobiltelefons

Auf den Energieverbrauch eines Mobiltelefons haben unterschiedliche Faktoren Einfluss. Hierzu gehört einerseits die Technologie, welche den Zugriff ins Mobilfunknetz ermöglicht (GSM oder UMTS), andererseits aber auch (de)aktivierbare Funktionen wie E-Mail-Push oder WLAN. Der Energieverbrauch eines Mobiltelefons lässt sich somit nicht pauschal ermitteln. Ein Beispiel für den höheren Stromverbrauch durch UMTS ist das neue iPhone 3G, welches laut Herstellerangaben bei einem 3G-Verzicht die doppelte Laufzeit bzw. doppelte Sprechzeit bietet. 38

Aus diesem Grund soll eine Möglichkeit geschaffen werden, den Stromverbrauch in unterschiedlichen Zuständen bzw. bei unterschiedlichen Aktionen zu messen. Aufgrund der Daten kann dann z. B. berechnet werden, wie lange das Mobiltelefon im Standby sein kann, wie lange telefoniert werden oder wie viel heruntergeladen werden kann (siehe Kapitel 6 „Bestimmung der Batterie-Nutzungszeit“).

Die Tests sollen in Zukunft mithilfe eines in der Abteilung vorhandenen Test-Roboters und eines speziellen Testgerätes namens „Power Monitor“ durchgeführt werden.

³⁸ vgl. Kremp, Matthias: Doppelt so schnell, immer noch Mängel, 10.07.2008,

http://www.spiegel.de/netzwelt/mobil/0,1518,564892-4,00.html, Abruf der Seite: 25.08.2008.

13

Der Test-Roboter ist in der Lage, beliebige Mobiltelefone zu bedienen. Dies geschieht mithilfe eines Stößels, der die einzelnen Tasten entsprechend programmierbarer Szenarien betätigen kann (siehe Kapitel 4.4 „Automatisierte Mobiltelefon-Tests“).

Dieser Test-Roboter soll die Bedienung der Mobiltelefone bei den Tests übernehmen und die Möglichkeit erhalten, bei Bedarf die Messfunktion des Power Monitors zu aktivieren.

Des Weiteren soll ermöglicht werden, dass der Test-Roboter anfragen kann, ob die Aufzeichnung noch läuft oder beendet ist. Um dies zu beantworten, soll eine aus dem Startzeitpunkt und der Sekundenzahl des Vorgangs berechnete Antwort ausreichen.

Die Daten sollen unter einer ID als Dateiname im Binärformat der Original-Software gespeichert werden.

Um die Systeme unabhängig voneinander zu halten, eine bessere Lastverteilung und eine Portabilität des Testsystems mit dem Power Monitor zu ermöglichen, soll die Steuerung über das vorhandene Netzwerk erfolgen. Falls eine solche Umsetzung bei der Originalsoftware nicht möglich ist, soll eine eigene Software entwickelt werden, welche die Originalsoftware ergänzt oder ersetzt.

14

3.2 Messung der tatsächlich nutzbaren Akkukapazität

Eine Information, die für eine Prognose der Nutzungszeit wichtig ist, ist die tatsächlich nutzbare Akkukapazität.

Zwar steht auf den Akkus von Mobiltelefonen grundsätzlich deren Nennkapazität in mAh, es kommt allerdings zu Abweichungen von dieser Angabe. Die Kapazität eines Akkus entscheidet jedoch maßgeblich über die

Betriebsdauer der mobilen elektronischen Geräte. ³⁹ Da ein fabrikneuer Akku während der ersten Ladezyklen an Kapazität

gewinnt, ⁴⁰ sollen zunächst mehrere „Durchläufe“ gefahren werden. Unter einem Durchlauf wird im Folgenden ein Entladevorgang, gefolgt von einem Ladevorgang, verstanden. Der Endzustand eines solchen Durchlaufs ist also immer der Zustand „Erhaltungsladung“. Der Durchschnitt der letzten drei gemessenen Kapazitäten bei einem Entladevorgang wird als tatsächliche Akkukapazität gewertet.

Die Werte des Messvorgangs sollen einerseits direkt angezeigt, andererseits auch in eine txt-Datei und eine csv-Datei gespeichert werden. Die txt-Datei dient dabei der Protokollierung der Vorgänge, während die csv-Datei eine weitere Verarbeitung der Daten ermöglicht.

Sollte eine Nutzung der Originalsoftware nicht möglich sein, soll diese ebenfalls durch eine eigene Software ersetzt oder ergänzt werden.

³⁹ vgl. Haluschak, Bernhard: Akku-Kapazität im Test, 30.10.2007,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=211&pk=495768, Abruf der Seite: 25.08.2008.

⁴⁰ vgl. Haluschak, Bernhard: Akku-Kapazität im Test, 30.10.2007,

http://www.tecchannel.de/index.cfm?pid=211&pk=495768, Abruf der Seite: 25.08.2008.

15

16

4 Messung des Verbrauchs in unterschiedlichen Betriebsmodi

4.1 Physikalischer Aufbau

Um einen besseren Überblick über dieses Kapitel zu ermöglichen, soll zunächst der physische Aufbau kurz dargestellt werden, bevor dessen Komponenten genauer beschrieben werden.

Zentrale Komponente in diesem Aufbau ist ein Mobiltelefon. Dieses ist indirekt mit zwei PCs verbunden: • dem Roboter, der das Gerät bedient, und

• dem PC, an den der Power Monitor angeschlossen ist (im Folgenden: Steuer-PC) (Abbildung 3).

Eine Kommunikation bzw. Synchronisation zwischen diesen beiden Komponenten ist derzeit nicht gegeben. Teilaufgabe der vorliegenden Arbeit ist es, eine solche zu ermöglichen.