Automatisierte Messung der Batterie-Nutzungszeit von Mobilfunkgeräten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Einsatzszenarien

Programmierung zweier Java-Softwares


Diplomarbeit, 2009

100 Seiten, Note: 1,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen
2.1 Grundlagen Mobilfunk
2.1.1 Die zweite Generation des Mobilfunks
2.1.2 Die dritte Generation des Mobilfunks
2.2 Stromverbrauch bei Mobiltelefonen
2.3 Akku-Technologien
2.4 Verwendete Spezifikation (DG09)

3 Pflichtenheft und geplante Abnahmekriterien
3.1 Energieverbrauch des Mobiltelefons
3.2 Messung der tatsächlich nutzbaren Akkukapazität

4 Messung des Verbrauchs in unterschiedlichen Betriebsmodi
4.1 Physikalischer Aufbau
4.2 Vorhandene Hard- und Software
4.3 Steuerung des Power Monitors über Batch-Dateien
4.4 Automatisierte Mobiltelefon-Tests
4.4.1 Gründe für die Automatisierung der Tests
4.4.2 Kommunikative Fähigkeiten und Anforderungen des Test-Roboters
4.5 Steuerung über das Netzwerk
4.5.1 http-Requests
4.5.2 Jetty
4.5.3 War-Dateien
4.6 Versuchsaufbau
4.7 Planung und Realisierung der Software für die Steuerung des Power Monitors
4.7.1 Beschreibung der Software
4.7.1.1 Webseite bzw. Aufbau des http-Requests
4.7.1.2 Verarbeitung der Eingaben
4.8 Test der Software
4.9 Erfüllung der Anforderungen
4.10 Benutzung der Software
4.11 Offene Problemstellen
4.12 Ergebnisse und Ausblick

5 Messung der nutzbaren Akkukapazität
5.1 Kapazitätstests in anderen Unternehmen
5.2 Vorhandene Hard- und Software
5.3 Versuchsaufbau
5.4 Planung der Software für die Steuerung des Ladegerätes
5.4.1 Kommunikationsplan
5.4.2 Beschreibung der Klassen des Kommunikationsplans
5.4.2.1 Oberfläche
5.4.2.2 Kommandozentrale
5.4.2.3 LogWriter
5.4.2.4 Kommunikator
5.4.2.5 Sender …
5.4.3 Beschreibung der Kommunikationsstränge des Ablaufplans
5.4.3.1 Programmstart
5.4.3.2 Abfrage der Ergebnisse
5.4.3.3 Start eines Ladevorgangs
5.4.3.4 Umschaltung von „Laden“ auf „Entladen“
5.4.3.5 Beendigung des Programms
5.5 Realisierung
5.5.1 Oberfläche
5.5.1.1 Der Not-Aus-Button
5.5.1.2 Übernahme der Daten bei Kanalwechsel
5.5.1.3 (De)Aktivierung der Eingabefelder
5.5.1.4 Skalierung der Daten
5.5.1.5 Automatische Ergänzung bei fehlendem oder fehlerhaftem Akkunamen
5.5.1.6 Autoscroll der Textfelder
5.5.1.7 Ausgabe im zugehörigen Textfeld
5.5.2 Kommandozentrale
5.5.2.1 Reaktion auf empfangene ActionEvents
5.5.2.2 Berechnung der Kapazität
5.5.2.3 Die Methode „abbruchNachVorgang()“
5.5.3 LogWriter
5.5.3.1 Aufteilung in zwei Klassen
5.5.3.2 Unterschiedliche Inhalte von txt- und csv-Datei
5.5.4 Kommunikator
5.5.4.1 Das Nachrichtenformat
5.5.4.2 Nicht benötigte Datenpakete
5.5.4.3 Verlust von Datenpaketen
5.5.4.4 Name des Comm-Ports
5.5.5 Sender …
5.5.5.1 Java und der Zugriff auf die Comm-Schnittstelle
5.5.5.2 Das CMD-Protokoll der Schnittstelle
5.5.5.3 Senden nur, wenn keine Antwort aussteht
5.5.5.4 Lesen und Auswertung der Antworten des Ladegerätes ALC
5.5.6 Einstellbare Parameter
5.5.7 Zugriffsmodifizierer
5.6 Test der Software
5.7 Erfüllung der Anforderungen
5.8 Benutzung der Software
5.9 Offene Problemstellen
5.10 Ergebnisse und Ausblick

6 Bestimmung der Nutzungszeit

7 Fazit

Anhangsverzeichnis

Darstellungsverzeichnis

Screenshotverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Glossar

Literatur- und Quellenverzeichnis

Softwareverzeichnis

Inhaltsverzeichnis der beiliegenden CD

Erklärung

Lebenslauf

Anhang

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 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).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Organigramm

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an das Unternehmensorganigramm[4]

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.

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

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 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 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 GSM-basierten 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 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 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.

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).

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 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.

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.

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Aufbauschema Power Monitor

4.2 Vorhandene Hard- und Software

Für die Messung des Stromverbrauchs eines Mobiltelefons wurde ein spezielles Messgerät, ein „Power Monitor“ des Unternehmens Monsoon, angeschafft (Abbildung 4). Dieses Messgerät wird anstelle des Akkus an das Mobiltelefon angeschlossen und ist in der Lage, dessen Stromverbrauch zu messen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Monsoon Power Monitor

Quelle: Eigene Anfertigung

Der Power Monitor wird über USB an den Steuer-PC angeschlossen. Im Anschluss daran werden die Treiber und die Original-Software mithilfe der von der Internetseite des Herstellers herunterladbaren Software installiert.

Die Originalsoftware beinhaltet automatisch zwei Versionen: Eine Version mit einer graphischen Oberfläche (Screenshot 1) und eine Kommandozeilenversion (Screenshot 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Screenshot 1: Originalsoftware Power Tool

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Screenshot 2: Originalsoftware PowerToolCmd

Beide Versionen dienen primär dazu, den Strom einzuschalten und die Aufzeichnung zu starten.

Über die Version Power Tool (mit graphischer Oberfläche) werden zusätzlich eine Vielzahl an Visualisierungsmöglichkeiten angeboten, wie beispielsweise Graphen für Durchschnitts- und Maximumwerte. Im Gegensatz dazu bietet die Kommandozeilenversion nur die notwendigsten Steuermöglichkeiten, also Start von Strom und Messvorgang und die Abspeicherung der Daten in einer proprietären Binärdatei mit der Endung *.pt4.

Für diese Arbeit ist lediglich die Kommandozeilenversion PowerToolCmd von Bedeutung.

Eine Beschreibung der Inhalte der Binärdatei ist der Bedienungsanleitung des Power Monitors zu entnehmen.[41] Das Auslesen dieser Dateien und die Interpretation der Ergebnisse sind nicht Teil der Diplomarbeit.

Der Power Monitor entspricht nicht dem Messgerät, welches in der DG09 gefordert wird, er bietet jedoch durch ein anderes Messverfahren eine höhere Genauigkeit als das von der DG09 geforderte.

Die DG09 fordert eine Abtastrate von mind. 50.000 Messwerten/s bei einem Sample-and-Hold-Verfahren.[42] Dies bedeutet, dass alle 1/50.000 Sekunde der Strom in diesem Moment gemessen wird[43] (Abbildung 5, Punkt 1). Die hohe Abtastrate ist notwendig, um auch bei schnellen Stromänderungen präzise messen zu können. Trotzdem kann es vorkommen, dass schnelle Veränderungen nicht gemessen werden (Abbildung 5, Punkt 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Abtastverfahren

Quelle: Eigene Darstellung

Der Power Monitor liefert nur 5.000 Messwerte/s, allerdings wird hier ein integrierendes Messverfahren angewandt. Dabei wird nicht der Strom in diesem Moment gemessen, sondern die Eingangsspannung wird durch einen Integrator über die Zeit aufaddiert. Bei der Abfrage wird dann nicht der aktuelle Wert zu dem Zeitpunkt, sondern der mittlere Verbrauch über den gemessenen Zeitraum zurückgegeben[44] (Abbildung 5, Punkt 3).

Dadurch wird erreicht, dass der Stromverbrauch mit weniger Messwerten bei höherer Genauigkeit gemessen werden kann.

Ziel dieser Arbeit ist es, eine Steuermöglichkeit des Power Monitors über das Netzwerk zu ermöglichen, so dass der Test-Roboter in der Lage ist, eine Messung selbstständig zu veranlassen. Außerdem soll eine direkte Zuordnung zwischen den gespeicherten Messwerten und Aktionen des Test-Roboters über eine ID ermöglicht werden.

Die zu realisierende Schnittstelle bestand somit zwischen der Netzwerk­verbindung einerseits und der Steuerung der Kommandozeilenversion „PowerToolCmd“ andererseits. Wäre eine Steuerung über Batch-Dateien nicht möglich gewesen, hätte eine eigene Steuersoftware geschrieben werden müssen.

Da eine Steuerung der Software über Batchdateien möglich ist und Java in der Lage ist, sowohl solche Dateien auszuführen als auch Daten aus dem Netzwerk zu verwerten, wurde eine Nutzung der vorhandenen Software beschlossen.

4.3 Steuerung des Power Monitors über Batch-Dateien

Eine Batch-Datei (Dateiendung *.bat) ist eine Folge von Befehlen und Programmaufrufen, die vom DOS-Prompt aus eingegeben werden können. Jede Zeile enthält einen einzigen Befehl. Diese Befehle werden der Reihe nach abgearbeitet.[45]

Folgende Batchdatei löst beispielsweise die Stromzufuhr und eine zehnsekündige Aufzeichnung durch den Power Monitor aus:

PowerToolCmd /VOUT=4,20 /KEEPPOWER /NOEXITWAIT /SAVEFILE=datei.pt4 /TRIGGER=DTXD10A

Die Batch-Datei schickt folgenden Befehl im Klartext:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Aufbau des Batch-Befehls ist der Bedienungsanleitung des Power Monitors zu entnehmen.[46]

Die Steuerung des Power Monitors mit dem oben angegebenen Batch-Befehl erfolgte problemlos, allerdings war das gesamte System während der Messung komplett ausgelastet, so dass keine weiteren Aktionen am System mehr möglich waren.

[...]


[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.

[4] Ein vollständiges Organigramm des Unternehmens kann an dieser Stelle aus Datenschutzgründen nicht dargestellt werden.

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

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

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

[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.

[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.

[41] vgl. Mobile Device Power Monitor Manual Version 1.3.

[42] vgl. GSM Association: DG 09 V4.5.1, 14. September 2007.

[43] vgl. Vohburger, Markus: Schaltplan Schaltung Bauplan Sample and Hold Signale einfach einfrieren, http://www.schaltplaene-online.de/cms/cms.php/188.html, Abruf der Seite: 21.10.2008.

[44] vgl. Hamann, Manfred: Integrierende Analog-Digital-Wandler (Version 2.701), http://public.rz.fh-wolfenbuettel.de/~hamannm/umdrucke/mtlab2v701.pdf, Abruf der Seite: 25.10.2008.

[45] vgl. Dolkemeier, Ernst: Kennzeichen von Batch-Programmen, http://www.dolkemeier.de/schule/os/DOS/batch1.html, Abruf der Seite: 25.10.2008.

[46] vgl. Mobile Device Power Monitor Manual Version 1.3.

Ende der Leseprobe aus 100 Seiten

Details

Titel
Automatisierte Messung der Batterie-Nutzungszeit von Mobilfunkgeräten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Einsatzszenarien
Untertitel
Programmierung zweier Java-Softwares
Hochschule
Rheinische Fachhochschule Köln
Note
1,0
Autor
Jahr
2009
Seiten
100
Katalognummer
V142525
ISBN (eBook)
9783640534364
ISBN (Buch)
9783640534296
Dateigröße
2901 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Java, Programmierung, Software, Akkukapazität, Mobilfunk, Kapazität, Mobilfunkgeräte, LiIon, Battery Lifetime, Spannung, T-Mobile
Arbeit zitieren
Janina Lappe (Autor), 2009, Automatisierte Messung der Batterie-Nutzungszeit von Mobilfunkgeräten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Einsatzszenarien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/142525

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