Việc sử dụng đài phát không dây để chuyển dữ liệu có thể là một trong những nguồn tiêu hao pin đáng kể nhất của ứng dụng. Để giảm thiểu tình trạng hao pin liên quan đến hoạt động mạng, bạn cần phải hiểu rõ cách mô hình kết nối sẽ ảnh hưởng đến phần cứng vô tuyến cơ bản.
Phần này giới thiệu về máy trạng thái vô tuyến không dây và giải thích cách mô hình kết nối của ứng dụng tương tác với máy đó. Sau đó, tài liệu này sẽ cung cấp một số kỹ thuật mà nếu bạn làm theo, sẽ giúp giảm thiểu tác động của mức tiêu thụ dữ liệu của ứng dụng đối với pin.
Máy trạng thái radio
Đài phát thanh không dây trên thiết bị của người dùng có các tính năng tiết kiệm pin tích hợp giúp giảm thiểu mức tiêu thụ pin. Khi hoạt động hết công suất, đài phát thanh không dây sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng, nhưng khi không hoạt động hoặc ở chế độ chờ, đài phát thanh sẽ tiêu thụ rất ít năng lượng.
Một yếu tố quan trọng cần nhớ là đài không thể chuyển từ chế độ chờ sang hoạt động hoàn toàn ngay lập tức. Có một khoảng thời gian trễ liên quan đến việc "bật" đài. Vì vậy, pin chuyển từ trạng thái năng lượng cao hơn sang trạng thái năng lượng thấp hơn một cách chậm rãi để tiết kiệm pin khi không sử dụng, đồng thời cố gắng giảm thiểu độ trễ liên quan đến việc "bật" đài.
Máy trạng thái cho vô tuyến mạng 3G thông thường bao gồm ba trạng thái năng lượng:
- Công suất đầy đủ: Được dùng khi có kết nối, cho phép thiết bị chuyển dữ liệu ở tốc độ cao nhất có thể.
- Tiết kiệm pin: Trạng thái trung gian giúp giảm mức tiêu thụ pin xuống khoảng 50%.
- Chế độ chờ: Trạng thái tiêu thụ điện năng tối thiểu khi không có kết nối mạng nào hoạt động.
Mặc dù các trạng thái chờ và trạng thái thấp tiêu hao pin ít hơn đáng kể, nhưng các trạng thái này cũng gây ra độ trễ đáng kể cho các yêu cầu mạng. Quá trình chuyển về trạng thái nguồn đầy đủ từ trạng thái nguồn thấp mất khoảng 1, 5 giây và quá trình chuyển từ trạng thái chờ sang trạng thái nguồn đầy đủ có thể mất hơn 2 giây.
Để giảm thiểu độ trễ, máy trạng thái sử dụng độ trễ để trì hoãn việc chuyển đổi sang các trạng thái có mức năng lượng thấp hơn. Hình 1 sử dụng thời gian của AT&T cho một đài phát 3G thông thường.
Hình 1. Máy trạng thái vô tuyến không dây 3G thông thường.
Máy trạng thái vô tuyến trên mỗi thiết bị, đặc biệt là độ trễ chuyển đổi có liên quan ("thời gian đuôi") và độ trễ khởi động, sẽ khác nhau dựa trên công nghệ vô tuyến không dây được triển khai (3G, LTE, 5G, v.v.) cũng như được xác định và định cấu hình bởi mạng của nhà mạng nơi thiết bị đang hoạt động.
Trang này mô tả một máy trạng thái đại diện cho một đài phát vô tuyến 3G thông thường, dựa trên dữ liệu do AT&T cung cấp. Tuy nhiên, các nguyên tắc chung và phương pháp hay nhất có thể áp dụng cho tất cả các phương thức triển khai đài phát không dây.
Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với hoạt động duyệt web thông thường trên thiết bị di động vì nó tránh được độ trễ không mong muốn khi người dùng duyệt web. Thời gian kết thúc tương đối thấp cũng đảm bảo rằng sau khi một phiên duyệt web kết thúc, đài phát có thể chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn.
Thật không may, phương pháp này có thể dẫn đến các ứng dụng không hiệu quả trên các hệ điều hành hiện đại của điện thoại thông minh như Android, nơi các ứng dụng chạy cả ở nền trước (trong đó độ trễ là yếu tố quan trọng) và trong nền (nơi nên ưu tiên thời lượng pin).
Mức tác động của ứng dụng đối với máy trạng thái của đài
Mỗi khi bạn tạo một kết nối mạng mới, đài sẽ chuyển sang trạng thái nguồn đầy đủ. Trong trường hợp của máy trạng thái vô tuyến 3G thông thường được mô tả ở trên, máy này sẽ vẫn ở trạng thái đầy đủ năng lượng trong suốt thời gian chuyển – cộng thêm 5 giây thời gian kết thúc – sau đó là 12 giây ở trạng thái năng lượng thấp. Vì vậy, đối với một thiết bị 3G thông thường, mỗi phiên chuyển dữ liệu sẽ khiến radio tiêu thụ năng lượng trong ít nhất 18 giây.
Trong thực tế, điều này có nghĩa là một ứng dụng thực hiện việc chuyển dữ liệu trong một giây, ba lần mỗi phút, sẽ luôn duy trì hoạt động của đài phát thanh không dây, chuyển đài phát thanh đó quay lại công suất cao ngay khi chuyển sang chế độ chờ.
Hình 2. Mức sử dụng năng lượng tương đối của đài phát không dây để chuyển dữ liệu trong một giây, chạy 3 lần mỗi phút. Hình này không bao gồm độ trễ "bật nguồn" giữa các lần chạy.
Để so sánh, nếu cùng một ứng dụng gói các lượt chuyển dữ liệu, chạy một lượt chuyển 3 giây mỗi phút, thì điều này sẽ giúp đài phát ở trạng thái công suất cao tổng cộng chỉ 20 giây mỗi phút. Điều này cho phép đài phát thanh ở chế độ chờ trong 40 giây mỗi phút, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ pin.
Hình 3. Mức sử dụng năng lượng tương đối của đài phát thanh không dây cho các lượt chuyển 3 giây chạy một lần mỗi phút.
Kỹ thuật tối ưu hoá
Sau khi bạn đã hiểu quyền truy cập mạng ảnh hưởng như thế nào đến thời lượng pin, hãy bàn về một số việc bạn có thể làm để giảm mức tiêu hao pin, đồng thời mang lại trải nghiệm nhanh chóng và linh hoạt cho người dùng.
Gói chuyển dữ liệu
Như đã nêu trong phần trước, việc gộp các lượt chuyển dữ liệu để bạn chuyển nhiều dữ liệu hơn nhưng ít thường xuyên hơn là một trong những cách tốt nhất để cải thiện hiệu suất pin.
Tất nhiên, không phải lúc nào bạn cũng có thể làm việc này nếu ứng dụng của bạn cần nhận hoặc gửi dữ liệu ngay lập tức để phản hồi một hành động của người dùng. Bạn có thể giảm thiểu điều này bằng cách dự đoán và tìm nạp trước dữ liệu. Các trường hợp khác, chẳng hạn như gửi nhật ký hoặc số liệu phân tích đến máy chủ và các hoạt động chuyển dữ liệu không khẩn cấp khác do ứng dụng khởi tạo, rất phù hợp với việc tạo lô và gói. Hãy xem phần Tối ưu hoá các tác vụ do ứng dụng khởi tạo để biết các mẹo về cách lên lịch chuyển dữ liệu mạng ở chế độ nền.
Tìm nạp trước dữ liệu
Tìm nạp trước dữ liệu là một cách hiệu quả khác để giảm số phiên chuyển dữ liệu độc lập mà ứng dụng của bạn chạy. Với tìm nạp trước, khi người dùng thực hiện một hành động trong ứng dụng, ứng dụng sẽ dự đoán dữ liệu nào có khả năng cần thiết nhất cho loạt hành động tiếp theo của người dùng và tìm nạp dữ liệu đó trong một gói duy nhất, qua một kết nối duy nhất, ở mức tối đa.
Bằng cách tải trước các quá trình chuyển, bạn sẽ giảm được số lần kích hoạt radio cần thiết để tải dữ liệu xuống. Nhờ đó, bạn không chỉ tiết kiệm pin, mà còn cải thiện độ trễ, giảm băng thông bắt buộc và giảm thời gian tải xuống.
Quá trình tìm nạp trước cũng giúp cải thiện trải nghiệm người dùng bằng cách giảm thiểu độ trễ trong ứng dụng do phải chờ quá trình tải xuống hoàn tất rồi mới thực hiện một hành động hoặc xem dữ liệu.
Sau đây là một ví dụ thực tế.
Người đọc tin tức
Nhiều ứng dụng tin tức cố gắng giảm băng thông bằng cách chỉ tải các dòng tiêu đề xuống sau khi người dùng chọn một danh mục, chỉ tải toàn bộ bài viết xuống khi người dùng muốn đọc và chỉ tải hình thu nhỏ xuống khi người dùng cuộn vào chế độ xem.
Khi sử dụng phương pháp này, đài phát thanh buộc phải duy trì trạng thái hoạt động trong phần lớn phiên đọc tin tức của người dùng khi họ cuộn tiêu đề, thay đổi danh mục và đọc bài viết. Không chỉ vậy, việc liên tục chuyển đổi giữa các trạng thái năng lượng dẫn đến độ trễ đáng kể khi chuyển đổi danh mục hoặc đọc bài viết.
Một phương pháp tốt hơn là tìm nạp trước một lượng dữ liệu hợp lý khi khởi động, bắt đầu bằng nhóm tiêu đề và hình thu nhỏ tin tức đầu tiên – đảm bảo thời gian khởi động có độ trễ thấp – và tiếp tục với các tiêu đề và hình thu nhỏ còn lại, cũng như văn bản bài viết cho mỗi bài viết có trong ít nhất danh sách tiêu đề chính.
Một cách khác là tìm nạp trước mọi dòng tiêu đề, hình thu nhỏ, văn bản bài viết và thậm chí cả hình ảnh đầy đủ của bài viết – thường ở chế độ nền theo lịch trình được xác định trước. Phương pháp này có nguy cơ tiêu tốn đáng kể băng thông và thời lượng pin để tải nội dung không bao giờ được sử dụng xuống, vì vậy, bạn nên triển khai phương pháp này một cách thận trọng.
Các yếu tố cần cân nhắc khác
Mặc dù việc tải trước dữ liệu mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc tải trước dữ liệu quá mức cũng làm tăng nguy cơ tiêu hao pin và sử dụng băng thông, cũng như hạn mức tải xuống bằng cách tải dữ liệu không dùng đến. Bạn cũng cần đảm bảo rằng tính năng tải trước không làm chậm quá trình khởi động ứng dụng trong khi ứng dụng chờ quá trình tải trước hoàn tất. Trong thực tế, điều đó có thể có nghĩa là xử lý dữ liệu một cách liên tục hoặc bắt đầu các lượt chuyển liên tiếp được ưu tiên để dữ liệu cần thiết cho việc khởi động ứng dụng được tải xuống và xử lý trước tiên.
Mức độ tích cực tải trước dữ liệu phụ thuộc vào kích thước của dữ liệu đang được tải xuống và khả năng dữ liệu đó được sử dụng. Dưới đây là hướng dẫn sơ bộ, dựa trên máy trạng thái được mô tả trước đó, đối với dữ liệu có 50% khả năng được sử dụng trong phiên người dùng hiện tại, bạn thường có thể tải trước trong khoảng 6 giây (khoảng 1-2 megabyte) trước khi chi phí tiềm ẩn của việc tải dữ liệu không sử dụng xuống khớp với mức tiết kiệm tiềm năng của việc không tải dữ liệu đó xuống.
Nói chung, bạn nên tải trước dữ liệu để chỉ cần bắt đầu tải xuống một lần nữa sau mỗi 2 đến 5 phút và theo thứ tự từ 1 đến 5 megabyte.
Theo nguyên tắc này, các tệp tải xuống có kích thước lớn (chẳng hạn như tệp video) nên được tải xuống theo từng phần trong khoảng thời gian đều đặn (mỗi 2 đến 5 phút), chỉ tải trước hiệu quả dữ liệu video có thể được xem trong vài phút tới.
Một giải pháp là lên lịch tải xuống toàn bộ chỉ khi kết nối với Wi-Fi và có thể chỉ khi thiết bị đang sạc. WorkManager API hỗ trợ chính xác trường hợp sử dụng này, cho phép bạn hạn chế công việc ở chế độ nền cho đến khi thiết bị đáp ứng các tiêu chí do nhà phát triển chỉ định, chẳng hạn như sạc và kết nối Wi-Fi.
Kiểm tra khả năng kết nối trước khi đưa ra yêu cầu
Tìm kiếm tín hiệu di động là một trong những thao tác tiêu tốn nhiều pin nhất trên thiết bị di động. Phương pháp hay nhất cho các yêu cầu do người dùng khởi tạo là trước tiên, hãy kiểm tra kết nối bằng ConnectivityManager, như minh hoạ trong phần Theo dõi trạng thái kết nối và đo lượng dữ liệu kết nối.
Nếu không có mạng, ứng dụng có thể tiết kiệm pin bằng cách không buộc đài phát trên thiết bị di động phải tìm kiếm. Sau đó, bạn có thể lên lịch và thực hiện yêu cầu này cùng với các yêu cầu khác theo lô khi tạo kết nối.
Kết nối nhóm
Ngoài việc tạo lô và tải trước, bạn có thể sử dụng thêm một chiến lược khác là gộp các kết nối mạng của ứng dụng.
Việc sử dụng lại kết nối mạng hiện có thường sẽ hiệu quả hơn so với bắt đầu kết nối mạng mới. Việc sử dụng lại các kết nối cũng cho phép mạng phản ứng thông minh hơn với tình trạng tắc nghẽn và các vấn đề liên quan đến dữ liệu mạng.
HttpURLConnection và hầu hết các ứng dụng HTTP (chẳng hạn như OkHttp) sẽ bật tính năng gộp kết nối theo mặc định và sử dụng lại cùng một kết nối cho nhiều yêu cầu.
Tóm tắt và hướng tới tương lai
Trong phần này, bạn đã tìm hiểu nhiều về đài phát thanh không dây và một số chiến lược mà bạn có thể áp dụng rộng rãi để mang lại trải nghiệm nhanh chóng, nhạy bén cho người dùng trong khi giảm tình trạng hao pin.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét chi tiết ba loại tương tác mạng khác nhau phổ biến với hầu hết các ứng dụng. Bạn sẽ tìm hiểu các yếu tố thúc đẩy cho từng loại này cũng như các kỹ thuật và API hiện đại để quản lý hiệu quả các lượt tương tác này.