El uso de la radio inalámbrica para transferir datos es quizás una de las fuentes más importantes de consumo de la batería de tu app. Con el fin de minimizar el consumo de la batería asociado con la actividad de red, es esencial que comprendas cómo el modelo de conectividad afecta al hardware subyacente de la radio.
En esta sección, se presenta la máquina de estado de la radio inalámbrica y se explica cómo el modelo de conectividad de tu app interactúa con ella. Luego, ofrece varias técnicas que, si se siguen, ayudarán a minimizar el efecto del consumo de datos de tu app en la batería.
Máquina de estado de radio
La radio inalámbrica del dispositivo del usuario tiene funciones integradas de ahorro de energía que ayudan a minimizar la cantidad de batería que consume. Cuando está completamente activa, la radio inalámbrica consume una gran cantidad de energía, pero cuando está inactiva o en modo de espera, consume muy poca.
Un factor importante que debes recordar es que la radio no puede pasar de modo de espera a completamente activa de forma instantánea. Hay un período de latencia asociado con el "encendido" de la radio. Por lo tanto, la batería transiciona de estados de energía más alta a estados de energía más baja lentamente para conservar la energía cuando no está en uso y, al mismo tiempo, intenta minimizar la latencia asociada con el "encendido" de la radio.
La máquina de estado de una radio de red 3G típica consta de tres estados de energía:
- Energía completa: Se utiliza cuando una conexión está activa, lo que permite que el dispositivo transfiera datos a la máxima velocidad posible.
- Energía baja: Se trata de un estado intermedio que reduce el consumo de batería en aproximadamente un 50%.
- En espera: Es el estado de consumo de energía mínimo durante el cual no se activa ninguna conexión de red.
Si bien los estados "energía baja" y "en espera" consumen mucha menos batería, también presentan una latencia significativa para las solicitudes de red. Regresar al estado de energía completa desde el estado de energía baja lleva aproximadamente 1.5 segundos, y pasar del modo de espera al estado de energía completa puede llevar más de 2 segundos.
Para minimizar la latencia, la máquina de estado usa un retraso para posponer la transición a estados de energía más baja. En la figura 1, se muestran los tiempos de AT&T para una radio 3G típica.
Figura 1: Máquina de estado de radio inalámbrica 3G convencional
La máquina de estado de radio en cada dispositivo, particularmente el retraso de transición asociado ("tiempo de cola") y la latencia de inicio, variarán según la tecnología de radio inalámbrica empleada (3G, LTE, 5G, etc.) y están definidos y configurados por la red del operador a través de la cual opera el dispositivo.
En esta página, se describe una máquina de estado representativa para una radio inalámbrica 3G típica basada en datos proporcionados por AT&T. Sin embargo, los principios generales y las prácticas recomendadas resultantes se aplican a todas las implementaciones de radio inalámbrica.
Este enfoque es muy eficaz para la navegación web móvil típica, ya que evita la latencia no deseada mientras los usuarios navegan por la Web. El tiempo de cola relativamente bajo también garantiza que, una vez que haya finalizado la sesión de navegación, la radio podrá pasar a un estado de menor energía.
Lamentablemente, este enfoque puede conducir a apps ineficaces en los sistemas operativos de smartphones modernos como Android, donde las apps se ejecutan tanto en primer plano (donde la latencia es importante) como en segundo plano (donde se debe priorizar la duración de la batería).
Qué tipo de impacto tienen las apps en la máquina de estado de radio
Cada vez que creas una nueva conexión de red, la radio pasa al estado de energía completa. En el caso de la típica máquina de estado de radio 3G que se describió anteriormente, permanecerá con energía completa durante la duración de la transferencia, más 5 segundos adicionales de tiempo de cola, seguidos de 12 segundos en el estado de energía baja. Entonces, para un dispositivo 3G típico, cada sesión de transferencia de datos hará que la radio tome energía durante al menos 18 segundos.
En la práctica, esto significa que una app que realiza una transferencia de datos de un segundo, tres veces por minuto, mantendrá la radio inalámbrica siempre activa y la devolverá al estado de energía alta justo cuando esté a punto de entrar en modo de espera.
Figura 2: Uso de energía de radio inalámbrica relativa para una transferencia de un segundo que se ejecuta tres veces por minuto La cifra excluye la latencia de "encendido" entre ejecuciones.
En comparación, si la misma app empaquetara sus transferencias de datos y ejecutara una sola transferencia de tres segundos por minuto, esto mantendría la radio en el estado de energía alta durante solo 20 segundos por minuto en total. Esto permitiría que la radio esté en espera durante 40 segundos de cada minuto, lo que generaría una reducción significativa en el consumo de la batería.
Figura 3: Uso de energía de radio inalámbrica relativa para transferencias de tres segundos que se ejecutan una vez por minuto
Técnicas de optimización
Ahora que comprendes cómo el acceso a la red afecta la duración de la batería, hablemos sobre algunas cosas que puedes hacer para ayudar a reducir el consumo de batería y, al mismo tiempo, brindar una experiencia del usuario rápida y fluida.
Transferencias de datos agrupadas
Como se indicó en la sección anterior, agrupar las transferencias de datos para transferir más datos con menos frecuencia es una de las mejores formas de mejorar la eficiencia de la batería.
Por supuesto, esto no siempre es posible si tu app necesita recibir o enviar datos de inmediato en respuesta a una acción del usuario. Para mitigar este problema, puedes anticipar y precargar los datos. Otros casos, como el envío de registros o estadísticas a un servidor y otras transferencias de datos no urgentes iniciadas por la app, se prestan muy bien al procesamiento por lotes y a la agrupación. Consulta Cómo optimizar las tareas iniciadas por la app para obtener sugerencias sobre la programación de transferencias de red en segundo plano.
Carga previa de datos
La precarga de datos es otra forma eficaz de reducir la cantidad de sesiones de transferencia de datos independientes que ejecuta tu app. Con la precarga, cuando el usuario realiza una acción en tu app, esta anticipa los datos que probablemente se necesitarán para las próximas acciones y los obtiene todos juntos en un solo pico de actividad, a través de una única conexión, con capacidad completa.
Mediante la carga de las transferencias, se reduce la cantidad de activaciones de radio necesarias para descargar los datos. Como resultado, no solo se conserva la vida útil de la batería, sino que también se mejora la latencia, se reduce el ancho de banda requerido y se reducen los tiempos de descarga.
La carga previa también proporciona una experiencia del usuario mejorada, ya que minimiza la latencia en la app causada por esperar a que se completen las descargas antes de realizar una acción o mostrar datos.
Este es un ejemplo práctico.
Lector de noticias
Muchas apps de noticias intentan reducir el ancho de banda descargando titulares solo después de que se ha seleccionado una categoría, artículos completos solo cuando el usuario quiere leerlos y miniaturas cuando se desplaza la vista.
Con este enfoque, la radio se verá obligada a permanecer activa durante la sesión de lectura de noticias de la mayoría de los usuarios a medida que se desplacen por los titulares, cambien las categorías y lean artículos. Como si esto fuera poco, el cambio constante entre estados de energía genera una latencia significativa cuando se cambia de categoría o se leen artículos.
Un mejor enfoque es realizar una recuperación previa de una cantidad razonable de datos al inicio, comenzando con el primer conjunto de titulares y miniaturas de noticias (lo que garantiza un tiempo de inicio de baja latencia) y continuando con los titulares y las miniaturas restantes, así como el texto del artículo para cada artículo disponible en, al menos, la lista de titulares principal.
Otra alternativa es precargar todos los titulares; miniaturas; textos del artículo; y, posiblemente, imágenes completas del artículo (en general, en segundo plano y en un horario predeterminado). Con este enfoque, se corre el riesgo de dedicar una gran cantidad de ancho de banda y duración de la batería a la descarga de contenido que nunca se usará, por lo que debe implementarse con precaución.
Consideraciones adicionales
Si bien la precarga de datos ofrece muchos beneficios, si se usa demasiado, también presenta el riesgo de aumentar el consumo de la batería y el ancho de banda, así como la cuota de descarga, ya que se descargan datos que no se usan. También es importante garantizar que la precarga no retrase el inicio de la app mientras la aplicación espera a que se complete. En términos prácticos, puede significar que se procesen datos de forma progresiva o que se inicien transferencias consecutivas con prioridad, de modo que se descarguen y se procesen primero los datos necesarios para el inicio de la app.
La intensidad de la precarga de datos depende del tamaño de los datos que se descargan y de la probabilidad de que se usen. Como guía aproximada, según la máquina de estados descrita anteriormente, para los datos que tienen un 50% de probabilidades de usarse en la sesión del usuario actual, por lo general, puedes realizar una recuperación previa durante unos 6 segundos (aproximadamente de 1 a 2 megabytes) antes de que el costo potencial de descargar datos no utilizados coincida con el ahorro potencial de no descargar esos datos desde el principio.
En términos generales, te recomendamos precargar los datos de modo que solo tengas que iniciar otra descarga cada 2 a 5 minutos y en el orden de 1 a 5 megabytes.
Según este principio, las descargas grandes, como los archivos de video, se deben realizar por partes a intervalos regulares (cada 2 a 5 minutos), y se deben precargar de manera eficaz solo los datos de video que posiblemente se vean en los próximos minutos.
Una solución es programar la descarga completa para que se produzca solo cuando haya conexión a Wi-Fi y, posiblemente, solo cuando el dispositivo se esté cargando. La API de WorkManager admite exactamente este caso de uso, ya que te permite restringir el trabajo en segundo plano hasta que el dispositivo cumpla con los criterios especificados por el desarrollador, como estar cargando y conectado a Wi-Fi.
Verifica la conectividad antes de realizar solicitudes
La búsqueda de señal celular es una de las operaciones que más consumen la batería de un dispositivo móvil. Una práctica recomendada para las solicitudes iniciadas por el usuario es comprobar primero si hay una conexión con ConnectivityManager, como se muestra en Cómo supervisar el estado de conectividad y la medición de la conexión.
Si no hay ninguna red, la app puede evitar que la radio móvil realice búsquedas para ahorrar batería. Luego, la solicitud se puede programar y realizar en un lote con otras solicitudes cuando se establece una conexión.
Conexiones de grupo
Una estrategia adicional que puede ayudar, además de la agrupación por lotes y la recuperación previa, es agrupar las conexiones de red de tu app.
En general, es más eficiente reutilizar las conexiones de red existentes que iniciar otras nuevas. La reutilización de las conexiones también permite que la red reaccione de manera más inteligente ante la congestión y los problemas de datos de red relacionados.
HttpURLConnection y la mayoría de los clientes HTTP, como OkHttp, habilitan la agrupación de conexiones de forma predeterminada y reutilizan la misma conexión para varias solicitudes.
Resumen y perspectivas
En esta sección, aprendiste mucho sobre la radio inalámbrica y algunas estrategias que puedes aplicar de forma general para proporcionar una experiencia del usuario rápida y con capacidad de respuesta, a la vez que reduces el consumo de batería.
En la siguiente sección, analizaremos en detalle tres tipos distintos de interacciones de red que son comunes en la mayoría de las apps. Aprenderás sobre los factores que impulsan cada uno de estos tipos, así como las técnicas y las APIs modernas para administrar estas interacciones de manera eficiente.