Atualmente, a estimativa é de que existam 6 bilhões de aparelhos móveis no planeta, conforme pesquisa da multinacional do setor Cisco Systems. Segundo projeções futuras, o número de dispositivos deve ultrapassar a quantidade de habitantes no mundo, calculada em 7 bilhões de pessoas.

A inovação desenvolvida na Unicamp poderá ser implementada por meio de um programa integrado ao software embarcado (sistema embutido) do aparelho. Para que chegue ao mercado é necessário que fabricantes do setor tenham interesse em aproveitar a tecnologia. O pedido de patente já foi depositado pela Agência de Inovação Inova Unicamp junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (Inpi).

O desenvolvimento do sistema foi coordenado pelo físico Varese Salvador Timóteo, docente do Departamento de Informática da Faculdade de Tecnologia (FT). Ele informa que o método é voltado aos dispositivos móveis que utilizam a rede de dados de terceira geração (3G). As redes 3G, como são conhecidas, foram projetadas para prover tráfego de dados em banda larga. Elas substituem os padrões de segunda geração (2G), desenvolvidos para o tráfego de voz.

“Quando a 3G foi implementada no Brasil percebemos que a duração da bateria era muito precária em comparação com os sistemas antigos. Num sistema de segunda geração, por exemplo, o telefone ficaria uma semana inteira sem precisar de recarga. E num smartphone 3G, com a rede de dados ativa, a bateria dura algumas horas. Isso é muito nítido, o tempo inteiro você precisa ficar plugado, recarregando”, enfatiza o professor da Unicamp.

Varese Timóteo explica que o padrão 3G possibilitou a implementação da banda larga nos dispositivos móveis, com canais dedicados à transmissão de dados em alta velocidade. Mas esta modernização trouxe alto consumo de energia. Além disso, a cada dia são ampliadas as funcionalidades e os aplicativos dos aparelhos, que estão menores fisicamente. Isto também diminui a capacidade de armazenamento de carga da bateria.

“Já existem fabricantes desenvolvendo pesquisas no sentido de que as baterias dos seus aparelhos móveis durem mais. Mas não podemos esquecer que existe um lado comercial para esta questão. Quanto mais é recarregada, mais a bateria vai perdendo sua capacidade de armazenar carga. E chega um momento em que o usuário tem que comprar outra ou trocar o aparelho”, expõe.

A bateria dos dispositivos móveis também passou por aprimoramentos nos últimos anos, reconhece o pesquisador da Unicamp. O objetivo foi justamente aumentar a capacidade de armazenamento em espaços físicos cada vez menores. As principais melhorias levaram em conta o material utilizado. Na década de 1980 começaram a ser empregadas as baterias de níquel cádmio (NiCd) e de hidreto metálico de níquel (NiMH), bastante volumosas em relação às atuais.

A partir de 1990 foram introduzidas as de íons de lítio (Li-ion), mais duráveis e menores. Atualmente, as baterias de polímero de lítio (Li-Poly) prometem alta capacidade em espaços físicos ainda mais reduzidos. Varese Timóteo considera, no entanto, que nenhuma delas possui capacidade suficiente para manter o aparelho ligado por vários dias, principalmente quando o dispositivo está utilizando a rede de dados em banda larga.

Linha de pesquisa

A pesquisa que culminou na tecnologia para reduzir o consumo das baterias integrou mestrado defendido no final de 2011 pelo tecnólogo em telecomunicações e informática Tito Ricardo Bianchin Oliveira. A investigação, apresentada junto ao programa de mestrado da FT, foi orientada pelo professor Varese Timóteo. O trabalho também contou com a participação do docente Edson Luiz Ursini, como coorientador.

A tecnologia insere-se no âmbito de linha de pesquisa da FT que visa propor soluções para redes de telecomunicações, comunicações móveis e tráfego multimídia. O sistema desenvolvido deve ter desdobramentos em pesquisas futuras, indica o físico da Unicamp.

“Implementar o sistema nos aparelhos por meio de parcerias com fabricantes do setor é um dos desdobramentos. O outro seria adaptar a tecnologia para funcionar também em dispositivos móveis 4G [quarta geração], que deverá ser implementada nos próximos anos. Também iremos participar do Desafio Unicamp, uma competição de inovação tecnológica realizada pela Universidade”, revela.

Problema e solução

O orientador do estudo esclarece a origem do alto consumo de energia na rede 3G. Ela está relacionada ao tempo em que os aparelhos ficam com os canais de tráfego ativados. “Ao transferir uma foto, por exemplo, o seu dispositivo recebe pacotes de dados que contém a informação correspondente àquela foto. Só que o aparelho recebe também outros pacotes, que chamamos de pacotes indesejados. Eles não têm serventia, mas também são responsáveis pela ativação dos canais de dados”, especifica.

Ao receber estes pacotes, o dispositivo móvel verifica e descarta aqueles indesejados. “Mas isso requer o processamento, o que consome energia. Portanto, mesmo quando você recebe informação que não é relevante, nem útil, o seu dispositivo vai ativar o canal de dados e consumir mais energia”, exemplifica.

Para solucionar o problema, é preciso prever o melhor momento de ativar e desativar os canais de dados. “Para tanto é necessário ‘conhecer’ o tráfego”, aponta o físico da FT. A partir deste ‘conhecimento’ é possível propor uma transição mais eficiente entre os diferentes canais utilizados pelos dispositivos.

As operadoras estipularam um valor fixo para o temporizador responsável pelo controle destas transições, que variam conforme o tráfego da rede. O objetivo seria otimizar o consumo de energia. Mas por ser estático – cada operadora determinou um valor fixo – o sistema não é tão eficiente, pois o valor do temporizador não vai ser adequado em qualquer condição de tráfego.

“O que nós fizemos foi uma sofisticação no comportamento do telefone. Ao invés do dispositivo usar este valor fixo estabelecido pela operadora, ele passa a fazer a transição com base em um modelo de predição, acoplado ao software que processa os dados no telefone. Este modelo prevê, com base na observação do tráfego de pacotes, qual é o melhor valor para o temporizador”, indica Varese Timóteo.

Deste modo, a solução funciona dinamicamente em tempo real conforme o tráfego da rede. Isso porque o aparelho já não depende mais dos valores fixos estipulados pela operadora da rede. Com o sistema, não é necessário alterações no padrão da rede, nem no hardware do aparelho.

Filtro de Kalman

Os pesquisadores utilizaram no método de previsão o modelo matemático criado por Rudolf Kalman, conhecido como filtro de Kalman. O filtro permite prever o fluxo de pacotes recebidos pelo dispositivo móvel. A transição entre os canais pode ser controlada por um temporizador cujo valor é determinado levando-se em conta o tráfego conhecido através do filtro de Kalman.

“Os modelos de predição possuem diversas aplicações. Eles podem ser empregados, por exemplo, em módulos de injeção eletrônica de automóveis. Poderiam ser utilizados outros modelos, mas optamos pelo filtro de Kalman devido à sua excelente adequação para previsões em tempo real e utilização em previsões de tráfego em redes de comunicação”, justifica o orientador.

Ainda de acordo com ele, os modelos de simulação foram validados usando dados reais das redes móveis 3G. “Simulamos o comportamento do dispositivo usando o valor fixo da operadora e, depois, com o nosso sistema, que é dinâmico. A estimativa é de uma economia de 20% de energia, um valor bastante considerável”, conclui.

Publicação

Dissertação: Otimização do consumo de energia em terminais móveis 3G
Autor: Tito Ricardo Bianchin Oliveira
Orientador: Varese Salvador Timóteo
Coorientador: Edson Luiz Ursini
Unidade: Faculdade de Tecnologia (FT)