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, se ofrecen varias técnicas que, cuando 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 de tu 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 espera, consume muy poca energía.
Un factor importante que debes recordar es que la radio no puede pasar del modo en espera a estar activa por completo de forma instantánea. Existe un período de latencia asociado con el "encendido" de la radio. Por lo tanto, la batería pasa de los estados de energía más alta a los más bajos con lentitud para conservar la energía cuando no está en uso y, al mismo tiempo, se 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: Es un estado intermedio que reduce el consumo de energía de la batería en aproximadamente un 50%.
- En espera: Es el estado de consumo de energía mínimo durante el cual no se encuentra 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 tarda alrededor de 1.5 segundos, y pasar del modo de espera al modo 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, en particular 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 la define y configura 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, según los 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 particularmente eficaz para la navegación web en dispositivos móviles 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 generar apps ineficientes en los sistemas operativos de smartphones modernos, como Android, en los que las apps se ejecutan tanto en primer plano (donde la latencia es importante) y 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 descrita anteriormente, permanecerá con energía completa durante toda la transferencia, más 5 segundos adicionales de tiempo de cola, seguidos de 12 segundos en el estado de energía baja. Por lo tanto, en un dispositivo 3G típico, cada sesión de transferencia de datos hará que la radio consuma energía durante al menos 18 segundos.
En la práctica, esto significa que una app que realice una transferencia de datos de un segundo, tres veces por minuto, mantendrá la radio inalámbrica siempre activa y la volverá al estado de energía alta cuando entra en modo de espera.
Figura 2: Uso de potencia de la radio inalámbrica relativa para transferencias de un segundo que se ejecuta tres veces por minuto. En la figura, se excluye la latencia de “encendido” entre ejecuciones.
En comparación, si la misma app empaquetaba sus transferencias de datos y ejecutaba una sola transferencia de tres segundos cada minuto, esto mantendría la radio en el estado de alta potencia durante un total de solo 20 segundos por minuto. Esto permitiría que la radio permanezca en espera durante 40 segundos de cada minuto, lo que generaría una reducción significativa en el consumo de 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, veamos algunas medidas que puedes tomar para reducir el agotamiento de la batería y proporcionar una experiencia del usuario rápida y fluida.
Transferencias de datos de paquetes
Como se indicó en la sección anterior, agrupar las transferencias de datos de modo que transfieras 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 esto, puedes anticipar y cargar previamente los datos. Otras situaciones, como el envío de registros o estadísticas a un servidor y otras transferencias de datos iniciadas por la app no urgentes, se prestan muy bien para el procesamiento por lotes y la agrupación. Consulta Cómo optimizar tareas iniciadas por la app para obtener sugerencias sobre cómo programar transferencias de red en segundo plano.
Carga previa de datos
La carga previa de datos es otra forma eficaz de reducir la cantidad de sesiones de transferencia de datos independientes que ejecuta tu app. Con la carga previa, cuando el usuario realiza una acción en tu app, esta anticipa los datos que probablemente se necesitarán para la siguiente serie de acciones del usuario y los recupera en un solo aumento de actividad, a través de una única conexión, a máxima capacidad.
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 duración de batería, sino que también se mejora la latencia, se reduce el ancho de banda necesario y 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 ver 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 ve obligada a permanecer activa durante la sesión de lectura de noticias de la mayoría de los usuarios a medida que se desplazan por los titulares, cambian de categoría y leen artículos. No solo eso, el cambio constante entre los estados de energía da como resultado una latencia significativa cuando se cambian las categorías o se leen artículos.
Un mejor enfoque es precargar una cantidad razonable de datos al inicio, comenzando con el primer conjunto de titulares de noticias y miniaturas (lo que garantiza un tiempo de inicio de baja latencia) y continuando con los titulares y las miniaturas restantes, así como con el texto de cada artículo disponible al menos en 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 carga previa de datos tiene muchos beneficios, si se usa demasiado, también presenta el riesgo de aumentar el agotamiento de la batería y el uso del ancho de banda, además de la cuota de descarga, ya que se descargan datos que no se usan. También es importante asegurarte de que la carga previa no retrase el inicio de la aplicación mientras esta espera a que se complete. En términos prácticos, podría significar procesar datos de manera progresiva o iniciar transferencias consecutivas con prioridad, de modo que los datos necesarios para el inicio de la aplicación se descarguen y se procesen primero.
La intensidad de la carga previa de los 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 estado que se describió anteriormente, en el caso de los datos que tienen un 50% de probabilidades de usarse en la sesión de usuario actual, por lo general, puedes realizar una carga previa durante unos 6 segundos (aproximadamente entre 1 y 2 megabytes) antes de que el costo potencial de descargar datos sin usar coincida con el ahorro potencial de no descargar esos datos.
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, deben descargarse en fragmentos a intervalos regulares (cada 2 a 5 minutos), y se deben precargar de manera eficaz solo los datos de video que probablemente se verán 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, lo que te permite restringir el trabajo en segundo plano hasta que el dispositivo cumpla con los criterios especificados por el desarrollador, como cargar el dispositivo y estar conectado a una red Wi-Fi.
Comprueba la conectividad antes de realizar solicitudes
La búsqueda de señal celular es una de las operaciones que más consumen mucha energía en un dispositivo móvil. Una práctica recomendada para las solicitudes iniciadas por el usuario es verificar primero la conexión mediante ConnectivityManager, como se muestra en Supervisa el estado de conectividad y la medición de la conexión.
Si no hay red, la app puede evitar que la radio móvil realice búsquedas para ahorrar batería. La solicitud se puede programar y realizar en un lote con otras solicitudes cuando se establece una conexión.
Conexiones del grupo
Una estrategia adicional que puede ayudar además de la agrupación en lotes y la carga previa es agrupar las conexiones de red de tu app.
Por lo general, es más eficiente reutilizar las conexiones de red existentes que iniciar otras nuevas. La reutilización de 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 vuelven a usar la misma conexión para varias solicitudes.
Resumen y mirada al futuro
En esta sección, aprendiste mucho sobre la radio inalámbrica y algunas estrategias que puedes aplicar en términos generales para proporcionar una experiencia del usuario rápida y responsiva y reducir el agotamiento de la batería.
En la siguiente sección, analizaremos en detalle tres tipos distintos de interacciones de red comunes en la mayoría de las apps. Aprenderás los impulsores de cada uno de estos tipos, además de las técnicas y APIs modernas para administrar estas interacciones de manera eficiente.