CN103348744B

CN103348744B - 使用功率阈值对移动通信终端进行智能功率管理的方法和装置

Info

Publication number: CN103348744B
Application number: CN201280008305.6A
Authority: CN
Inventors: 林德万韦恩加登 A·J·德; N·K·尼蒂
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2032-01-24
Also published as: KR20130127508A; US9374787B2; JP2014513877A; WO2012109007A1; CN103348744A; EP2673992B1; JP5792836B2; EP2673992A1; US20120210325A1

Abstract

本发明提供在被配置为支持多个应用的移动通信终端中使用的一种方法，其中通过执行一个或多个任务来执行每个应用。该方法包括，响应于来自应用的调度请求，在至少一个任务要求的运行时间获得电源条件的指示。该方法进一步包括获得对由任务在要求的运行时间的使用的能量速率的预测，从能量使用速率的预测，估计完成任务需要的能量总量，并对任务进行调度判定。调度判定包括从一组两个或多个可替换的任务配置进行选择，其中根据将运行时间电源条件与由任务使用的能量速率的预测和完成任务需要的全部能量的估计进行关联的标准进行选择。

Description

使用功率阈值对移动通信终端进行智能功率管理的方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信终端中的功率管理。

背景技术

移动终端正快速地从具有照相机的简单的电话演化为配有强大的处理器、大容量的存储器、高分辨率的照相机、多个传感器和较大专用触控显示器的强大的、多功能的设备。同时，移动终端具有较小的形态因子，这给电池的大小和形状增加了限制。即使当前的移动终端具有强大的电池，它们的同时运行各种应用（包括诸如在线游戏、流视频和音频的实时应用）的能力，给移动终端无需再充电即可保持可操作的时间量施加了相当的限制。

过去，移动电话的性能用在电池再次充电之间的“通话时间”和“待机”时间来测量，其中第一个测量指示移动电话用于执行呼叫时电池可为移动电话提供功率的整个时间，而后者涉及电池可保持电池可操作的整个时间。目前引入了附加的性能参数以考虑每个应用（例如，“互联网使用时间”，“视频重放时间”和“音频重放时间”）在功率消耗中的差别。

然而，如果同时使用多个应用，电池功率可能会快速消耗，这使得难以预测移动终端用完功率会有多快。如果电池功率低，用户会通过避免或仅简短地使用特定的应用以尝试减小功率消耗。然而，对于许多应用，用户可能难以估计和控制移动终端的功率消耗，并且一些应用和服务会在后台操作，这使得它们甚至对用户是不可见的。在不知道电池中剩余的实际功率的情况下启动应用，会造成移动终端在没有剩余太多功率的情况下启动耗电量大的应用，从而快速用完剩余的功率，并使终端不可操作，直到它被再次充电为止。

移动终端利用高度集成的、低功率的芯片组。芯片组中（特别是在处理器中）的功率消耗，主要由供电电压V、时钟频率f、门主动切换部分α和泄露电流I_l确定。处理器的整个功率消耗P是动态功率项和静态功率损失项的总和，并且通常模型为P=αCV²f+VI_l，其中C表示逻辑门的电容负荷。

在移动终端中使用的处理器典型地具有非常低的静态功率损耗。当元件不使用时能够关闭内部模块，可获得大的节能。可将处理器设计为支持动态频率缩放，这为动态功率项提供了线性缩小。如果供电电压是动态可调的，可获得二次缩小。将其称为动态电压缩放（DVS），这是用于功率优化的最早方法中的一个。以计算速度作为交换，较低的供电电压典型地减小了最大可实现的时钟频率，从而可同时减小电压和时钟频率以实现显著的节能。

移动终端利用各种节能策略以限制功率消耗，例如休眠模式和定时器，其中如果显示器在特定的时间段内是非活动的，则将显示器切换为低强度模式。一些移动终端会提供允许应用调整用于低强度显示的定时器的接口。移动终端典型地使用电池电量状态指示符和接收质量指示符以给用户提供剩余电量和无线连接质量的信息，并且它们典型地结合各种休眠模式，其中当在特定的、预先配置的周期中部分系统是不活动的，则将部分系统关闭。

诸如膝上型计算机和笔记本计算机的较大的移动终端典型地具有当功率低时警告用户的功率管理功能。功率管理功能会采取步骤以节省数据，从而可实现正常的系统关机。功率管理功能还会关闭一些功能以在休眠模式中节省功率。

功率管理功能典型地由操作系统提供。膝上型计算机操作系统典型的是具有两个附加功能的膝上型计算机操作系统：无线连通性连通性和用户控制的节能特征。移动操作系统，特别是那些在多任务智能电话中所使用的，通常是从典型地出现在膝上型计算机的操作系统中得到。

操作系统使用任务调度以便将处理器（或多个处理器）的利用最大化。在该上下文中，我们定义任务为由操作系统进行调度以执行的最小单元。过程是在执行时实现指定工作的程序的实例。过程可包括能够以任何串行和/或并行的顺序执行的一个或多个任务。在一些操作系统中，将任务实现为线程或轻量进程。

在多任务操作系统中，给任务分配用于调度的优先级。一些任务可以是先占的，以容纳具有更高优先级的任务。在多任务操作系统中任务调度的目标是使处理器（或多个处理器）的利用最大化。为了实现不同的性能标准，在操作系统中已实施了多种调度算法。除了处理器利用，其它重要的标准包括公平、吞吐量、周转时间、等待时间和响应时间。

在由电池供电的功率消耗是关键性的设备和计算机中，将功率消耗视为进一步优化标准是有益的。

已经提出了用于移动终端的用于减小应用的能量使用的功率感知算法。然而，仍存在对于实际的功率需求和递送所需功率的实际能力的更多感知的需求。

发明内容

在所描述的实施方式中，对在移动终端中使用的任务调度算法进行修改，以考虑应用的实际功率消耗。这是通过使用诸如电池中剩余的功率、完成指定任务所需要的功率量、任务的关键性和终端位置的附加标准来进行。从这样的修改可得到的一些优点，包括：

使移动终端能够确定是否能够保证利用剩余的电池功率运行以完成由用户启动的应用，或者由设备发起的服务；

保证移动终端可按扩展的时间段提供重要的功能，例如认证、银行业务、紧急警告、紧急呼叫、和特定的基于位置的服务，从而用户可依靠移动终端在需要时执行这些关键的应用；

当功率级别很低时，使网络或应用服务器能够帮助减小移动终端中的能量消耗；以及

提供移动终端的操作系统控制和管理终端的能量消耗的部件，从而提供更好的用户体验，特别是当执行关键应用和服务时；

因此，在一个实施方式中，将移动通信终端配置为支持多个应用，其中通过执行一个或多个任务来执行每个应用。响应于来自应用的调度请求，移动终端中的操作系统获得在至少一个任务的所要求的运行时间（run-time）的电源条件的指示。操作系统获得由任务在所要求的运行时间的功率使用速率的预测，并从预测的功率使用速率，获得完成任务所需要的能量总量的估计。操作系统对任务进行调度判定。调度判定包括从两个或多个可替换的任务配置的组进行选择。根据将运行时间电源条件与预测的任务的使用能量速率相关联的标准以及完成任务所需要的全部能量的估计来进行选择。

在另一实施方式中，移动通信终端包括电池，与电池条件相关的信息源，被配置为响应于来自应用的调度任务的请求，从电池信息源获得电池条件的指示的模块，关于由与一个或多个应用相关联的任务的功率使用速率的信息源，被配置为从能量使用信息源获得在任务的要求运行时间处任务的能量使用速率的预测并且进一步被配置为估计完成任务所需要的能量总量的模块，以及配置为从用于任务的两个或多个可替换的配置的组进行选择的任务调度模块。根据将运行时间电池条件与任务的预测的能量使用速率以及与完成任务需要的全部能量的估计进行关联的标准，进行对任务配置的选择。

在一些实施方式中，操作系统至少在任务是非关键的时获得由任务在请求的运行时间处的能量使用速率的预测，但是如果任务是关键的，基于预测速率的调度判定的特征不会被激活。也就是，操作系统为任务进行调度判定。如果任务是非关键的，调度判定包括将运行时间电源条件与任务的预测的能量使用速率相关联的标准。然而，如果任务是关键的，不应用这样的标准。

在另一实施方式中，响应于来自应用的调度请求，操作系统获得电池在至少一个任务的要求的运行时间处剩余的可用的放电容量的指示，获得任务是否是关键的的指示，以及进行或获得任务的调度判定。进行调度判定包括从任务的两个或多个可替换的配置进行选择，其中所述任务包括导致任务不被允许的至少一个配置，和导致任务被执行的至少一个配置。执行选择步骤，从而对于剩余有用的放电容量在指定范围内的指示，如果将任务被指示为关键的，可获得导致执行任务的配置，否则不可获得。

附图说明

图1是示例性无线通信系统的示意图，其中在示例性无线通信系统中实现示例性功率感知管理方案的实施方式。

图2是示出示例性的基于终端的功率管理器的详细架构的示意性框图。

图3是假定的电池的电池容量相对于时间的图，其描述了在移动终端中使用的典型电池的放电模式的通常形状。具体地，该图描述了当几种应用启动和终止时典型的放电行为。

图4是根据示例性功率感知管理方案的实施方式的在移动终端中功率系统的功能框图。

图5是根据示例性功率感知管理方案的实施方式的应用简档和其环境的功能框图。

图6是示例性功率感知任务监控的流程图。

图7是执行功率感知任务调度的示例性架构的功能框图。

图8A是描述基于任务的功率阈值调度或准许（admission）判定（decision）的高级流图。

图8B是修改为包括与功率相关的数据字段的示例性过程控制块的格式图。

图9A和图9B是在所描述的实施方式中，描述图7的功率感知任务调度子系统700中的功能操作。更具体的：

图9A涉及图7的准许模块710的操作，和

图9B涉及图7的功率感知调度模块760的操作。

具体实施方式

一些移动终端结合具有节能特性的已知硬件元件，例如，将关键信息提供给硬件和移动终端的操作系统（OS）的“智能”电池，具有可调节亮度的显示器，具有节能特性的无线收发器。这些元件典型地由移动终端的OS控制，并且这些元件中的一些对于用户或用户应用是可获得的。

基于OS的功率管理架构的基本目标是执行有效使用能量的策略，延长电池的有效使用期限，并延长在再充电之间的设备使用时间。

用于有效的移动终端功率管理的一个最重要的要求是感知电池的实际状态。典型地，给移动终端配有一套可再充电的电池。现有机制促使系统和功率管理芯片及系统其它部分之间的通信。例如，在智能电池系统（SBS）标准中规定的智能总线接口的优势会导致将其接受作为精确测量稳态电池参数的标准。

智能电池监测系统包括智能电池、系统管理总线接口、和智能充电器。术语“智能电池”涉及使用例如所有的电池模型收集、计算和预测电池参数、并通过软件控制将计算的参数提供给主系统的微芯片电路。智能电池具有内置接口以通过SMBus与充电器和主系统进行通信。

SMBus是用于在智能电池、主系统和智能充电器之间交换信息的二线式通信接口规范。

智能充电器与智能电池进行通信以获取电池的当前充电状态，以便在充电时间上进行更精确的控制。智能电池典型地提供描述电池状态（特别是充电状态（SoC）和健康状态（SoH）参数）的几个参数。SoC是测量为其整个容量百分比的电池当前充电级别。SoH是相对于相同类型的新电池，测量电池提供指定的输出功率的能力。

通过对SMBus接口功能的呼叫，主系统可获得电池的模型、类型、SoC、SoH、温度和其它使用统计，例如充电/放电周期的数量、电池的寿命、功率用完的时间、和充电的时间。通过SMBus获得的数据可用于开发主系统中的功率管理应用。

需要说明的是，SMBus接口是可在该上下文中使用的各种可能的接口中的一个。

移动操作系统中的功率管理包括OS侧元件，以及可选择的用户侧附加应用。内核侧的功率管理实现典型地使用接口以读取或测量电池充电状态和其它电池相关的参数，并且它们典型地使用内置功能以控制对各硬件子系统元件的供电。

除了控制处理器（或多个处理器），操作系统控制各种硬件子系统的功率，例如液晶显示器（LCD）、键盘、磁盘驱动器、存储器模块、通信模块、传感器、照相机、音频设备等。为了监测电池状态，操作系统可执行电池模型和放电简档，并且其可利用SMBus接口以读取电池参数。

内置的OS侧功率管理功能典型地提供句柄，通过该句柄在电池状态变化时通知设备驱动器和应用。除了电池状态通知，设备驱动器可设置定时器以确定何时切换到各种功率保护模式（例如，关闭、空闲、休眠、低功率或活动模式）。

在用户侧，可部署高级的附加应用以通过由其它用户面对的应用和通过硬件子系统元件使用的功率为用户提供控制。尽管由一些这样的附加应用提供的控制是完全人工的，但其它应用提供基于简档的调度，其中在该调度下，在用户定义的简档中指定的偶然性发生时，可打开或关闭应用。通过以对功率消耗敏感的方式定义应用简档，用户可通过功率消耗间接提供一些终端控制。

可将这里描述的原则组成我们称为智能功率管理的方法。智能功率管理是将功率监测和任务调度活动至少集成到移动终端中的功率感知任务管理方案。在一些实现中，其可以是还将功率监测和任务调度活动集成到网络节点中的综合的、网络方案。这样的方案可替换现有的功率管理方案，或者可替换的，其可实现为在移动操作系统中扩展功率管理的补充方案。

我们的方案的一个优势是其不需要限制为具有严格最终期限的实时应用。对于至少一些功率管理方案，这是一个明显的限制，这是由于智能电话的任务不是循环的，它们也不是以周期间隔到达的。此外，由于多任务智能电话可作为主机容乃不同类型的应用，任务会具有不可预知的到达时间，并且对于一些应用，会难以预测会话会持续多长时间。例如，如果用户通过互联网玩视频游戏或启动直播视频流，会话会被延长不可预知的时间周期。

我们方案的另一优势在于当用于优化计算资源时，不需要将其限制为使用电池功率作为唯一的约束。实际上，希望智能电话中的任务调度不仅考虑电池功率，而且还考虑其它约束，例如无线电资源（可利用的带宽）和工作的关键程度。还需要说明的是，希望智能电话支持诸如紧急呼叫的生命关键的应用，以及诸如银行交易的服务。因此，移动终端中的任务调度器会优选地考虑这些限制。

在移动手持设备中，相比于其它硬件组件，无线电链路的硬件组件（无线调制解调器）典型地消耗更多的功率。为维持可靠链路而花费的功率总量进一步受到手持设备位置的影响。例如，相比于在小区塔直接附近的手持设备，远离小区塔的手持设备必定典型地使用更多的传输功率。此外，在漫游区域中的手持设备会通过频繁地搜索信号以尝试建立链路，并且这会导致较快地泄露功率。因此，手持设备的位置会影响应用可能消耗的功率的量，并且因此影响这些任务的功率感知调度。从而，提供可考虑手持设备位置的调度算法是有益的。

调度算法的另一有益的特点在于具有适于在不同种类的电源之间切换的能力。从而，可典型地假定正在使用诸如电池的可耗尽电源，或者正在使用诸如充电器或墙壁电源插座的不可耗尽电源。然而，实际上，移动终端经常在电池和充电器或墙壁电源插座之间切换。希望任务调度算法识别出在电源之间的切换，并且因此调整其调度策略。值得注意的是，在这一点上，诸如微型发电机和太阳能电池的新型能源的使用优选的以功率感知的方式进行管理，这是由于这样的源例如会提供正好足够的功率以进行关键呼叫。

调度算法的另一有益的特点是免于典型的假设，即每个任务会消耗恒定的和预先知道的电流量。至少在一些情况下，由于任务的持续时间是不可预测的，因此预测任务会消耗的整体电流是不可行的。

典型的移动操作系统会允许功率通过设备驱动器对各种硬件子系统进行选择性控制。由于任务几乎不会在所有的时间使用所有的硬件系统，因此在任务的整个执行过程中，如果在不同点上重新计算实际消耗的功率是有益的。因此，任务调度算法将通过在每个调度阶段过程中重新计算功率消耗，来考虑功率消耗的变化。

因此，示例性的功率感知管理方案使用移动终端中的功率感知任务管理器，其根据它们的功率需求来管理应用。在优选的实施方式中，这种示例性方案还增强功率后备，也就是，从非关键应用使用时扣留的放电容量的指定量，以确保关键服务的可适用性。基于网络的和基于应用的功率管理可用于帮助减小移动终端中的功率消耗。相似的原则还可用于在剩余的放电容量低时推迟执行非关键系统任务。可以理解的是，在这一点上，操作系统可将特定的系统任务（也就是，其操作受限于处理器的任务）视为“关键的”。然而，除非我们特别声明，“关键性”在下面的讨论中涉及用户应用，并不涉及系统任务。

图1是无线通信系统100的示意图，其中在无线通信系统100中实施示例性功率感知管理方案的实施方式。在图中，我们不仅在移动终端中、而且在其它网络节点中，包括了功率感知元件。在移动终端外使用功率感知元件不应被视为我们发明的基本元素，尽管在本发明的一些实施方式中是有优势的。我们在图1中包括了这样的元件，并不用于进行限制的目的，而仅是解释我们方案的宽度和灵活性。

如图所示，移动终端110包括电池电源120，基于终端的电源管理器（TPM）130，以及收发器单元140。接入节点150包括基于网络的功率管理器（NPM）160和收发器单元170。此外在网络中，应用服务器180包括基于应用的功率管理器（APM）190。应用服务器180典型地可位于无线网络外侧，但会与其进行通信。NPM会与移动终端中的TPM一致地工作以支持网络范围内的功率感知调度活动。在指示移动终端内的低电池电量时，APM会接管一些通常在移动终端内执行的应用处理。例如，对于计算量非常大的应用来说，这样的策略可能是非常有用的。在这样的情况下，通过将计算负担转移到网络实体来节省的功率会显著地超过在移动终端和网络实体之间进行通信时花费的额外能量。

在下面会看到，移动终端中的示例性TPM模块包括功率感知监测模块，以估计实际的电源能力。还包括功率感知任务调度器，用于估计每个任务所需要的功率消耗，并且从而，通过对其进行调度、监测、挂起或停止来处理每个任务。示例性TPM模块的详细架构在图2的示意性框图中描述。

诸如在图2中描述的TPM模块优选地是移动终端的操作系统的一部分。图2中的TPM模块（在图中标记为功率感知任务管理系统），包括下列组件：

电池功率监测器210，根据电池的当前健康状态（SoH）和其充电级别计算电池205的提供执行指定任务需要的估计功率的能力。监测器210优选地是智能功率监测器，并且电池205优选的是智能电池（如图所示）。

应用简档220，包括每个应用或至少几种应用的简档。应用简档中的数据例如可包括应用类型，其优先级别，其典型的执行时间，应用的使用历史，以及应用的长期使用模式。优先级别例如可以是用户指定的分类，如“关键的（critical）”或“非关键的（non-critical）”。其它优先级分类可根据应用的相对重要性定义两个或多个不同级别的等级。

将会看到的是，相比于“非关键的”任务和应用，当可利用的功率较低时，操作的选择标准会倾向于“关键的”。相似地，应用简档会包括用户配置的指示以优先（override）于至少一些功率感知的选择标准。

通信资源监测器230，监测通信链路状态和相关的度量。

功率感知任务监测器240，监测长期运行的应用。任务监测器240更新长期运行应用的功率使用的测量，并且其计算由功率感知任务调度器（在下面描述的）使用的各种阈值参数。任务监测器240还收集与应用和它们的使用模式相关的统计。

功率感知任务调度器250调度任务。根据完成任务所需要的估计功率、任务简档、通信资源和其它所要求资源的可用性来调度每个任务。

5个组件210-250例如会作为移动操作系统中的软件模块运行。功率感知任务监测器和功率感知任务调度器可实现为对现有任务调度模块的增强，或者实现为附加的调度模块。

电池功率监测器可实现为利用例如从智能电池接收输入并对其进行处理的智能电池API的附加软件模块。如果没有智能电池，那么合适的电池模型可优选地实现为该模块的一部分。

通信资源监测器模块可实现为软件模块，该模块会需要与通信硬件交互以获得诸如信号强度、信道质量和带宽的输入。该模块可与GPS接收机或其它软件模块交互以获得可用于确定无线网络覆盖区域的位置信息。

应用简档模块可实现为具有其自己的应用简档数据库的软件模块。

这里讨论的各种软件模块可全部运行在例如形成移动终端的计算核心的中央数字处理器上，或者与中央处理器联合操作的辅助处理器上。数字存储设备可用于存储上述软件模块需要的数据，如下面讨论的。

监测组件210-240可运行为一个或多个独立的系统过程。同样，它们可在后台运行。它们会周期性地获得相关参数，并将它们写入可由调度器250访问、并与在功率感知模块的操作中使用的各个参数相关的存储器位置中。

下面详细描述这5个组件210-250。

电池功率监测器跟踪移动终端的电池状态，并帮助使电池寿命最大化。电池寿命最大化是移动手持设备的重要设计标准。也就是，电池在各个放电周期呈现非线性行为。非线性行为还可在整个电池生命周期中的存储效率中观察到。电池倾向于在每个后续的充电周期后递送不太健壮的电量，这是由于不可逆的物理和化学变化。

为了提供令人满意的用户体验，希望移动操作系统在调度用户应用和服务时考虑电池的非线性行为。由于各个应用（和服务）的开始时间和运行时间通常不能预先确定，因此任务调度算法至少考虑电池状态是有益的。智能电话中的调度问题是更为复杂的，这是由于这样的电话通常支持与桌面计算机相似的真实的多任务环境。

电池的非线性行为还影响功率感知应用和服务的设计，这是由于相对于电池功率状态要进行期望地全部优化。

图3是假定电池的电池容量相对于时间的图，描述了在移动终端中使用的典型电池的放电模式的通常形状。纵轴表示电池上可利用的剩余电量与初始可利用的使用电量的百分比。这是电池的健康状态（SoH）的一个方面。在图中还指示了标记剩余容量的20%级别的级别线，以及标记剩余容量的10%级别的级别线。表示电池耗尽阈值的另一级别线还以非常低的级别进行指示，例如以3%的剩余容量。附图标记1-10指示对放电模式重要意义的各种事件。

返回到图3，可以看到，由于从初始时间开始运行的应用，完全充电的电池经历了典型的放电，直到应用在事件1结束为止。

在不活动的一些时间段后，第二应用（可能是视频应用）在事件2开始。超过标记为3的事件的虚线表示对完成任务所要求功率的估计，如功率感知任务管理器所确定的。调度器确定在这种情况下，可允许对任务进行调度，这是因为在期望的最大持续期后，还会有足够的功率。第二应用运行，直到其在事件3结束为止。

在一些进一步的不活动后，第三应用在事件4开始。开始时，功率感知任务调度器再次确定有足够的功率，并且从而能够对任务进行调度。然而，智能功率监测器很快发现由于恶化的信道条件，功率消耗会非常高。例如，移动终端可移动到充足的带宽仍可使用的部分无线电阴影中，但是以更多的功率为代价。

在事件5，功率消耗速率已经增长的很高，从而功率感知任务调度器发布消息以警告用户结束或挂起应用。

在事件5和6之间，已经准许和允许具有较低功率消耗的应用运行并允许，之后为从事件6到事件7的不活动时间段。通过事件7，剩余的容量已低于20%阈值。如在下面所描述的，这样的阈值可用于指示仅准许对所选择的应用进行调度。实施例可包括消耗很少能量的应用和半关键应用。如图所示，由于其具有非常短的期望持续时间，在事件7处准许该应用，从而期望运行任务以完成而不耗尽电池。在不活动的短时间段后，在事件8准许另一短持续时间的任务，并运行直到事件9为止。

应当说明的是，在这一点上，在不活动的时间段期间中，如果用户终端被打开，则一些功率丢失。在不活动期间，当电池完全充电时功率损失典型地是最大的。当电池功率较低时，在至少一些情况下放弃一些耗能的后台任务以及甚至系统任务从而节省能量是有益的。功率感知模块可至少部分直接用于这样的过程。

在事件9后不久，在不活动的时间段中，剩余的容量低于10%的阈值。在该阈值下，仅允许运行关键应用。这样的应用在事件10开始。可选择地，在电池耗尽阈值以下，可拒绝新应用，并可适度中止活动的关键应用。

存在已知的考虑电池的非线性特性和它们放电特性形状的电池模型。这样的算法可用于分析模型或电化学处理的详细物理模型以仿真电池的行为。一些已知的算法使用进一步的试探调整电池周期，例如恢复插入时间段、负载简档、不可预测的用户执行的剩余时间段、再次充电持续期，和任务粒度。

该图示出了以可利用功率的20%和10%的示例性阈值应用于任务的选择标准。实际上，可为不同的任务、应用或任务或应用的等级建立不同阈值。此外，在被提醒功率变低，或者在较早的时间，用户可配置优先标志。如下所示，可配置进行优先，从而移动终端会在禁用功率感知特性的模式中启动。“禁用”意味着功率感知特性是无效或者没有被调用的任何情况。当然各种其它的中间配置是可行的，并且不被排除。

优先标记会导致对其应用的任务进行调度，从而执行与可利用功率级别无关。可替换地，优先标记可允许服从低功率阈值的调度，但可断开调度判定与任务的设计能耗的任何补偿之间的连接。

需要说明的是，可将基于可利用功率的选择标准应用于最近到达的任务和已经被准许并可处于处理循环的第二或随后迭代中的任务。因此，处理中的任务可在相关的选择标准不再满足的任何时间终止。

图4是根据一个实施方式的移动终端中的功率系统的功能框图。如图所示，智能功率监测模块410是与智能电池430的SMBus电池API420交互的高级应用程序接口（API）层。模块410提取的信息包括：

电池类型和模型，用于调节用于特定电池模式的功率控制算法。

电源，指示是否直接从电池获取功率，或者从诸如充电器、变压器、墙壁电源插座或通用串行总线（USB）的另一源获取功率。

状态信息，作为实施例和非限制性的方式，可包括充电级别，电池的健康状态，以及供电时间。这些参数会在下面描述。

使用参数，诸如电池的寿命，以及直到当前时间的充电周期的累积数量。

状态信息的特定实例为：

充电级别（power level），也就是，充电状态（SoC），其指示电池当前的充电级别。充电级别典型地以毫安-小时（mA-h）、毫瓦-小时（mW-h）或等效物，结合假定的例如以mA或mW表示的放电恒定速率进行说明；

电池的健康状态（SoH）；和

供电时间，指示在多长的时间范围内电池以给定的速率提供电流和/或功率。供电时间例如可以分钟来表示。

智能功率监测器模块可实现为高级编程语言接口（例如，C或Java），或者在硬件模块的帮助下以提供对参数值的必要访问。

如果移动终端的电池没有SMBus接口，SoC、SoH和电池相关参数的计算可在电池模式和估计器的帮助下完成。此外，一些智能电池可能不支持所有的SMBus特性。因此，在缺少SMBus接口的情况下，需要实现合适的电池模型以支持功率感知任务调度算法。然而，需要说明的是，电池模型不是必须在移动终端中实现。其可实现在网络中的任何地方，并可容易地可用于移动终端的无线通信。

当结合电池模型时，智能电池监测器还包括数据库以存储诸如电池类型、电池寿命、已经再次充电的次数和其它参数的信息。估计器将可利用的信息作为输入，并在任何电池充电状态确定电池能力。从而，例如，估计器会连同对剩余电量的估计来计算健康状态参数。

电池具有有限的容量，并且它们展示出非线性的系统动态。因此，预测是否电池能够在要求的时间段上为指定的应用提供足够的负载电流不是一个简单的问题。为了能够提供电池容量的有用估计，非常希望不仅获得SoC值，而且还要获得SoH值。

SoC是测量值，并且其可直接从电池的SMBus获得，或通过电池模型获得。在没有智能电池接口的情况下，SoC值例如可通过两步过程获得：首先，测量诸如电压、电流和温度的相关参数。随后，从所收集的参数，从历史数据和从之前建立的模型推导出SoC值。

然而，仅依靠SoC值是不利的。也就是，电池的SoC测量仅在指示电池的整体电量时是有用的；它不能揭示出电池中还剩下多少可用的能量。换句话说，SoC值不能反映出电池还能支持所要求的负载多长时间。

然而，SoH对于直接测量是不可访问的，并且为此其必须使用与特定电池技术相关的模型进行预测。多年来，已经提出了多种不同的模型，并对精确预测电池的SoH和确定其SoC进行了广泛的研究。这些模型取决于其值受到多个因素（例如放电速率、充电放电周期历史和操作温度）影响的参数。这些模型可粗略地分为4类：

物理模型，仿真在电池中发生的物理过程。

经验模型，使参数匹配模型公式，从而匹配经验数据。

抽象模型，将电池表示为电路，离散时间等效物，和随机过程。

混合模型，尝试通过使用经验参数简化物理过程。

尽管物理模型提供最高的精度，但物理建模计算量大，并且难以在移动手持设备上实现。经验模型在计算量上简单，但是它们可能缺少足够的精度。因此，我们当前的信念是分析模型是最适于在移动手持设备中实现的。如所说明的，在网络的其它部分中配置计算量更大的模型是有用的，其中在网络的其它部分对计算强度没有太多的限制。

在这一点上，可能有用的一个分析模型是动态电池模型（KiBaM）。这样的模块例如可实现在移动操作系统中。该模型可用于估计相关的功率参数，并通过收集与具有软件模块的手持设备电池相关的历史数据来进一步增强所实现模型的精度。通过使用手持设备专用的电池数据，可以重新校准模型参数用于增强的精度。

更简单地，电池模型可以是描述在电池各种寿命和在其放电周期中各个点的相关类型的平均的期望条件的特征的数据表。计算类型或纯表格类型的有用的电池模型可存储在本地，或甚至存储在远程的数字存储器中。

电池模型可使用由测量和例如由智能功率监测器提供的数据有时可进行更新。例如，如上所述，有时可修改计算的电池模型的参数，以使模型的预测回到符合实际测量的电池行为。

应用简档为描述应用特性的各种参数提供本地存储。在图5中给出了应用简档和其环境的功能框图。如图所示，应用简档510使用本地数据库520。数据库包括下列与应用有关的信息：

应用简档，指示应用类型，应用的相关优先级别（例如，包括应用是否是关键的），需要什么硬件子系统和资源来运行应用，期望的运行时间和需要的带宽（如果有的话）的初始估计，以及由供应商或开发者支持的应用的执行简档。

应用简档还可包括应用功率阈值（APT），我们将其定义为从开始到完成指定应用所要求的估计功率加上关键应用所需要的最小功率。如在下面详细描述的，APT可用于任务准许控制和任务调度。APT和其它阈值可由功率感知任务监测器提供和更新。它们可存储在应用简档数据库中，并且通过将它们拷贝到由功率感知任务调度器可直接访问的存储器中进行利用。

通过定义优先级别还可在应用简档中指定应用的各自优先级别，其中每个优先级别包括一个或多个应用。每个优先级别可与保持电池电量的不同要求相关联，低于该要求的优先级别的应用会被暂停或终止。因此，相关的优先级别（无论是单独的应用或者优先级别）可能会有影响，例如，当全体当前运行的任务开始竞争剩余的电池电量时，并且当剩余电池电量持续下降时，首先停止最低优先级别的应用。

对于标记为关键的应用，它们的任务会被允许以优先选择过程，从而它们可被允许运行而不考虑电池的剩余的放电容量。因此，例如，当剩余的有效电量低于诸如初始容量的20%的阈值时，或者如果在电池的下一预期的再次充电前预计剩余电量低于这样的阈值，则移动终端可进入仅允许允许关键任务的模式。可选择地，可将非常低的阈值，例如设置初始容量的1%至5%，指定为电池耗尽阈值。当其低于该阈值时，视为该电池将要死亡。从而，不准许调度应用，甚至是关键应用，而活动的关键应用会被合适地中止。当到达耗尽阈值时，OS会产生声觉或视觉警告以提醒用户全部关键应用将要死亡。

应用使用统计，包括应用的当前状态，整个运行时间，要完成的剩余时间，使用模式，和历史数据。

应用专用硬件使用简档，标识运行应用所要求的硬件子系统的类型。例如，简档可包括处理器类型和速度，存储器和存储装置的类型和大小，显示器大小和类型。如果可以的话，指示传感器、照相机和键盘的存在和活动。其可包括描述收发器和功率放大器的信息。

数据库还提供API，功率感知任务监测器通过API可获得每个应用的整体要求的功率和运行时间的估计。应用简档数据库为功率感知任务监测器和功率感知任务调度器提供关键参数。

API例如可包括一组可由应用调用的现成的高级功能和用于从数据库获取信息的操作系统模块。由于其回避了各个应用通过增加附加代码以直接向数据库发布查询，因此这是有益的。

通信资源监测器，是用于测量无线链路的信道质量的模块。该模块参照图2进行描述，其中其由功能元件230表示。信道质量的测量用作设置通信阈值参数的基础。因此，例如，功率监测器可周期性地调用通信资源监测器以根据例如上行链路和下行链路带宽、信干噪比（SINR）和位置来测量信道质量。位置信息可用于估计移动终端和最近的小区塔（或最近的接入点节点）之间的距离，并用于确定当前的位置是否是在接收覆盖差（或没有覆盖）的区域中。

例如可通过使用集成GPS或通过来自小区塔的基于网络的测量来获得移动终端的位置。功率感知任务监测器使用位置信息以设置所要求的传输功率级别。如果移动终端位于非覆盖区域，功率感知任务监测器可使用位置信息以决定其应当隔多久搜索网络连通性。如果提供用户移动性的合适模型，例如，可预测移动终端的目的位置，其可通过使用移动终端的速度及其位置信息来改进这样的决定。

进一步参照图2，可以更容易地理解功率感知任务监测器，其中该模块表示为功能元件240。参照图2，功率感知任务监测器可用于估计需要作为功率感知任务调度器输入的各种参数。功率感知任务监测器周期性运行以更新功率和通信阈值参数和应用简档。为了进行参数估计，功率感知任务监测器从应用简档数据库获得信息，并且其调用智能功率监测器和通信资源监测器。

功率感知任务监测器还利用包括以下内容的信息来更新应用简档数据库：任务已经运行多长时间，任务已经使用的功率的量，完成任务所需要的功率，和应用使用统计。功率感知任务监测器还可从功率浪费功能收集信息。例如，其可获得测量结果，并使用测量结果来设置描述处理器活动级别、显示器使用量和其它硬件组件使用量的参数值。在其他原因中，该信息在检测是否这些使用级别符合预测和更新应用简档是有用的。该信息还可用于例如当功率消耗远高于所预测的时，或者当电池状态不支持应用的进一步执行时采取动作。

在运行时间，有多种方式用于估计运行应用到完成所需要的功率量。例如，存在已知的框架，也就是，提供编程接口的编程环境，其中在该编程环境中可开发能量感知应用。通过这样的编程接口，用户能够识别不同的执行路径，计算与每个路径相关联的能量消耗，根据相应的能量消耗选择执行路径。对于（平均）能量消耗的初始估计，可使用在测试过程中识别的应用的执行简档。然而，可以理解的是，关于其整体运行时间不能容易估计的交互视频游戏和其它应用，这样的方案是限制使用的。

在这一点上，已经提出有用的另一估计方案以估计在便携式无线设备上运行的应用的能量成本。根据这样的方案，将设备分为通信和计算组件。为了计算能量成本的目的，将每个组件建模成有限状态机。在该模型下，每个状态具有平均的电流使用，和执行的持续时间。通过将全部状态转换和它们各自的估计的能量使用结合来计算应用的整体能量成本。应用开发者可使用这样的模型以提供对由应用消耗的整体能量的估计。

需要说明的是，如果允许功率感知任务监测器过于频繁地运行，其会产生过度使用处理器的危险。因此，限制功率感知任务监测器，从而使其运行的频率低于功率感知调度器的运行频率是有益的。例如，可对功率感知任务调度器进行设置，从而仅对于自上次更新以来已经运行的那些任务更新应用简档参数。可进一步将功率感知任务监测器进行设置，从而其可在不同的间隔调用智能功率监测器和通信资源监测器。功率感知任务监测器可向功率感知任务调度器提供调度器用于确定初始允许任务和控制长期运行任务的阈值设置。

功率感知任务监测器还可在较低优先级运行，从而当它们为执行应用所需要时，处理器能力不会受到有害的影响。

为了保持跟踪移动终端的通常功率消耗，任务监测器读取功率相关的参数，例如电池状态，处理器活动性，存储器活动性，和自从最后监测阶段以来的数据传送和接收量，并将参数写入可由功率感知任务调度器访问的存储器位置。任务监测器还可确定将相关参数变为用于快速评估是否准许或继续任务的形式。也就是，每次做出是否允许任务的决定时依赖于冗长的评估过程是不利的。相反，根据能够进行的快速决定，如果反映移动设备的当前状态，应用的当前状态，和活动任务的功率消耗的参数容易获得，则是优选的。

对应于图2的功能框图240，示例性功率感知任务监测器的流图如图6所示。如果将图6和图2一起阅读，可帮助理解下面的讨论。功率感知任务调度器获取一组等待调度的任务，并且为每个这样的任务获得由功率感知任务调度器确定是否调度任务以执行、拒绝或暂停而使用的参数。在从图2中描述的活动任务队列获得的一批允许的任务上，执行图中由块指示的每个处理步骤。功率感知任务监测器在示例性执行中运行为通常运行的后台过程，例如系统后台程序。被监测的任务包括新任务和返回到功率感知任务系统以进行下一轮处理的任务。

初始化601发生在移动终端上电时，或者当系统功能需要恢复的其它时间。在初始化过程中，为每个应用和/或任务设置初始阈值和标志，例如优先标志。在至少一些实现中，如果确定功率充电器打开（例如，在块602），为全部任务设置优先标志，以指示当前使用的是不可耗尽的电源，或者如果用户希望在禁用功率感知特性的模式中操作时，为全部任务设置优先标志，这是可能有益的。至少在一些实现中，为全部任务设置优先标志会导致进行的全部调度决定，而没有或不考虑计划的能量使用与剩余电池容量的比较。

因此，一些实现会给用户提供在传统模式或功率感知模式中启动的选择。如果用户指定传统模式，OS例如会激活全部优先标志，从而没有调度基于功率感知调度决定。相反，如果指定功率感知模式，OS会激活功率感知任务调度器和其它功率感知模块。

如果充电器没有打开（例如，如果其关闭或没有连接），在块603，任务监测器获得SoC、SoH和来自电池功率监测器210的其它电池信息。在块604，任务监测器确定每个任务的功率使用参数。需要说明的是，如果电池的剩余放电容量较低，则指示指定任务计划使用相对大量功率的功率使用参数可提供立即终止任务的基础。

在块604，任务监测器进行到块605，其中更新的通信资源参数从通信资源监测器230获得。同样的，如果在块602，其确定充电器打开时，任务监测器进入块605。

在块606，任务监测器获得与影响移动终端操作的各资源相关的更新参数。例如，这些可包括指示输入-输出（I/O）资源和影响功率使用的其它因素的参数。

在块607，任务监测器更新用于应用功率感知选择标准的阈值，并且其更新用于指示例如应当为特定任务或任务或应用的等级优先的选择标准的标志。需要说明的是，在这一点上，通过给功率感知任务调度器提供指示电池状态、指定任务的计划能量使用、任何优先标志的存在的相对较少数量的参数，任务监测器能够使调度器基于简单的阈值比较进行非常快的决定。

在块608，任务监测器从应用简档220获得更新的应用简档参数。

由块605-608表示的每个更新操作可各自以不同频率更新其相关的参数。例如，每个各自的更新操作可与触发更新操作并在图中描述的控制循环602-609的迭代的指定数量后复位的计数器相关联。这样的迭代指定数量可以是固定的，或者其可以是例如通过自适应算法的动态值集合。

需要说明的是，块605到608描述的特定顺序仅是解释性的，不是限制性的。其它可能的安排是可行的，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

块609表示能够进行控制以控制各参数的更新频率的等待时间。每个实现会优选地在导致高计算负担的高更新频率和会导致不精确的能量使用控制的低更新频率之间建立合适的权衡。需要说明的是，在这一点上，尽管任务调度器典型地在一个或几个毫秒的范围内的周期时间上进行操作，但功率感知任务监测器会典型地在更长的周期时间上进行操作，其中该更长的周期时间例如可在秒或数十秒甚至更长的范围内。

我们现在转向对功率感知任务调度器的更详细的讨论。如图2中的元件250所示，功率感知任务调度器考虑应用简档、信道质量、期望的任务持续时间，和确定任务完成所要求的资源和对电池寿命施加的影响的其它因素。移动终端中的功率感知任务调度器可为关键服务保留功率，其中关键服务例如是紧急呼叫，健康监测，认证，支付和银行应用。

从下面的描述中可明显看到，功率感知任务调度器会典型地根据完成任务所要求的全部能量的估计做出调度决定。然而，如果例如考虑能量消耗速率并结合预期的任务持续时间，整个能量要求的具体估计可能不需要进行计算。因此，例如可将能量消耗速率与一个或多个阈值比较，并且阈值可取决于诸如任务持续时间的其它变量。

需要说明的是，消耗速率和整个消耗的估计可以是任何形式的估计，包括但不限于，峰值、平均值估计，和概率估计。

如果剩余的电池电量低于阈值，功率感知任务调度器通过拒绝准许至少一些应用可增强功率储备。可替换的或者附加的，如果预期剩余电池电量在下一次再次充电的预期时间前低于阈值，其可通过拒绝这样的准许来增强功率储备。在这一点上，再次充电之间的预期时间例如可被预先设置为诸如12小时的默认值，或者其可以是用户配置的或自适应确定的。

因此，例如，当剩余电池电量低于20%，会拒绝长的视频传输，当剩余的电池电量低于10%，会拒绝不重要的应用，并且当剩余电池电量低于5%，会拒绝普通的语音呼叫。

功率感知任务调度器不仅会利用由移动终端中的其它模块提供的信息，还会利用由无线网络中的实体提供的信息。例如，网络中的一个或多个服务器会将与移动终端的电池功率和应用简档的信息提供给功率感知任务调度器。（具体地，电池模型可在网络中这样的服务器中实现。）这样，网络可帮助确定什么时间和如何支持功率敏感的应用。网络还可向移动终端提供基于位置的覆盖信息。例如，网络会认识到用户当前处于无线电阴影中（例如，由于建筑物或地下通道）。例如，如果提供合适的移动性模型，网络会能够建议移动终端如果其继续在目前的路径上，其将很快进入覆盖更好的区域。

根据这样的信息，移动终端和网络可调整通信策略以减小移动终端中用于通信和处理所要求的功率。

可调整的一个通信策略是选择媒体。例如，可作出仅传送语音的选择，而不是进行全部视频传输。另一可调整的策略是选择诸如音频或视频信号的质量。另一可调整的策略是传输的定时。如果当前的无线信道质量差，可通过拒绝上行链路传输以保持功率，直到信道质量改善为止。

延迟传输的策略可至少在两个方面保存功率：当信道条件良好时，可接受的吞吐量可要求较少的传输功率和较少的处理功率，并且在良好的信道条件下，由于重复地尝试请求上行链路无线电资源，因此移动终端的电池漏点较少。

功率感知任务调度器还可包括允许在一些当前的移动终端中实现的各种低级别功率管理控制功能上的更好控制的功能。这样的控制功能的实施例是将显示器切换为低功率模式的变暗功能，以及将关闭不活动组件以及将诸如发射器和接收器的其他组件置于间歇休眠模式的节电功能。而另一控制功能可以是处理器自身的动态电压缩放。

需要说明的是，确定是否剩余足够的容量以完成特定的应用不仅取决于估计的功率要求和所讨论应用的持续时间，还取决于现有任务和过程的整体能量消耗速率。这样的决定可影响对调度任务的准许，以及任务的调度决定。

对于功率要求，可回想起在前面的讨论中我们将应用功率阈值（APT）定义为从开始到完成指定的应用所要求的估计功率，加上关键应用所要求的最小功率。这使得指定保持预留的用于执行关键应用的功率总量成为可能。

APT还可定义为电池中可利用功率的百分比。可为应用和服务的不同级别设置APT的不同值。因此，可给具有不同的相对优先级的应用以不同的处理，从而，例如，当电池低而不是非常低，可对高优先级的应用进行调度，而拒绝低优先级的应用。当任务被拒绝（或暂停）时，操作系统可执行专用的软件中断以为用户产生相应的消息，并且从而从调度器排除该任务。

对于新任务，APT会是完成整个应用所要求的估计功率，加上关键应用所要求的最小功率。对于返回的任务，相反，APT会是完成应用的剩余部分所要求的估计功率，加上关键应用所要求的最小功率和其它准许的应用的预期功率消耗。当调度任务运行时，其或者运行以完成并退出系统，或者其返回以用于调度的下一周期。需要说明的是，连同其它考虑，功率感知任务调度器的实际实现可由指定的主操作系统的属性规定。

如果其确定运行任务是不合适的，这是因为例如电池功率低于最小阈值或通信资源低于所要求的阈值，则调度器会给用户发送警告消息。用户从而决定绕过调度器的功率感知部分，并促使移动终端执行该任务。

图7提供实现功率感知任务调度器的一个可能架构的功能框图。下面将更为详细地讨论图7。同时，如果结合图7阅读，可最容易地理解图8A。

现在转向图8A，示出了描述基于任务的功率阈值的调度或准许决定的高级流程图。这是在准许模块以及功率感知任务调度器中实现的一个特征。如上所示，功率阈值通常可应用于任务，其可因为应用或任务的不同类别而不同，或者其可为各个任务或应用专门配置。执行功率阈值的一个优势在于，这样的实践可促使保持预留给指定为关键的任务的功率。因此，可允许和执行关键任务而不施加任何阈值，或者它们可服从于例如非常低的阈值，从而仅当电池的整体耗尽即将到达时拒绝它们。

如图所示，在块801从诸如图7中描述和下面讨论的进入任务队列730或就绪队列740的队列选择任务。在块802，准许模块或调度模块确定可利用的电池电量是否大于应用阈值。如果有足够的可利用功率，该任务被允许或被调度以用于执行，如由块803所示。否则，准许模块会拒绝该任务，或调度模块会发出警告、暂停或拒绝任务，如块804所示的。

图8B是示例性过程控制块810的格式图。如本领域技术人员所公知的，过程控制块为操作系统提供它们需要用于任务调度的任务专用信息。过程控制块是在下面分别结合图9A和图9B讨论的准许模块和功率感知调度模块中处理的信息的基本单元。

相对于更传统的过程控制块，图8B的过程控制块已经被修改，以包括功率相关的数据字段。也就是，图中示出的功率控制块包括传统的处理元素，例如标识符、状态、优先级别、程序计数器、存储器指针、上下文数据、I/O状态信息和记账信息。然而，其还包括附加的过程元素，例如功率相关标志，和功率相关信息。功率相关标志例如可包括上面讨论的优先标志。功率相关信息可包括上述讨论的功率阈值，以及例如由图2的功率感知任务监测器240提供的其它应用简档参数。

我们现在返回到步骤9A和图9B，其为描述所解释的功率感知任务调度子系统中功能操作的流程图。调度子系统包括准许模块，其操作由图9A描述，和功率感知调度模块，其操作由图9B描述。结合图7的框图可以更好地理解图9A和图9B，其中将功率感知任务调度子系统700描述为包括功率感知准许模块710和功率感知任务调度器720。任务调度器还包括任务选择器750和功率感知调度模块760。下面将图7的进一步细节。

现在转到图9A，准许模块首先从诸如图7的进入任务队列730的队列选择920任务。准许模块检查921是否指示允许任务绕过功率相关的判定点的任务绕过标志（TBF）已经被设置。TBF是可预先为系统任务以及其它指定任务配置的标志。需要说明的是，在这一点上，可将这里涉及的各标志作为单独的二进制值参数，或者可将它们分为一个或多个多值参数。

如果TBF已经被设置，准许模块检测922是否要执行的任务所要求的全部资源（例如移动终端处的资源和通信资源）是可获得的。如果是，任务被允许923。否则，其被拒绝929。

返回到判定点921，如果任务没有被标记绕过功率相关的判定点，则准许模块检查924任务的优先级或关键性级别。如果优先级或关键性级别高的足以绕过功率相关的判定点，则准许模块在判定点922进行到资源检测。否则，准许模块检测925是否用户忽略标志（UOF，user override flag）已经被设置。典型地，响应于由功率感知任务调度器发布的警告，用户会设置UOF，这将在下面进行描述。

如果UOF已经被设置，准许模块进行到判定点922。否则，根据功率阈值，准许模块检查926是否电池具有足够的剩余放电容量以满足全部的选择标准。如果是，准许模块进行到判定点922。否则，准许模块检差927是否请求优先（RQO，request-override）标志已经被设置。当用户被功率感知任务调度器警告时，在允许任务后，当RQO被设置（例如，当其具有二进制值RQO=1），会通过人工设置UOF允许用户推动任务的执行。如果RQO已经被设置，准许模块进行到判定点922。否则，任务被拒绝929。

现在转向图9B，诸如图7的调度器760的调度器，首先从诸如就绪队列740的队列选择准许的任务。如图7所示，这可在任务选择器750的帮助下完成。调度器检查931是否TBF已经被设置，也就是，是否任务已经被标记为绕过功率相关的判定点。如果是，调度器检差932是否执行任务所要求的全部资源是可获得的。如果是，对任务进行调度以执行，并进行执行938。否则，调度器进入判定点936，这将在下面进行描述。这里我们说明的是，判定点936的可能输出是任务的拒绝或暂停，或者向用户发布警告。下面将详细描述警告939C的结果。

返回判定点931，如果调度器确定TBF还没有被设置，也就是，任务还没有被标记为绕过功率相关判定点，调度器进行到判定点933，其中判定点933检测任务的优先级或关键级别。如果优先级或关键级别高到足以绕过功率相关的判定点时，调度器在判定点932进行资源检差。否则，调度器检查934是否用户配置的优先标志UOF已经被设置。如果是，调度器进入判定点932。否则，根据功率阈值，调度器检测935是否电池具有足够的剩余放电容量以满足全部的选择标准。如果是，调度器进入判定点932。否则，调度器进入判定点936。

如上所述，调度器可从判定点932，以及从判定点935，进入判定点936。当到达到判定点936时，调度器检查是否RQO已经被设置。如果RQO已经被设置，调度器能够向用户发布低功率警告，并从用户接收人工输入，其中如果用户指示希望实施任务的执行，则人工输入会导致设置UOF（也就是，设置UOF=1）。尽管没有在图中具体说明，但是在任务将要被暂停或拒绝时当然可以发布警告。

因此，如果RQO已经被设置，调度器促使939C发布警告。尽管没有在图中具体说明，调度器还将任务放置在图9A的准许模块的等待队列中。在准许处理的下一周期中，并在任务监测器已报告包括RQO的用户配置值的标志值后，准许模块会在判定点927读取RQO，其结果如上所述。

如果RQO还没有被设置，调度器检查937以确定是否任务能够被暂停。如果是，调度器促使939B任务被暂停。否则，调度器促使939A任务被拒绝。需要说明的是，在这一点上，被暂停的任务可自动返回队列以用于另一调度尝试，而被拒绝的任务被永久地从队列中除去。例如，当可获得的功率和其它条件返回到满足选择标准（例如通过功率监测器由周期检差所指示的）的级别，如果被暂停的任务还没有超时，则它们可自动恢复活动。

还需要说明的是，由调度器处理的任务包括最近被允许的任务，以及返回以进行下一轮处理的任务。从就绪队列选择每个任务，从而可将其视为使用诸如传统调度算法的特点进行功率感知调度判定。

我们现在将提供如何在多任务移动操作系统中实现功率感知任务调度的进一步细节。

在图7的功能框图中示出了多任务移动操作系统中功率感知任务调度器的一个示例性架构。在所描述的架构中，功率感知任务调度子系统700包括功率感知任务准许模块710和功率感知任务调度器720。调度器功能块720对应于图2的调度器功能块250。

功率感知任务允许模块用作看门人；也就是，它是基于应用的关键性和功率要求允许应用的有效的长期调度器。无论是由用户或由操作系统启动新任务，可调用该模块。其通过使用各种标准、包括之前讨论的功率消耗标准，确定允许执行哪些任务。如果多于一个的新任务同时到达输入时，任务准许模块例如会利用简单的先入先出（FIFO）方案以选择准许判定的任务。如果来自进入队列730的进入任务被允许执行，可将其放置在就绪队列740中，以便由功率感知任务调度器720作进一步的调度。

示例性的功率感知任务调度器包括添加功率感知调度模块760的传统类型的任务选择器750。模块760提供短期任务调度，其旨在有效地将处理器时间分配给就绪队列中的任务。就绪队列中的任务不仅包括那些最近准许的任务，还包括从输入/输出（I/O）操作后的前一调度周期返回的任务、那些来自关键部分的任务、那些转入主存储器的任务、或那些来自中断的任务。

在这一点上，“关键部分”是访问共享存储器区域、公共文件、公共变量、或一些其它公共资源的程序部分。如果一个任务在关键部分中执行，通常不允许其它任务在其中执行。因此，操作系统作为看门人在指定的时间仅允许一个任务访问关键部分。

“交换”是当主存储器具有有限的可利用空间时操作系统（OS）可执行的操作。因此，OS可将存在的（但是未运行的）过程交换主存储器，并交换到到诸如硬盘的二级存储器，或交换到扩展的慢RAM存储器，以便为最新到达的过程腾出空间。当OS将换出的过程带回到存储器中以用于下一轮执行时会发生换入。

可使用各种已知算法中的任一个完成任务选择，例如先到先服务（FIFS）、最短工作优先（SJF）、剩余时间最短优先（也就是，SRTF，其为先占SJF算法的变形），轮询的基于优先级的多级别队列，多级别反馈队列，或任何专用算法。一些操作系统利用这些算法的组合。

如果功率感知调度模块决定调度任务以进行执行，会将任务移交给分配器770。分配器的作用是给所选择的任务提供在被称为量程（quantum）或时间片的指定持续时间内控制处理器。通常将多任务操作系统中的处理器时间量程设置为数十毫秒（10ms）。例如，Linux操作系统中的时间量程从10ms到200ms变化。在该量程中，任务或者运行完成，或者其在再次返回就绪队列前转换为等待状态。

在任务选择过程结束时，功率感知任务选择器750会检测是否当前选择的任务已运行了很久时间。该持续时间可例如根据应用已通过任务调度器720循环的次数的数量来表示。运行持续时间的这种检查会是有优势的，例如，当需要考虑电池的泄露速率时，不仅考虑指定的应用，还要考虑正在运行的全部其它任务。如果全部的泄露速率变得相对高，则可能希望重新评估是否指定的应用应当被允许继续运行。这样的重新评估可根据指定应用的优先级级别和根据可能在运行的其它应用的优先级级别进行。

如图7所示，功率感知任务调度器720将传统任务调度器的功能与这里描述的新的、功率感知特性进行结合。在其它实现中，传统任务调度器和功率感知任务调度器例如可以作为并行或串行安排的独立实体进行操作。

在一个可能的并行安排中（没有在图中示出），就绪队列740和分配器770同时服务于传统的和功率感知的调度器，并且任务选择器750用于将不同类型的任务送给不同的调度器。例如，任务选择器可将OS任务发送给传统调度器，并且将用户任务发送给功率感知调度器。可替换地，各个调度器中的每一个可具有其自身的就绪队列和任务选择器。

在一个可能的串行安排中（没有在图中示出），功率感知任务调度器是顺序中的第一个调度器，并且其后面是传统的任务调度器。功率感知调度器例如仅对例如用户任务进行操作，并简单地将OS任务转发到传统的调度器。传统的调度器不对由功率感知调度器暂停或拒绝的任务进行操作，而是简单地将它们传递给分配器（例如，可将其进行结合以作为传统调度器的组件）。相反，已被发布警告的任务可由传统调度器进行处理。在可替换的安排中，功率感知任务调度器可以是序列中的第二调度器，在传统的任务调度器的后面。

是否调度任务以进行执行的判定取决于任务的关键性，例如由应用类型、其执行时间、完成任务所需要的功率量、用于该任务的通信阈值所标识。功率消耗速率也是重要的，例如在执行时间难以预测时。在不能调度任务以用于进一步执行的情况下，OS会警告用户任务已经被暂停或拒绝。OS会允许用户例如通过设置如前所述的忽略标志以忽略功率感知调度决定。

因为对处理器来说每隔几毫秒在任务之间进行切换是典型的，因此可调用功率感知任务调度器以在返回的任务上进行每秒数百次甚至更多的复杂重新评估是可能的。因此，为了避免在这样的重复评估上的不合适的时间和功率花费，希望以最高可能的效率操作功率感知任务调度器。相比于对已由功率感知任务调度器计算的阈值值的操作，将由其决定的过程限制为少数几个，则可以维持功率感知调度器的效率。需要说明的是，在这一点上，如果电池电量太低以至于仅允许关键应用时，可优选地减小或者甚至关闭非重要的任务监测和调度功能。

进一步参照图7，可以看到在处理器780中处理的任务可具有各种结果。如果任务已经完成，则其会从处理循环中退出，如图所示。如现有技术所公知的，如果任务到达其最大分配的处理时间还没有完成，则其会超时。在这样的情况下，任务会典型地通过处理循环进行循环，如图所示。一些任务会需要进入等待状态，直到接收到指示需要用于进一步处理的条件满足的触发为止。

可建立多个队列，其中每个队列表示等待特别用于该队列的事件的任务。当事件发生时，在该队列中等待的任务可返回到就绪队列。在图中所描述的是标记为“事件1-n等待”的一个代表性序列，以指示事实上多达n个的独立的序列。换句话说，图中所述的队列是第i个队列，其中i=1,...,n。触发事件例如可以是显示器的激活，或者是无线连接的建立。

我们现在转向包括这里描述的原则的两个特定用例。第一个保护关键应用，并且第二个在存在波动的网络条件中保护网络连通性。

用例1：关键终端中心服务。可由用户或服务提供方将应用指定为关键的，或者例如其可以是被政府强制执行的关键应用。我们期望移动终端会日益增加地用于执行包括认证和安全的关键应用。例如，增强的911服务是政府强制执行的紧急服务，确保用于其可能使用的功率预留可以是关键的要求。在进一步的实施例中，现在将专用的生物测量传感器集成到特定的手持设备中以用于认证目的，并且我们期望这种与认证相关的传感器会在未来成为手持设备的标准组件。

在上面，我们将应用功率阈值（APT）定义为从启动开始到完成指定应用所要求的估计的功率，加上关键应用所要求的最小功率。目的是指定为关键应用的性能预留的需要保持的功率量。

这里，我们进一步说明可将TPM模块配置为预留移动终端的电池容量的一部分，从而其可靠地用于关键功能，其中包括增强的911服务和依赖于生物传感器的认证功能等。如果已经超过了指定的阈值，TPM模块可实现这样的功率预留，例如通过阻塞或暂停非必要的应用。根据之前描述的APT，会典型地将这样的阻塞或暂停添加到准许控制。

理想地，部分TPM模块的功能是确保关键事务处理所需要的全部组件是可利用的，并在需要时是全部可操作的。因此，例如，当需要时TPM应当能够忽略诸如显示器控制的功率节省特性。

用例2：非关键的网络中心应用。移动终端的用户会希望例如为一些其它目的收听博客或从网络中心服务器下载内容。此外，移动终端自己可决定下载内容，例如更新本地信息、地图、广告、或软件补丁。一些内容可以是时间关键的，而其它内容可能不是时间关键的。

如果用户正在移动，接收质量可能会显著变化。例如，移动终端可能从高质量接收区域移动到差质量区域，并且反之亦然，造成接收质量的连续波动。一个结果可能是应用体验经常的故障或差接收的周期。

由于差接收导致的高错误率会典型地导致通信链路超时。然而，通过在移动终端、网络和应用服务器中使用功率感知任务管理器，可提供可避免或至少减小这样超时发生的可替换方式。

也就是，由于差信道质量的超时会典型地在较低的协议层进行说明，作为公知的，例如涉及TCP/IP层。然而，在（较高的）应用层，网络和移动终端可以按减小超时频率的方式适应于差信道条件。例如，应用可减小其数据交换速率，或变为一些其它的策略。为了有效，这样的自适应方法会在移动终端、在网络层和在应用服务器的功率感知任务管理器之间要求合作。

在解释性的方案中，功率感知任务监测器根据当前的信道条件设置任务相关的参数，并且功率感知任务调度器根据资源的可利用性暂停和恢复任务。例如，功率感知任务监测器可改变任务的优先级，从而造成间接的暂停，或造成以较小的频率间隔进行调度。在这样的方式中，在差接收的时间段中可减小与任务相关联的吞吐量，从而在这样的周期中导致较小的超时。

具体地，在接收质量良好的周期中可以高速率执行下载，而将通信模块置为半休眠模式，以便在差接收质量的时间段中使应用的功率消耗最小化。

已知用于评估信道质量的各种方法。这些方法包括测量吞吐量、信干噪比（SINR）、误帧率和传输功率级别。

Claims

1.在被配置为支持多个应用的移动通信终端中，其中通过执行一个或多个任务来执行每个应用，一种方法包括：

(a)响应于来自应用的调度请求，在所述任务中至少一个任务的要求的运行时间获得电源条件的指示，其中指示的电源条件包括对剩余放电容量的估计；

(b)获得对任务在所述要求的运行时间的能量使用的速率的预测；

(c)通过预测的能量使用的速率，估计完成任务所需要的能量的总量；和

(d)对任务进行调度判定，其中调度判定包括从用于任务的两个或多个可替换配置的组进行选择，根据将运行时间电源条件与任务的所述预测的能量使用速率和完成任务所需要的全部能量的估计进行关联的选择标准来进行选择，并且选择标准取决于估计的剩余放电容量是否超出估计的完成任务所需要的全部能量至少为阈值量；

(e)当任务在进行中时，迭代地更新预测的能量使用的速率和完成任务所需要的全部能量的估计；

(f)当任务在进行中时，迭代地更新估计的剩余放电容量和阈值量；以及

(g)基于更新的速率预测和能量估计，以及基于剩余放电容量和阈值量的更新的估计，对任务进行进一步调度判定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中估计的完成任务需要的全部能量至少部分取决于从存储在数据库中的应用简档检索的信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其中至少一些应用具有各自不同的优先级别，其中阈值量取决于任务所属应用的优先级别。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

方法进一步包括确定进行调度请求的应用是否具有关键优先级别；

获得电源条件指示、获得能量使用率的预测、和进行调度判定的步骤在优先级别不是关键的条件下执行；和

如果优先级别是优选的，无条件调度任务。

5.根据权利要求1所述的方法，其中为多个任务进行调度判定，其中对于至少一个优先级别，调度任务以用于执行，不考虑运行时间电源条件与预测的由任务使用的能量速率相关的任何标准。

6.根据权利要求5所述的方法，其中调用任务以用于执行，如果优先级别是下面的至少一个，不考虑任何所述的标准：任务是关键的指示，和用户配置的忽略指示。

7.一种移动通信终端，包括：

电池；

与电池条件相关的信息源；

第一模块，被配置为响应于来自应用的调度任务的请求，从电池信息源获得电池条件的指示，其中指示的电源条件包括对剩余放电容量的估计；

与一个或多个应用相关联的任务的能量使用的速率相关的能量使用信息源；

第二模块，被配置为从能量使用信息源，获得在用于任务的要求运行时间处对任务的能量使用的速率的预测，并且进一步被配置为当任务在进行中时，迭代地更新所述预测，并且进一步被配置为估计完成任务所需要的能量总量并且被配置为当任务在进行中时，迭代地更新所述估计；以及

任务调度模块，被配置为从用于任务的两个或多个可替换配置的组进行选择，其中根据将运行时间电池条件与任务的所述预测的能量使用的速率和完成任务所需要的全部能量的估计进行关联的选择标准来进行选择，并且选择标准取决于估计的剩余放电容量是否超出估计的完成任务所需要的全部能量至少为阈值量。

8.根据权利要求7所述的移动通信终端，进一步包括存储在数字存储器中的应用简档数据库，其中将能量使用预测模型配置为从应用简档数据库检索信息，以此作为完成任务需要的全部能量的估计基础。

9.根据权利要求8所述的移动通信终端，其中应用简档数据库包括不同应用的不同优先级别的指示。