CN114900875B - 可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法 - Google Patents

可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，包括以下步骤：步骤1、获取接收网络数据包的协议接口；步骤2、获取网络数据包的有效包长，并判断是否需要向所述应用程序推送网络数据包；步骤3、当判断需要推送时，预测得到网络数据包的种类；步骤4、基于系统信息、步骤3得到的种类得到延迟时间；步骤5、根据延迟时间与网络数据包存续于协议接口中的时间是否对齐，判断是否向应用程序交付网络数据包。本发明可有效降低个人智能终端设备功耗。

Description

可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法
技术领域
本发明涉及网络数据传输方法领域，具体是可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法。
背景技术
个人智能终端如手机、个人平板电脑等，在待机状态下的设备仍然存在较大的功耗，主要是因为个人智能终端在待机状态下其应用程序（APP）仍然会带来较大的功耗，其中主要是APP使用网络时带来的功耗。网络在手机待机能耗占相当大的一部分比例，个人智能终端的应用程序（APP）在待机时，会与服务器一直保持连接，以便及时收发数据，每个个人智能终端用户所必备的软件，其在待机时往往与服务器保持连接，当应用程序接收到服务器传来的消息时，需要对数据包中内容进行解码分析等一系列操作，此时CPU会增加频率来处理这些事件，同时数据包的到来是不固定，并且这些数据包处理的时间极短，会造成CPU处于一种低效率的状态，并可能唤醒设备的其他高能耗硬件(屏幕)。这种情况会导致设备在待机时频繁唤醒从而导致个人智能终端能耗的提高。
为了降低个人智能终端待机状态下的功耗，可从应用的角度上采用对alarm进行对齐的策略，进而减少alarm工作以减少硬件的调用次数，达到减少能耗的目的，但是存在收益过低的问题。也有从硬件的角度出发，通过切换待机时处理器降低功耗，将处理IO和存储信息的设备从高能耗硬件上转移至低能耗硬件上，这类方案对功耗的降低最为明显，但是成本过高，同时实施也过于困难。还有一种方法是从网络角度做优化来降低功耗，但从网络角度的上做的优化工作往往对用户对体验造成很大影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，以解决现有技术个人智能终端中APP由网络唤起带来的高耗电的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，包括以下步骤：
步骤1、从个人智能终端设备操作系统中获取所述应用程序用于接收网络数据包的对应协议接口；
步骤2、通过步骤1得到所述协议接口获取网络数据包的有效包长，并判断是否需要向所述应用程序推送网络数据包；
步骤3、当判断需要向应用程序推送网络数据包时，基于步骤2得到的有效包长预测得到所述网络数据包的种类；
步骤4、获取个人智能终端的系统信息，并基于人智能终端的系统信息、步骤3得到的种类得到延迟时间；
步骤5、由所述协议接口获取步骤4得到的延迟时间，并判断所述网络数据包存续于协议接口中的时间与所述延迟时间是否对齐，若对齐则由协议接口向应用程序交付网络数据包。
进一步的，步骤2中，由协议接口监测得到网络数据包的有效包长。
进一步的，步骤2中，基于网络数据包的推送标志位判断是否需要向所述应用程序推送网络数据包。
进一步的，步骤3中，采用查表分析的算法，以步骤2得到的有效包长作为的输入，通过查表分析的算法预测得到所述网络数据包的种类。
进一步的，步骤4中，个人智能终端的系统信息至少包括系统时间信息、网络状态信息、电量信息、休眠时间信息、充电状态信息。
进一步的，步骤4中，采用Q-learning算法模型，以个人智能终端的系统信息、、步骤3得到的种类作为Q-learning算法模型的输入，通过Q-learning算法模型处理得到所述延迟时间。
进一步的，步骤5中，当所述网络数据包存续于协议接口中的时间大于或等于所述延迟时间时，则判断结果为对齐。
本发明中，通过预测应用程序对应的协议接收的网络数据包内容，判断该网络数据包对设备使用者的重要程度，从而对网络数据包进行存续，最后对存续时间到达本发明计算得到的延迟时间的数据包统一进行交付，减少了硬件的IO次数和设备的唤醒次数，以达到低功耗的效果。
本发明中，通过查表分析的算法对应用程序的网络数据包进行预测分类，依据不同类型的网络数据包对用户对重要程度，利用Q-learning算法模型计算时延时间，进行动态延迟操作，并采用对齐机制选择合适的时间将所有网络数据包统一交付，使得需要多次上传至应用程序的网络数据包能够一次性交付给应用程序，从而达到降低设备功耗的目的。本发明适用于任何应用，并可以对主流APP做特殊优化。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、本发明方法能应用于任意一种个人智能终端中，适用性广。
2、本发明方法可对个人智能终端中各种应用程序进行特殊优化，尤其是应用频繁的应用程序，如微信、qq等用户使用频率高的软件做优化。
3、依据不同类型的网络数据包对用户对重要程度计算时延时间，进行动态延迟操作，并采用对齐机制选择合适的时间将所有网络数据包统一交付，使得需要多次上传至应用程序的网络数据包能够一次性交付给应用程序，从而达到降低设备功耗的目的。因此能够在不降低用户体验的同时，增加了个人智能终端的续航时间。
附图说明
图1是本发明实施例方法流程框图。
图2是本发明实施例网络数据包传输原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本实施例以手机中Android操作系统，以及微信应用程序为例进行说明。如图1所示，本实施例方法包括以下步骤：
步骤1、获取网络数据包：
如图2所示，在Android操作系统中的微信应用程序（以下简称微信），通过TCP协议与服务器通讯连接，因此个人智能终端中Android操作系统的设备底层以套接字(socket)作为协议接口，由套接字从服务器接收TCP网络数据包，并由套接字将TCP网络数据包传输至微信应用程序。
本实施例中，首先从Android操作系统的底层获取微信注册的网络端口号，进而获取微信绑定对应的套接字。
由于微信的网络端口号随着网络的连接断开，会重新分配端口号，因此微信的端口号不是静态的，而是动态存储，本发明中需要从Android操作系统的底层中获取微信注册的网络端口号，从而获得微信绑定的套接字。套接字接收到TCP网络数据包时，将TCP网络数据包暂存至套接字的缓冲区中。
步骤2、获取网络数据包的有效包长和判断推送信息：
传统的Android操作系统中，当TCP网络数据包进入运输层时，会将TCP网络数据包暂存至套接字缓冲区中，套接字会依据TCP网络数据包中的TCP推送标志位(PSH)是否为1判断是否将缓冲层刷新，当TCP推送标志位为1时则刷新缓冲层将缓冲层刷新并将TCP网络数据包交付至微信。同时，缓冲区满时，套接字也同时会刷新缓冲区，将缓冲区中所有的数据包交付至应用层。
与传统的Android操作系统不同的是，本实施例通过在套接字层进行修改，通过修改套接字(socket)中数据包存储的数据结构形式，为套接字增加对微信的网络进行监控的功能，以检测TCP网络数据包有效数据长度，并依据TCP网络数据包首部的seq序号字段，对来自同一个消息的所有TCP网络数据包进行标记，由此获得各个TCP网络数据包的有效包长(payload)。
同时，本实施例修改套接字(socket)模块中的交付机制，将传统的套接字交付机制中，若TCP网络数据包中的TCP推送标志位(PSH)为1时直接刷新缓冲层向微信推送这一功能删除。取而代之的是在本实施例中，当套接字中检测TCP网络数据包的TCP推送标志位(PSH)标志位为1时，则暂时不向微信推送TCP网络数据包，而是先执行后续的预测步骤。
步骤3、预测TCP网络数据包的种类：
本实施例中，以步骤2得到的微信的TCP网络数据包的有效包长(payload)作为输入，通过根据先验知识设置表的方式进行分类，当数据包的总长落在其中某类的区间中时，可预测该数据包属于哪一类。经过查表预测得到TCP网络数据包的种类(class_info)，将种类作为预测结果进行输出。
依据查表的算法输出的预测过程如下：
以微信为例，设置不同种类的取值范围如表1所示，表1如下：
表1本发明以微信为例实验得到的种类的分类表
类别 Payload（btyes）
第一类(文字、表情) 500～900
第二类(图片) 2820～4080
第三类(红包) 2170～2270
第四类(转账) 1040～1060
第五类(表情包) 950～1300
第六类(语音通话和视频通话) 140
第七类(n秒语音) 500+n*1000
表3是经过多次实验后分析得到，考虑了不同大小的消息类型。因此具有很强的参考性。当收到有效包长(payload)大小为X的数据包时，预测模块将判断数据包大小属于哪种消息类型的区间，若不在表中的区间中时，根据距每种类别区间中心的距离判断该数据包属于哪种数据包类型。从而预测出数据包类别。
步骤4、计算延迟时间。
步骤2中得到预测结果后，由套接字在Android操作系统底层采集设备的系统信息，采集的系统信息包括系统时间(system_time)、网络状态(Wifi/5G/4G/3G/2G)、电量、休眠时间、充电状态(连接电源/未连接电源)。
将步骤3得到的种类(class_info)，以及采集得到的系统信息作为输入，采用Q-learning算法模型得到延迟时间(delay_time)。Q-learning算法模型的处理过程如下：
Q-learning算法模型需要分别设定S(状态)、A(动作)和R(回报)。
S(状态)设置为。其中/>表示为设备此时的系统时间，/>表示为设备的网络状态(Wifi/5G/4G/3G/2G)，/>表示为设备当前的电量，/>表示为设备当前的休眠时间，/>表示为设备的充电状态(连接电源/未连接电源)，/>表示为步骤3预测得到的种类。
的取值为连续值，因此对其使用聚类算法，将连续的时间转换成离散的等级，以满足Q-learning强化学习的输入。
A(动作)设置为表示延迟时间delay_time为0min，根据延迟时间的长短将60min划分成20个等级。即/>,其中/>表示延迟时间delay_time为0min，/>表示延迟时间delay_time为3min，以此类推，/>表示延迟时间delay_time为60min。
R(回报)设置为其中/>表示为用户的解锁手机的时间，/>表示对齐的输出数量。
在Q-learning中，取值函数表示为, />通过接收S(状态)、A(动作)后，对应一个相应的值，因此/>是一个查找表(Q表)，设定以上S、A、R后，将训练数据传入至Q-learning模型中，得到训练后的查找表(Q表)，在待机执行防御模块时，Q-learning强化学习能根据传入的S(状态)在已学习好的Q表查询，找到最大的Q(S,A)值的对应的A(动作)作为模型的输出。
步骤5、套接字获取步骤3计算得到的延迟时间，并将TCP网络数据包在套接字中缓冲区存续的时间与延迟时间进行对齐比较，当TCP网络数据包在套接字中缓冲区存续的时间对齐延迟时间，即TCP网络数据包在套接字中缓冲区存续的时间大于或等于延迟时间时，套接字将网络数据包交付给微信。
综上，在本实施例中，在套接字中部署了预测模块、防御模块和对齐模块，其中：
预测模块：采用查表的算法，对微信对有效包长(payload)作为输入，经过预设分类表，在分类表中查询的方式，判断包大小是属于哪一个种类，将预测的种类(class_info)进行输出。之后将种类(class_info)作为输入，输入到接下来的防御模块中。
防御模块：采用Q-learning算法模型，目的是为了减少计算量，避免计算带来的高耗电量，同时采集此时设备的系统时间(system_time),网络状态(Wifi/5G/4G/3G/2G),电量，休眠时间，充电状态(连接电源/未连接电源)，同预测模块中的输出种类(class_info)作为防御模块的输入，模块输出为延迟时间(delay_time),该模块调用时间为预测模块执行完后执行。
对齐模块：当套接字(socket)缓冲区中的任意已标记数据包的延迟时间(delay_time)到达时，将缓冲区中已标记的所有数据包一次性交付给微信应用程序。
可见，本发明提出的方法能够针对微信做特殊优化，能避免设备由网络唤起的一系列高耗电操作，例如，当微信接收到来自网络端口的数据包时，需要对数据包进行解码，此时会在待机状态下唤醒cpu，导致设备功耗升高，同时当微信接收到个人消息或者群消息时，还会对设备进行唤醒，将屏幕等高耗电硬件唤醒，更进一步地增加了功耗。而本发明提出的方法，则能够预测微信的数据包内容，判断该数据包对设备使用者的重要程度，从而对数据包进行延迟，最后对延迟间隔内到达的数据包统一进行交付，减少了硬件的IO次数和设备的唤醒次数，以达到低功耗的效果。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、从个人智能终端设备操作系统中获取所述应用程序用于接收网络数据包的对应协议接口；
步骤2、通过步骤1得到所述协议接口获取网络数据包的有效包长，并判断是否需要向所述应用程序推送网络数据包；
步骤3、当判断需要向应用程序推送网络数据包时，基于步骤2得到的有效包长预测得到所述网络数据包的种类；
步骤4、获取个人智能终端的系统信息，并基于人智能终端的系统信息、步骤3得到的种类得到延迟时间；
步骤5、由所述协议接口获取步骤4得到的延迟时间，并判断所述网络数据包存续于协议接口中的时间与所述延迟时间是否对齐，若对齐则由协议接口向应用程序交付网络数据包；
步骤3中，采用查表分析的算法，以步骤2得到的有效包长作为输入，通过查表分析的算法预测得到所述网络数据包的种类；
步骤4中，采用Q-learning算法模型，以个人智能终端的系统信息、步骤3得到的种类作为Q-learning算法模型的输入，通过Q-learning算法模型处理得到所述延迟时间。
2.根据权利要求1所述的可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，其特征在于，步骤2中，由协议接口监测得到网络数据包的有效包长。
3.根据权利要求1所述的可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，其特征在于，步骤2中，基于网络数据包的推送标志位判断是否需要向所述应用程序推送网络数据包。
4.根据权利要求1所述的可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，其特征在于，步骤4中，个人智能终端的系统信息至少包括系统时间信息、网络状态信息、电量信息、休眠时间信息、充电状态信息。
5.根据权利要求1所述的可降低功耗的个人智能终端应用程序网络数据接收方法，其特征在于，步骤5中，当所述网络数据包存续于协议接口中的时间大于或等于所述延迟时间时，则判断结果为对齐。
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