随着3G和4G网络的普及，用户使用APP的场景更多地集中在移动网络下。同时也带来了手机电量消耗更快和网络延迟更高的问题。想开发出用户体验 更好的应用，就需要对移动网络有更深入的了解。本系列文章分为上下两篇，分别介绍如何开发出更省电和网络延迟更低的移动应用程序。本篇文章主要介绍移动网 络的一些基本工作原理以及降低手机耗电的优化方案。

初窥2G，3G，4G网络

说起移动网络我们不得不提香农定理。香农定理是所有通信制式最基本的原理，它描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。其用公式可表示为：

其中：C是信道支持的最大速度或者叫信道容量；B是信道的带宽；S是平均信号功率；N是平均噪声功率；S/N即信噪比。

移动网络技术的发展也无法跳出这个公式。从最初的1G网络技术到现在的4G网络技术，都是在利用这个公式提高速度。要么让频段资源得到充分的利 用，要么提高整体带宽。但是无论如何改进，频段资源都是有限的。在拥挤的城市或者人扎堆的地方，很容易分配不到无线资源。即使分配到资源，也会因为使用人 数过多而导致速度变慢。所以不得不制定出更优秀的策略来提高资源的有效利用。这就是我们下面要讲的无线资源控制（RRC）。
无线资源控制（RRC）

什么是无线资源控制协议呢？我们先来看看手机发送一条信息的通信过程。

欲通信，先同步。手机在空闲状态下是无法通信的，当有通信需求时，手机会自动搜索信号，直到它搜到一个“信号非常强的全0序列”，就完成了锁定某个频道的过程。锁定频道之后，手机接下来就需要和通信系统校准时间，这就是同步过程。

欲接入，先申请。取得了频率和时间上的同步后，手机向控制平台发送通信请求，控制平台收到请求后，会找到空闲的时隙资源（时分多址技术中术语）分 配给手机，并将手机切换到Active状态，这样手机就可以通信了。通信完成后，过一段时间，控制平台又会回收手机占用的通信资源，进入低耗能模式或者空 闲模式。整个这一通信过程就是RRC所做的事情。

移动网络耗电的原因

前面提到了控制平台下不同模式的切换，下面是它的具体工作原理：手机在不传输数据的情况下一般处于空闲状态（Idle），当有发送数据需求时必须 向控制平台发送申请。只有将手机切换到Active状态，也就是高耗能模式下才能进行通信。这一切换过程在4G网络下需要花费100ms的时间。通信完成 后，手机不会一直处于高耗能模式下等待数据传输，它会切换到低耗能模式（Short sleep）。如果手机处于低耗能模式时接到数据发送请求，那么它又会切换到高耗能模式来发送数据。在频繁的数据请求中，它会在低耗能模式和高耗能模式不 断的切换，而在不发送数据时，在10s后会再次进入空闲模式下。它会周期性的切换模式来确保资源的有效利用。

为什么存在耗能模式切换呢？因为无线资源是相对短缺的资源，在没有数据请求时就要对无线资源进行回收。

移动网络只有在处于DCH（高耗能模式）和 FACH（低耗能模式）下才会消耗手机电量。从上图可以看出，一次耗能模式切换大概需要花费10s，而且不管你传输的数据大小，它都会触发一次耗电周期，消耗10s的电量。

假如一个手机有5Wh（18000 J）总电量，手机完成一次从空闲模式切换到高耗能模式，再到低耗能模式，再到空闲模式的循环大概需要10J能量。如果每分钟切换一次，那么一个小时需要消 耗60＊10J ＝ 600J电量，也就相当于总电量的3%。如果一个APP在后台每分钟发送一个请求，那么手机处于待机状态下一天就耗掉了3％＊ 24 ＝ 72%的电。这就是为什么智能手机即使在待机状态下耗电量也非常大的原因。
如何省电

下面是我们根据上面提到的原因给出的五个可行的优化方案：

合并请求

在移动通信中，无论传输数据大小，每次数据传输都会触发一次大约10s的耗电。合并请求不仅能减少 DNS请求时间、服务器压力和HTTP请求，而且能够大大减少移动网络下手机电量的消耗。

预取数据

和合并请求原理一样，预取数据能让手机快速切换到空闲模式，并且在这个状态下保持更长的时间，以达到省电的目的。

避免轮询

轮询是指不管服务器端有没有更新，客户端都定时的发送请求进行查询。轮询可能会返回更新的信息，也可能会返回空的信息。轮询不仅增加了服务负担，而且会使手机长期处于高耗能模式，在几小时内就耗尽电池。

重连机制优化

一般重连机制都有几个重要参数：心跳时间间隔、重连超时时间及重连次数。其中心跳包每天会将手机从空闲模式唤醒近300次，一般的Android 手机每天有超过15-20%的电量被消耗在发送过度频繁的心跳上。另外如果手机连不上服务器而不断的重试，在几小时内就会耗光电池。所以心跳时间不宜过 短，据测试微信心跳时间为300s，可以作为一个参考。同样也不能永无休止的重连，重连几次还连不上，可以直接把问题抛给用户，由用户决定是否继续重连。

数据缓存

最省电的方式就是不使用移动网络，数据缓存能够大大减少网络请求的次数，达到省电的效果。

以上就是降低手机电量消耗的优化方案。在下一篇文章中，我们会详细分析移动网络延迟较高的原因，并给出降低网络延迟的方案，敬请期待。

本文来自：WildDog Blog