Каково энергопотребление сим-карты? Как работает энергосбережение?

Question

[BearOff]

Программа ledefy позволяет просматривать график времени жизни моего телефона на одном проценте заряда батареи. Это достаточно достоверные данные, они хорошо воспроизводятся, не зависят от текущего уровня заряда батареи. Ночью, когда телефон спокойно лежит, время работы на одном проценте колеблется около 45 минут. Если отключить радиомодуль — возрастает до 4.5 часов, что понятно.


Я прочитал, что современные sim-карты поддерживают технологию энергосбережения, которую кое-где называют SIM Clock Stopping. Я решил проверить, насколько ощутим результат от применения этой технологии — моей симке около 5 лет, возможно, она не поддерживает эту технологию. Я купил новую симку того же оператора, и вставил вместо старой.

Время работы на 1 проценте увеличилось до 2 часов 45 минут, то есть в три раза.


Измерения производятся при одинаковых условиях, и воспроизводятся — такую разницу нельзя списать на погрешность измерения.


Однако компетентный товарищ уверяет меня, что энергопотребление процессора симки настолько мало, что возможность его остановки не способно так существенно повлиять на время работы.


Поэтому я предположил, что причина может быть, например, в плохом контакте со старой симкой, однако всё равно решил поискать, каково обычное энергопотребление симки, как оно зависит от режима работы телефона и т.п. Однако не сумел найти почти ничего.


Вот тут видно, что есть команды POWER OFF CARD и POWER ON CARD, правда, непонятно, что они значат.

Со страницы вики внешние ссылки ведут на документы, которые нельзя просмотреть без сложной регистрации.


В этом посте на вопрос о энергопотреблении отсылают сюда, однако я не могу там найти показатели энергопотребления.


В общем, интересует:

1) энергопотребление современных симок в режиме ожидания — update: оно составляет менее 200 мкА.

2) насколько эффективны технологии энергосбережения сим-карт — update: всё то время, когда карта не общается с терминалом, она находится в состоянии ожидания. Включение режима STOP CLOCK существенно не скажется на энергопотреблении.

3) если телефон может оставаться на связи с симкой в состоянии пониженного потребления (т.е. нормально общается с етью при этом), в каких случаях вообще требуется активная работа процессора симки (кроме очевидных просмотра контактов/кодов оператора). update: см. update к предыдущему пункту. Частота взаимодействия телефона с картой сильно зависит как от настроек самого телефона, так и от настроек конкретной сим-карты.


Заранее благодарю.

update: информация взята из найденного strib стандарта ETSI TS 10221, пунктов 6.2 и 5.1.1.

Энергопотребление при общении с терминалом находится в пределах 10..60 мА.

Следует заметить, что параметры старых симок могут заметно отличаться от этого (современного) стандарта.

Answer 1

[strib]

Стандарт ETSI TS 10221.
www.etsi.org/deliver/etsi_ts/102200_102299/102221/09.02.00_60/ts_102221v090200p.pdf
Пункт 6.2

Comments

[strib]

Переписывать сюда все таблицы откровенно лень, уж простите.

[strib]

Но надо разбираться т.к. в пункте 5 указаны электрические характеристики для каждого контакта.

[BearOff]

Большое спасибо, у меня не получилось найти стандарт.

Он полностью отвечает на вопрос о энергопотреблении в активном состоянии.
Если я правильно понимаю, из таблицы 6.3 для класса А (кажется, в симках такое напряжение?) максимальное потребление во время работы — 60 миллиампер, минимальное — 10.

Верно ли я понимаю, что смотреть надо именно на таблицу с UICC session? Судя из названия, ATR (Answer To Reset) — нечастая операция?

Я ещё внимательнее почитаю стандарт, но если вы можете объяснить, что вообще значит UICC session — будет замечательно.

Пока мне всё ещё не понятно, как долго и как часто симка находится в активном состоянии, и сколько потребляет в неактивном.

[strib]

Сложные вопросы на самом деле. Ток в неактивном состоянии вообще до 200 мкА (5.1.1). Надо бы почитать iso/iec 7816-3 еще но его в открытом доступе я не нашел.
А позвольте спросить, любопытства ради интересуетесь или по делу?

[BearOff]

Прояснил насчёт неактивного состояния (idle) — в разделе 5.1.1:

«When the UICC is in idle state (see below) the current consumption of the card shall not exceed 200 µA at 1 MHz and 25 °C. If clock stop mode is enabled, then the current consumption shall also not exceed 200 µA while the clock is stopped. „

Ток даже без остановки генератора слишком мал, откуда следует, что именно возможность остановки генератора не должна заметно сказываться на потреблении симки.

Непонятно, правда, на какой частоте работает карта в наших телефонах режиме idle, потому что это ведь может быть и не 1 мегагерц.

Осталось уяснить, как часто телефон обращается к сим-карте.

[BearOff]

(про 200 мкА одновременно написали, я только сейчас заметил)

Практическая часть закончилась: я убедился, что новая симка по той или иной причине в среднем потребляет примерно 3.5 мА, в то время как старая примерно 17.
Теперь интересуюсь из чистого любопытства, что же так разительно повлияло на увеличение времени работы.
Может быть, старые сим-карты (выпущенные 5 лет назад) потребляли заметный ток в режиме ожидания или не имели такого режима?
Или дело не в технологии изготовления карты, а в свойствах конкретного экземпляра — плохие контакты, как-либо пострадавший процессор (однажды перегретый, например — хотя это сложно себе представить для сим-карты)?
Надо будет попробовать поработать с другой старой картой.

Answer 2

[OgreSwamp]

Про энергопотребление вам уже ответили.
По поводу причин разницы во времени жизни (будем исходить из того, что СИМ карты разные как и набор приложений на них):

1) SIM может послать на телефон комманду POLL INTERVAL. Это команда скажет телефону как часто он должен слать команду STATUS на карту. К примеру если интервал в первом случае N секунд, а во втором 10*N, то разницу во времени работы наверное можно объяснить (я не знаю сколько энергии потратит телфон на посылку и команды и обработку ответа). Вполне возможно, что во втором случае поллинг вообще отключен командой POLLING OFF.

2) Возможно на первой карте стоит приложение типа Celltick, которое ловит CELL BROADCAST MESSAGE и выводит их на экран (эдакий новостной/рекламный спам). У вас телефон показывает какие-либо сообщения в IDLE MODE?

3) SIM карта может посылать SMS в сеть без вашего ведома (если есть специальное приложение, к примеру часто используется для отправки обновленного IMEI телефона), или мб она запрашивает у телефона регулярно какие-нить данные типа Network Measurement Result, location information etc… Может просто банальный баг в софте карты, который отсылает постоянно какую-то из вышеперечисленых комманд на карту (а что, и такое может быть).

На 100% сказать без логов общения телефона с картой невозможно, мне кажется. По крайней мере я не возьмусь утверждать.

PS: Команды POWER OFF CARD и POWER ON CARD — проактивные (посылаются картой телефону). Используются для включения/выключения ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ карты. Что за дополнительная карта — я не понял. Судя по статистике из моих источников из ~900 проверенных телефонов они (команды POWER ON/OFF) поддерживаются только в 75 (60 из которых произведены Motorola). Точнее даже не поддерживаются, а заявлены как поддерживаемые. Думается комманды на данный момент не используются совсем.

Comments

[BearOff]

Спасибо за развёрнутый ответ.
То есть частота взаимодействия телефона с картой сильно зависит как от настроек самого телефона, так и от настроек конкретной сим-карты.
В общем-то, все исходные вопросы получили ответ.

SIM может послать на телефон комманду POLL INTERVAL.

Есть ли относительно простой способ вручную (средствами телефона) узнать периодичность POLLING?
Или послать команду POLLING OFF?

У вас телефон показывает какие-либо сообщения в IDLE MODE?

Нет, не показывает. Опция телефона «принимать сообщения оператора» выключена — я так понимаю, это эти сообщения?

На 100% сказать без логов общения телефона с картой невозможно, мне кажется.

Есть ли простые способы получить эти логи? Попадают ли эти логи на уровень ОС телефона (андроид)?

[OgreSwamp]

POLLING OFF — это команда с карты на телефон. Я не думаю, что интервал можно как-то изменить с телефона.

«принимать сообщения оператора» — честно не знаю что-бы это могло значить.

Опять-же не знаю, но практически уверен, что нет. Я не сильно глубоко копал в андроид, но обычно есть так называемая modem firmware и есть ОС видимая пользователем (Android, iOS etc). За общение с СИМ картой скорее всего будет модемная прошивка отвечать. Конечно она может предоставлять API для бэкэндовой OS, например чтобы делать звонки или слать СМС. Возможно у андроида и есть какие-то классы для работы с картой. Поищите в API по слову APDU. Может найдете что-то полезное. Но мне кажется, что даже если и есть что, то скорее просто отправка 11.11 команд. Вряд-ли есть «прослушка» соединения между телефоном и картой…

[BearOff]

Понял, спасибо.

Answer 3

[Maxima]

При желании можно просто измерить это, уверен что там будут микроамперы потребления.
И телефон не так часто чекает данные с карты.

Comments

[BearOff]

Если вы имеете возможность измерить ток/мощность — будет отлично )
К сожалению, я не могу найти конкретных ответов и о том, как часто телефон общается с симкой и насколько возрастает энергопотребление при этом.

Мне кажется, это очень интересная тема, и должно быть очень много информации в инете — поэтому то, что я почти не могу ничего найти, меня удивляет. Вероятно, я как-то не так ищу.
Искал я в освновном запросами типа:

sim card power consumption
smart card power consumption

[fStrange]

Должны быть микроамперы в режиме ожидания, фактически ток утечки транзисторов. В идеале когда телефон лежит, то обращения к симке только при опросе ближайшей соты. Т.е. раз в несколько минут. Думаю именно в эти моменты симка потребляет максимум и промежутки можно не учитывать.

Но это имхо.

Answer 4

[Maxima]

Ну вот вам микруха для питания симок она на как я понял 50mA можно уже сделать выводы о пределах.
Тут и тут ещё инфа интересная.

Ну и вообще вычитал такое:
Based on the nominal supply voltage provided by the
interfacing device through VCC, the smart card can be
classified into three types:
• Class A – 4.5V ≤ VCC ≤ 5.5V at ICC ≤ 60 mA
• Class B – 2.70V ≤ VCC ≤ 3.3V at ICC ≤ 50 mA
• Class C – 1.62V ≤ VCC ≤ 1.98V at ICC ≤ 30 mA

Comments

[BearOff]

Спасибо, ваши цифры как раз соответствуют тем, что находятся в стандарте, который нашёл strib.

[Maxima]

Да, верно, они там есть, на 29 странице вроде.

Answer 5

[RomZecs]

Вы сами себя не в тот угол загнали, смс, координаты это конечно да, но главное это что телефон постоянно пингует сеть с периодом обычно несколько минут и тут зависит от передатчика, поддерживает ли сбережение какой уровень сигнала и тд

Comments

[BearOff]

В вопросе всё подробно описано. Условия не менялись, результаты энергопотребления всегда воспроизводились на пртяжении недель и даже месяцев. Могу добавить, что через год после вопроса я подтвердил результат при смене очень старой симки на новую на другом телефоне - энергопотребление снизилось в 2-3 раза.