Raspberry Pi -laitteen energiankulutuksen minimointi ohjelmallisen konfiguraation avulla

Abstract

Monet IoT-laitteet toimivat akkujen varassa sellaisissa ympäristöissä, joissa akkujen säännöllinen lataaminen ei ole käytännöllistä. Vastaavien laitteiden toiminta-ajan maksimointi on siis toivottavaa. Raspberry Pi on suosittu yhden piirilevyn tietokone, jolla voidaan sanoa olevan monta IoT-sovelluksiin soveltuvan laitteen tyypillistä piirrettä. Tämä työ tutkii millaisia käytännössä sovellettavia menetelmiä tai periaatteita akateeminen kirjallisuus käsittelee Raspberry Pi -mallien 3B+, 4B tai 5 energiankulutuksen minimoimiseksi ja millaisia vaikutuksia näitä menetelmiä tai periaatteita soveltamalla voidaan havaita mittauskokeiden yhteydessä. Tulosten perusteella tiettyjä laiteominaisuuksia pois kytkemällä Raspberry Pi -mallien tyhjäkäyntitilassa käyttämän tehon keskiarvoa voidaan laskea 66.4 %, 25.6 %, ja 11.2 % malleilla 3B+, 4B ja 5. Nostamalla prosessorin kellotaajuutta matalimmasta mahdollisesta taajuudesta korkeimpaan mahdolliseen taajuuteen voidaan havaita muita asetuksia muokkaamatta tyhjäkäyntitilassa 8.3 %, 27.2 % ja 36.8 % kasvua käytetyn tehon keskiarvossa malleilla 3B+, 4B ja 5. Mittauskokeiden lisäksi työ esittelee viitekehyksen energiankulutuksen mittaamiseksi.

Many IoT devices rely on batteries and operate in environments where regular charging or swapping of batteries is impractical. Therefore, maximizing the operational time of such devices is desirable. Raspberry Pi is a popular single-board computer which can be said to possess many of the qualities that a typical device used for IoT applications exhibits. This work studies what kind of applicable methods or principles can be found in academic literature for minimizing the power consumption of the Raspberry Pi models 3B+, 4B, and 5, and what kind of effects regarding power consumption can be measured when performing experiments utilizing these methods or principles. The results of this work show that by disaling certain device features the idle state mean power consumption of the models 3B+, 4B, and 5 can be lowered by 66.4 %, 25.6 %, and 11.2 %, respectively. By increasing the processor clock frequency from the lowest possible frequency to the highest possible frequency, without modification of other settings, increases of 8.3 %, 27.2 % and 36.8 % can be observed in the mean power consumption of the idle state for the models 3B+, 4B, and 5, respectively. In addition, this work presents a framework for measuring energy consumption.