Energy efficiency analysis of a GPS-based augmented reality application

Abstract

Mobil cihazlar üzerindeki arttırılmış gerçeklik uygulamaları son dönemde oldukça yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu uygulamaların temel işlevi, cihaz üzerindeki görüntüyü alarak gerçek dünyadaki ortamla birleştirmektir. Bu şekilde kullanıcı cihazından aldığı geri bildirimlere göre gerçek hayattaki davranışlarını daha bilinçli şekilde yönlendirebilmektedir. Bu teknoloji askeri alanda daha yaygın olarak kullanılmasına karşın, turistik ve eğlence gibi amaçlarla da kullanım alanı bulmaktadır. Bu tezde önerilen uygulama ile benzer işlevlere sahip geliştirilme aşamasında olan birçok ticari mobil uygulamalar bulunmaktadır. Bu tür arttırılmış gerçeklik uygulamalarının çoğu, telefonun GPS, pusula ve diğer algılayıcılarından yararlanarak kullanıcının bulunduğu yeri ve yönü belirleyerek ekran üzerinde göstermektedir. Bu işlemler, bir takım zorlukları da beraberinde getirmektedir. Örneğin, GPS açık alanlarda çok yakın mesafelerde bile doğru sonuçlar vermekte, ancak iç mekanlarda düzgün çalışmamaktadır. Daha doğru sonuç üretebilmesi için cihaz üzerinde internet bağlantısına ihtiyaç duyulabilmektedir. Ayrıca yön bilgisini elde etmek için algılayıcıların sürekli olarak çalışıyor durumda olması gerekmektedir. Ancak bunlar sayesinde, ekran üzerinde yerleştirilen bilgilerin yerleri sürekli olarak güncellenebilmektedir. Bütün bunlar, cihaz üzerindeki işlem yoğunluğunu ve dolayısıyla pil tüketimini arttırmaktadır.Bu tezde, Türkiye'nin en büyük bankalarından biri olan Yapı Kredi Bankası ile iş birliği yapılmış ve uygulama için gerçek veriler kullanılmıştır. Bankaya ait üye iş yerleri, şubelerini ve ilgili kampanyaları ekran üzerinde gösteren Android tabanlı bir artırılmış gerçeklik uygulaması tasarlanmıştır. Geliştirilen bu uygulama üzerinde farklı GPS ve algılayıcı işleme yöntemleri ve ekrana yerleştirme algoritmaları uygulanarak, bunların kaynak tüketimleri incelenmiştir. Ayrıca diğer uygulamalar ve algoritmalar ile karşılaştırmalar yapılarak uygulama için iyileştirmeler yapılmıştır. İlk olarak, kullanılan kaynakların kapatılması ve pil ömrü kontrolü gibi temel kısımlar iyileştirilmiştir. Sonrasında Android platformlardaki performans analiz araçları ve metotları incelenmiştir. Bu araçlarla önerilen geliştirmeler SARAS uygulaması üzerinde uygulanmıştır. Yapılan bu iyileştirmeler sonucunda kaynak tüketimlerinde yaklaşık %30 azalış sağlanmıştır. Bunun yanı sıra geliştirilen uygulama farklı modlarla ve GPS teknikleriyle çalıştırılarak kaynak tüketimi üzerine nelerin etki ettiği detaylı şekilde incelenip analiz edilmiştir. Ayrıca benzer ticari uygulamalar ile de karşılaştırma testleri yapılmıştır. Uygulanan testlerin sonucunda benzer ticari uygulamalar ile kaynak tüketimi açısından çok yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.

Augmented reality (AR) applications on mobile devices have been used quite widely in recent years. The main function of these applications is to build an interaction with the real world environment by taking an image on the device. In this way, the user can determine the behaviour of real-life, based on the feedback received from the device. Although this technology is more widely used in the military field, it is also useful in the tourism and entertainment fields. There are several commercial mobile applications under development that have similar functions such as the proposed one in this thesis. Many of these applications that use mobile phone's GPS, compass and other sensors, show information on the screen and they identify user's whereabouts and direction. This brings a number of challenges. For example, GPS gives accurate results outdoors, but it does not work properly at indoor environments. In order to produce more accurate results on the device, an internet connection is usually required. Besides, sensors for direction information must be on at all time. Accordingly, the information placed on the screen is constantly changing locations. All of these functions increase the process density and hence battery consumption on device. In this work, an Android-based AR application which is designed and developed as a part of a research project was used. The application provides information about one of the biggest Turkish banks' (Yapı Kredi Bank) merchants, branch information, and related campaigns on the display. The main objective of the application is to enhance the interaction between the mobile clients as well as the potential mobile clients by providing information about sales campaigns. The developed application uses GPS, compass, gyroscope, accelerometer sensors and it utilizes a display placement algorithm. As a part of this thesis, the server side of the SARAS application, which includes the database as well, is designed and developed. Additionally, the QR-code scanning property is added to the client side on the mobile application. However, the main focus of the thesis is the examination of the resources and energy consumed by the application. The performance with the other most known algorithms and applications are also compared, and then propose improvements.Firstly, the basic resource controls, such as closing the resources that are used in the application and controlling the battery life have been applied. Then power consumption tools and methods in Android platforms are examined. The improvements suggested by these tools are applied on the SARAS application. These improvements reduced the resource consumptions up to %30. Detailed energy analysis has been performed under different GPS and sensor processing settings. With the results of this detailed analysis, the effects of the sensors and GPS to the energy consuming have been clearly demonstrated. The comparison tests were done with the similar commercial applications. The result of these tests reveal that the resource consumption of SARAS application is comparable to the given commercial applications.