Android software aging and rejuvenation model considering the battery charge

Abstract

EN: Context. A feature of mobile systems is their dependence on battery charge, which is an important factor when planning various processes, in particular when planning time of performing software rejuvenation procedure. Objective. The goal of this article is to develop a model of software aging process with performing rejuvenation procedure for the Android operating system considering the factor of battery charge. Method. A complex model based on Continuous-Time Markov Chains is proposed, which combines the software aging and rejuvenation model, the user behavior model and consider battery charge factor. A graph of states and transitions describing a complex model is constructed. Based on the formed graph the system of differential equations is written. The system was calculated using the 4th order Runge-Kutta method. The optimal time for the rejuvenation procedure can be determined when rejuvenation will not interfere with the user and will be performed before the battery is fully discharged, ie when the probability of the system being in these states is the lowest. Results. The simulation of the developed model for test values of transition rates is performed. Considering the battery charge model allows to avoid planning the rejuvenation procedure at a time when the mobile device is likely to have a low charge or be completely discharged. Conclusions. The proposed model based on the Markov chain allows to predict the start time of software rejuvenation procedure, considering both user behavior and battery level, which can have a significant impact on the predicted time. Also, the early implementation of the rejuvenation procedure may have the effect of reducing the system workload and delaying the discharge of the device, which should be checked in further studies. The expediency and importance of the consideration of battery charge factor and the need for further study of the proposed software aging and rejuvenation model are substantiated. UK: Актуальність. Особливість мобільних систем полягає в їх залежності від рівня заряду батареї, що є важливим чинником під час планування різного роду процесів, зокрема виконання процедури омолодження програмного забезпечення для зменшення впливу ефектів старіння цього програмного забезпечення. Мета роботи. Розроблення моделі процесу старіння та омолодження програмного забезпечення для операційної системи Android з урахуванням чинника рівня заряду батареї. Метод. Запропоновано комплексну модель на основі ланцюга Маркова з неперервним часом, яка об’єднює модель старіння із виконанням процедури омолодження програмного забезпечення, модель використання мобільного пристрою користувачем та фактор рівня заряду батареї. Побудовано граф станів та переходів, що описує об’єднані моделі. На основі діаграми написано систему диференційних рівнянь, яку обчислено з допомогою методу Рунге-Кутти 4-го порядку. Оптимальний час виконання процедури омолодження можна визначити за умов, коли її виконання не заважатиме користувачу та буде виконуватись завчасно до настання можливого повного розряду батареї, тобто тоді, коли ймовірність перебування системи в цих станах є найнижчою для певного значення часу виконання процедури омолодження. Результати. Виконано симуляція розробленої моделі для тестових значень інтенсивностей переходів. Врахування моделі рівня заряду батареї дозволяє уникнути планування виконання процедури омолодження в час, коли мобільний пристрій з великою ймовірністю може мати низький заряд чи бути повністю розрядженим. Висновки. Розроблена модель на основі ланцюга Маркова дозволить виконувати прогнозування часу початку процедури омолодження програмного забезпечення, враховуючи як поведінку користувача, так і рівень заряду батареї, який може мати значний вплив на прогнозований час. Також, раннє виконання процедури омолодження може мати вплив на зменшення навантаження на систему та відтермінування розряду пристрою, що варто перевірити в подальших дослідженнях. Обґрунтовано доцільність і важливість врахування чинника рівня заряду батареї і необхідність подальшого дослідження розробленої моделі старіння та омолодження із урахуванням нового чинника.