Dans l’univers en constante expansion de l’Internet des objets (IoT), les entreprises cherchent sans cesse des moyens d’optimiser la gestion et la performance de leurs dispositifs connectés.
Depuis sa spécification en 2017, le protocole Lightweight Machine to Machine (LwM2M) émerge comme une solution de choix pour répondre à ces besoins. Il offre une structure de données simplifiée et utilise des protocoles de sécurité éprouvés, le tout dans une empreinte légère idéale pour les ressources limitées typiques des appareils IoT.
Sur le plan technique, la stack LwM2M est principalement basée sur UDP/DTLS, bien qu’elle soit compatible avec une variété d’autres protocoles de transport et qu’elle soit adaptée aux communications cellulaires IP et non IP, y compris par satellite ou par SMS. Cela garantit la flexibilité et la sécurité de la transmission des données.
Gestion à distance simplifiée avec le protocole LwM2M
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Le protocole de communication LwM2M, conçu pour répondre aux exigences de l’IoT, se distingue par sa capacité à permettre une gestion à distance efficace des appareils IoT. Dans le cadre des applications smart building où les capteurs sont dispersés sur divers sites, la gestion centralisée est essentielle. Le protocole LwM2M offre un mécanisme robuste pour la découverte, la configuration, le contrôle et la mise à jour à distance de ces dispositifs à partir d’un serveur central.
Cette fonctionnalité simplifie grandement la maintenance et la gestion de l’ensemble du système, réduisant ainsi les coûts opérationnels et permettant de gagner un temps précieux. Il est par exemple possible d’interroger un capteur à distance pour connaitre sa configuration courante et d’ajuster ses paramètres de configuration applicative en temps réel, comme l’intervalle de scrutation ou les seuils d’alarme, à partir d’un serveur LwM2M, en un seul clic. Cette flexibilité permet de maximiser l’efficacité opérationnelle et d’optimiser la durée de vie des capteurs.
De plus, l’intégration du protocole LwM2M permet aux utilisateurs de bénéficier des dernières évolutions firmware, même après déploiement de nombreux capteurs sur le terrain, grâce à la fonction de mise à jour à distance (FOTA). Le FOTA est une opération standardisée par le protocole LwM2M et selon le type de réseau utilisé, il faut seulement 5 à 15 minutes pour télécharger le fichier de mise à jour vers le produit.
Interopérabilité et évolutivité
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Un autre avantage majeur du LwM2M réside dans son évolutivité et son interopérabilité. Contrairement à d’autres protocoles de communication, le protocole LwM2M ne nécessite pas de codecs ou de connecteurs pour traiter les données envoyées par les appareils. LwM2M offre un modèle de données standardisé, permettant aux appareils de différents fabricants de communiquer entre eux de manière transparente. Cette interopérabilité simplifie l’intégration des systèmes, la collecte et l’analyse des données, ainsi que la gestion centralisée, pour les clients d’Adeunis.
Pour garantir cette intéropérabilité, les capteurs Adeunis exposent notamment des profils standard pour les données métier, par exemple la température, l’humidité, le niveau de CO2, le comptage d’impulsions, mais aussi pour les paramètres du réseau et les paramètres liés au produit.
Le protocole LwM2M permet également aux fabricants de capteurs de pouvoir combiner des objets standardisés avec des objets propriétaires afin de remonter des données liées à des fonctions spécifiques de leurs produits ou afin de proposer des modes de fonctionnement complémentaires. Adeunis a tiré profit de cette flexibilité en développant un objet propriétaire pour chacun de ses produits. Cet objet CUSTOM permet par exemple de gérer des alarmes avec hystérésis.
Efficacité énergétique optimisée
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Un autre point crucial dans le domaine des capteurs IoT, qui sont pour la plupart alimenté par des piles, est la consommation énergétique. Cette consommation doit être minimale aussi bien lorsque le dispositif est en mode veille, que lors des émissions de données pour garantir un fonctionnement pendant plusieurs années sans besoin de maintenance sur site. Le protocole LwM2M se révèle être une solution idéale, offrant une consommation énergétique optimisée par rapport notamment au protocole MQTT.
Exemples concrets :
Pour illustrer l’impact du protocole LwM2M sur la consommation énergétique de nos capteurs cellulaires, nous présentons ici deux exemples concrets, extraits de notre analyse comparative.
Exemple 1 : Pour un relevé de données et une transmission toutes les 10 minutes de la température et de l’humidité ambiante dans un bâtiment (CAPTEUR ADEUNIS COMFORT)
Dans ce scénario, notre capteur cellulaire est configuré pour relever et transmettre les données de température et d’humidité toutes les 10 minutes. Nos tests ont démontré que l’autonomie de notre produit est 5 fois meilleure avec le protocole LwM2M, par rapport au protocole MQTT.
Autonomie estimée :
Exemple 2 : Pour un relevé de données et une transmission par heure de la valeur d’index d’un compteur Remontée des données une fois par heure (CAPTEUR ADEUNIS PULSE)
Dans ce deuxième cas d’utilisation, où un capteur compteur d’impulsions remonte la valeur d’index d’un compteur une fois par heure, nous observons également un avantage significatif en termes d’efficacité énergétique grâce à l’utilisation du protocole LwM2M.
Autonomie estimée :
Les raisons de ces écarts de consommation
Deux facteurs principaux expliquent ces différences de consommation énergétique entre le protocole LwM2M et le protocole MQTT.
Tout d’abord, lorsque les transmissions de données à un serveur LwM2M distant sont espacées d’au moins 5 min, le connexion ID permet de maintenir le contexte de sécurité (DTLS). A chaque émission le dispositif IoT transmet donc uniquement sa donnée métier et aucun élément de sécurité. Comme moins de données sont transmises à chaque échange avec le serveur LwM2M, les sessions modem sont plus courtes et tout cela en final permet d’optimiser la consommation du capteur.
En MQTT en revanche, lors de chaque transmission à un broker, un capteur IoT enverra 90% de données liées à la sécurité pour 10% de données métier car une session de sécurité complète doit être créée à chaque envoi de données.
Le protocole de transport joue également un rôle crucial dans la consommation énergétique. LwM2M s’appuie sur le protocole de transport UDP, tandis que MQTT est bâti sur le protocole de transport TCP.
Cette différence influence la sensibilité à la latence des échanges, avec une tendance à plus de pertes de paquets et de retransmissions avec TCP, notamment en cas de mauvais réseau ou d’utilisation d’un réseau NB-IoT, entraînant ainsi une consommation énergétique supérieure.
Consommation sur 24 heures d’un capteur IoT compteur d’impulsions
MQTT
Consommation sur 24h, avec 1 transmission par heure
- Session de sécurité complète à chaque transmission
- Protocole de transport TCP
LWM2M
Consommation sur 24h, avec 1 transmission par heure
- Le connexion ID maintien le contexte de sécurité à chaque transmission
- Protocole de transport UDP
Consommation de données réduite
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Un capteur intégrant le protocole LwM2M transmet donc uniquement des données métier à chaque émission, ce qui a non seulement un impact positif sur son efficacité énergétique mais également sur les coûts d’abonnement auprès d’un opérateur.
Exemple concret
1 relevé des valeurs de température et d’humidité toutes les 10 minutes et 1 transmission par heure (6 valeurs de température + 6 valeurs d’humidité)
| Mode de communication Produit/Serveur | Consommation mensuelle de données |
|---|---|
| LwM2M | 430 ko |
| MQTT | 5250 ko |
Concrètement pour un cas d’usage où un capteur IoT relève les données de température et d’humidité ambiante toutes les 10 minutes et les transmet 1 fois par heure, la consommation de data mensuelle est 10 fois plus importante si les communications sont basées sur le protocole MQTT en comparaison avec le protocole LwM2M.
En conclusion, le protocole LwM2M représente une solution polyvalente et efficace pour les capteurs cellulaires d’Adeunis, offrant une gestion à distance, une interopérabilité, une évolutivité et une efficacité énergétique accrues. En adoptant cette technologie, les entreprises peuvent améliorer leur efficacité opérationnelle, réduire leurs coûts et offrir une meilleure expérience à leurs utilisateurs finaux.
26/03/2024
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