Nordic Semiconductor y Acklio han demostrado la semana pasada el uso de SCHC en una red NB-IoT en vivo para optimizar el rendimiento y llevar IPv6 a la entrega de datos no IP.
Acklio agregó SCHC (Static Context Header Compression) al firmware de Nordic nRF9160 SiP, lo que optimiza el rendimiento en más del 60 por ciento en las redes NB-IoT e introduce la interoperabilidad IP para la entrega de datos no IP, otras LPWAN y el resto de Internet. El resultado aumenta la seguridad de la red IoT celular, reduce el consumo de energía, reduce la complejidad y aumenta la densidad de dispositivos finales.
Nordic Semiconductor y Acklio, una empresa de software IoT con sede en Rennes, Francia, han demostrado el funcionamiento de la compresión de encabezado de contexto estático (SCHC) que se ejecuta en su sistema SiP de baja potencia nRF9160 con Módem LTE-M/NB-IoT y GNSS. El nRF9160 siendo una solución popular para redes celulares de área amplia de baja potencia (LPWAN) de IoT. La demostración fue posible en una red en vivo gracias al proveedor de acceso IoT de Deutsche Telekom IoT Creators y su plataforma de gestión de acceso IoT y SIM integrada, con el soporte de Non-IP Data Delivery (NIDD) y una API en la nube simple para intercambiar datos con el dispositivo final.
Un impulso para el IoT
“Una vez implementado a gran escala, SCHC desbloqueará una barrera técnica que ha amenazado con detener el crecimiento de Internet de las cosas (IoT) al abordar directamente el rendimiento y la capacidad limitados inherentes de NB-IoT y la falta de interoperabilidad del Protocolo de Internet (IP) de algunos LPWAN. ”, dice Lorenzo Amicucci, gerente de desarrollo comercial de Nordic Semiconductor. “Las LPWAN, como LTE-M y NB-IoT, son fundamentales para el éxito de IoT y SCHC simplificará significativamente su implementación”.
“La seguridad, la interoperabilidad y la eficiencia energética a escala están en el corazón de la tecnología SCHC. Estamos encantados de traer este nuevo, pero crucial, estándar al mercado celular, junto con la oferta avanzada de LPWAN celular de Nordic Semiconductor, para abordar la fuerte demanda que estamos presenciando en las implementaciones de Smart Metering en todo el mundo”. dice Alexander Pelov, CEO y cofundador de Acklio.
SCHC es un marco de compresión y fragmentación adaptado a las necesidades de las LPWAN y fue adoptado como estándar abierto en 2020 por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF). Los fundadores de Acklio jugaron un papel vital en el desarrollo de SCHC y formaron una parte clave del grupo de trabajo de IETF IPv6 sobre LPWAN que definió la especificación.
Las LPWAN son un elemento fundamental del IoT y forman un vínculo fundamental entre las redes inalámbricas de corto alcance y la nube. NB-IoT es una tecnología LPWAN que permite lograr un largo alcance y bajo consumo de energía. Para optimizar el rendimiento de NB-IoT (al reducir los gastos generales de datos, mejorar la capacidad de la red y reducir la latencia), el estándar 3GPP Cellular IoT permite que el dispositivo celular IoT elimine todos los encabezados IP y envíe solo la carga útil del paquete a través de la red del operador. NIDD es un método de comunicación opcional disponible en un número creciente de redes NB-IoT.
«Las redes LPWA permiten medir muchos procesos y cosas de una manera más inteligente y con un uso eficiente de la batería«, dice Afzal Mangal, fundador de IoT Creators. “Las diversas soluciones que se pueden construir sobre ellas son innumerables e incluso latentes. Pero a veces la red LPWA por sí sola no es suficiente. En casos como ese, el NIDD puede brindar la solución al reducir el consumo de datos y de batería”.
Si bien mejora la eficiencia, NIDD tiene tres inconvenientes principales que han ralentizado su implementación: falta de interoperabilidad, complejidad adicional y falta de compatibilidad con IPv6, el protocolo de datagramas de usuario (UDP) y la seguridad de la capa de transporte de datagramas (DTLS).
Superando los inconvenientes de NB-IoT y NIDD
La colaboración entre Nordic y Acklio buscó soluciones a los inconvenientes de NB-IoT y NIDD. SCHC aborda estos desafíos comprimiendo y fragmentando mensajes (dividiendo y administrando la transmisión de mensajes) intercambiados por redes inalámbricas, optimizando DTLS y, al agregar IPv6, asegurando la interoperabilidad total con IP. Al agregar SCHC, los dispositivos NIDD se vuelven compatibles con IPv6 y permiten la comunicación UDP y DTLS. El resultado es una red eficiente con bajo consumo de energía, pero con un tráfico drásticamente reducido en comparación con una implementación convencional de NB-IoT. Además, SCHC agrega interoperabilidad IP entre NB-IoT con NIDD y otras LPWAN, además del resto de Internet. Otros beneficios incluyen mayor seguridad de red, mayor simplicidad y mayor densidad de dispositivos finales.
“Si bien SCHC se implementó con éxito en otras redes LPWAN, esta es la primera demostración mundial de esta tecnología de vanguardia en una red IoT celular sin IP”, dice Amicucci. “La clave del éxito de esta colaboración es la experiencia inigualable de Acklio en SCHC combinada con el rico conjunto de funciones del Nordic nRF9160 SiP, el alto grado de flexibilidad, el nRF Connect SDK abierto y la aplicación dedicada Arm Cortex-M33 de fácil acceso. Estas características facilitaron que Acklio personalizara su software SCHC para que se ejecutara sin problemas en combinación con el SiP”.
La demostración del SCHC de Acklio ejecutándose en el SiP nRF9160 de Nordic con NIDD en una red NB-IoT europea en vivo ilustró los principales beneficios de la tecnología. La demostración logró una reducción del 74 por ciento en el tráfico al usar SCHC con NIDD en comparación con las comunicaciones NB-IoT convencionales. Al escalar a una red comercial de un millón de dispositivos, por ejemplo, medidores inteligentes, la reducción del tráfico equivale a más de 365 GB de datos por año. Tal ahorro representa costos de suscripción reducidos, menor consumo de energía, mejor latencia y capacidad de red mejorada.
“Además de estos números impresionantes, la demostración mostró cómo se puede optimizar DTLS en redes NB-IoT estándar cuando se emplea SCHC, incluso cuando la red no usa ni admite NIDD”, dice Julien Lecoeuvre, vicepresidente de ingeniería de Acklio. “Esta optimización de DTLS resuelve algunos de los desafíos típicos causados por la IP dinámica y las reanudaciones frecuentes de DTLS en las redes celulares de IoT, lo que produce un consumo de energía aún menor. La demostración mostró una reducción mínima del 64 % en el tráfico en comparación con una red NB-IoT convencional sin SCHC (o NIDD). Además, Acklio puede proporcionar una mayor optimización en los protocolos de nivel de aplicación y la carga útil de datos, lo que impulsa aún más las ganancias de eficiencia”.
El nRF9160 es un SiP de bajo consumo certificado para aplicaciones de IoT celular global, que incluye un procesador de aplicaciones y una memoria dedicados, un módem multimodo LTE-M/NB-IoT con RF Front End (RFFE) integrado, GNSS y administración de energía en un formato compacto de 10 x 16 x 1 mm. El módem LTE de SiP es compatible con los modos de ahorro de energía SIM y eSIM, PSM y eDRX, NIDD y otras funciones NB-IoT 3GPP Rel 14.
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