SCHC : le standard d'Acklio pour les réseaux IoT
Qu'est-ce que SCHC ?
SCHC, pour Static Context Header Compression technology (SCHC), à prononcer "chic", est un système de compression et de fragmentation des en-têtes utilisées à la signalisation des messages envoyés par les objets connectés. Greffé à la fois à l'objet connecté et au cœur du réseau, SCHC assure la compatibilité des réseaux LPWAN (LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT, et LTE-M) aux protocoles IP. Autre avantage au-delà de cette interopérabilité : en réduisant le volume de données transmises, SCHC a un impact direct sur la qualité de la communication (latence, perte de paquets), l'autonomie des objets connectés - donc la durée de vie de leur batterie - et la charge des réseaux.
Pourquoi Acklio a développé SCHC ?
Ce système de compression a été développé à l'initiative de la start-up française Acklio. Alexander Pelov et Laurent Toutain, les deux cofondateurs d'Acklio, ont commencé à travailler en laboratoire dès 2012 sur le sujet d'interopérabilité des réseaux IoT. "Nous nous sommes basés sur le fait qu'un objet connecté industriel a un comportement prévu lors de sa fabrication. Par exemple, un compteur d'électricité communicant ne servira qu'à faire remonter des données sur les consommations d'énergie. Il n'aura jamais une fonction de détecteur de présence prévu pour les parkings. Nous pouvons alors dresser la liste des types d'échanges pour n'envoyer que le minimum d'informations en quelques octets et économiser le trafic réseau, par exemple la consommation, au lieu du message complet indiquant qu'il s'agit de la consommation", explique Alexander Pelov. Les messages sont décompressés à leur arrivée sur le système d'information.
Après trois ans de travail, pour lequel ils ont bénéficié de l'expertise de l'IMT Atlantique, ils ont fondé Acklio en 2016 et ont passé les trois années suivantes sur la standardisation de la technologie. "Le plus compliqué a été de convaincre l'IETF de l'intérêt de la technologie sur le marché", confie Alexander Pelov, se félicitant notamment d'avoir réuni l'Alliance LoRa et Sigfox dans le projet. La start-up a levé deux millions d'euros en décembre 2019.
La technologie a été reconnue le 16 avril 2020 comme standard international par l'organisme IETF. Pour la rendre accessible à tous, Acklio propose un kit de développement destiné aux développeurs souhaitant utiliser la technologie pour leur propre projet.
SCHC over LoRaWAN
Le standard SCHC over LoRaWAN a été publié en 2020 (RFC 9011) par l'IETF. La première application de SCHC sur LoRaWAN concerne les compteurs d'électricité intelligents, un sujet sur lequel travaille Acklio depuis 2019, avec la LoRa Alliance et la DLMS User Association. Un nouveau standard est donc développé pour spécifier SCHC comme couche d'adaptation pour les déploiements de compteurs d'électricité DLMS sur LoRaWAN. Une première expérimentation a été réalisée avec des compteurs électriques en 2020. Fin novembre 2022, l'Alliance LoRa a par exemple rendu disponible la certification LoRaWAN pour les objets connectés utilisant SCHC, la technologie de compression et fragmentation des paquets IPv6.
Acklio a initié des déploiements sur le terrain, notamment avec deux fabricants de compteurs d'électricité chinois. "Il était impossible d'utiliser un réseau LoRaWAN pour cet usage sans procéder à des développements spécifiques nécessitant au moins un an de travail, en raison du fonctionnement en IP des compteurs d'électricité et de leurs échanges d'informations de manière bidirectionnelle. SCHC permet d'accélérer les mises sur le marché", souligne Alexander Pelov, PDG d'Acklio.
SCHC permettra aux fabricants de compteurs électriques d'ajouter LoRaWAN en complément du CPL dans les zones rurales, où installer des relais pour le CPL est onéreux, mais surtout de déployer le smart metering de manière plus flexible dans les marchés émergents avec des prix compétitifs.
SCHC sur le NB-IoT
La compression d'en-tête est également possible avec le réseau NB-IoT.
Pour évaluer les gains, Acklio a mené plusieurs expérimentations. La start-up a d'abord collaboré avec Nordic Semiconductor. Le système, utilisé sur un Nordic nRF9160 SiP, avec le réseau de Deutsche Telekom IoT Creators, a abouti à une "optimisation du débit de l'ordre de 60%", ont indiqué les deux partenaires en février 2022. Selon eux, le résultat "renforce aussi la sécurité du réseau IoT cellulaire".
Dans un second temps, en novembre 2022, Acklio a annoncé la disponibilité de SCHC sur la série de modules HL78 de Sierra Wireless pour les réseaux publics mobiles LTE-M et NB-IoT et les réseaux dédiés 410/450MHz. Dans ce cas, l'expérimentation a abouti à l'envoi de 40 à 90% de données en moins et à une réduction de 30 à 70% d'énergie consommée en moins par le module de communication.
SCHC rend par ailleurs la méthode de communication NIDD, optionnelle sur un nombre croissant de réseaux NB-IoT, compatible avec IPv6. L'expérimentation a permis d'obtenir une réduction de 74% du trafic lors de l'utilisation de SCHC avec NIDD par rapport aux communications NB-IoT conventionnelles.
SCHC for CoAP pour l'IPv6
Pour les réseaux cellulaires, SCHC vise une optimisation du trafic en réduisant le volume de données transmises. Acklio a travaillé à l'implémentation de son mécanisme sur CoAP, un protocole de transport des messages basé sur un écosystème d'applicatifs et lui aussi standardisé par l'IETF. "CoAP est un protocole flexible auquel on peut ajouter des options pouvant s'afficher avec des tailles d'entêtes différentes. Anticiper cette variabilités des en-têtes a représenté le challenge le plus important dans la compression", explique Marianne Laurent, CMO chez Acklio. Des tests ont été menés avec Orange : "Nous avons fait une expérimentation autour d'une application de suivi en IPv6. SCHC apporte des gains de 60% sur des communications IPv6 sécurisées de bout en bout et de 20% sur des messages CoAP/LwM2M us", s'est réjoui dans un communiqué Dominique Barthel, principal research engineer chez Orange Labs.
SCHC et les réseaux satellitaires
C'est par une étude commanditée en 2020 par le CNES qu'Acklio en est venu à tester la performance de SCHC avec les réseaux satellitaires. SCHC a été comparé avec le protocole utilisé initialement dans les réseaux satellitaire, le standard RoHC (Robust Header Compression, RFC 3095), dans des contextes différents. RoHC utilise un mécanisme de compression dynamique, optimisé en fonction des flux de données et de la qualité du lien radio. Il se révèle adapté pour les usages comprenant du streaming ou de la voix par IP.
Or, l'usage de l'IoT est moins adapté. Une affirmation confirmée par l'étude, qui souligne la pertinence de SCHC pour des échanges courts, du type IoT ou sessions brèves en TCP. Acklio poursuit ses travaux pour intégrer SCHC dans une suite logicielle dédiée au marché satellitaire et cherche des partenaires dans les domaines LEO et GEO pour appliquer ces optimisations à de nouveaux cas d'utilisation.
Quel apport pour les entreprises ?
Acklio met en avant le fait que SCHC simplifie la fabrication des objets connectés. "L'applicatif d'un objet connecté est dépendant de la technologie utilisée. Rendre les réseaux interopérables permet de les développer d'une seule manière et d'éviter le recours à des passerelles", affirme Alexander Pelov. Autre avantage : en prévoyant le comportement des capteurs, la technologie en assure la sécurité, puisque tout trafic suspect est ainsi détecté.