PSM e eDRX: Risparmio energetico nelle LPWAN cellulari - possibilità e limiti

Per i sensori alimentati a batteria nell’Internet delle Cose (IoT), è fondamentale ottimizzare il consumo energetico per massimizzare la durata della batteria. Esistono diversi approcci: il più semplice è far funzionare il dispositivo a intermittenza, lasciandolo in modalità sleep quando non trasmette dati. Lo svantaggio? Durante il periodo di inattività, il dispositivo non è raggiungibile dall’esterno. Gli sviluppatori devono quindi trovare un compromesso tra frequenza di trasmissione e risparmio energetico.

In questa prima parte della nostra serie di blog sul risparmio energetico nelle LPWAN cellulari, analizziamo PSM ed eDRX: vantaggi, limiti e scenari di utilizzo.

Serie di blog "Risparmio energetico nelle reti LPWAN cellulari"

• Parte 1: Possibilità e limiti di PSM e eDRX

• Parte 2: MQTT, CoAP e LwM2M: protocolli snelli per l'IoT

• Parte 3: 1NCE Data Broker: Maggiore durata della batteria con NB-IoT e LTE-M

Esistono molti modi per prolungare la durata della batteria nelle reti cellulari. La modalità di risparmio energetico (PSM) e la "ricezione discontinua estesa" (eDRX) sono solo due di questi. Nella nostra serie di blog in più parti, vogliamo dare un'occhiata più da vicino a come gli sviluppatori possono ottenere la massima autonomia dai loro dispositivi e dove aspettarsi degli ostacoli.

NB-IoT e LTE-M: reti LPWAN a basso consumo

Le tecnologie NB-IoT e LTE-M (LTE Cat M1) sono progettate per dispositivi vincolati, ovvero sensori e attuatori alimentati a batteria che devono operare a lungo senza accesso a una fonte di alimentazione costante.

Per migliorare ulteriormente l’efficienza energetica, è possibile definire intervalli in cui i dispositivi passano in modalità sleep: queste funzioni nelle reti cellulari sono conosciute come PSM (Power Saving Mode) ed eDRX (extended Discontinuous Reception).

All’apparenza semplici, queste modalità diventano più complesse quando i dispositivi devono essere distribuiti a livello globale o scalati in grandi quantità, perché PSM ed eDRX dipendono dal supporto dell’operatore di rete.

Come PSM ed eDRX influiscono sul consumo energetico

Due funzioni per il risparmio energetico si sono affermate nella mente di molti sviluppatori IoT: PSM e eDRX. Entrambe controllano essenzialmente gli intervalli di tempo in cui i dispositivi rimangono in una sorta di modalità di sospensione e si svegliano solo occasionalmente per comunicare con la rete. La gamma va da pochi minuti a diversi giorni. Lo svantaggio: Gli operatori di rete mobile devono supportare queste funzioni. Inoltre, con alcuni provider gli sviluppatori non possono scegliere liberamente gli intervalli di tempo, ma devono adattarli alle specifiche dell'operatore di rete.

Panoramica degli stati di connessione NB-IoT e del consumo energetico con PSM ed eDRX di un dispositivo IoT.

Modalità di risparmio energetico (PSM)

La modalità PSM mette il dispositivo in uno stato di sonno profondo, riducendo al minimo il consumo energetico.

Esempio pratico: una stazione meteorologica in un campo trasmette dati su temperatura, vento o umidità solo a intervalli prestabiliti (es. ogni ora). Dopo la trasmissione, il dispositivo entra in modalità inattiva e successivamente in PSM, mantenendo la connessione alla rete ma non trasmettendo né ricevendo dati.

• Vantaggio: massimo risparmio energetico.

• Svantaggio: il dispositivo non è raggiungibile dall’esterno.

La durata della batteria dipende dagli intervalli scelti, dall’applicazione e dal supporto dell’operatore: lo stesso dispositivo in Paese A può avere autonomia maggiore rispetto a Paese B, a seconda delle specifiche dell’operatore.

Modalità di ricezione discontinua estesa (eDRX)

La modalità eDRX permette un controllo più fino e flessibile sugli intervalli in cui il dispositivo rimane raggiungibile dall’esterno.

• Consente al dispositivo di rimanere “attivo” più a lungo rispetto al PSM.

• Riduce comunque il consumo energetico rispetto a una connessione costante.

• Limite: non tutti gli operatori la supportano, e talvolta solo per SIM specifiche

Tabella comparativa: PSM vs eDRX

Considerazioni pratiche per gli sviluppatori IoT

• Durata batteria vs frequenza dati: più il dispositivo rimane in PSM, più dura la batteria, ma i dati diventano meno frequenti.

• Dipendenza dall’operatore: gli intervalli disponibili sono determinati dal provider, non sempre personalizzabili.

• Compatibilità globale: per prodotti distribuiti in più Paesi, è fondamentale conoscere il supporto PSM/eDRX degli operatori locali.

Prossimamente: MQTT vs CoAP e LwM2M

Nella seconda parte della serie di blog Powersaving in celluar LPWAN diamo un'occhiata più da vicino al livello dei protocolli sui dispositivi IoT. Come possono i protocolli contribuire al risparmio energetico?
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