Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Energy-Efficient Communication with Lightweight M2M in IoT Networks
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2018 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

OMA’s Lightweight Machine to Machine (LwM2M) is an application protocol for device management in the Internet of Things (IoT) that has been recently published and widely adopted in a lot of projects. The protocol is designed to operate in sensor networks and machine-to-machine environments, where one of the main constraints is the energy consumption since the nodes are usually battery powered. Different strategies to achieve high energy efficiency in IoT networks have been developed, but there is no deep knowledge about the performance of LwM2M operating with them. Moreover, the specification of this protocol includes one strategy, called the Queue Mode, which could be more efficient than the usual ones because it has been specified for this particular protocol.

This project aims to implement this Queue Mode at both sides of the communication, and then evaluate its performance by comparing it with TSCH, which is the standard MAC protocol used in IEEE 802.15.4 that defines a way of radio duty cycling. It has been proven to achieve a high energy efficiency, and that is the main reason why it is selected. The comparison is performed according to several metrics to have a comprehensive evaluation, and in different kind of scenarios, with different numbers of IoT devices and different parameters in the communication.

The implementation was done inside the Contiki-NG OS for the client side, which is an operating systems designed for constrained devices. For the server side it has been carried out inside the Eclipse Leshan code, which is a LwM2M implementation in Java made by the Eclipse Foundation. As a result of the evaluation, it shown that both implementations operate correctly.

This thesis contributes as a guideline for making decisions about which low power strategy is better to use depending on the IoT scenario and the type of application. It shows that for many use cases Queue Mode is a better option than TSCH because it achieves a higher energy efficiency and the rest of the metrics used in the evaluation have also improved values. TSCH has a better performance only in demanding scenarios or in cases where the communication is not produced at fixed time instants.

The thesis was developed in cooperation with RISE SICS AB, Networked Embedded Systems Group.

Abstract [sv]

OMA:s Lightweight Machine to Machine (LwM2M) är ett applikationsprotokoll för enhetshantering i Sakernas Internet (IoT) som nyligen har publicerats och börjat användas i många projekt. Protokollet är utformat för att fungera i sensornätverk och maskin-till-maskin miljöer, där en av de viktigaste begränsningarna är energiförbrukningen eftersom noderna vanligtvis är batteridrivna. Olika strategier för att uppnå hög energieffektivitet i sensornätverk har utvecklats, men det finns ingen djup kunskap om hur LwM2M fungerar med dem. Dessutom innehåller specifikationen av LwM2M en strategi kallad Queue Mode (köläge) som kan vara effektivare än de vanliga strategierna eftersom den har utvecklats direkt för det här protokollet.Detta examensarbete syftar till att implementera detta köläge på båda sidor av kommunikationen och sedan utvärdera prestandan genom att jämföra det med TSCH, vilket är ett MAC-protokoll specificerat i IEEE 802.15.4-standarden. Tidigare arbeten har visat att TSCH kan uppnå en låg energiförbrukning, vilket är den främsta anledningen till att detta protokoll väljs ut för att jämföra mot LwM2M:s köläge. Jämförelsen inkluderar flera olika typer av mätvärden och scenarier för att få en omfattande utvärdering, samt med flera olika antal sensor noder och parametrar.Implementationen gjordes för Contiki-NG OS på klientsidan, vilket är ett operativsystem för resursbegränsade IoT-enheter. På serversidan har implementationen gjorts för Eclipse Leshan, vilken är en LwM2M-implementation skriven i Java och publicerad av Eclipse Foundation. Som en följd av utvärderingen har det visat sig att båda implementationerna fungerar korrekt.Detta examensarbete bidrar med riktlinjer för att fatta beslut om vilken energibesparingsstrategi som är bättre att använda beroende på IoT-scenariot och typen av applikation. Utvärderingen visar hur Queue Mode i många användningsfall är ett bättre alternativ än TSCH eftersom det uppnår en högre energieffektivitet utan att de andra typerna av mätvärden påverkas av det. I vissa fall uppnås dessutom förbättrade resultat även i de andra typerna av mätvärden. TSCH har endast bättre prestanda i krävande scenarier eller i fall där kommunikationen inte genereras vid bestämda tillfällen.Examensarbetet har genomförts hos Networked Embedded Systems-gruppen på RISE SICS AB.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 78
Series
TRITA-EECS-EX ; 2018:68
Keywords [en]
IoT; LwM2M; low power consumption; TSCH; Contiki-NG; Eclipse Leshan.
Keywords [sv]
IoT; LwM2M; låg energiförbrukning; TSCH; Contiki-NG; Eclipse Leshan.
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-249943OAI: oai:DiVA.org:kth-249943DiVA, id: diva2:1306358
External cooperation
RISE SICS AB
Subject / course
Electrical Engineering
Educational program
Master of Science in Engineering - Electrical Engineering
Examiners
Available from: 2019-04-23 Created: 2019-04-23 Last updated: 2019-04-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2953 kB)26 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2953 kBChecksum SHA-512
8b1e8131605564cafccb568b44d0804024823bde2565f9a0d1ee1411ba7a80f28b632dcc9755320c75a50c13f716b0d56e497ca00437596afae52abc2436ba34
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 26 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 77 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf