Static Context Header Compression

La compression d'en-tête de contexte statique (SCHC) est un mécanisme standard de compression et de fragmentation défini par le groupe de travail LPWAN[1] de l'IETF. Il permet la compression et la fragmentation des paquets IPv6 / UDP / CoAP pour rendre possible leur transmission sur les réseaux étendus à faible puissance (Low-Power Wide-Area Networks ou LPWAN).

Schéma de compression adapté au LPWAN

À propos des LPWAN

Les réseaux étendus à faible consommation d'énergie (LPWAN) regroupent les technologies de connectivité adaptées à l'Internet des objets (IoT), permettant :

  • une communication très longue portée (jusqu'à 40 km),
  • une très faible consommation d'énergie (côté objet connecté),
  • et efficacité énergétique (côté réseaux).

Pour atteindre ces fonctionnalités, un compromis est réalisé sur les débits et la taille des paquets pris en charge (RFC 8376[2]). De plus, les LPWAN comportent des limitations sur les modalités de transmission car, afin d'économiser la batterie, les appareils sont dormants la plupart du temps et ne se réveillent que de manière épisodique pour transmettre et recevoir des données pendant une courte période.

De ce fait, les LPWAN utilisent leurs protocoles spécifiques, chacun adapté à ses propres spécificités. Plus important encore, ils ne peuvent pas transporter IPv6, qui à la base a été conçu pour attribuer des adresses aux milliards d'appareils connectés à l'IoT.

Standards de compression IETF

Au début des années 2000, l'IETF a produit la première vague de normes matures pour la compression et la fragmentation :

  • RoHC (Robust Header Compression) en 2001,
  • et 6LoWPAN (IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks) en 2007.

Pourtant, ces schémas de compression ne peuvent pas s'appliquer aux spécificités LPWAN[3],[4],[5]

SCHC associe les avantages du contexte RoHC, qui offre une grande flexibilité dans le traitement des champs et des opérations 6LoWPAN, pour éviter le transit de champs déjà connus par l'autre partie.[5]

La compression SCHC

SCHC tire parti des caractéristiques des LPWAN (pas de routage, format de trafic et contenu des messages hautement prévisibles) pour réduire la surcharge à quelques octets et économiser le trafic réseau.

La compression SCHC est basée sur la notion de contexte. Un contexte est un ensemble de règles qui décrit le contexte de communication, c'est-à -dire les champs d'en-tête. Il est partagé et pré-provisionné à la fois dans les objets connectés et dans le réseau central. Le « contexte statique » suppose que la description de la règle ne change pas pendant la transmission. Grâce à ce mécanisme, les en-têtes IPv6 / UDP sont réduits à un petit identifiant dans la plupart des cas.

La fragmentation SCHC

Lorsque la compression ne suffit pas, SCHC fournit un mécanisme de fragmentation qui fonctionne de 3 manières différentes :

No-Ack

Dans ce mode, le paquet SCHC est séparé en plusieurs fragments qui sont envoyés aveuglément au récepteur. Si le récepteur a manqué un paquet, il ne sera pas en mesure de reconstruire le paquet envoyé.

Ack-On-Error

Dans ce mode, on utilise le concept de "fenêtres". Les fenêtres ont une taille prédéfinie, permettant au récepteur de pointer quelles fenêtres ou parties de fenêtres qui ont été reçues. Au moment où le récepteur obtient le dernier fragment envoyé par l'expéditeur, il calculera quelles parties des paquets sont manquantes et en informera l'expéditeur. L'expéditeur initialisera alors la retransmission des parties de paquet manquantes.

Ack-Always

En mode Ack-Always, un mécanisme de retransmission similaire à Ack-On-Error est utilisé à la différence que l'acquittement n'est pas effectué à la fin de la transmission mais pour chaque fenêtre.

La standardisation de SCHC

Le RFC 8724[6], Generic Framework for Static Context Header Compression and Fragmentation, a été publié en avril 2020[7]. Il décrit le cadre générique qui peut être utilisé sur toutes les technologies LPWAN, et plus généralement sur tous les réseaux Internet. Un travail supplémentaire est dédié à la définition des paramètres standards et des modes de fonctionnement pour optimiser les performances de SCHC selon les protocoles implémentés et les technologies LPWAN sous-jacentes :

En dehors de l'IETF, SCHC est en cours d'adoption dans le cadre d'un effort de normalisation conjoint mené par l'Association des utilisateurs DLMS et la LoRa Alliance pour le marché des compteurs intelligents[12].

Liens connexes
  • LPWAN : Réseaux étendus à basse consommation
  • IPv6 : Version 6 du protocole Internet
  • 6LoWPAN : IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks
  • RoHC : Robust Header Compression
  • CoAP : Constrained Application Protocol

Les références
  1. groupe de travail LPWAN
  2. (en) « Low-Power Wide Area Network (LPWAN) Overview », Request for comments no 8376, .
  3. Sanchez-Gomez, Gallego-Madrid, Sanchez-Iborra et Santa, « Impact of SCHC Compression and Fragmentation in LPWAN: A Case Study with LoRaWAN », Sensors 2020, 20(1), 280, vol. 20, no 1,‎ , p. 280 (PMID 31947852, PMCID 6982818, DOI 10.3390/s20010280, lire en ligne)
  4. Gomez, Minaburo, Toutain et Barthel, « IPv6 over LPWANs: connecting Low Power Wide Area Networks to the Internet (of Things) », IEEE Wireless Communications PP(99),‎ (lire en ligne)
  5. LoRaWAN® Empowers Very Low-Power Wireless Applications (ebook), https://lora-alliance.org/resource-hub/ebook-lorawan-empowers-very-low-power-wireless-applications, , 80–88 p. (ASIN B081RPM4DK), « Building end-to-end network with IP over LoRaWAN »
  6. (en) « SCHC: Generic Framework for Static Context Header Compression and Fragmentation », Request for comments no 8724, .
  7. « Blog Stéphane Bortzmeyer: RFC 8724: SCHC: Generic Framework for Static Context Header Compression and Fragmentation », sur www.bortzmeyer.org (consulté le )
  8. (en) « Static Context Header Compression and Fragmentation (SCHC) over LoRaWAN », Request for comments no 9011, .
  9. (en) « Static Context Header Compression (SCHC) for the Constrained Application Protocol (CoAP) », Request for comments no 8824, .
  10. (en) « draft-ietf-lpwan-schc-over-nbiot-04 - SCHC over NB-IoT », sur datatracker.ietf.org (consulté le )
  11. (en) « draft-ietf-lpwan-schc-over-sigfox-05 - SCHC over Sigfox LPWAN », sur datatracker.ietf.org (consulté le )
  12. Rémi Demerlé, « DLMS Over LoRaWAN®: What It Is, and Why It's Important », sur Blog Semtech,

Liens externes
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