Evaluating the Energy Consumption of Asset Tracking Applications

Abstract

Med en fremvekst av energieffektiv cellulær IoT er det avgjørende å forske på forholdet mellom sikkerhet og energiforbruk. I denne oppgaven har jeg implementert en Generisk Asset Tracking Applikasjon for å evaluere avveiningen mellom sikkerhet og energiforbruk på en nRF9160 System in Package-platform. Asset Tracking-applikasjonen som er brukt i eksperimentene er implementert med LTE-M og MQTT over TCP, og bruker Power Saving Mode og en keep-alive funksjon for strømsparing som gjør det mulig for asset trackeren å forbli koblet til nettverket og MQTT-serveren gjennom søvnsyklene. Resultatene fra eksperimentene viser at tilkobling til serveren med TLS er 480% mer energikrevende enn uten TLS. Eksperimentene indikerer imidlertid også at variasjonen i kostnadene ved tilkobling til nettverket med LTE-M er større enn tilleggskostnaden ved å bruke TLS nå enheten etablerer forbindelse med serveren. Videre ser resultatene ut til å indikere at kostandene ved å etablere forbindelse er neglisjerbare, forusatt at det er mulig å bruke både PSM og keep-alive-funksjonaliteten. Avslutningsvis tyder resultatene av eksperimentene på at plattformer som er maskinvareakselerert (DSA) for kryptografi, slik som nRF9160, har et neglesjerbart forhold mellom energiforbruk og sikkerhetsprotokollene som ble testet i denne oppgaven.

With the emergence of energy-efficient cellular IoT it is vital to research the relationship between security and energy consumption. In this thesis, I have implemented a Generic Asset Tracking Application in order to evaluate the trade-off between security and energy consumption on a nRF9160 System in Package platform. The Asset Tracking Application that was used in the experiments is implemented using LTE-M and MQTT over TCP, and utilizes Power Saving Mode and a keep-alive feature for power saving that enables the asset tracker to remain connected to the network and to the MQTT server through its sleep cycles. The results from the experiments show that connecting to the server using Transport Layer Security (TLS) is 480% more energy demanding than without TLS. However, the experiments also indicate that the variation in the cost of connecting to the network using LTE-M is greater than the added cost of connecting to the server using TLS. Furthermore, the results seem to indicate that the cost of establishing connection is negligible, assuming that it is possible to use both PSM and the keep-alive feature. Lastly, the results of the experiments suggest that platforms that are hardware accelerated (DSA) for cryptography, like the nRF9160, have a negligible relationship between energy consumption and the security protocols that were tested in this thesis.