Consommation électrique pour l'envoi de données par GSM

Consommation électrique pour l'envoi de données par GSM

Lorsque l'on doit concevoir un système qui remonte des mesures par un lien GSM, il y a deux grandeurs que l'on cherche en général à évaluer: la quantité de données transférées et la consommation énergétique. Nous avons déjà eu l'occasion de donner des ordres de grandeur pour la consommation de données dans un article précédent, mais nous allons voir aujourd'hui combien d'énergie est nécessaire pour remonter des informations périodiquement par une liaison GSM 3G ou 4G.

Lorsque l'on vise l'économie d'énergie, le principe de base consiste à garder autant que possible l'électronique en hibernation et à ne l'allumer que pour un bref instant au moment des communications. C'est possible avec les modules grâce à l'horloge intégrée dans les hubs GSM de Yoctopuce, exactement de la même manière que nous l'avons décrit pour les hubs WiFi dans un autre article dédié aux mesures en pleine nature.

Attention ! Si vous avez acheté un YoctoHub-GSM-4G avant septembre 2021, lisez attentivement le paragraphe ci-dessous:

Mettez à jour le firmware du YoctoHub-GSM-4G !

Le YoctoHub-GSM-4G est basé sur un module de communication 4G fabriqué par u-Blox, dont la première version s'est révélée très vulnérable aux coupures de courant inopinées. Dans certains cas, une corruption de la mémoire flash du module 4G peut le bloquer dans un état non-fonctionnel de manière irréversible, nécessitant le remplacement complet du YoctoHub-GSM-4G.

Pour limiter ces risques, nous avons amélioré les séquences de mise hors tension du module u-Blox dans le firmware 45886 du YoctoHub-GSM-4G. Si vous avez une version antérieure, il faut impérativement le mettre à jour, car sinon chaque mise en hibernation (ou chaque redémarrage du module, si vous avez configuré un downtime to reboot) représente un risque de corruption définitive du module u-Blox.

Par ailleurs, nous avons maintenant reçu une nouvelle version du module u-Blox qui est plus résiliente et ne devrait plus souffrir du même risque.

Temps de connexion

La consommation énergétique du système dépendra donc en premier lieu du temps d'allumage nécessaire à l'établissement de la communication et à la transmission des données. Ce temps pourra varier un peu selon l'opérateur cellulaire et la disponibilités des antennes relais, mais on peut néanmoins observer un ordre de grandeur assez différent selon la technologie utilisée. Le graphique ci-dessous montre le temps nécessaire à la mise sous tension, à l'établissement de la ligne de données GSM et à la transmission de toutes les données pour hub et un capteur Yocto-Meteo par un callback HTTP en mode Yocto-API, jusqu'au retour en hibernation.


 
Distribution du temps total hors-hibernation (en secondes), par transmission.


On constate donc que le YoctoHub-GSM-4G (en mode LTE-M) est en général deux fois plus rapide que le YoctoHub-GSM-3G-EU pour l'envoi des mesures. En consultant les logs du module, on observe que cela n'est pas dû à la transmission des données elle-même mais bien à l'établissement du lien avec la station cellulaire.

Consommation électrique

Le deuxième facteur est bien entendu la consommation électrique durant le temps où le module est allumé. Si on intègre la consommation instantanée (en mA) sur la durée de connexion en fraction d'heure, on obtient l'énergie nécessaire par transmission (en mAh). Cette mesure totalise l'énergie de tout le système, y compris le Yocto-Meteo qui prend les mesures. Voici la comparaison entre 3G et LTE-M:


 
Consommation électrique totale en mAh par transmission.


L'avantage est dans ce cas encore plus net pour le YoctoHub-GSM-4G.

Quelle taille de batterie utiliser ?

A l'aide d'une batterie 5V de 3300 mAh, le système LTE-M mesuré ci-dessus pourrait donc effectuer environ 3000 connexions. Mais attention, ne vous fiez pas directement au chiffre indiqué sur la batterie pour vos calculs, allez plutôt relire l'article que nous avons consacré à ce sujet pour ne pas vous faire attraper. Et très probablement, vous devrez utiliser une source d'appoint comme un panneau solaire.

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