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Lora et LoraWan, la radio de longue portée pour l’IOT

Technique

L’IoT (Internet of Things ou l’internet des objets en français) est un réseau dans lequel des objets et des lieux sont connectés à internet. Sa mise en place nécessite l’usage de réseaux LPWAN (Low-Power Wide Area Network) pour supporter les objets connectés. Il s’agit de réseaux de communication à faible consommation et grande portée. C’est justement pour installer ces réseaux que le protocole LoRaWan a été développé. Ce protocole permet de réduire la consommation des appareils connectés. Le bureau d’études en électronique Innovel, référencé comme Design Partner par Semtech, vous dévoile ici l’essentiel à savoir sur LoRaWan

Ce qu’est LoRaWan, le protocole de communication radio

LoRaWan est une radio longue portée s’appuyant sur la technologie LoRa pour définir l’architecture système du réseau. Cela permet l’émission du signal radio sur une importante largeur spectrale et limite les risques d’interférence avec des signaux parasites. La radio longue portée était utilisée auparavant uniquement pour la communication dans les domaines militaire et spatial. Aujourd’hui, LoRaWan permet de mettre ce protocole au service de l’IoT. Dans le cadre de l’application de LoRaWan, les nœuds ou appareils du réseau ne sont pas associés à une seule station de base mais plutôt à une multitude.

Chaque station transmet au serveur de gestion connecté à internet l’information qu’elle reçoit du nœud. En effet, l’intelligence est déportée vers ce serveur qui se charge de la gestion de la redondance, de la confirmation de réception, de la vérification d’intégrité, de la puissance d’émission de l’information… Pour la sécurisation du réseau, LoRaWan utilise deux couches de sécurité dont l’une est consacrée au réseau et l’autre aux applications. La couche de sécurité réservée au réseau garantit l’authenticité des nœuds alors que la seconde couche rend l’information transmise inaccessible au fournisseur.

Le rapport entre LoRa et LoRaWan

Souvent confondus, LoRaWan et LoRa ne désignent pas la même chose. LoRa ou Long Range (longue portée) est une technologie de modulation des ondes radio qui assure la transmission de données par liaison hertzienne via des capteurs fixes à faible puissance d’émission. Ces capteurs sont installés dans des endroits difficiles d’accès et peuvent fonctionner sur batterie pendant 5 à 10 ans. Ils envoient leurs trames à une ou plusieurs gateways (passerelles).

La gateway permet la transmission de données entre un nombre conséquent de capteurs et les serveurs assurant le stockage et le traitement de données. Pour transmettre l’information, la technologie LoRa utilise un protocole. Si elle peut s’appuyer sur plusieurs protocoles, le principal reste LoRaWan. Ce dernier a été mis en place par l’Alliance LoRa dans le but de standardiser un protocole d’échange de données dans le cadre de l’IoT.

L’usage de LoRa en France

En France, LoRa est utilisée par des acteurs tels que Bouygues et Orange. Cette technologie a pour concurrente directe Sigfox. Les deux technologies ont chacune leurs avantages et inconvénients. Par exemple, la géolocalisation GPS de LoRa est plus précise que celle de Sigfox. En revanche, LoRa consomme plus d’énergie que Sigfox. Le chipset LoRa est fabriqué en France par la société Semtech.

En 2013, Semtech a racheté la startup Cycléo qui a développé LoRa en 2009. Pour favoriser le déploiement de la technologie, Semtech a établi des partenariats avec divers acteurs référencés comme Design Partner. Notre bureau d’études en électronique est désigné comme Design Partner par Semtech. Nous sommes compétents pour vous accompagner en vue de concrétiser votre projet intégrant l’usage de LoRa.

Les classes de produits LoRaWan

Avec LoRaWan, les produits du réseau sont regroupés en trois classes (A, B et C). La classe est choisie par le protocole en fonction de la durée de vie des batteries et de la latence de la communication. La classe A est réservée aux équipements du réseau dont la consommation énergétique est la plus faible. Ces produits favorisent une communication bidirectionnelle en ouvrant deux fenêtres de réception suite à chaque émission de données. La communication est lente au niveau de la classe A.

En ce qui concerne la classe B, elle rassemble les terminaux qui affichent un certain équilibre entre la consommation d’énergie et la rapidité de la communication. La classe B reprend le mode de fonctionnement de la classe A. Mais ici, l’ouverture des fenêtres de réception est programmée par le biais de messages envoyés de façon périodique au serveur. Enfin, la classe C renferme les équipements qui consomment le plus d’énergie puisqu’ils sont soumis à une écoute permanente. Ces terminaux bidirectionnels offrent en revanche la meilleure latence pour la communication.

La LoRa Alliance

La LoRa Alliance est une association créée par Semtech afin de promouvoir la standardisation du protocole LoRaWan. Créée en 2015 avec des sociétés comme Semtech, IBM, Bouygues, Cisco, Singtel et MicroChip, l’alliance accueille fréquemment de nouveaux membres. Ces derniers sont entre autres des :

  • opérateurs de réseaux
  • sociétés industrielles
  • institutions

L’Alliance soutient que LoRaWan peut servir à couvrir des villes, voire des pays entiers en vue de l’IoT. Elle compte devenir le premier réseau LPWAN au monde. Elle certifie les capteurs et les autres équipements connectés utilisant LoRa et fabriqués par des entreprises membres. L’Alliance LoRa garantit l’interopérabilité entre les fournisseurs d’équipements radio et les fabricants de terminaux.

L’intégration LoRaWan et la couverture LoRa

Pour l’intégration en LoRaWan, la LoRa Alliance a développé une nouvelle solution présentée en décembre 2020, à savoir : l’utilisation de QR codes pour identifier des périphériques. Ces QR codes peuvent être imprimés par les fabricants sur leurs appareils. Ils sont utilisables par les membres de l’alliance. L’objectif est d’automatiser l’accès aux informations d’identification nécessaires pour ajouter des appareils connectés à un réseau. L’usage de QR codes permet de profiter des améliorations apportées à la spécification LoRaWan 1.0.4. L’Alliance LoRa estime que cette solution facilitera le développement de l’IoT à travers le monde.

La technologie LoRa s’étend sur la planète. En 2020, il y a avait près de 150 opérateurs proposant un réseau LoRa dans plus de 160 pays. En Europe, une douzaine d’opérateurs ont déjà atteint une couverture nationale (au moins 80 % de la population du pays sont couverts) selon Rémi Lorrain, directeur du réseau LoRaWan chez Semtech. Le déploiement de LoRa avec le protocole LoRaWan connaît le succès en France grâce à des opérateurs de télécommunications, aux fournisseurs et à des Design Partners comme Innovel.

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