L’Internet des Objets a révolutionné le monde des entreprises, et des citoyens, en permettant de connecter les équipements et les lieux de vie ou de travail. La technologie de communication LORAWAN fait partie du succès de cette évolution majeure.
LORAWAN, acronyme de Low Power Wide Area Network, est une technologie de communication sans fil à bas débit, faible consommation énergétique et longue portée. LORAWAN permet de proposer des capteurs IOT de petite taille, bon marché, fonctionnant en général sur batterie, qui communiquent des données sur de grandes distances. La possibilité de déployer de nombreux capteurs localement rend de plus cette technologie très économique. Ces caractéristiques ont ouvert la porte au déploiement de nombreux cas d’usage, jusque là difficiles ou non rentables à mettre en oeuvre.
Réseau LORAWAN® Privé pour le déploiement de capteurs en entreprise (site industriel, bâtiment, agriculture, ville)
Dans cet article, nous aborderons:
- Qu'est-ce qu'un réseau LORAWAN® ?
- Les avantages d'un réseau LORAWAN®
- Quels sont les cas d'usages typiques pour un réseau LORAWAN®?
- Comment fonctionne un réseau LORAWAN®: ?
- La sécurité d'un réseau LORAWAN®
- Les limitations d'un réseau LORAWAN®
- Différence entre un réseau LORAWAN® public et privé
- LORAWAN® - un écosystème puissant et ouvert
- LORAWAN® - Est-ce légal?
- Histoire de la technologie LORAWAN®
Qu’est-ce qu’un Réseau LoRaWAN® ?
Un réseau LORAWAN est un réseau de communication sans fil qui permet, grâce à l’installation d’une simple Passerelle (Gateway LORAWAN) la communication de plusieurs centaines de capteurs IOT sur des grandes distances (jusque 20 km).
Parmi les caractéristiques principales de cette technologie, on peut citer:
- La communication consomme peu d’énergie et permet aux capteurs de fonctionner sur batterie, ce qui évite le coût et les contraintes liées à l’alimentation électrique externe
- La communication à grande distance permet de limiter les équipements (passerelles, antennes) nécessaires, rendant le déploiement très économique
- Le coût de cette technologie est faible, et permet de rentabiliser de nombreux cas d’usage jusqu’à présent impossible à « digitaliser ».
Les avantages d'un réseau LORAWAN®
Les technologies de communication sans fil sont nombreuses, mais elles ne sont pas toutes adaptées à la communication avec des objets.
Aucune technologie de communication sans fil répond à tous les critères. Le choix dépendra toujours des spécificités du cas d’usage. Nous nous focaliserons, pour cette comparaison, sur les caractéristiques principales à l’origine de LORAWAN, à savoir le communication sur de grandes distances, à faible consommation énergétique.
Bluetooth consomme peu d’énergie, donc autorise des capteurs sur batterie. Si Bluetooth permet des communications à des débits relativement importants, les distances sont très courtes (quelques dizaines de mètre), ce qui nécessite le déploiement de nombreux gateways (ou relais). De plus, Bluetooth est très sensible aux obstacles (murs, …).
De nombreux capteurs sont proposés, pour le secteur résidentiel, avec une communication WIFI. Ce n’est pourtant pas une option viable pour le monde professionnel, pour 3 raisons principales. D’une part, la communication WIFI consomme beaucoup d’énergie, ce qui limite la durée de vie des batteries. D’autre part, se connecter à un réseau WIFI (et donc se baser sur une communication IP) présente de nombreux risques de sécurité. Enfin, la couverture du WIFI dépasse rarement les 100m, ce qui nécesssite le déploiement de nombreux hotspots.
Les capteurs en Z-Wave et Zigbee ont des portées de maximum quelques centaines de mètres, ce qui nécessite un déploiement de relais/gateways assez nombreux. Ils peuvent être sur batterie. Ce sont des standards moins développés que LORAWAN, donc l’offre est plus restreinte, et le coût des capteurs est plus élevé.
Narrowband IOT (NB-IOT) est la réponse des opérateurs mobiles (3GPP) à l’arrivée des réseaux LPWAN. NB-IOT permet une communication, au travers du réseau cellulaire, de petites quantités de données, avec une optimisation de l’énergie consommée.
Cette option est intéressante pour des déploiements globaux, lorsqu’il n’est pas économiquement possible de déployer un réseau de type LORAWAN. Par contre, le coût de ces capteurs est plus important (modem NB-IOT + carte SIM) et l’abonnement mensuel souvent plus élevé. La consommation énergétique reste plus élevée qu’un réseau de type LORAWAN, même si elle est optimisée par rapport à la 4G.
SigFox est l’autre acteur majeur des réseaux LPWAN utilisant la bande de fréquence libre ISM. Technologies similaires (non compatibles), mais un modèle économique radicalement différent. SigFox ne peut être déployé qu’au travers du réseau public SigFox. Impossible de créer un réseau privé. Il y a donc des frais d’abonnements par capteur. De plus, si un opérateur SigFox n’est pas présent dans le pays (ou dans la région cible), il n’est pas possible de l’exploiter.
Ces contraintes ont eu pour effet de limiter le succès commercial de SigFox, de freiner le développement d’un écosystème de capteurs. Certains mettent en doute la viabilité économique sur le moyen terme.
Mioty est une technologie plus récente, qui promet d’être encore plus robuste que LORAWAN, notamment en terme de densité de réseau (nombre de capteurs). A l’heure actuelle, Mioty n’est pas encore très développé, et l’offre de capteurs y est très faible.
Quels sont les cas d'usages typiques pour un réseau LORAWAN®?
LORAWAN est particulièrement bien adapté à la couverture de zones, comme des sites industriels, des terrains agricoles, des bâtiments, ou encore un quartier dans une ville.
S’il existe des réseaux publics dans certains pays (France, Pays-Bas, Suisse…), le succès des réseaux LORAWAN est notoirement dans le déploiement de réseaux privés, pour un bâtiment, une entreprise, une coopérative agricole, une ville. La mise en oeuvre d’un réseau LORAWAN est simple, et permet de connecter instantanément des centaines de capteurs.
Comment fonctionne un réseau LORAWAN®?
Un réseau LORAWAN est composé de 4 éléments:
- Au minimum une Passerelle LORAWAN® (Gateway), en charge de la communication radio avec les capteurs IOT, et le transmission des données vers un serveur (LNS – LORAWAN® Network Server )
- Un élément logiciel appelé LORAWAN Network Server, en charge de la gestion des Passerelles, et des capteurs IOT déployés, et du transfert des données
- Des capteurs IOT au standard LORAWAN. Sur batterie ou secteur. Avec antenne intégrée ou externe
- Un serveur Applicatif (IOT Software Platform) pour la réception de données provenant des capteurs, le traitement et la visualisation des données
La beauté d’une architecture basée sur la technologie LORAWAN, c’est que ces 4 éléments sont indépendants, respectent un standard, et sont donc interchangeables. Il n’y a pas de « locking » possible par un fournisseur. Vous restez maître du choix des fournisseurs pour chaque composant.
La sécurité d'un réseau LORAWAN®
La sécurité des communication est garantie « par Design ». LORAWAN n’est pas un protocole IP. Il s’agit d’un échange de paquets de quelques bytes. De plus, le capteur est équipé en général d’un simple micro-controller, très peu performant. La communications de données au travers d’un réseau LORAWAN est sécurisée (encryption). Au final, il est quasi impossible de lire les données, de prendre le contrôle d’un capteur, ce qui de toute manière n’apporterait aucun avantage, car ces capteurs ne sont pas connectés à vos réseaux informatiques. » » »
Les limitations d'un réseau LORAWAN®
La communication de données LORAWAN est limitée à quelques dizaines de bytes, à un intervalle moyen de 5 minutes. Si la communication peut être bidirectionnelle, elle est principalement prévue pour la transmission de données, depuis le capteur, vers les applications (au travers des passerelles et du LNS).
La communication d’images, de vidéos, ou de grandes quantités de données, par exemple des capteurs qui émettraient toutes les minutes, voire toutes les secondes) est impossible.
Différence entre un réseau LORAWAN® public et privé ?
Techniquement, il n’existe aucune différence entre un réseau public et privé LORAWAN.
Un réseau public est juste un réseau déployé par un opérateur qui décide de commercialiser la communication, sur base d’un ensemble de Passerelles qu’il a déployé, et qu’il gère, et d’un LNS (LORAWAN Network Server) qu’il met à disposition de ses clients.
Dans un réseau privé, vous êtes en charge de l’installation et de la maintenance des passerelles et du Network Server.
LORAWAN® - un écosystème puissant et ouvert
La force de LORAWAN, c’est écosystème qui s’est développé depuis +/- 2016.
Des centaines de fournisseurs proposent des milliers de capteurs, tous compatibles avec ce standard. Pour chaque cas d’usage, vous aurez donc le choix entre différents fournisseurs, ce qui permet de mettre la pression sur les prix, et d’assurer votre indépendance par rapport à un fournisseur.
LORAWAN® - Est-ce légal?
La technologie de modulation LORAWAN opère sur la bande de fréquence ISM, utilisée principalement pour l’instrumentaiton. Dans chaque région du monde, une bande de fréquence est allouée à cette fin. En Europe, c’est 868Mhz, en Amérique du Nord, 915Mhz par exemple.
Tout le monde peut utiliser cette fréquence, en respectant des règles sur l’utilisation de la bande de fréquence (duty cycle). Ces règlent sont traduites dans la contrainte d’un envoi de données de quelques dizaines de bytes, en moyenne et par capteur, toutes les 5 ou 10 minutes.
Histoire de la technologie LORAWAN®
Dans le passé, l’IOT s’appelait encore M2M (Machine To Machine). Pour permettre à des objets de communiquer de manière globale, sans fil (sur des grandes distances, en dehors d’un réseau interne comme le WIFI), il fallait y mettre une carte SIM, et utiliser une communication de type GPRS, ou ses évolutions comme la 3G ou la 4G. Ces capteurs pouvaient difficilement fonctionner sur batterie, et étaient relativement chers.
En 2009, une startup française crée la technologie de modulation de fréquence LORA. Une communication sans fil basée sur la bande de fréquence ISM utilisée dans le secteur de l’instrumentation médicale. Cette startup, Cycléo, est rachetée en 2012 par Semtech. Le protocole LORAWAN est né. LORAWAN est l’acronyme de Long Range Wide Area Network.
Plus sur LORAWAN®
LORAWAN dans le bâtiment
Usage d’un réseau et de capteurs LORAWAN dans un bâtiment résidentiel ou commercial.
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Usage d’un réseau et de capteurs LORAWAN sur un chantier de construction.
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