LoRaWAN : définition, couverture, portée

LoRaWAN est un protocole réseau particulièrement adapté au développement de l’Internet des objets. Il permet un déploiement à grande échelle (wide area) et une couverture réseau étendue, pour une faible consommation énergétique. LoRaWAN utilise le modèle de communication LPWAN (Low Power Wide Area Network).

Qu'est-ce que LoRaWAN ?

Qu’est-ce que la technologie LoRa précisément et comment participe-t-elle à l’Internet des objets ?

Un protocole réseau longue portée à faible consommation énergétique

LoRaWAN est un protocole réseau, ou protocole de télécommunication de type LPWAN, qui désigne tous les réseaux sans fil longue portée (wide area) et à faible consommation énergétique (low power). Les réseaux LPWAN sont composés de quatre types d'équipements :

• un parc de capteurs (ou nodes) et d'objets connectés qui communiquent par radio fréquences ;
• des passerelles (ou gateways) qui font le lien entre communications radio et Internet ;
• un serveur réseau chargé du stockage et de la sécurité des données générées par les capteurs ;
• un serveur d'applications finales, ou plateforme applicative de type Requea, qui permet d'analyser et de corréler les données collectées, pour une exploitation optimale.

La plateforme IoT Requea est ainsi spécialement conçue pour simplifier et optimiser la gestion de l’ensemble des données générées par un réseau LoRaWAN, tout en garantissant leur sécurité. La très faible consommation énergétique des technologies LPWAN de type LoRaWAN, est une condition indispensable à la durée de vie des batteries des objets connectés et donc à leur autonomie longue durée. La couverture et la portée du réseau LoRaWAN permettent le déploiement d'environnements IoT à l'échelle d'immeubles ou même de villes, favorisant ainsi l'émergence de smart buildings ou de smart cities.

La technologie LoRa : modulation à étalement de spectre

Le protocole de communication LoRaWAN est basé sur la technologie LoRa. Brevetée en 2009 par l’entreprise grenobloise Cycleo, LoRa a ensuite été rachetée par Semtech en 2012. La technologie radio LoRa utilise une modulation à étalement de spectre de type Chirp Spread Spectrum (CSS). Pour un débit donné, cette modulation consiste à utiliser une bande passante plus large que nécessaire. La modulation LoRa génère un signal chirp dont la fréquence varie en continu. Cette technologie garantit la fiabilité, la robustesse et la sécurité des réseaux LoRaWAN.

LoRa Alliance et LoRaWAN : un travail collaboratif pour une solution ouverte

L'alliance LoRa, une association internationale à but non lucratif

LoRaWAN désigne le protocole de communication, alors que la technologie LoRa s'applique à l’interface radio du réseau de communications sans fil. Si la technologie de l’interface radio LoRa est propriétaire (brevet détenu par Semtech corporation), le protocole LoRaWAN est libre et ouvert. Depuis 2015, le développement du protocole LoRaWAN est assuré par LoRa Alliance, une association à but non lucratif composée de plus de 500 membres. Le travail collaboratif de l'alliance LoRa permet une amélioration constante des performances de LoRaWAN.

Une couverture réseau internationale

En 2020, LoRaWAN était déployé dans 162 pays et par 148 opérateurs réseau. Chaque opérateur développe son propre réseau et ainsi sa carte de couverture. Les principaux opérateurs LoRaWAN sont :

• Senet et SemTech aux États-Unis (USA) ;
• Proximus et Wireless Belgie, en Belgique ;
• Swisscom en Suisse ;
• Fasnet en Afrique du Sud ;
• Bouygues Telecom (avec sa filiale Objenious dédiée à l'IoT) et Orange en France.

LoRaWAN ou la promesse d'une configuration sur-mesure

LoRaWAN étant basé sur un code source ouvert, de nombreux paramètres peuvent faire l’objet d’une configuration sur mesure. Ce protocole se distingue ainsi de ses concurrents, tels que Sigfox, parce qu'il est capable de s'adapter à des environnements smart ou IoT (Internet of Things) très différents. Sa technologie de débit adaptable ADR (Adaptive Data Rate) lui permet par exemple d'optimiser le débit de façon dynamique en fonction des conditions radio, pour d'importantes économies d'énergie. Par ailleurs, LoRaWAN a fait le choix d’utiliser des bandes de fréquences sans licence (ou spectre non licencié) et principalement la bande des 868 MHz en Europe, qui appartient aux fréquences ISM (Industrial, Scientific, and Medical). Avec LoRaWAN, le déploiement d'un environnement IoT avec de multiples objets connectés, ne donne donc pas lieu au paiement d’une redevance d’utilisation des licences.

Couverture française du réseau LoRaWAN

Le réseau LoRaWAN objenious de Bouygues, et celui proposé par l'opérateur Orange, offrent une couverture nationale similaire en France métropolitaine. Le réseau national LoRaWAN couvre ainsi 30 000 communes, pour 95% de la population française. Cette couverture peut être densifiée à la demande des clients notamment dans les zones rurales ou en indoor, y compris dans les endroits difficiles (sous-sols, hangars...), grâce à l'installation d'antennes miniatures. Si le protocole LoRaWAN est si performant, c'est justement parce qu'il permet de créer des solutions IoT privées. Des réseaux LoRaWAN privés peuvent ainsi être déployés sans faire appel à des solutions propriétaires et sans l’intermédiaire d’opérateurs, pour une totale maîtrise des données collectées. LoRaWAN offre également la possibilité de solutions hybrides entre réseau privé et réseau public : les réseaux dédiés, alliant les performances d'une infrastructure locale pour des usages illimités, et la qualité de service d'un opérateur de référence tel que Bouygues ou Orange sur le sol français.

Performances des réseaux LoRaWAN : portée, débit et bidirectionnalités des communications

LoRaWAN offre un débit beaucoup plus élevé que ses principaux concurrents, avec un maximum de 22 kbits par seconde. Ce protocole permet d’émettre jusqu’à 500 messages de 51 octets par jour. De plus, sa très longue portée peut aller jusqu’à 15 km en zone rurale et jusqu'à 5 km en zones urbaines. LoRaWAN peut également revendiquer une bidirectionnalité complètement symétrique, du cloud vers l'objet connecté et de l'objet vers le cloud. Du point de vue de l'objet connecté on distingue ainsi :

• la voie montante (ou Uplink) : les données sont transmises de l’objet connecté vers les passerelles ;
• la voie descendante (ou Downlink) : les données sont transmises depuis la passerelle vers l'objet connecté.

Les modules RF LoRa sont réparties en trois classes : A, B et C, qui permettent de spécifier la durée d'écoute des nodes ou capteurs et d'optimiser les communications bidirectionnelles. En classe C, le serveur peut transmettre des données à l'objet connecté de façon continue, c'est donc la classe la plus énergivore. Au contraire, la classe A est une classe de consommation énergétique très faible, le serveur ne disposant que de deux fenêtres temporelles pour parler à un objet. Enfin, LoRaWAN assure une connectivité Indoor, c'est à dire à l'intérieur des bâtiments, ultra performante. Une seule passerelle permet de couvrir un immeuble tout entier.

Requea et LoRaWAN : une collaboration experte

LoRaWAN offre une couverture réseau étendue, pour une faible consommation d’énergie et un coût économique très avantageux. Son code source ouvert, ses options de déploiement privé et son débit adaptable font de LoRaWAN une solution IoT inégalable. C'est pourquoi l'expertise de Requea en matière d'Internet des objets, l'a conduite à choisir LoRaWAN parmi tous ses concurrents.