L’Internet des objets (IoT) a transformé notre façon de connecter et de communiquer avec les appareils, et LoRaWAN s’est imposé comme un acteur de premier plan dans l’univers de la connectivité IoT. Ces dernières années, LoRaWAN a connu une croissance de popularité remarquable.
Que signifie LoRaWAN ?
LoRaWAN signifie “Long Range Wide Area Network” (réseau étendu longue portée). Il combine la technologie radio de couche physique appelée LoRa (Long Range) avec le protocole de couche MAC (Wide Area Network) pour créer un standard de communication complet, conçu spécialement pour les applications de l’Internet des objets. LoRaWAN est un réseau étendu à faible consommation (LPWAN), avec plus de 225 millions de nœuds terminaux LoRa/LoRaWAN et une disponibilité mondiale (LoRa Alliance, 2021). Les organisations de tous les secteurs adoptent de plus en plus LoRaWAN pour leurs déploiements IoT, et pour de bonnes raisons.
Dans cet article, nous allons explorer la forte croissance de la couverture et la popularité grandissante de LoRaWAN, et voir pourquoi cette technologie peut aider les entreprises et les industries qui souhaitent exploiter le potentiel de la connectivité IoT.
Qu’est-ce qu’un protocole de communication ?
Pour comprendre ce qu’est LoRaWAN et comment il fonctionne, il faut d’abord saisir le concept de protocole de communication sans fil. On compare souvent les protocoles de communication à l’interaction humaine et aux langues. Mais avec les protocoles, au lieu de personnes qui communiquent avec des mots, ce sont des appareils qui envoient et reçoivent des données sans fil.
Les protocoles de communication sans fil indiquent à votre appareil comment lire, envoyer et traiter les données sans fil, et à quelle fréquence le faire. Par exemple, dans le cas de LoRaWAN, le terme “downlink” désigne les données transmises du serveur vers le gateway ou l’appareil, et “uplink” désigne le message que votre appareil a envoyé. LoRaWAN décide donc de la fréquence à laquelle il envoie et traite les downlinks et les uplinks.
Qu’est-ce que LoRaWAN ?
LoRaWAN est un protocole de communication sans fil conçu pour les appareils IoT, développé et maintenu par la LoRa Alliance. Il utilise la technologie LPWAN, connue pour sa couverture longue portée, sa faible consommation d’énergie et sa scalabilité. Ces caractéristiques ont fait de LoRaWAN une solution réseau de plus en plus populaire.
Couverture longue portée :
La couverture longue portée de LoRaWAN permet aux appareils de communiquer sur plusieurs kilomètres, en milieu rural comme en milieu urbain. Cette caractéristique le rend adapté aux cas d’usage où les appareils sont répartis sur de vastes zones, comme l’agriculture intelligente, la surveillance environnementale et le suivi d’actifs. Cette longue portée est rendue possible par l’utilisation de la modulation à spectre étalé, qui permet d’atteindre une portée de plusieurs kilomètres avec une faible consommation d’énergie, ce qui en fait une solution idéale pour les applications IoT longue portée. Cela dit, la portée d’un appareil LoRaWAN peut toujours être affectée par les obstacles et les interférences de signal.
Faible consommation d’énergie
Les appareils alimentés par LoRaWAN peuvent généralement fonctionner sur batterie pendant une longue période. Cette longue autonomie est obtenue grâce à l’utilisation du débit adaptatif (ADR) et d’un routage de paquets optimisé, qui contribuent à économiser l’énergie et à prolonger la durée de vie des batteries. La faible consommation d’énergie de LoRaWAN en fait une option précieuse pour les déploiements IoT dans des lieux isolés ou difficiles d’accès, où il n’est pas toujours possible de remplacer ou de recharger fréquemment les batteries.
Scalabilité
LoRaWAN est très scalable, car il peut prendre en charge de nombreux appareils au sein d’un même réseau. Cette scalabilité repose sur son architecture réseau en étoile d’étoiles, où les appareils terminaux communiquent directement avec un gateway, et où plusieurs gateways peuvent être reliés à un serveur réseau central. Cela permet une communication efficace et fiable entre un grand nombre d’appareils et de gateways au sein d’un réseau LoRaWAN.
Comment fonctionne LoRaWAN ?
Comme nous l’avons mentionné, LoRaWAN s’appuie sur une architecture réseau en étoile d’étoiles composée d’appareils terminaux, de gateways et d’un serveur réseau central. Les appareils terminaux, comme des capteurs ou des appareils, communiquent directement avec les gateways, qui font le lien entre les appareils terminaux et le serveur réseau central. Le serveur réseau central gère le réseau et permet la communication entre les appareils terminaux et le serveur d’application. L’image ci-dessous représente l’architecture en étoile d’étoiles de LoRaWAN.
La communication entre les appareils terminaux, ou nœuds, et les gateways dans LoRaWAN repose sur la technique de modulation LoRa, qui permet une communication longue portée avec une faible consommation d’énergie.
Les appareils terminaux transmettent les données aux gateways en utilisant la modulation à spectre étalé, qui permet de transmettre les données sur une large plage de fréquences. Les gateways reçoivent les données des appareils terminaux, puis les transmettent au serveur réseau central via une connexion IP, comme Ethernet, Wi-Fi ou cellulaire.
Les gateways LoRaWAN
Les gateways LoRaWAN sont des composants d’infrastructure essentiels qui servent d’intermédiaire entre les appareils terminaux et le serveur réseau. Ces gateways reçoivent les données transmises par les appareils compatibles LoRaWAN et les transmettent au serveur réseau via des connexions IP standard (Ethernet, Wi-Fi, cellulaire). Un seul gateway peut généralement couvrir plusieurs kilomètres carrés et prendre en charge des milliers d’appareils terminaux, selon l’environnement et son emplacement.
Les gateways LoRaWAN modernes existent sous différentes formes : des unités extérieures de qualité industrielle conçues pour résister à des conditions environnementales difficiles, jusqu’aux modèles intérieurs compacts pour les déploiements plus modestes. De nombreux gateways disposent de capacités multicanaux, ce qui leur permet d’écouter plusieurs fréquences simultanément et de recevoir les signaux de nombreux appareils en même temps. Au moment de choisir des gateways LoRaWAN, les critères à prendre en compte incluent les besoins de couverture, les options d’alimentation (secteur ou solaire), la connectivité de backhaul (Ethernet, cellulaire, Wi-Fi) et les exigences environnementales.
Les appareils terminaux transmettent les données aux gateways en utilisant la modulation à spectre étalé, qui permet de transmettre les données sur une large plage de fréquences. Les gateways reçoivent les données des appareils terminaux, puis les transmettent au serveur réseau central via une connexion IP, comme Ethernet, Wi-Fi ou cellulaire.
Les classes d’appareils LoRaWAN
LoRaWAN prend également en charge plusieurs classes d’appareils, dont la Classe A, la Classe B et la Classe C. Les appareils de Classe A ne peuvent recevoir des messages downlink qu’après avoir envoyé un message uplink ; c’est l’une des raisons pour lesquelles les appareils de Classe A sont les plus économes en batterie parmi les appareils LoRaWAN. Ils ouvrent deux courtes fenêtres de réception à des délais fixes après chaque transmission uplink. Si le serveur réseau ne répond pas pendant ces fenêtres, l’appareil doit attendre le prochain uplink pour recevoir un downlink.
Les appareils de Classe A conviennent aux applications qui ne nécessitent pas de communication downlink fréquente ou ponctuelle, comme la surveillance environnementale ou le suivi des animaux. Un exemple de ce type d’appareil serait la STREGA Smart-Valve Lite Edition ; sa batterie est prévue pour durer plus de dix ans, ce qui illustre la longévité de l’autonomie en Classe A.
Les appareils de Classe B ressemblent aux appareils de Classe A, mais ils ouvrent des fenêtres de réception supplémentaires à des horaires programmés. Ils utilisent un signal balise périodique émis par le réseau pour synchroniser leur horloge et ouvrir des “ping slots” destinés à recevoir les messages downlink. Les appareils de Classe B ont une latence plus faible que les appareils de Classe A, mais consomment plus d’énergie car ils passent plus de temps en mode actif.
Les appareils de Classe B sont idéals pour les applications qui nécessitent une communication à faible latence avec des appareils sur batterie, comme la détection d’incendie ou de fuite d’eau.
Les appareils de Classe C sont les plus simples et ont la latence la plus faible. Ils écoutent en permanence les messages downlink du réseau, sauf lorsqu’ils transmettent un message uplink. Comme ils sont actifs la plupart du temps, ce sont les appareils LoRaWAN qui consomment le plus d’énergie. Les appareils de Classe C sont idéals pour les appareils alimentés en externe qui ont besoin d’une communication continue avec le réseau, comme les prises connectées ou les caméras de sécurité. De nombreux appareils LoRaWAN peuvent fonctionner à la fois en Classe A et en Classe C, ce qui permet de s’adapter aux préférences du client. Le capteur Watteco In’O est un exemple d’appareil qui fonctionne aussi bien en A qu’en C.
LoRaWAN est-il sécurisé ?
La sécurité de LoRaWAN repose sur plusieurs mécanismes, comme le chiffrement de bout en bout, l’authentification et les contrôles d’intégrité. LoRaWAN utilise l’Advanced Encryption Standard (AES) avec une clé de 128 bits pour le chiffrement de bout en bout, ce qui garantit une communication sécurisée entre les appareils terminaux et le serveur d’application. De plus, LoRaWAN prend en charge l’authentification mutuelle entre les appareils terminaux et le serveur réseau, empêchant les appareils non autorisés d’accéder au réseau.
Comment LoRaWAN se compare-t-il aux autres options de connectivité IoT ?
LoRaWAN est souvent le meilleur choix lorsque l’on compare les options de connectivité IoT, selon vos besoins. Les réseaux cellulaires, comme la 4G LTE et la 5G, offrent une large couverture et des débits de données élevés, mais peuvent revenir cher en termes de modules pour appareils, de forfaits data et de consommation d’énergie. LoRaWAN, en revanche, offre une couverture longue portée avec une faible consommation d’énergie, ce qui le rend adapté à des déploiements IoT économiques dans de nombreux cas d’usage.
Le Wi-Fi est très utilisé pour les réseaux locaux (LAN) et offre des débits de données élevés ainsi qu’une faible latence. Cependant, sa portée est limitée et il ne convient parfois qu’à la communication à courte portée ou à la connectivité à distance. LoRaWAN, lui, offre une portée bien plus longue que le Wi-Fi, et sa faible consommation d’énergie permet une autonomie de batterie prolongée.
Zigbee est un protocole de communication sans fil à faible consommation et courte portée, couramment utilisé pour la domotique et les applications de contrôle industriel. Il propose un réseau maillé, qui permet aux appareils de former un réseau et de communiquer entre eux. LoRaWAN, en revanche, offre une portée plus étendue et une architecture réseau en étoile d’étoiles, ce qui simplifie le déploiement et la gestion du réseau et réduit les coûts d’infrastructure.
Sigfox est une autre option de connectivité LPWAN pour les applications IoT. Il utilise un réseau propriétaire et offre une couverture mondiale, mais présente des limites en termes de débits de données et de taille des messages. LoRaWAN offre des débits de données plus élevés et des messages plus volumineux, ce qui le rend adapté aux applications qui nécessitent plus de données. LoRaWAN offre aussi plus de flexibilité en matière d’architecture réseau et de personnalisation, car il s’agit d’un standard ouvert.
Comment déployer et gérer des réseaux LoRaWAN
Pour déployer et gérer un réseau LoRaWAN, il faut une planification, une configuration, une surveillance et une montée en charge soignées. Commencez par identifier les besoins réseau de votre cas d’usage et les fournisseurs de réseau, en tenant compte de facteurs comme la zone de couverture, le nombre d’appareils, le débit de données et les besoins propres à votre application. Cela vous aidera à déterminer le type et le nombre de gateways, de capteurs, de fournisseurs de réseau et autres composants réseau nécessaires.
Au moment de choisir un fournisseur LoRaWAN, tenez compte de facteurs comme la couverture du réseau, la fiabilité et le prix. Parmi les fournisseurs populaires figurent The Things Network, Senet, Actility et Everynet. Senet est déployé dans plus de 29 États et couvre plus de 1 300 villes aux États-Unis, desservant une population de plus de 55 millions de personnes. Everynet couvre plus de 650 villes aux États-Unis ; l’image ci-dessous montre la couverture LoRaWAN d’Everynet aux États-Unis.
(Source : Everynet)
Il est essentiel d’évaluer les capacités de chaque fournisseur et leur compatibilité avec vos besoins réseau pour prendre une décision éclairée. Il est important de choisir un fournisseur capable de soutenir votre réseau non seulement aujourd’hui, mais aussi à l’avenir, à mesure que vous faites évoluer et grandir vos projets IoT.
Ensuite, envisagez les gateways LoRaWAN et les serveurs réseau adaptés qui répondent à vos besoins réseau. Réalisez une étude de site pour identifier les meilleurs emplacements pour les gateways, en tenant compte de facteurs comme la hauteur, la ligne de vue, les interférences et la redondance. Une fois installés, configurez et enregistrez les gateways auprès du serveur réseau LoRaWAN en paramétrant le réseau et en procédant à l’enregistrement pour l’authentification et la gestion. À partir de là, configurez aussi les paramètres réseau, comme le débit de données, le plan de canaux et les réglages de sécurité, en fonction des besoins de votre cas d’usage. Surveillez régulièrement les performances du réseau et utilisez des outils de gestion réseau pour résoudre les problèmes et suivre l’état de santé du réseau.
À mesure que votre déploiement IoT grandit, faites évoluer et étendez votre réseau LoRaWAN en ajoutant des gateways, en enregistrant de nouveaux appareils terminaux et en gérant les ressources réseau de manière plus efficace. Mettez en place des mesures de sécurité appropriées pour protéger votre réseau et vos données LoRaWAN, notamment des mécanismes de chiffrement, d’authentification et d’autorisation. Maintenez vos appareils et vos logiciels à jour avec les derniers correctifs de sécurité pour vous prémunir contre d’éventuelles vulnérabilités.
Déployer votre application IoT avec LoRaWAN
TagoIO peut vous aider à déployer et gérer facilement votre application via le réseau LoRaWAN. Notre plateforme fournit tous les outils pour planifier, configurer, surveiller et faire évoluer votre application. Avec TagoIO, vous pouvez connecter et gérer facilement les gateways et les appareils terminaux, configurer les paramètres réseau et surveiller les performances du réseau.
En plus de solides capacités de gestion d’application, TagoIO offre aussi des dispositifs de sécurité avancés pour protéger votre réseau et vos données LoRaWAN. Notre plateforme prend en charge des mécanismes de chiffrement, d’authentification et d’autorisation pour garantir la sécurité de vos données en transit et au repos. De plus, avec TagoIO, vous pouvez mettre à jour vos appareils et vos logiciels avec les derniers correctifs de sécurité pour vous prémunir contre d’éventuelles vulnérabilités.
À mesure que votre déploiement IoT grandit, TagoIO facilite l’évolution et l’extension de votre application. Notre plateforme vous permet d’ajouter des gateways et de connecter de nouveaux appareils terminaux de façon simple et efficace. Avec TagoIO, vous pouvez vous concentrer sur votre cœur de métier pendant que nous gérons la complexité du déploiement et de la gestion d’un réseau LoRaWAN. Contactez-nous dès aujourd’hui pour en savoir plus sur la façon dont TagoIO peut vous aider à atteindre vos objectifs IoT.
