Qu'est ce que le protocole LoRaWan
Historique et définition
LoRa est un réseau radio basse fréquence, créé en 2009 par une startup française (Cycléo), puis racheté en 2012 par l'entreprise de semi-conducteurs américaine Semtech.
LoRaWAN (Long Range Wide-Area Network) est un protocole de communication basé sur le réseau LoRa.
L'objectif de LoRaWAN est de permettre la communication d'informations entre des appareils à faible consommation énergétique (comme des capteurs alimentés par piles) et des logiciels sur des réseaux locaux ou dans le cloud. Dans cet objectif d'économie d'énergie, LoRaWAN est spécialement conçu pour faire transiter des informations peu volumineuses, avec un faible débit. Exemple : relever une température ambiante toutes les 15 minutes.
L'une des principales caractéristiques du réseau LoRa est sa portée étendue : il s'agit d'un réseau sans fil permettant la communication jusqu'à plusieurs kilomètres*.
* Dans les zones encombrées de gros obstacles métalliques ou d'infrastructures, la portée du réseau est restreinte. Elle reste néanmoins très largement supérieure à celle du réseau sans fil le plus populaire : Wi-Fi.
L'architecture type d'un réseau LoRa
Pour mettre en place un réseau LoRa, deux types d'appareils sont nécessaires :
- Les émetteurs, souvent des capteurs (température, vibration, courant, etc.).
- Les récepteurs, communément appelés passerelles.
Les passerelles sont munies d'une antenne radio LoRa, qui permet de recevoir les messages envoyés par les capteurs.
En fonction de votre zone géographique, les bandes de fréquences utilisées et autorisées pour le réseau LoRa sont différentes :
Europe : 863 - 870 MHz / 433 MHz*
États-Unis : 902 - 928 MHz
Chine : 470 - 510 MHz / 779 - 787 MHz
Australie : 915 - 928 MHz
Inde : 865 - 867 MHz
Asie : 433 MHz
Amérique du Nord : 915 MHz
* Les bandes 863 - 870 MHz auront une portée théorique supérieure à la bande 433 MHz, mais cette dernière sera plus adaptée aux environnements chargés en infrastructures et encombrements.
Assurez-vous d'avoir des équipements compatibles entre eux selon les bandes de fréquences autorisées dans votre région.
L'objectif de la passerelle est de recevoir les messages envoyés par les capteurs connectés, de décoder ces messages, puis d'envoyer les données décodées vers le logiciel ou la base de données souhaités.
Les messages LoRaWAN sont envoyés au format hexadécimal. Les fabricants de capteurs fournissent une documentation technique permettant de transformer ces données brutes en données intelligibles.
Par exemple : pour un capteur de courant e-green Sensor de la marque TCT, les données brutes reçues en LoRaWAN sont : "a00808970b00060a1039". Une fois le décodage terminé, la passerelle renvoie les données suivantes :
[
[
{
"payload":{
"d":{
"XXXXX":{
"Val":{
"XXXXX:temperature":21.99,
"XXXXX:courant":0.06,
"XXXXX:tension":4.153
}
}
},
"ts":"2024-12-31T10:56:56.063Z"
}
}
]
]
Le réseau LoRa privé
Qu'il soit public ou privé, l'architecture du réseau LoRa reste inchangée (cf. partie précédente). La différence principale réside dans la passerelle LoRa.
Lors de la mise en place d'un réseau privé (ou réseau opéré), vous déployez une passerelle privée et dédiée à cet effet sur votre site. Cette passerelle s'apparente à un petit ordinateur avec une antenne de réception LoRa et un logiciel de gestion du réseau, appelé LNS (LoRa Network Server). Le LNS sert principalement à connecter vos différents capteurs et appareils LoRaWAN avec votre passerelle et à gérer le décodage des paquets.
Integral System travaille en collaboration avec Advantech, qui fournit une passerelle LoRa dédiée à l'industrie : la
Wise-6610. Cette passerelle est construite en métal, conçue pour fonctionner entre -40 °C et +75 °C, et pérennisée par le constructeur, ce qui lui garantit une longévité industrielle. Elle embarque un LNS propriétaire d'Advantech, sur lequel Integral System propose des documentations techniques ainsi que du support.
Il existe différents LNS que vous pouvez installer sur des systèmes d'exploitation classiques pour créer votre propre passerelle LoRa.
ChirpStack est un LNS open source, largement utilisé dans le monde du LoRaWAN.
Pour créer votre propre passerelle, il vous faudra également un module de réception LoRaWAN ainsi qu'une antenne.
Comment déployer un réseau LoRaWan privé
En pratique, pour déployer un réseau privé, vous n'avez qu'à brancher une passerelle LoRaWAN qui embarque un LNS.
Une fois la passerelle mise sous tension, elle sera capable d'écouter les paquets LoRaWAN qui transitent sur le réseau que l'antenne est capable de capter.
L'étape suivante consiste à connecter vos capteurs à votre passerelle via le LNS et à configurer vos décodeurs de paquets pour rediriger les données vers le logiciel ou la base de données de votre choix.
À noter que si le logiciel cible n'est pas sur le même réseau que votre passerelle, vous devrez la relier à Internet via un câble Ethernet ou une carte SIM 4G.
Il existe différentes versions de la passerelle Wise-6610 d'Advantech, notamment une version 4G qui embarque un lecteur de carte SIM ainsi que deux antennes supplémentaires pour fournir une connexion Internet cellulaire.
Si vous avez une autre passerelle ou une version classique, il est également possible de brancher un routeur 4G autonome via un câble Ethernet pour fournir une connexion Internet à la passerelle.
Integral System propose un routeur 4G industriel en complément de ses passerelles si nécessaire : l'
ICR-2031.
Le réseau LoRa public
Comme expliqué plus haut, la principale différence entre un réseau LoRa opéré et un réseau public réside dans la passerelle.
Dans le second cas, c'est l'opérateur de télécoms que vous choisirez qui récupère vos données et les renvoie dans votre logiciel en mettant à disposition ses propres passerelles.
La mise en place de capteurs utilisant le réseau LoRa public suit la même logique que celle d'un réseau privé. L'opérateur fournit un LNS accessible sur le web via un navigateur. Vous pouvez y connecter vos appareils et configurer le renvoi des données vers votre logiciel.
Integral System propose également le déploiement de capteurs sur le réseau LoRa public d'Orange (LiveObjects). Nos capteurs sont certifiés compatibles avec le réseau public et nous fournissons les décodeurs de données associés.
Depuis décembre 2024, l'offre de réseau LoRa public de l'opérateur Bouygues Télécom (Objenious) a été mise hors service. La stratégie de l'opérateur réside dans le déploiement de réseaux LoRa privés.
Orange est désormais le seul opérateur à proposer un service LoRa public avec LiveObjects.
Comparatif réseau LoRa public et LoRa privé
Coûts de déploiement
Le déploiement d'un réseau privé implique nécessairement la possession d'une ou plusieurs passerelles (
voir ici le prix public de la Wise-6610). En fonction de la taille de votre installation ainsi que du nombre de capteurs que vous souhaitez déployer, le coût global varie.
L’utilisation du réseau public est soumise au paiement de mensualités en fonction du nombre de capteurs appairés (quelques euros par mois, par capteur).
Le calcul est donc le suivant : lorsque le coût annuel de l’abonnement LoRa public se rapproche du coût fixe d’une passerelle, il faut songer à déployer un réseau privé sur votre site.
Le coût global du déploiement du réseau peut varier. En général, il est nécessaire de prévoir l’intervention d’un intégrateur industriel qui vous proposera généralement une étude de couverture préalable pour déterminer le nombre de passerelles dont vous aurez besoin.
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Couverture réseau
Le réseau LoRa public d’Orange couvre actuellement 95 % de la population française et plus de 30 000 communes. Vous pouvez également vérifier
ici si votre zone est couverte par le réseau public.
Dans certaines zones rurales ou très denses, la couverture publique peut s’avérer insuffisante pour assurer la remontée de vos données. Dans ce cas, vous devrez déployer un réseau privé.
Le déploiement d’un réseau privé est également soumis à une contrainte technique : le périmètre couvert par la passerelle. C’est pour cette raison que l’on préconise de faire intervenir un intégrateur industriel lorsque vous souhaitez déployer un réseau LoRa privé. Ce dernier propose généralement une étude de couverture réseau et détermine le nombre de passerelles dont vous avez besoin pour votre projet.
Compatibilité des équipements
Si les bandes de fréquences LoRa sont respectées, tous les capteurs pourront être utilisés indépendamment du type de réseau que vous avez. Néanmoins, si vos capteurs proviennent de fabricants peu connus ou peu répandus en Europe, le décodeur de données nécessaire au déchiffrement de vos messages pourrait ne pas être disponible sur LiveObjects. Dans ce cas, nous proposons la rédaction de décodeurs de données et leur intégration dans LiveObjects pour vos capteurs.
La problématique est similaire dans le cas de passerelles privées. Néanmoins, Integral System propose systématiquement un ensemble de capteurs compatibles avec une sélection de passerelles industrielles, dont les décodeurs ont été validés préalablement.
Sécurité et protection des données
Si votre organisation possède les ressources internes nécessaires à la gestion d’un réseau et d’infrastructures informatiques (edge computing, serveurs locaux, logiciels installés sur votre réseau…), vous rencontrerez des problématiques de sécurité réseau en passant par le LoRa public.
En effet, pour rediriger vos données vers vos logiciels, il sera nécessaire d’ouvrir une connexion Internet entre LiveObjects (Orange) et votre infrastructure. Le déploiement d’une passerelle privée connectée à votre réseau uniquement vous affranchit de cette étape de connexion et assure l’imperméabilité de votre réseau avec Internet.
Dans certains cas, le logiciel sur lequel vous souhaitez renvoyer vos données décodées se trouve dans le cloud (SaaS). Une connexion Internet est alors requise pour la passerelle. Dans cette situation, si votre politique interne ne vous permet pas d’utiliser votre réseau, nous proposons des
routeurs 4G autonomes (
voir ici le prix public de l’ICR-2031) qui fournissent une connexion Internet cellulaire et se connectent via RJ45 à votre passerelle.
