juil., 18 2022

LoRaWAN, quésaco ? Tout sur les Long Range Wide Area Networks

Définition rapide : LoRaWAN est l'abréviation de “Long Range Wide Area Network”, ​​soit réseau étendu à longue portée. C’est une catégorie de Low Power Wide Area Network (LPWAN) qui s’appuie sur une technologie open source et des fréquences libres. Conçus pour l’internet des objets (IoT), les LoRaWAN ont une bien meilleure portée que les technologies WiFi et Bluetooth, ils fonctionnent bien en intérieur, et ils sont particulièrement adaptés aux zones reculées mal couvertes par les réseaux cellulaires.

Glossaire M2M
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Les LoRaWAN suivent une topologie en étoile, proche de celle d’un réseau local (LAN). Tous les nœuds finaux sont connectés à des passerelles LoRaWAN, elles-mêmes reliées à un serveur central. Avec cette technologie, un industriel peut choisir de construire ou acheter sa propre infrastructure réseau, ou bien opter pour un opérateur qui couvre déjà la zone de déploiement.

Plusieurs facteurs expliquent le succès des LoRaWAN parmi les fabricants d’objets connectés, y compris par rapport aux autres types de LPWAN. Mais cette technologie présente aussi de vraies limites. Avant d’en arriver là, il est nécessaire d’expliquer une différence importante.

La différence entre LoRa et LoRaWAN

On utilise parfois indifféremment les termes “LoRa” et “LoRaWAN”, mais ils désignent deux choses distinctes.

LoRa (Long Range) désigne un protocole utilisé dans les LPWAN pour définir la couche physique d’un réseau. C’est une technologie propriétaire appartenant à Semtech (un fabricant de puces) qui utilise une technique de répartition du spectre (Chirp Spread Spectrum, CSS) pour numériser des signaux afin de les transmettre sur un réseau. Le LoRa est l’une des technologies sur laquelle s’appuie le LoRaWAN, mais on peut le retrouver dans d’autres contextes, et ce n’est pas la même chose.

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) désigne un protocole de couche supérieur qui définit le mode de communication et l’architecture d’un réseau. Plus précisément, il s’agit d’un protocole de la couche MAC (Medium Access Control) avec quelques éléments de la couche réseau. Le LoRaWAN s’appuie sur le LoRa, mais il désigne un type de réseau en particulier, et comment les données y circulent.

Les avantages du LoRaWAN

Le LoRaWAN est assez unique dans le domaine des technologies réseaux. Voici les principales raisons de sa popularité auprès des industriels de l’IoT.

Des bandes de fréquences libres

À l’inverse des opérateurs traditionnels qui utilisent principalement des fréquences sous licence, tous les réseaux LoRaWAN utilisent des fréquences libres, variables selon les pays. Ainsi, si vous possédez une infrastructure LoRaWAN, vous ne payez pas pour utiliser les fréquences, mais vous devez entretenir tout le matériel, et vous charger de la sécurité du réseau.

Comme tous les LoRaWAN utilisent les mêmes fréquences, une concentration de LoRaWAN et d’autres réseaux dans un même lieu peut entraîner des interférences et mettre en risque certaines applications IoT.

Une technologie open source

Contrairement à d’autres protocoles de communication propriétaires, le logiciel LoRaWAN est open source. Cela facilite le développement de solutions LoRaWAN, et de nombreux fournisseurs proposent des composants réseau (serveurs, passerelles, etc) interopérables.

Une bonne couverture

Les LoRaWAN fonctionnent très bien en intérieur, même si leur niveau de performance dépend de l’environnement. Ils utilisent des fréquences inférieures à 1GHz et une bande de fréquences très étroite, ce qui améliore leur couverture et facilite leur pénétration à travers les murs et en sous-sol.

Le LoRaWAN s’illustre aussi par sa capacité à offrir une connexion partout dans le monde, dès lors qu’il existe une infrastructure sur place, ou bien que vous y construisez la vôtre. Dans la plupart des cas, il est nécessaire de construire son propre réseau LoRaWAN pour s’assurer que tous les capteurs sont bien connectés.

Une faible consommation

La technologie LoRaWAN permet aux appareils connectés de se mettre en sommeil lorsqu’ils ne sont pas activement engagés dans l’envoi ou la réception d’un signal. De plus, l’envoi ou la réception d’un signal via un LoRaWAN ne nécessite pas plus de 50 mA (milliampère) de courant.

Les limites des LoRaWAN

Malgré ses forces, la technologie LoRaWAN présente aussi plusieurs défauts handicapants. Ces défauts sont même rédhibitoires pour de nombreux industriels.

Le manque d’infrastructures réseau

Avec les réseaux cellulaires, il est possible de déployer une solution n’importe où dans le monde et de trouver un opérateur sur place. L’infrastructure réseau existe déjà. Ce n’est en général pas le cas pour les LoRaWAN. On trouve plusieurs opérateurs LoRaWAN dans certains endroits, mais dans de nombreux pays, régions ou villes, il n’y en a aucun. Dans ces cas-là, il faut construire sa propre infrastructure. De plus, avec l'émergence des réseaux LPWAN cellulaires comme le LTE-M ou le NB-IoT, certains opérateurs traditionnels coupent même leur réseau LoRaWAN (à ce propos, lire cet article).

Le LoRaWAN trouve tout son intérêt lorsque l’on souhaite étendre une connexion dans des zones non couvertes, comme des bâtiments ou des endroits isolés. C’est aussi une alternative viable aux technologies Wireless MBus, WiFi et Bluetooth.

Les faibles coûts d’exploitation du LoRaWAN (les bandes de fréquences sont libres) sont souvent contrebalancés par le poids de l’investissement initial. Et si vous construisez votre propre infrastructure, il faut aussi l’entretenir, et en assurer la sécurité. À chaque déploiement dans une nouvelle région dépourvue d’infrastructure LoRaWAN, c’est, éventuellement, un nouveau réseau qu’il faut construire et financer.

Des accords d’itinérance peu développés

Les fournisseurs LoRa proposent un accès à leurs passerelles LoRa déjà déployées. Cependant, les accords d'itinérance n'étant techniquement possibles que depuis 2021, ils restent limités. Ainsi, se déployer dans une nouvelle région nécessite souvent de trouver un nouveau fournisseur, ou bien de construire une nouvelle infrastructure. La multiplication des solutions à chaque déploiement peut vite devenir un casse-tête logistique.

Des communications extrêmement limitées

Les réseaux LoRaWAN peuvent faciliter les communications des objets connectés. Mais ces communications sont très sommaires. Avec cette technologie, le nombre de messages envoyés chaque jour par un objet est limité. Afin de désengorger les fréquences, certains régulateurs limitent les rapports cycliques, par exemple à 1% du temps (soit moins de 15 minutes par jour).

Par ailleurs, les LoRaWAN autorisent tous les objets connectés à communiquer quand ils le veulent. Plus il y a d’objets connectés en même temps, plus il y a de chances qu’ils communiquent en même temps, et donc qu’ils interfèrent. Il n’est pas rare que le taux d’erreur (Packet Error Rate, PER) d’un LoRaWAN dépasse les 50%. Un taux d’erreur plus élevé rallonge les transmissions et impacte la consommation énergétique. Pour une solution nécessitant un PER bas (un taux de 0% est souvent attendu), le LoRaWAN n’est pas adapté.

Les passerelles LoRaWAN ne peuvent pas envoyer et recevoir en même temps. Ainsi, si une solution requiert des accusés de réception (pour confirmer les transmissions de données) et que les appareils connectés envoient souvent des informations, les passerelles seront régulièrement indisponibles. Le LoRaWAN ne permet les accusés de réception que si les nœuds les réclament, et l’envoi de mises à jour pour corriger des bugs ou des vulnérabilités rendra ces nœuds indisponibles. Ainsi, vous devrez choisir entre la continuité de service et la sécurité.

Rejoignez le réseau avec EMnify

La technologie LoRaWAN est pertinente dans certains cas. Si vous souhaitez connecter plusieurs capteurs à une seule passerelle, il serait déraisonnable d’installer une carte SIM sur chacun d’entre eux. Mais pour relier la passerelle au serveur central, une connexion cellulaire est beaucoup plus appropriée.

De même, pour ne déployer qu'un seul appareil, il est inutile de mettre en place une passerelle LoRa, et on ne trouve pas souvent de fournisseur LoRa là où on en a besoin. Les réseaux cellulaires sont eux déjà déployés partout dans le monde, et les technologies LTE-M ou encore NB-IoT ne consomment pas plus que le LoRa.

Les réseaux cellulaires fonctionnent bien en intérieur, et ils sont exceptionnellement bien adaptés aux usages mobiles. Avec notre solution dédiée à l’IoT, gérer votre connectivité devient simple, intuitif, et économique.

jean-eudes

Jean-Eudes Ambroise

Jean-Eudes est le directeur du département Customer Success chez EMnify. Dans l'entreprise depuis 2017, il est expert IoT et de la connectivité M2M.

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