Les dispositifs PTI communiquant par ondes radio ou grâce au réseau mobile d’un opérateur ont plusieurs limites. La plus importante est qu’ils sont difficilement utilisables dans des endroits clos ou dans des zones blanches. Dans des endroits où la communication est limitée, leur efficacité est grandement réduite. La technologie LoRaWAN peut grandement améliorer l’efficacité de ces dispositifs PTI même utilisés dans des conditions difficiles. Voyons d’où vient LoRaWAN, ses origines, les principes sur lesquels elle s’appuie et ce qu’elle peut apporter concrètement à des dispositifs PTI et à la sécurité des travailleurs isolés.
Les origines de LoRaWAN
En 2009, Cycléo, une startup située dans la ville de Grenoble, crée une technologie de modulation nommée LoRa. Il s’agit de l’acronyme de “Long Range”, soit “longue portée” en français. La startup Cycléo est rachetée en 2012 par la société américaine Semtech, spécialisée dans la fourniture de solutions technologiques de haute qualité liées aux communications et à la sécurité.
LoRaWAN, qui est l’acronyme de “Long Range Wide Area Network”, est un protocole de communication basé sur LoRa. Ce “Réseau étendu à longue portée” a été développé par la LoRa Alliance.
La LoRa Alliance
Cette association fondée en 2015 regroupe plus de 500 membres. La LoRa Alliance est une organisation mondiale ayant pour objectif de promouvoir le protocole LoRaWAN. On y trouve aussi bien des fabricants de composants électroniques, des fournisseurs de solutions de communications, d’intégrateurs de systèmes ou d’opérateurs réseaux que d’utilisateurs finaux.
Tous ces acteurs participent à la définition et à l’évolution de la spécification du protocole LoRaWAN. La LoRa Alliance définit notamment les différents paramètres de la couche physique du dispositif et du protocole afin d’assurer une interopérabilité totale entre les différents équipements des fabricants.
Comment fonctionne LoRaWAN ?
LoRaWAN est un protocole de communication sans fil. Il permet de construire un réseau étendu à basse consommation (LPWAN pour “Low Power Wide Area Network”). Les équipements connectés communiquent sans fil en utilisant des passerelles (gateway LoRaWAN) permettant d’étendre le réseau. Les objets connectés à ce réseau peuvent être de différents types :
- Capteurs (température, pression, CO2, vitesse, accélération, verticalité…).
- Traqueurs (GPS, RFID…).
- Actionneurs (relais, moteurs…).
Les différents dispositifs faisant partie du réseau se connectent à des passerelles par radio. Ces dernières relaient les données transmises jusqu’à un serveur du réseau via Internet. La gestion des connexions, de la sécurité et de la distribution des messages entre les différents appareils et les applications est assurée par ce serveur.
Quelle technologie utilise LoRaWAN ?
LoRa est une technologie de modulation par étalement de spectre. Elle permet d’envoyer des données à faible débit sur de longues distances. La communication est bidirectionnelle. Chaque équipement connecté peut donc recevoir et émettre des données. Il peut ouvrir un certain nombre de fenêtres qu’il peut allouer pour la réception des messages envoyés par les autres dispositifs.
La portée en zone dégagée présentant peu d’obstacles, comme une région rurale par exemple, est d’environ 15 kilomètres. Elle est naturellement plus limitée en zone urbaine à cause des nombreux obstacles pouvant perturber les communications. Elle reste néanmoins très performante dans ces conditions puisque la portée peut atteindre 5 kilomètres. Dans un bâtiment fermé, en disposant des capteurs dans les différents étages, y compris en sous-sol, il est possible d’obtenir une communication fiable avec une seule antenne LoRaWAN. Le réseau étendu peut ainsi facilement couvrir entre 3000 et 5000 mètres carrés, ce qui convient même pour les grands bâtiments.
Un autre atout non négligeable de la technologie LoRa est sa faible consommation d’énergie. Chaque dispositif fonctionne sur piles et dispose d’une autonomie de plusieurs années, jusqu’à dix ans pour certains. Il s’agit donc d’une solution particulièrement adaptée lorsqu’il faut disposer des capteurs à des endroits peu accessibles par exemple.
Il est également possible d’ajuster la puissance du signal. La portée est ainsi améliorée et la consommation énergétique réduite. On s’assure ainsi de la qualité du signal, même s’il doit traverser des obstacles, tout en garantissant l’autonomie des appareils.
LoRa est également économique puisqu’il utilise des bandes de fréquences libres pour les communications. En Europe, c’est la bande de 868 MHz qui est utilisée, et celle de 915 MHz aux Etats-Unis par exemple. Le fait d’avoir choisi des bandes de fréquences libres pour les communications entre les appareils connectés implique qu’il n’est pas nécessaire de payer de licence d’utilisation.
Les différentes classes d’équipements LoRaWAN
Les équipements LoRaWAN peuvent être répartis en trois classes en fonction de leur mode de communication. La différence principale entre les différentes classes se situe au niveau du nombre de fenêtres qui peuvent être allouées par les équipements pour la réception de messages.
Classe A
Les équipements LoRaWAN appartenant à la classe A peuvent émettre des signaux soit à la demande, soit à intervalles réguliers. Deux fenêtres de réception sont ouvertes à l’issue de chaque émission de message. Les équipements de classe A conviennent aux applications pouvant fonctionner sans attendre une réponse immédiate du serveur. Ils sont par exemple utilisés pour collecter des données de façon périodique ou pour contrôler d’autres équipements à distance. Les équipements LoRaWAN de classe A ont le mode de fonctionnement le plus économe en énergie. Les communications sont périodiques et non permanentes, ce qui réduit la consommation énergétique des appareils.
Classe B
Les équipements LoRaWAN de classe B ouvrent des fenêtres supplémentaires pour la réception de messages. Ils se synchronisent avec la passerelle lors de l’émission d’une balise particulière. La latence de réception des messages est grandement diminuée puisque les fenêtres supplémentaires ouvertes permettent d’obtenir les réponses dès qu’elles arrivent. Les équipements LoRaWAN de classe B permettent de faire fonctionner des applications qui nécessitent des réponses plus rapides de la part du serveur, comme les applications de localisation ou d’alerte par exemple. Les équipements LoRaWAN de classe B consomment un peu plus d’énergie que les équipements de classe A.
Classe C
Contrairement aux autres, les équipements LoRaWAN de classe C sont en permanence à l’écoute de messages provenant d’autres appareils, sauf lorsqu’ils en émettent. La réactivité des appareils est donc maximale puisque tout message envoyé sur le réseau est aussitôt capté et traité. En revanche, les appareils LoRaWAN classe C sont ceux qui consomment le plus d’énergie puisqu’ils sont en mesure d’émettre et de recevoir en permanence. Ils sont utilisés pour les applications nécessitant une communication bidirectionnelle permanente comme de la surveillance par exemple.
Quel niveau de sécurité pour les appareils LoRaWAN ?
Les équipements LoRaWAN disposent de sécurité au niveau du réseau, comme au niveau des applications.
La sécurité réseau
Chaque appareil LoRaWAN possède une clé d’identification unique. Elle lui permet de s’authentifier sur le serveur du réseau de communication. La liaison établie est ainsi sécurisée.
Lors de l’enregistrement de l’équipement sur le réseau, une clé d’authentification est générée par le serveur. Elle est chiffrée et n’est jamais transmise en clair. A partir de cette clé sécurisée unique, le serveur va créer une clé de session. Un compteur incrémental sera également créé. Grâce à cette clé de session, il sera possible de chiffrer et d’authentifier les messages qui seront envoyés et réceptionnés par l’équipement et le serveur.
La sécurité applicative
L’application installée sur l’appareil LoRaWAN partage également avec lui une clé unique. Elle est générée par un algorithme cryptographique. Cette clé est utilisée pour chiffrer et déchiffrer l’ensemble des données échangées entre l’appareil LoRaWAN et l’application. Contrairement à la clé de sécurité réseau, la clé de sécurité applicative n’est pas générée par le serveur. C’est le développeur de l’application qui va définir cette clé de sécurité. Chaque appareil et chaque application pourront avoir une clé de sécurité différente.
Quelles applications pour les équipements LoRaWAN ?
Le protocole LoRaWAN est adapté aux systèmes devant échanger un faible volume de données avec un débit réduit. Ce fonctionnement correspond par exemple à l’usage classique de l’Internet des objets ou IoT.
Les domaines d’utilisation sont nombreux :
- Gestion urbaine : des dispositifs LoRaWAN peuvent équiper le mobilier urbain ou les conteneurs destinés au ramassage des ordures ménagères par exemple. La collecte des déchets peut ainsi être optimisée. L’éclairage public, la signalisation ou encore la gestion du stationnement peuvent être plus facilement gérés grâce à des équipements LoRaWAN.
- Gestion technique des bâtiments (smart building) : optimisation des performances énergétiques, amélioration du confort des occupants, réduction des coûts de maintenance, contrôle de la qualité de l’air et de l’eau, sécurité…
- Agriculture : différents capteurs en réseau peuvent remonter de nombreuses informations permettant un suivi précis des cultures ou de l’irrigation, la localisation et la gestion des animaux…
- Industrie : les équipements LoRaWAN peuvent être utilisés dans les domaines de la maintenance prédictive, l’optimisation des processus ou encore la sécurité des travailleurs.
- etc…
Avantages des équipements LoRaWAN
Le protocole LoRaWAN permet de nombreuses applications parmi lesquelles :
- La conception de capteurs intelligents interconnectés à faible coût : détection de situations dangereuses comme la présence d’éléments toxiques dans l’air, un départ de feu ou un incendie, une chute ou encore une perte de connaissance. Ces capteurs peuvent envoyer en temps réel une alerte au PC sécurité ou aux secours. Le message d’alerte peut être relayé par d’autres capteurs à portée et/ou par le serveur du réseau jusqu’à ce que l’alerte puisse être donnée.
- L’utilisation et la communication même dans des bâtiments ou dans des zones difficiles d’accès : Là où les réseaux mobiles classiques peuvent être indisponibles ou inefficaces, le protocole LoRaWAN permet d’obtenir une couverture optimale et une longue portée dans toutes les conditions. Les travailleurs équipés de tels dispositifs peuvent donc intervenir dans les environnements les plus hostiles tout en étant assurés de la possibilité d’une communication fiable et constante.
- Les dispositifs LoRaWAN intègrent des mécanismes de sécurité robustes. Les données échangées sur le réseau sont protégées. Chaque appareil est authentifié grâce à sa clé unique et un chiffrement des messages échangés en garantit la confidentialité.
- Une faible consommation d’énergie : les performances et la durée de vie des appareils sont augmentées grâce à leur faible consommation. L’autonomie de certains appareils peut facilement atteindre plusieurs années.
Inconvénients du protocole LoRaWAN
Le principal inconvénient des systèmes LoRaWAN est que le débit des échanges et le volume des données sont limités : il n’est pas possible de transmettre des informations trop complexes ou en temps réel (même si le délai entre deux échanges peut être réduit). Impossible donc d’utiliser ce système pour transmettre des images ou des vidéos par exemple. Le débit de données va généralement de 0,3 Kbps (Kilobytes par seconde) à 50 Kbps. En comparaison, le débit de données sur une connexion ADSL se situe souvent autour de 512 Kbps et va jusqu’à 8 Gbps (Gigabytes par seconde) avec la fibre optique. Néanmoins, ce débit suffit à la transmission de petites quantités de données, ce qui correspond tout à fait aux applications IoT.
Des équipements LoRaWAN pour assurer la sécurité des travailleurs
Les appareils LoRaWAN peuvent être intégrés à des dispositifs PTI afin d’accroître la sécurité des travailleurs isolés. On peut aisément imaginer quelques applications de cette technologie aux dispositifs PTI :
- Un badge PTI, porté par le travailleur : intègre un accéléromètre et un gyroscope permettant de repérer une chute ou une perte de connaissance (immobilité anormale). Un bouton SOS permet de déclencher une alerte manuellement. Une puce GPS permet la localisation du porteur du badge, qui peut ensuite être transmise au travers du réseau LoRaWAN.
- Un bracelet PTI intégrant un capteur cardiaque, un bouton SOS et une puce GPS. Le bracelet est capable de détecter toute anomalie cardiaque de son porteur, de déclencher une alerte en cas d’urgence et d’envoyer la géolocalisation pour les secours.
- Un casque PTI intégrant un capteur de température, un capteur de bruit, un bouton SOS et un système de géolocalisation. Cet équipement permet de détecter les évolutions thermiques anormales comme les ambiances sonores dangereuses et d’utiliser le réseau LoRaWAN pour envoyer une alerte.
Pour conclure sur la technologie LoRaWAN
La technologie LoRaWAN apporte de nombreux avantages aux dispositifs PTI. Malgré une faible consommation énergétique, les dispositifs LoRaWAN permettent d’obtenir une couverture réseau étendue même dans des conditions difficiles (zones blanches, souterrains, chambres froides…), avec une grande fiabilité et une sécurité renforcée.
Fort de son expertise dans le domaine de la sécurité des travailleurs, Dati Plus continue à innover avec DatiPlus 4X. Ce nouveau dispositif PTI intègre un mécanisme de transmission d’alerte double réseau. En cas d’alerte, DatiPlus 4X privilégie le réseau GSM. S’il n’est pas disponible, le réseau LoRa est alors utilisé. L’alerte est envoyée mais sans mise en relation phonique. Les travailleurs équipés d’un DatiPlus 4X sont donc protégés quelles que soient les conditions et leur localisation.
Si vous souhaitez protéger efficacement vos travailleurs, même dans les conditions les plus difficiles, n’hésitez pas à nous contacter. Nos experts répondront à toutes vos questions et vous aideront à déterminer la solution la plus appropriée à vos besoins.
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