Réseau LORA : Technologie LORA, protocole, module et portée

Particulièrement adaptée à l’utilisation d’objets connectés (IoT), cette technologie permet de bâtir des réseaux LoRa disposant d’une infrastructure fiable, solide et efficace. Les applications de ce réseau longue portée et faiblement énergivore sont nombreuses. Voyons ensemble de quoi est constitué un réseau LoRa, ses avantages et ses inconvénients, et à quoi il peut être employé.

Quelques rappels sur la technologie LoRa

Une technologie utilisant les ondes radio

LoRa est un acronyme qui signifie “Long Range”, soit “longue portée”. Il s’agit d’une technologie permettant à des appareils alimentés par batterie et consommant très peu d’énergie de transmettre de petites quantités de données sur de longues distances. La communication entre les appareils utilise les ondes radio. Cette technologie est particulièrement adaptée à l’IoT (Internet des objets). LoRa utilise une bande de fréquence ne nécessitant pas de licence, ce qui réduit les coûts.

Grâce au protocole de communication LoRaWAN (“WAN” pour “Wide Area Network”), il est possible de relier entre eux un grand nombre d’appareils basse consommation et de construire un réseau longue portée. Les applications sont nombreuses puisque la portée du réseau peut aller de 5 kilomètres en zone urbaine à 15 kilomètres en rase campagne.

Un signal longue portée

Imaginez que vous souhaitiez mettre en place un réseau de capteurs sur une superficie très étendue, comme une forêt par exemple. Les capteurs pourraient mesurer la température, l’humidité de l’air ou des sols. Il serait ainsi possible de déclencher une alerte lorsque les conditions de démarrage d’un incendie sont réunies afin de savoir quel secteur en particulier est à surveiller.

Impossible d’utiliser la technologie Wifi pour couvrir de si longues distances, ni la technologie GSM, coûteuse et tributaire de la couverture des opérateurs. De plus, ces deux technologies sans fil sont gourmandes en énergie et nécessitent soit une alimentation permanente, soit un remplacement régulier des batteries.

Grâce à la technologie LoRa, il est possible d’installer ces capteurs sur une zone très étendue. Avec leur portée de plusieurs kilomètres, chaque capteur pourra envoyer ses informations qui pourront ensuite être traitées. Étant très peu énergivores, ces appareils peuvent être installés dans des endroits difficiles d’accès. Leur autonomie pouvant aller jusqu’à 10 ans leur permet de fonctionner sans nécessiter d’opération de maintenance difficile et coûteuse.

Qu’est-ce qu’un réseau LoRa ?

Un réseau LoRa est constitué d’un ensemble d’appareils reliés entre eux en utilisant cette technologie. Il s’agit d’une configuration réseau en étoile, c’est-à-dire que chaque nœud peut potentiellement se connecter à plusieurs passerelles différentes. Cela permet une plus grande fiabilité du réseau puisqu’en cas de défaillance de l’une des passerelles, une autre peut prendre le relais.

L’ensemble des capteurs déclarés dans le réseau et configurés sont en mesure de se connecter à une ou plusieurs passerelles afin de transmettre leurs données. Ces passerelles font ensuite suivre toutes ces données recueillies à un serveur. Des applications installées sur ce serveur peuvent ensuite utiliser ces données, les enregistrer, déclencher des alertes, calculer des statistiques…

Les capteurs reliés au réseau LoRa fonctionnent grâce à une batterie et disposent d’une autonomie de plusieurs années. La portée des passerelles est de plusieurs kilomètres, ce qui permet d’obtenir un réseau couvrant une grande surface.

Quels sont les équipements indispensables à un réseau LoRa ?

Un certain nombre d’éléments sont indispensables au fonctionnement d’un réseau LoRa.

Les nœuds LoRa

Ce sont des objets connectés équipés d’un module radio LoRa. Ce sont les dispositifs finaux du réseau. Ils sont capables de collecter des informations pour ensuite les transmettre par ondes radio à une passerelle. Ils peuvent également recevoir des données en provenance de la passerelle. Il peut s’agir par exemple d’un ordre de rafraîchissement des données pour un capteur.

Les nœuds LoRa peuvent être de différents types. Un nœud LoRa peut par exemple être un capteur (qui va collecter des données), un actionneur (qui va déclencher une action, comme l’ouverture d’une vanne par exemple) ou encore un module d’acquisition.

Quel que soit le type de nœud, tous les appareils LoRa ont en commun une faible consommation d’énergie. Leur batterie a donc une durée de vie importante.

Les passerelles LoRa

Les passerelles LoRa permettent de collecter les données provenant des nœuds et de les relayer au serveur central. Elles peuvent être fixes ou mobiles. Elles sont au cœur du réseau LoRa et sans elles, le serveur ne peut plus recevoir les informations provenant des nœuds.

Les passerelles LoRa peuvent également envoyer des données vers les nœuds et ainsi déclencher une action de leur part, ou simplement vérifier qu’ils sont opérationnels et qu’ils répondent.

Les passerelles LoRa peuvent être connectées en Ethernet (liaison filaire) ou 4G.

Le serveur LoRa

Le serveur LNS (LoRa Network Server) est l’élément central du réseau. Il reçoit et traite les données provenant des passerelles. Le serveur LNS utilise le protocole LoRaWAN et est chargé de la validation et de l’authentification de tous les dispositifs reliés au réseau LoRa. Il sélectionne les passerelles utilisées pour l’envoi d’informations aux nœuds et envoie des commandes pour optimiser le débit des données.

Les applications métiers

Contrairement aux autres éléments, il ne s’agit pas d’appareils physiques. Les applications sont hébergées sur le serveur LoRa. Elles permettent aux utilisateurs d’exploiter les données reçues via le réseau LoRa. Il en existe de tous types en fonction des besoins pour lesquels le réseau LoRa a été mis en place. Calcul de statistiques, surveillance ou encore aide à la décision sont autant de services que peuvent rendre ces applications en exploitant les données recueillies.

Quels sont les avantages d’un réseau LoRa ?

Un réseau longue portée

La technologie utilisée permet de maintenir une longue portée quelles que soient les conditions d’utilisation. Même en présence d’obstacles pouvant faire barrage aux ondes, comme des bâtiments par exemple, la portée maximale atteint tout de même plusieurs kilomètres. En disposant correctement les différents dispositifs, il est ainsi possible de couvrir l’ensemble des zones d’un bâtiment par exemple, y compris les sous-sols dans lesquels les autres technologies sans fil ne peuvent pas fonctionner ou où les réseaux GSM ne sont pas disponibles.

Une couverture géographique étendue

Le réseau LoRa couvre environ 95% de la population française. Il peut donc être mis en place quasiment n’importe où sur le territoire.

Une faible consommation d’énergie

Les dispositifs LoRa étant capables de fonctionner plusieurs années durant avec leur batterie, ils ne nécessitent pas de maintenance. Ils peuvent donc par exemple être installés dans des endroits difficiles d’accès. Cela permet de couvrir une vaste zone et de collecter des données en provenance de localisations inaccessibles, en extérieur comme en intérieur.

Une architecture simple

L’architecture d’un réseau LoRa ne nécessite que quatre types de dispositifs :

Grâce à ces éléments, il est possible de mettre en place un réseau LoRa étendu et d’en exploiter les données.

Une solution open-source

LoRa est un réseau ouvert, contrairement à son principal concurrent Sigfox. Il peut donc être exploité par n’importe quelle entreprise utilisant des dispositifs équipés de puces LoRa.

Quels sont les inconvénients d’un réseau LoRa ?

Si la technologie LoRa présente de nombreux avantages, elle n’est néanmoins pas dénuée d’inconvénients. Il est important d’en tenir compte lors des choix technologiques liés à la construction d’un réseau.

Un faible débit pour le transfert de données

Un réseau LoRa permet à des objets connectés d’échanger des données sur de longues distances. Cependant, ces données doivent être de petite taille et ne peuvent être transmises qu’avec un bas débit. Ce débit se situe généralement entre 0,3 et 50 Kbps (Kilobytes par seconde), ce qui est très faible si on le compare à une liaison ADSL, 10 à 1000 fois plus performante.

Une faible capacité en liaison descendante

De la même façon, la capacité de la liaison descendante, c’est-à-dire des données qui peuvent être transmises depuis les passerelles vers les objets connectés, est très limitée.

Une technologie inadaptée pour les applications nécessitant un débit élevé

Les deux limitations précédentes font qu’un réseau LoRa n’est pas adapté pour faire transiter des données complexes ou en temps réel. Un réseau de surveillance d’un environnement de travail, même vaste, peut facilement être mis en place. En revanche, impossible de transmettre des images ou des vidéos par exemple, et de mettre en place un système de vidéosurveillance avec un réseau LoRa.

Quelles peuvent être les applications d’un réseau LoRa ?

Malgré ses limitations, la technologie LoRa (ou similaire comme Sigfox ou Zigbee) peut avoir de nombreuses applications, dont voici quatre exemples.

Suivi d’objets en temps réel

Le réseau LoRa peut être utilisé pour assurer le suivi d’objets en temps réel. Cela peut être très pratique lors d’opérations logistiques complexes. Un objet connecté LoRa installé sur un conteneur par exemple permettra de le suivre durant son transport jusqu’à son stockage. Cela permet d’optimiser les itinéraires, de prévenir les pertes et les vols et même de le localiser une fois stocké dans un entrepôt.

Gestion de l’eau

Il est possible de mettre en place un réseau efficace de surveillance de la qualité de l’eau. Des capteurs LoRa peuvent relever des valeurs concernant la qualité et le niveau de l’eau, dans des cours d’eau, des captages, des réservoirs ou même des conduites. Ces données transmises via les passerelles au serveur vont permettre d’optimiser l’utilisation de l’eau, de s’assurer de sa qualité mais aussi de détecter rapidement des fuites.

Gestion de villes intelligentes

En équipant les différentes infrastructures d’une ville de capteurs LoRa, il est possible de mettre en place des systèmes de gestion et d’optimisation du trafic, de gérer plus finement l’éclairage public afin de faire des économies d’énergie ou encore de mieux suivre la gestion des déchets.

Surveillance de l’environnement de travail

Lorsque les travailleurs sont amenés à intervenir dans un environnement dangereux, il est impératif de mettre en place un système de surveillance et d’alerte efficace. Grâce à la technologie LoRa, il est possible de disséminer sur une grande surface un nombre important de capteurs. Ces derniers peuvent remonter des informations concernant l’environnement, et l’application sur le serveur pourra les utiliser pour vérifier que les travailleurs sont en sécurité ou déclencher des alertes en cas de dépassement de seuil par exemple. Il est également possible d’intégrer une puce LoRa dans un dispositif PTI afin de détecter la position et la situation de son porteur.

Pour conclure sur le réseau LoRa

L’utilisation d’un réseau LoRa peut grandement améliorer la sécurité des travailleurs. Avec une grande portée et une faible consommation énergétique, un appareil LoRa est idéal pour être intégré dans un dispositif PTI.

C’est ce que nous avons fait avec DatiPlus Network ! Ce nouveau dispositif innovant intègre une puce LoRaWAN permettant à son porteur de relayer une alerte en cas de danger et d’être géolocalisé, même si aucun réseau GSM n’est disponible. DatiPlus Network protège donc vos travailleurs, quelles que soient les conditions dans lesquelles ils sont amenés à exercer leur activité.

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