LoRaWAN : Fonctionnement, avantages et applications clés

LoRaWAN : un protocole IoT longue portée et basse consommation

LoRaWAN, abréviation de « Long Range Wide Area Network » est un protocole de communication sans fil conçu pour les réseaux IoT (Internet des Objets). Il utilise la technologie LoRa, une modulation radio à étalement de spectre pour offrir des communications sur de longues distances avec une consommation énergétique minimale.

En structurant les échanges entre dispositifs, passerelles et serveurs au sein d’un réseau LPWAN (Low Power Wide Area Network), LoRaWAN garantit une connectivité fiable, une sécurité renforcée et une grande scalabilité répondant ainsi aux besoins diversifiés des environnements connectés.

Comment fonctionne le protocole LoRaWAN dans les réseaux IoT ?

Le fonctionnement de LoRaWAN repose sur l’interaction de 4 composants clés :

Les nodes (nœuds)

Dispositifs IoT tels que les capteurs de température, d’humidité ou de qualité de l’air qui mesurent et transmettent les données aux passerelles.

Les passerelles (gateways)

Elles captent les signaux radio des nodes et les relaient au serveur de réseau en agissant comme concentrateurs pour assurer une couverture étendue.

Le Network Server (NS)

Il gère les communications réseau entre les passerelles et les nodes et assure l’authentification des messages, du filtrage des doublons et du routage des données vers le bon destinataire.

L’Application Server (AS)

Il déchiffre les données applicatives et les achemine vers les systèmes de traitement ou les applications finales tout en garantissant la sécurité des informations échangées.

NB : Le Network Server et l’Application Server sont souvent regroupés sous une même entité appelée LoRaWAN Network Server (LNS), simplifiant ainsi l’architecture globale.

Une fois les données décryptées par l’Application Server (AS), elles sont transmises à une application finale (supervision) qui les traite pour fournir des analyses ou des visualisations. Ces applications sont souvent des logiciels tiers conçus pour répondre aux besoins spécifiques des utilisateurs, telle qu’une supervision technique pour le suivi énergétique ou la surveillance des équipements.

Bien que LoRaWAN puisse fonctionner de manière autonome pour des applications simples de collecte et de transmission des données, son efficacité est nettement maximisée lorsqu’il est intégré à une Gestion Technique des Bâtiments (GTB).

Réseau LoRaWAN : Public ou privé ?

Les réseaux LoRaWAN peuvent être déployés de deux manières :

Réseaux publics

Gérés par des opérateurs, ces réseaux offrent une large couverture partagée entre plusieurs utilisateurs sur une zone géographique donnée. Cependant, en zone urbaine, leur couverture peut être moins performante que celle des réseaux cellulaires en raison des obstacles physiques tels que les murs en béton armé, les tunnels ou les structures métalliques qui peuvent nuire à la qualité du signal et réduire la portée. Par ailleurs, l’utilisation de ces réseaux implique généralement la souscription à un abonnement auprès de l’opérateur pour connecter les passerelles (gateways), ce qui entraîne des coûts récurrents liés à l’accès aux services de connectivité.

Réseaux privés

Ces réseaux sont déployés et administrés en local par des entreprises ou organisations offrant un contrôle total sur la sécurité, la couverture et la gestion des données.

Dans le cadre d’une GTB, les réseaux privés sont souvent préférés pour leur personnalisation et sécurité accrues tandis que les réseaux publics conviennent mieux aux besoins moins spécifiques ou à une couverture étendue.

Exemples d’architectures de réseau LoRaWAN

LoRaWAN peut être utilisé en mode public (opéré) ou privé :

Comprendre les différentes classes de dispositifs LoRaWAN

LoRaWAN définit trois classes de dispositifs IoT, chacune adaptée à des caractéristiques spécifiques :

Pourquoi choisir LoRaWAN pour vos projets IoT ?

LoRaWAN présente plusieurs avantages majeurs pour les réseaux IoT et l’automatisation des bâtiments :

Connectivité sans fil

Élimine les câblages complexes réduisant ainsi les coûts et simplifiant l’installation.

Interopérabilité

Permet une intégration fluide avec une grande variété de technologies et d’équipements.

Longue portée

Offre une couverture allant de plusieurs kilomètres en milieu urbain et jusqu’à 15 kilomètres en milieu rural selon les conditions de propagation.

Faible consommation d’énergie

Les dispositifs peuvent fonctionner jusqu’à 10 ans selon la fréquence de transmission et la qualité des batteries.

Scalabilité

Une seule passerelle pour gérer des milliers de dispositifs simplifiant l’extension des réseaux IoT.

Sécurité

Le chiffrement AES (Advanced Encryption Standard) garantit la confidentialité et l’intégrité des données. Le mode d’activation OTAA (Over-the-Air Activation) sécurise l’activation des dispositifs IoT avec le réseau à l’aide d’une clé maître (AppKey) qui génère des clés de session uniques pour chaque équipement connecté.

Bidirectionnalité

Assure une communication bidirectionnelle entre les dispositifs et la passerelle facilitant à la fois l’envoi des données vers le réseau et la réception de commandes ou de mises à jour pour une gestion en temps réel et un contrôle optimal des dispositifs.

Variation du débit et de la puissance d’émission

Optimise l’utilisation du réseau en ajustant le débit et la puissance d’émission en fonction de la distance et de la qualité du signal entre l’équipement et la passerelle.

Les limites du protocole LoRaWAN

Malgré ses avantages, LoRaWAN présente certaines limitations :

Bande passante limitée

Optimisé pour des applications à faible bande passante avec des tailles de charge utile limitées. LoRaWAN n’est pas adapté à l’envoi de messages volumineux comme les contenus multimédias.

Latence

La Classe A peut entraîner des délais de transmission limitant les applications nécessitant des mises à jour en temps réel.

Bidirectionnalité

Bien que possible, la communication bidirectionnelle est plus réactive avec les dispositifs de Classe B ou C mais au prix d’une consommation énergétique plus élevée.

LoRaWAN dans les bâtiments : Exemples d’applications

LoRaWAN améliore la gestion technique des bâtiments à travers plusieurs applications clés :

Suivi énergétique

Optimisation de la consommation d’énergie grâce à la télérelève des compteurs et la télémétrie des systèmes.

Contrôle de la chaîne de froid

Surveillance des températures pour garantir la conformité des normes dans divers secteurs tels que les hôpitaux (conservation des médicaments et vaccins), les chambres froides (conditions de stockage) ou l’agroalimentaire (maintien des températures pour les denrées périssables).

Confort & qualité d’air intérieur

Régulation des niveaux de CO2, température et humidité pour assurer un environnement intérieur sain.

Maintenance prédictive

Monitoring des machines et systèmes pour détecter des anomalies telles que des fuites, des pannes ou des dysfonctionnements facilitant ainsi une intervention rapide.

Sécurité

Détection de présence, détection d’effraction et contrôle d’accès. En conclusion, LoRaWAN est une solution flexible, sécurisée et évolutive pour relever les défis liés à l’automatisation des bâtiments intelligents. En améliorant le confort des occupants et l’efficacité énergétique, ce protocole offre aux intégrateurs de systèmes l’opportunité de moderniser les infrastructures tout en maximisant la performance et la durabilité des équipements

L’offre LoRaWAN de BTIB : Des solutions avancées pour la GTB

BTIB propose une gamme complète de capteurs compatibles LoRaWAN pour le suivi énergétique, la mesure de la température, l’hygrométrie, la qualité de l’air, la télérelève des compteurs et diverses applications industrielles. Fabriqués en France par notre partenaire Enless Wireless, expert en solutions radio sans fil, ces dispositifs prêts à l’emploi répondent aux besoins des fabricants, intégrateurs et opérateurs tout en respectant les exigences des décrets BACS et tertiaire.

Les réponses à vos questions sur le protocole LoRaWAN