Protocoles de Communication

LoRaWAN : qu'est-ce que c'est ?

Cyril Mathé
Cyril Mathé6 décembre 2023
5 min
LoRaWAN : qu'est-ce que c'est ?

Vous souhaitez comprendre plus en détail en quoi consiste ce protocole et quelles sont ses spécifications ? Vous trouverez toutes les informations dont vous avez besoin dans cet article ! 

Dans un monde où la connectivité et l'efficacité énergétique sont primordiales, le LoRaWAN offre une solution optimale pour une multitude de scénarios IoT, allant de la surveillance environnementale à la gestion intelligente des bâtiments. Cet article plonge dans les détails techniques et les applications pratiques du LoRaWAN, fournissant une compréhension approfondie de ce protocole et de son impact sur le monde connecté d'aujourd'hui.

La solution Wattsense rend l'intégration de la technologie LoRaWAN dans les bâtiments simple, rapide et abordable. N’hésitez pas à demander votre démonstration pour en savoir plus.

Qu'est-ce que LoRaWAN ?

LoRaWAN est un protocole LPWAN (Low Power, Wide Area Network), conçu pour connecter sans fil à l'Internet des objets fonctionnant sur batterie, sur des réseaux régionaux, nationaux ou mondiaux.

Le protocole LoRaWAN a été développé en 2009 par les fondateurs de l’entreprise grenobloise Cycléo, rachetée par Semtech en 2012 qui a fondé trois ans plus tard l’Alliance LoRa. 

Le LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) est actuellement au cœur de l'innovation dans le domaine de l'Internet des Objets (IoT), en particulier pour les applications liées au bâtiment. Ce protocole réseau se distingue par sa faible consommation d'énergie et sa portée étendue, deux atouts majeurs qui améliorent significativement les performances des appareils IoT. 

L’alliance LoRa 

L’alliance LoRa est une association industrielle, qui compte désormais plus de 500 membres composés de fournisseurs de produits et de services IoT, de fabricants et d'entreprises de télécommunication. L'Alliance LoRa est un acteur majeur dans l'écosystème IoT, contribuant de manière significative à l'essor et à l'adoption de la technologie LoRaWAN dans le monde entier. Elle organise des événements, offre des formations, gère un programme de certification, et développe activement l'écosystème LoRaWAN pour diverses applications IoT, de la gestion urbaine à l'agriculture.

À lire : LoRa vs LoRaWAN : quelles différences ?

Quelles sont les exigences de la connectivité LoRaWAN ? 

Le protocole LoRaWAN vise les exigences essentielles de l'IoT, notamment la communication bidirectionnelle, la sécurité de bout en bout, la mobilité et les services de localisation. Ce protocole est caractérisé par sa faible consommation d'énergie et sa capacité à opérer sur de longues distances. Il est idéal pour interconnecter des dispositifs IoT tout en répondant aux besoins clés de communication et de transmission de données sécurisées, de mobilité des dispositifs, et de suivi en temps réel.

Il s'agit d'un protocole de couche de contrôle d'accès au support (MAC) qui est devenu une norme officiellement reconnue pour le réseau étendu à faible consommation (LPWAN) par l'Union internationale des télécommunications (UIT) en 2021.

Comment fonctionne le LoRaWAN ?

Portée du signal 

LoRaWAN est réputé pour sa capacité à offrir une communication longue distance, souvent bien au-delà de celle des réseaux sans fil traditionnels. Cette portée étendue le rend idéal pour des applications dans des zones étendues, y compris rurales ou urbaines, avec la possibilité de couvrir des kilomètres.

Une seule antenne LoRaWAN peut efficacement couvrir un espace étendu, allant de 3000 à 5000 mètres carrés, ce qui est idéal pour une utilisation dans les moyens et grands bâtiments. La technologie LoRaWAN assure une communication fiable avec des capteurs placés sur différents étages, y compris dans des zones habituellement difficiles à atteindre, comme les sous-sols.

qualité du signal lorawan

Adaptabilité du signal et spreding factor 

Le LoRaWAN se distingue également par sa capacité à régler efficacement la puissance du signal, améliorant ainsi la portée tout en minimisant la consommation d'énergie. Cette efficacité est obtenue par le réglage dynamique du facteur d'étalement, le Spreding Factor (SF), qui s'adapte selon les conditions de l'environnement de transmission. Cela assure une transmission du signal efficace, même à travers des obstacles, tout en préservant la durée de vie de la batterie des capteurs. Cet aspect du LoRaWAN est particulièrement bénéfique pour les projets de modernisation dans des bâtiments existants où la transmission du signal peut être difficile.

Wattsense propose une solution LoRaWAN privée, qui permet d’être au plus proche des équipements LoRaWAN, ce qui permet d’avoir un facteur d’étalement plus faible et améliore ainsi leur durée de vie et réduit la latence.  

À lire : Supervisez les équipements techniques d’un bâtiment grâce au LoRaWAN : Une solution aux problèmes de câblage

Consommation d’Énergie

Les appareils LoRaWAN, conçus pour une faible consommation d'énergie, offrent jusqu'à 10 ans de durée de vie de la batterie, ce qui est idéal pour les applications où remplacer fréquemment les batteries est difficile ou coûteux. Sur le marché, une large gamme de capteurs LoRaWAN est disponible pour surveiller divers paramètres dans les bâtiments, comme la température, l'humidité, et la consommation d'énergie. L'écosystème LoRaWAN comprend trois classes d'équipements, avec un équilibre entre consommation d'énergie et communication continue.

Les capteurs de Classe A, par exemple, sont très économes en énergie, s'activant brièvement pour mesures et communications, idéaux pour les applications dépendantes de la batterie. Les capteurs de Classe C, en revanche, sont en écoute permanente et consomment plus d'énergie, étant généralement connectés à une alimentation externe.

Voici quelques cas d'utilisation des appareils de classe A et C :

  • Créer une simple régulation de chauffage à l'aide d'une vanne thermostatique.
  • Contrôler le relais ON/OFF à l'aide de capteurs à contact sec. Dans ces exemples, pour une régulation réactive ou un ON/OFF rapide, vous utiliserez des appareils de classe C.

Latence et Transmission 

Habituellement, elle est un peu plus élevée comparée aux réseaux cellulaires, mais reste adéquate pour bon nombre d'applications IoT ne nécessitant pas une transmission instantanée. Il est important de noter que la latence peut légèrement différer selon le type de capteur utilisé. En effet, pour un capteur de classe C, une commande (downlink) est envoyée dès qu'elle est programmée, et il n'y a pas de latence. Avec un capteur de classe A, l'envoi de commandes se fait en réponse à un message préalablement envoyé par le capteur au serveur.

Débit de données 

Le débit de données dans LoRaWAN varie généralement de 0,3 kbps à 50 kbps. Cette gamme est adaptée à la transmission de petites quantités de données, typiques des applications IoT, où les tailles de charge utile varient de 51 à 241 octets.

Flexibilité du réseau LoRaWAN : réseau LoRaWAN privé ou public

LoRaWAN est compatible avec les réseaux privés et publics, offrant une grande souplesse pour la mise en place et le déploiement d'applications IoT, allant de solutions locales à des réseaux plus vastes à l'échelle géographique. Ce protocole est particulièrement efficace en intérieur, comme dans les réseaux privés, facilitant la remontée de données depuis des équipements souterrains grâce à des capteurs. Sa prise en charge des réseaux tant publics que privés s'accompagne d'une capacité à offrir des services de suivi et de géolocalisation en temps réel, éliminant le besoin de recourir à des puces GPS supplémentaires.

À lire : LoRaWAN : réseau privé vs réseau public

Avantages et inconvenient d'utiliser le protocole LoRaWAN

Les avantages et inconvénients du protocole LoRaWAN

Les avantages du LoRaWAN

Économies

Réduction des coûts des capteurs et de l'infrastructure. Les passerelles LoRaWAN sont économiques et nécessitent moins d'unités par rapport à d'autres protocoles sans fil.

Diversité des Capteurs

Technologie éprouvée et largement adoptée, offrant un large éventail de capteurs adaptés à diverses applications IoT.

Programmation Simplifiée

Minimise le besoin de programmation complexe, facilitant la mise en œuvre.

Solution sans Fil

Élimine les problèmes liés au câblage, idéal pour les rénovations et les installations dans des lieux complexes.

Faible Consommation et Longue Portée

Idéal pour les solutions IoT nécessitant une faible consommation d'énergie et une couverture étendue.

Flexibilité Réseau

Compatible avec les réseaux publics et privés, offrant une excellente pénétration des signaux même dans des environnements souterrains.

Suivi et Géolocalisation

Permet des services de suivi en temps réel sans nécessiter de puces GPS.

Inconvénients du LoRaWAN

Gestion de la Bidirectionnalité

Complexités dans la programmation et la mise en service dues à l'encodage, le débit et à la latence dans le cas des capteurs de classe A.  

Latence

Temps de latence qui peut être notable selon le type de capteur et qui peut limiter certaines applications.

Limitation pour les Grandes Charges Utiles

Moins adapté pour les applications nécessitant un débit de données élevé et ne prend pas en charge les fichiers multimédias.

Le LoRaWAN : très adapté à la gestion technique et la performance des bâtiments 

schéma d'un réseau lorawan privé dans un bâtiment

Le LoRaWAN se révèle particulièrement efficace pour la gestion technique et l'amélioration des performances des bâtiments. L’utilisation de technologies IoT communiquant en LoRaWAN - comme des capteurs, équipements et passerelles LoRaWAN est un bon moyen d’intégrer facilement, rapidement et sans de lourds travaux des technologies de smart building ou de moderniser sa gestion technique des bâtiments. En d’autres termes, Grâce au LoRaWAN, il devient plus simple et économique d'implémenter des stratégies d'efficacité énergétique, d'amélioration du confort des occupants et de réduction des coûts de maintenance, en synergie avec d'autres technologies.

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Quelques exemples d’applications pratiques du LoRaWAN dans les bâtiments

  • Monitoring Énergétique: Gestion et suivi des consommations via des compteurs et individualisation des frais de chauffage.

  • Monitoring de la chaîne de froid : Surveillance cruciale des températures dans les zones de stockage sensibles, comme les réfrigérateurs et les chambres froides, pour garantir la conservation adéquate des produits sensibles à la température, essentielle dans les secteurs de l'alimentation et de la santé.

  • Qualité de l'air et de l’eau : Utilisation de capteurs avancés pour le suivi en continu des niveaux de CO2 et des composés organiques volatils (COV), assurant un environnement sain et conforme aux normes.

  • Confort : Contrôle de la température et de l'hygrométrie pour un environnement intérieur optimal, contribuant à un environnement de travail ou de vie plus agréable.

  • Maintenance : Mise en place d’alarmes et utilisation de compteurs pour la télérelève, utilisation de contacts secs pour la reprise de défauts des équipements techniques ( CTA, groupes froids, chaudières etc.). Par exemple, il est possible d’installer des capteurs de détection de fuite d’eau LoRaWAN. 

  • Rénovation de Bâtiments: Intégration aisée d'équipements modernes dans les systèmes de gestion technique des bâtiments (GTB) existants, permettant une mise à niveau technologique sans installation filaire complexe afin de se conformer aux différentes réglementations en vigueur comme le décret tertiaire ou le décret BACS. Par exemple, l’installation d’actionneurs, comme les contacts secs et les vannes thermostatiques communicantes. 

  • Sécurité et autres applications : Amélioration de la sécurité et d'autres fonctionnalités au-delà de la gestion technique pure.

À lire : Les bonnes pratiques d'un projet LoRaWAN (en anglais)

Pour conclure 

Le protocole de communication LoRaWAN est un protocole sans fil à longue portée et à faible consommation d'énergie, conçu pour connecter des objets à Internet, comme des capteurs IoT dans des environnements où une connectivité cellulaire traditionnelle n'est pas possible ou coûteuse. Il s'agit d'une solution efficace et durable pour le Smart Building en raison de sa longévité et de son coût et peut permettre d’améliorer la performance énergétique, le confort, la qualité de l’air, la sécurité ou encore la gestion des équipements d’un bâtiment. 

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