Qu’est-ce que le protocole LoRaWAN ?

Les protocoles de communication et les protocoles réseaux constituent un élément essentiel des applications de l'Internet des objets (IoT). Sans eux, l'interconnexion des appareils et l'échange de données permettant la création d'applications intelligentes seraient impossibles.

Il existe actuellement une variété de protocoles disponibles, avec des caractéristiques techniques et des utilités différentes, chacun d'entre eux étant adapté à des domaines et des scénarios d'utilisation spécifiques.

L'un des protocoles qui fait le plus parler de lui en ce moment, et qui est particulièrement utilisé dans les domaines d'application de l’IoT, est le Long Range Wide Area Network, également connu sous le nom de LoRaWAN. Ce protocole se démarque par ses faibles besoins en énergie et ses capacités de longue portée tout en améliorant la fonctionnalité globale des appareils IoT.

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 !

La définition officielle de LoRaWAN

Avant de nous plonger dans la définition du protocole, rappelons quelques faits importants sur les origines de ce 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, 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. C’est notamment via cet écosystème que Semtech promeut ce protocole et développe son utilisation à travers le monde.

Il s'agit en outre 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.

La définition officielle publiée par l'Alliance LoRa est la suivante :

" La spécification LoRaWAN® est un protocole de mise en réseau LPWA (Low Power, Wide Area) conçu pour connecter sans fil des " objets " fonctionnant sur batterie à l'Internet dans des réseaux régionaux, nationaux ou mondiaux, et cible les exigences clés de l'Internet des objets (IoT) telles que la communication bidirectionnelle, la sécurité de bout en bout, la mobilité et les services de localisation. "

LoRaWAN utilise une combinaison de caractéristiques pour l'interconnexion sans fil de dispositifs et de réseaux IoT tout en maintenant des fonctionnalités importantes pour l'utilisateur final.

Simplifier la définition de LoRaWAN

Pour mieux comprendre ce qui est sous entendu dans cette définition, expliquons-là en détail, une ligne à la fois.

"La spécification LoRaWAN® est un protocole de mise en réseau LPWA (Low Power, Wide Area)" - LoRaWAN est un protocole de communication ayant de faibles besoins énergétiques tout en pouvant communiquer sur de plus grandes distances que les protocoles habituels.

"Conçu pour connecter sans fil des objets fonctionnant sur batterie à l'internet dans des réseaux régionaux, nationaux ou mondiaux" - Il est capable d'interconnecter sans fil des dispositifs IoT alimentés par batterie via l'internet, en prenant en charge des réseaux de niveau local à mondial.

"et cible les exigences clés de l'Internet des objets (IoT) telles que la communication bidirectionnelle, la sécurité de bout en bout, la mobilité et les services de localisation." - En tant que protocole, il est conçu pour améliorer les exigences vitales de l'IoT, telles que la communication et la transmission de données dans les deux sens, la transmission sécurisée de données d'un appareil à l'autre, la prise en charge de la portabilité et l'aide aux fonctions de suivi en temps réel.

Les caractéristiques techniques du protocole LoRaWAN

La base de sa spécification technique est sa connexion à LoRa, le schéma de modulation sans fil développé par Semtech. Plus précisément, il fonctionne comme une extension de LoRa grâce à ses caractéristiques MAC et déploie les nœuds pris en charge dans une topologie en étoile dans le système LoRa.

Les principales caractéristiques de LoRaWAN sont les suivantes :

• Portées de communication sur de longues distances, qui diffèrent en fonction des applications.
• La durée de vie des batteries des dispositifs IoT peut atteindre 10 ans, la consommation d'énergie étant affectée en fonction des différents types de classification prévus dans la spécification LoRaWAN.
• Il y a des exigences de faible coût à la fois pour les conditions opérationnelles et la maintenance, ainsi que pour les dispositifs sélectionnés.
• Normalement, le protocole LoRaWAN prend en charge un spectre sans licence pour la communication et l'échange de données, mais il peut exister des réglementations spécifiques dans certaines régions.
• Les débits de données dépendent de la taille de la charge utile à transmettre. Il varie de 0,3kbps à 50kbps, avec une taille de charge utile de 51 octets à 241 octets.  
  

Les avantages et les inconvénients de LoRaWAN

Le protocole LoRaWAN est innovant et fait parler de lui. Mais comme toute technologie, il a ses avantages et ses inconvénients.

Commençons par les avantages :

Comme vu dans sa définition et ses caractéristiques techniques, l'un de ses plus grands atouts du protocole LoRaWAN est sa faible consommation d'énergie avec une capacité de batterie accrue, combinée à ses capacités de longue portée. C’est ce qui en fait la solution parfaite pour le déploiement de technologies IoT et de solutions intelligentes. Le protocole fonctionne très bien en intérieur via un réseau privée et permet, dans certaines situations, de remonter des données d’équipements en sous-sol à l’aide de capteurs. En effet, ce protocole prend en charge à la fois des réseaux publics et privés. Le protocole prend également en charge des services de suivi et de géolocalisation en temps réel, sans avoir besoin de puces GPS.

Cependant, il existe également quelques inconvénients :

Il ne convient pas aux charges utiles importantes en raison de ses débits de données limités.Il n'est pas non plus capable de prendre en charge les fichiers multimédias, tels que les fichiers audio ou vidéo. Un autre élément à prendre en compte est qu'il peut parfois y avoir une légère latence en fonction du capteur installé. 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. Pour un capteur de classe A, la commande est envoyée après que le capteur ait envoyé un message au serveur.

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.

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.

La solution Wattsense est une solution de connectivité qui communique avec le protocole de communication LoRaWAN et permet l’interopérabilité et l’intégration de solution IoT avec des systèmes de gestion des bâtiments en local ou des applications de Smart Building. Plus d’information ici.

Vous souhaitez en apprendre plus sur la technologie LoRaWAN ? Voici quelques ressources détaillées de la LoRa Alliance :

https://lora-alliance.org/about-lorawan/