Comprendre le réseau LoRaWAN

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Comprendre le réseau LoRaWAN

Le monde de l’internet des objets n’a pas manqué l’arrivée de LoRa. Et pour cause, les opérateurs de téléphonie mobile et Internet, Bouygues Telecom et Orange, ont annoncé en 2015 l’adoption de LoRaWAN et le déploiement de réseaux à venir. Les mises en service sont prévues pour le 1er Semestre 2016.

Propriété intellectuelle

On peut lire sur le web que Semtech est le seul producteur de composants LoRa, ce qui représente un risque non négligeable de pérennité de la technologie. En réalité, Semtech a fait l’acquisition en 2012 de la start-up française Cycléo et possède les droits d’exploitation de la technologie. La société Semtech produit en effet ses propres composants, mais LoRa est aussi exploité par d’autres fabricants sous licence de Semtech.

LoRa VS LoRaWAN

LoRa, pour Long Range, est le nom donné à la couche physique radio-fréquence alors que LoRaWAN, pour LoRa Wide Area Network, désigne la couche de protocole orientée très basse consommation.

Les puces LoRa de Semtech fonctionne sur des bandes fréquences 434 et 868MHz en Europe et 915MHz pour le reste du monde. La portée théorique en zone suburbaine est supérieure à 15km avec des débits compris entre 0,3 et 22kbps. La puissance d’émission est adaptative.
Il est aussi possible d’implémenter sur une puce radiofréquence de type LoRa divers protocoles comme LoraWan mais aussi 6lowPAN ou ZigBee.

Le réseau LoRaWan définit 3 typologies de composants :

  • Classe A : nœud de fin de réseau comme les capteurs
  • Classe B : passerelle
  • Classe C : serveur de données

LoRaWan se base sur le protocole nommé LoRaMAC qui définit l’interaction entre les nœuds et les passerelles. Le protocole LoRaMAC propose plusieurs mécanismes intéressants comme la synchronisation temporelle des nœuds, la gestion d’adaptation de la puissance d’émission du nœud au travers d’un échange avec la passerelle, ainsi qu’un ensemble de clés d’identification du nœud, du réseau et de l’application.

Structure du réseau LoRaWAN

Les nœuds (classe A) échangent des données avec les passerelles (classe B) en utilisant la couche radio LoRa et le protocole LoRaMAC. Les passerelles sont connectées à Internet ou sur un réseau privé en 3G, Ethernet, Wifi ou autres. Elles regroupent les messages et les transfèrent sur le serveur de données (classe C). Contrairement à SigFox, il est tout à fait possible de créer un réseau privatif LoRaWAN en installant ses propres passerelles connectées à un serveur privé.

 

LoRaWAN System

Le matériel : possibilités et limitations

Semtech propose actuellement trois séries de puces, les SX1276 et SX1272 qui sont des transceivers basse consommation implémentant LoRa, et le SX1301 qui est un concentrateur. Les transceivers permettent l’émission et la réception de données mais ces deux fonctions ne peuvent pas être actives en même temps. Il est par exemple possible de faire communiquer directement deux transceivers mais ce réseau montera difficilement en charge. Les transceivers sont optimisées pour la réalisation des noeuds. Le concentrateur permet de gérer plusieurs modules radios en parallèle. C’est le composant adapté pour la réalisation des passerelles LoRaWan. Le SX1301 a la capacité théorique de gérer jusqu’à 5000 nœuds au km².

Les produits du marché

On trouve actuellement plusieurs fabricants de passerelles compatibles LoRaWan. L’avantage de ces solutions est qu’elles s’installent très rapidement mais se connectent uniquement aux serveurs du fabricant, dont les grilles tarifaires pour l’utilisation de ces serveurs tiers sont à l’heure actuelle mal définies. On trouve aussi des kits de développement et des cartes intégrant un concentrateur fourni sans logiciel, dont le développement reste à votre charge. Ces cartes restent pour l’instant peu disponibles. Les composants pour la réalisation de nœuds sont facilement disponibles chez les grands distributeurs pour des designs propriétaires ou sous la forme de modules intégrés et certifiés R&TTE comme le Microchip RN2483. Côté logiciel, on trouve sur GitHub un projet LoRaMAC nœud et passerelle.

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