LoRa : comment fonctionne le réseau, quelles différences avec Sigfox ?

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"LoRa : comment fonctionne le réseau, quelles différences avec Sigfox ?"

LoRa : comment fonctionne le réseau, quelles différences avec Sigfox ? [LORAWAN] Promus par l'alliance LoRa, les réseaux LoRaWAN permettent aux objets connectés d'échanger de petits paquets de données. Déployée par Bouygues et Orange en France, c'est la principale alternative à Sigfox.

Quels objets connectés peuvent communiquer via le protocole réseau LoRaWAN ? Quels opérateurs proposent des abonnements ? Quel niveau de couverture pour les différents réseaux LoRaWAN en France comparé à leur concurrent Sigfox ? La jungle de l'IoT est dense. Ce mode d'emploi du LoRa aidera les aventuriers qui s'y hasardent à y voir plus clair.

Qu'est-ce que LoRaWAN ?

LoRaWAN est un protocole de télécommunication radio permettant la communication à bas débit d'objets connectés. Il émet en France sur la bande de fréquence 868 mégahertz. Le signal radio est émis sur une grande largeur spectrale, pour limiter au maximum le risque d'interférence avec des signaux parasites. Cette technique de modulation est utilisée pour les communications spatiales et militaires. Ce protocole de communication permet d'envoyer des données en intérieur (indoor), en sous-sol (deep indoor) et en extérieur (outdoor).

Contrairement aux réseaux mobiles classiques, comme la 4G ou la 5G, qui peuvent transporter de grandes quantités d'informations, LoRa n'est pas taillé pour satisfaire les besoins d'appareils beaux parleurs, comme les smartphones. Cette technologie de modulation de fréquence ne peut faire circuler que de petits paquets de données, émis par des capteurs de température ou d'humidité par exemple. Elle peut faire transiter entre 0,3 et 50 kilobits par seconde (le débit du réseau s'adapte à chaque objet pour ne pas grignoter trop de bande passante).

Ces informations peuvent transiter sur des distances plus longues que sur les réseaux télécoms traditionnels. Un objet connecté en LoRa peut envoyer un message à une borne située à une distance d'environ 1 kilomètre en zone urbaine et à 20 kilomètres dans une zone rurale plane.

Les gateway LoRaWAN

Les appareils utilisant la technologie LoRa sont connectés à Internet via des passerelles. Concrètement, pour déployer un réseau LoRaWAN, les opérateurs publics ou privés installent des stations de base dotées d'antennes fabriquées par des équipementiers télécoms. Ces appareils doivent être reliés à Internet pour envoyer sur la Toile les données qu'ils reçoivent, afin qu'elles puissent être consultées par les entreprises et les particuliers qui utilisent des objets connectés en LoRa. Les appareils intelligents situés à proximité de ces antennes sont équipés d'une puce LoRa, qui leur permet de se connecter périodiquement au réseau pour envoyer ou recevoir des informations. Plus d'un million de gateway sont déployés dans le monde, selon les chiffres de Semtech. 

Couverture

Chaque opérateur LoRa dispose de son propre réseau et donc de sa propre carte de couverture. 148 opérateurs dans le monde proposent en 2020 un réseau LoRa dans plus de 160 pays, aux Etats-Unis (avec Senet et SemTech), en Belgique (Proximus et Wireless Belgie), en Suisse (Swisscom), ou encore en Afrique du Sud (Fastnet). Un réseau LoRa open source baptisé The things network est en cours de déploiement dans 89 pays. "Pour qu'un réseau soit défini comme ayant une couverture national, il faut qu'il couvre 80% de la population du pays avec une qualité de service outdoor. En Europe, douze opérateurs ont atteint ce niveau", détaille Rémi Lorrain, directeur du réseau LoRaWAN chez Semtech, lors d'un webinar organisé par ChipSelect.

En octobre 2020, 148 opérateurs proposaient un réseau LoRa. © Alliance LoRa

En France, Bouygues Telecom, l'un des membres fondateurs de l'alliance LoRa, est l'un des principaux opérateurs LoRaWAN. Le groupe a lancé en juin 2015 son premier réseau LoRaWAN, après avoir réalisé pendant 16 mois une série de tests à Grenoble avec ses partenaires Semtech, Sagemcom, Eolane, Adeunis et Kerlink. Le groupe a créé en février 2016 Objenious, une filiale dédiée à l'IoT qui commercialise ses offres LoRa. Avec plus de 4 300 antennes, Bouygues Telecom et sa filiale Objenious touchaient en septembre 2017 95% de la population française, soit plus de 30 000 communes (informations communiquées par le groupe).

Orange est le deuxième opérateur LoRa français. Le géant des télécoms a quant à lui commencé à déployer son réseau en septembre 2015 et a officiellement rejoint l'alliance LoRa en mai 2016. Il déploie la technologie LTE-M sur son réseau 4G pour compléter son offre de connectivité IoT et pouvoir proposer un réseau adapté à chaque projet.

Les deux opérateurs sont loin d'être les seuls à déployer un réseau LoRaWAN, car les ondes radios, sur lesquelles transitent les données IoT, sont publiques. Une myriade d'entreprises comme le français Qowisio installent des antennes et en louent les capacités d'utilisation à des tiers. Certains groupes déploient même de petits réseaux privés pour couvrir une zone X ou Y qui les intéresse (une usine ou un entrepôt où ils veulent collecter de la data, par exemple).

LoRa vs Sigfox

Impossible de citer LoRa sans mentionner son principal concurrent, Sigfox. Alors que le premier est un réseau ouvert (open source), pouvant être développé et exploité par n'importe quelle entreprise dès lors qu'elle achète des puces LoRa, le second est propriétaire. Il a été développé et est déployé dans le monde entier par l'entreprise toulousaine éponyme. Pour accélérer l'installation de l'infrastructure télécom qui supporte son réseau, Sigfox tisse des partenariats avec des opérateurs qui déploient ses antennes sur le terrain. Aujourd'hui, Sigfox est présent dans 72 pays.

Par ailleurs, la géolocalisation sans GPS en LoRa est plus précise (de 20 à 100 mètres en fonction du nombre d'antennes) que celle de Sigfox (de 10 à moins de 1 kilomètre), même si elle est plus gourmande en énergie. Il n'y a pas une solution meilleure que l'autre a priori, tout est affaire de compromis.

LoRa VS LoRaWAN

LoRa est le nom donné à la technologie de modulation des ondes radios sur laquelle sont basés les réseaux LoRaWAN. Cet acronyme barbare signifie réseau étendu à longue portée (long range radio wide area network). "LoRaWAN est un protocole tandis que LoRa fait référence à la couche physique du réseau", explique Rémi Lorrain, directeur du réseau LoRaWAN chez Semtech. LoRaWAN fait partie de la catégorie des réseaux LPWAN (low power wide area network, ou réseau faible consommation longue portée en français).

LoRa : une création française

La technologie de modulation des ondes radios qui a permis de développer LoRa a été créée par des ingénieurs français de la start-up grenobloise Cycleo. L'entreprise, fondée en 2009, a été rachetée en 2012 pour 21 millions de dollars par le spécialiste américain des semi-conducteurs Semtech. Les deux sociétés avaient des portefeuilles de brevets très complémentaires. Les deux dirigeants de Cycleo, François Sforza et François Hede, ont rejoint le groupe outre-Atlantique. Le réseau LoRaWAN est né de cette acquisition. Semtech détient la propriété intellectuelle des puces LoRa qui doivent être fixées sur les objets connectés pour qu'ils communiquent sur le réseau. Leurs fabricants lui versent des royalties.

Alliance LoRa

Pour promouvoir sa technologie, Semtech a créé en mars 2015 l'alliance LoRa avec une quinzaine de sociétés partenaires, dont IBM, Microchip ou Actility. Elle compte plus de 500 entreprises membres. En multipliant le nombre d'opérateurs et d'utilisateurs de sa technologie, Semtech espère qu'elle deviendra le principal réseau LPWAN et qu'elle s'imposera comme le standard de fait du marché. L'alliance LoRa est présidée depuis 2018 par Donna Moore, qui a auparavant présidé la société américaine SpireSpark, qui conçoit, construit et gère des programmes mondiaux de certification et de conformité. L'organisation certifie les capteurs et autres objets connectés fabriqués par ses adhérents et embarquant LoRa. Selon Semtech, près de 80 millions de capteurs compatibles LoRa ont été déployés dans le monde à la fin 2018, un nombre en progression de 60% par rapport à la fin 2017. L'Alliance LoRa développe également la standardisation du protocole et étudie une nouvelle version permettant la mise à jour des objets connectés à distance (FUOTA).

Applications dans les smart city

La technologie LoRa permet de faire transiter de petits paquets de données, comme des mesures prises par un capteur de température, d'humidité, ou encore de pression. Un compteur d'eau ou d'électricité peut par exemple envoyer une fois par jour un bilan de consommation, notamment pour permettre de réaliser des économies d'énergie. Cette technologie de communication peut être utile aux mairies qui veulent développer une smart city. En plaçant de petits détecteurs de vibrations sous la chaussée à différents points stratégiques, les villes peuvent par exemple savoir combien de véhicules passent à différentes heures de la journée et réorganiser leur plan de circulation plus intelligemment.

Attention, les appareils qui communiquent en LoRa ne sont pas reliés au réseau en permanence, pour éviter de consommer trop d'énergie. Ils s'allument périodiquement (une fois par semaine, chaque jour ou chaque heure, cela dépend de l'usage). Les data qui transitent en LoRa ne peuvent donc pas être de nature à être communiquées en urgence (des informations sur le bon fonctionnement d'un pacemaker, par exemple).

LoRaWAN en domotique

Dans la sphère de la maison intelligente, les objets connectés utilisent principalement les réseaux Wifi ou Bluetooth. Toutefois, les acteurs de l'alliance LoRa s'intéressent à ce secteur en raison des opportunités offertes avec l'essor des véhicules électriques. De plus en plus d'applications sont développées pour faire communiquer le véhicule et la maison. Le réseau LoRaWAN se révèle par ailleurs opportun pour assurer un réseau de secours dans la maison (lire notre article sur ce sujet). 

Le roaming avec LoRa

Pour que les entreprises puissent gérer leurs objets connectés à l'étranger, les opérateurs LoRaWAN concluent des accords de roaming. Une spécification a été publiée en 2017. Le roaming peut se faire en P2P entre opérateurs, ou via un hub. "On comptabilise 20 réseaux publics interconnectés. 18 d'entre eux utilisent le hub d'Actility car il permet aux opérateur d'économiser en frais et en délais à chaque fois qu'ils veulent connecter un nouveau pays", indique Rémi Lorrain. Le responsable du réseau LoRaWAN chez Semtech observe deux besoins : celui de connecter des objets mobiles, qui se déplacent d'un pays à l'autre, et des objets fixes sur des marchés internationaux. 

Dictionnaire de l'IoT