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

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

[Mis à jour le 19 juillet 2019 à 16h20] La société américaine de semi-conducteurs Semtech, propriétaire de la technologie de communication LoRa, a renforcé mi-juillet son partenariat avec le fournisseur de services de gestion de l'eau intelligent chinois Hangzhou Water Meter Co pour intégrer le protocole de communication dans les compteurs d'eau. 80 passerelles et des dizaines de milliers de terminaux de compteurs d'eau intelligents seront déployés à Hangzhou d'ici fin 2019. 

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.

Réseau LoRaWAN

Pas besoin d'un énorme tuyau pour faire circuler une goutte d'eau. C'est sur ce principe qu'est construit le protocole réseau IoT LoRaWAN. 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, fixés sur des objets connectés. 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. Pour émettre en LoRa, les objets connectés ont besoin de peu d'énergie. Pas besoin d'intervention humaine pour changer la pile. Un appareil peut émettre pendant une dizaine d'années avec une petite batterie. Stricto sensu, 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 fait partie de la catégorie des réseaux LPWAN (low power wide area network, ou réseau faible consommation longue portée en français).

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. Il existe d'autres types de réseaux LPWAN, comme celui du français Qowisio.

Aujourd'hui, Sigfox est présent dans 60 pays, alors que les 117 opérateurs LoRa - présents dans 56 Etats - mettent en œuvrent des accords de roaming pour permettre aux données IoT de transiter à l'international, dans 141 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 : une création en France

La technologie de modulation des ondes radios qui a permis de développer LoRa a été créée par des ingénieurs français, salariés 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.

Couverture

Chaque opérateur LoRa dispose de son propre réseau et donc de sa propre carte de couverture. 121 opérateurs dans le monde proposaient en juillet 2019 un réseau LoRa, aux Etats-Unis (avec Senet et SemTech), en Belgique (Proximus et Wireless Belgie), en Suisse (Swisscom), ou encore en Afrique du Sud (Fastnet10). Un réseau LoRa open source baptisé The things network est en cours de déploiement dans 89 pays.

En juillet 2019, 121 opérateurs proposaient un réseau LoRaWAN. © 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).

L'infrastructure d'Orange, le deuxième opérateur LoRa français, est pour l'instant moins développée. 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 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).

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 techno, 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 LoRa

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).

Technologie

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.

Protocole LoRaWAN

Le réseau LoRaWAN émet en France sur la bande de fréquence 868 mégahertz et ses voisines proches. Elle utilise une technique de transmission radioélectrique avec étalement de spectre. Cela signifie que 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) et en sous-sol (deep indoor).

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