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Lora : La solution qui s’impose

Lora : La solution qui s’impose

Pourquoi adopter un nouveau protocole ?

Le LPWAN (Low Power Wide Area Network)

 

Lora versus Lorawan

LoRa est la couche physique radiofréquence utilisée pour créer une communication longue portée basée sur une modulation à étalement de spectre (CSS), un signal pseudo-périodique modulé en fréquence autour d’une fréquence porteuse ]

LoRaWAN est un protocole de communications permettant la communication à bas débit, par radio, d’objets à faible consommation électrique communiquant selon la technologie LoRa et connectés à l’Internet via des passerelles.

 

 

 

Structure du réseau LoRaWAN

Sur un réseau LoRaWan, les nœuds (appareils/produits) ne sont pas associés à une seule station de base.

Les données qu’ils transmettent sont relayées par de multiples stations de bases. Chacune transmettant l’information reçue du nœud vers le serveur de gestion connecté à l’internet.

L’intelligence et la complexité sont déportées vers ce serveur qui gère la redondance d’information, la vérification de l’intégrité, la confirmation de réception, l’adaptation du débit et de la puissance d’émission, etc.

 

 

 

Modulation Lora

La technologie LoRa opère dans les bandes de fréquences ISM [Bandes ISM (industriel, scientifique et médical)]

(autour de 863-870 MHz pour l’Europe) et utilise une modulation à étalement de spectre (chirp spread spectrum )

Sur la bande 868 MHz, la spécification LoRa impose 3 canaux d’une largeur de 125 kHz communs à tous les équipements 868,10 MHz, 868,30 MHz et 868,50 MHz

Le Data Rate (DR) est défini par un chiffre de 0 à 15 et fixe

  • Le spreading factor (SF) 7 – 12
  • La bande passante utilisée bandwidth (BW). 125, 250 et 500 kHz

Facteur d’étalement

Un réseau LoRaWAN supporte 6 facteurs d’étalement (SF7, SF8, SF9, SF10, SF11, SF12) dans la bande de fréquence 868 MHz.

L’orthogonalité des SF permet la réception de plusieurs signaux en parallèle sur le même canal.

⦿Le facteur d’étalement est généralement fixé par le serveur lors de la connexion au réseau d’un équipement terminal

Portée

La portée d’une communication LoRa est déterminée par sa bande passante, la puissance de sortie du signal ainsi que par le facteur d’étalement utilisé – Spreading Factor (SF).

L’étalement du signal augmente sa portée, au détriment du débit car il est transmis sur une plus longue période. Au détriment également de l’autonomie de l’équipement car la communication radio est énergivore ! Par conséquent une communication plus longue implique une consommation d’énergie plus importante

Adaptative data rate

L’ADR (Adaptative Data Rate) est un mécanisme de la technologie LoRaWAN qui optimise les transmissions entre les objets et la station de base.

Si l’ADR est utilisé, l’objet recevra des consignes du réseau pour adapter son facteur d’étalement de façon à optimiser la couverture radio et l’autonomie d’énergie.

Le réseau augmente le DataRate (augmente la capacité du réseau) et les capteurs le diminuent (augmente l’autonomie)

Conseil :Activez l’ADR uniquement sur les objets fixes.

Classes d’équipements (A, B et C)

Compromis entre la durée de vie des batteries et la latence des communications.

 Classe A

Les objets de classe A impliquent un envoi de données de l’objet vers le réseau, à l’initiative de l’objet. Lors de l’envoi de données, les objets restent à l’écoute par l’ouverture de deux courtes fenêtres de réception après chaque émission.

Utilisation principale : l’objet est autonome et programmé pour envoyer des informations.

Classe B

Les terminaux de la classe B reprennent le fonctionnement de la classe A avec en plus la fonctionnalité de programmer des fenêtres de réception basées sur les informations temporelles distribuées par l’infrastructure réseau.

Utilisation principale : l’objet est autonome et programmé pour envoyer des informations mais peut être programmé pour écouter.

Classe C

Un périphérique de classe C écoute en permanence. Il est donc généralement alimenté par une source de courant permanente. Il peut réagir immédiatement à une demande venant du réseau.

Utilisation principale : communication quasi temps réel pour un pilotage en continu de l’objet.

Toutes les classes sont Bidirectionnelles

Consommation énergétique

La consommation énergétique varie en fonction de multiples paramètres. De quelques jours à une dizaines d’années.

Pour un même capteur, la SF utilisé, donc la qualité du signal joue un rôle important sur la consommation.

Sécurité

Il est extrêmement important pour tous réseau LPWAN d’intégrer une solution sécuritaire. LoRaWAN utilise deux couches de sécurités, une pour le réseau et une pour les applications.

La partie du réseau assure l’authenticité des nœuds sur le réseau, tandis que la partie applicative assure que le fournisseur de réseau n’a pas accès à l’information transmise. L’encryptage AES est utilisé avec un échange de clefs basé sur un identifiant IEEE EUI64.

Activation  sur le réseau

  • Afin de pouvoir fonctionner sur le réseau, un équipement doit avoir été activé. Deux procédures d’activation sont possibles:
  • Activation By Personalization (ABP) : Les clefs de chiffrement sont stockées dans les équipements;
  • Over The Air (OTAA) : Les clefs de chiffrement sont obtenues par un échange avec le réseau.

Informations clés

  • Informations transmises par l’équipement d’extrémité durant la procédure d’activation
  • DevAddr Identité de l’équipement d’extrémité (32bits) Générée en OTAA, configurée en ABP
  • DevEUI Identité de l’équipement d’extrémité (64bits) Configurée

AppEUI Identité de l’application (rend unique le propriétaire de l’équipement d’extrémité) Configurée

Aspect capacitaire

Payload sizes 51 – 242 bytes

Restriction émission : 1%

 

La couverture dans un réseau LoRaWAN diminue exponentiellement avec l’augmentation du nombre d’équipements terminaux connectés à cause des interférences auto-générées