Protocole LORAWAN : Définition et produits compatibles

LoRa (Long Range) est le nom de la couche physique radiofréquence. Cette technologie de modulation permet l’échange de signaux longue portée transmis par ondes radio, émis à bas débit et à très faible consommation électrique.

LoRaWAN (LoRa Wide Area Network) désigne le protocole de communication unifiée et l’architecture réseau, orientée très basse consommation, créé pour servir l’IoT.

Fonctionnant sur des fréquences ISM sans licence dans le monde entier (868MHz en Europe), il s’inscrit dans les technologies LPWAN.

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.

LoRa intègre le domaine de l’Internet des Objets (IoT) par le champ de communication Machine to Machine (M2M).

Protocole d’échange de données LoRaWAN

La communication entre les objets connectés et la ou les passerelles
situées dans son champ de détection est bidirectionnelle et alternée (Half Duplex). On distingue la voie montante de la voie descendante, considérée du point de vue de l’objet connecté.

• Uplink (voie montante) : données transmises par l’objet connecté à la ou aux passerelle(s) ;
• Downlink (voie descendante) : données transmises par une passerelle à un objet connecté.

LoRaWan se base sur le protocole nommé LoRa MAC qui définit l’interaction entre les nœuds et les passerelles.

Structure du réseau LoRaWAN

Les nœuds (capteurs) échangent des données avec les passerelles en utilisant la couche radio LoRa et le protocole LoRa MAC. Les passerelles sont connectées à Internet – ou sur un réseau privé – en 3G, Ethernet, Wifi ou autres. La passerelle LoRa regroupent les messages et les transfèrent sur le serveur de données.

La couche MAC : les classes

Le réseau LoRaWAN permet des communications entièrement bidirectionnelles correspondant à tous les cas d’usages qui requièrent à la fois un lien montant et un lien descendant ; soit avec des fenêtres de réception aléatoires limitées (Classe A), soit avec des créneaux horaires de réception (Classe B), soit avec des fenêtres quasi-continues et maximisées de réception (Classe C).

• Classe A “All” : offre une communication bidirectionnelle dans laquelle une transmission montante (uplink) est suivie par deux courtes fenêtres de réception (downlink) définies aléatoirement (ALOHA).
• Classe B “Beacon” : Le fonctionnement est le même que pour la classe A avec l’ajout d’un slot de réception programmé en plus des deux fenêtres aléatoires. La planification est permise par l’envoi d’un beacon de synchronisation par la passerelle.
• Classe C “Continous” : concerne les end-devices qui écoutent le réseau continuellement. Ce mode de fonctionnement est réservé aux périphériques qui n’ont pas de contraintes d’énergie.

Nota Bene

Il est aussi possible d’implémenter sur une puce de type LoRa divers protocoles : LoraWAN, bien-sûr, mais aussi 6lowPAN ou encore ZigBee.

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.

LoRa Alliance

Annoncée en janvier puis créée en mars 2015, l’Alliance LoRa a pour mission de favoriser l’interopérabilité des différents réseaux télécoms et de standardiser les radio-technologies à longue distance appelées LPWAN (Low Power Wide Area Networks).