Avec le développement de l’Internet des objets (IoT), de nombreuses technologies de communication sans fil telles que Bluetooth, WLAN et LoRa ont vu le jour. LoRa est un autre moyen de communication IoT. La technologie LoRa (abréviation de « Long Range », ou longue portée en français) est un système de communication sans fil qui permet de distribuer de petites quantités de données sur une large zone. Il s’agit d’une technologie très courante dans les industries IIoT, notamment dans les scénarios d’application à longue distance et à faible puissance. Cette technologie est très sensible et peut être détectée même si le signal est faible, ce qui lui permet d’atteindre une distance beaucoup plus grande.
En plus, cette technologie ne fait que gagner en popularité. Alors qu’il y avait 470 millions de connexions en 2022, ce chiffre devrait atteindre 730 millions en 2023 selon Statista. Cela montre bien l’importance que LoRa aura cette année pour les industries de l’IoT.
« Les appareils LoRa et le réseau LoRaWAN® ont le potentiel de résoudre certains des plus grands défis de notre époque – comme une meilleure gestion de l’énergie, une plus grande efficacité des ressources et la protection de l’environnement, ainsi qu’une infrastructure durable et une meilleure protection contre les catastrophes. Les appareils LoRa de Semtech ont déjà collecté des données dans plusieurs centaines de cas d’application connus dans le domaine des villes intelligentes, des bâtiments, des communautés, des systèmes de mesure, des chaînes d’approvisionnement et de la logistique, de l’agriculture, etc. collectent des données. Avec des centaines de millions d’appareils connectés à des réseaux dans plus de 100 pays, LoRa crée une planète plus intelligente ».
Semtech
Comment fonctionne la technologie LoRa ?
LoRa est une technique de modulation sans fil développée par Semtech et basée sur la technologie Chirp Spread Spectrum (CSS). De petites impulsions, appelées « chirp », sont utilisées pour coder des informations via les ondes radio. LoRa est donc moins sensible aux interférences.
Un autre avantage de la technologie LoRa est que, contrairement au WLAN, au Bluetooth ou au ZigBee, elle peut transmettre des données sur une plus grande distance et qu’elle a en outre une faible consommation d’énergie. C’est pourquoi LoRa convient bien aux capteurs et aux actionneurs à faible consommation d’énergie.
Outre les gammes de fréquences inférieures au GHz sans licence, telles que 915 MHz, 868 MHz et 433 MHz, LoRa peut également fonctionner sur 2,4 GHz pour une transmission plus rapide des données. Toutefois, la portée est alors moins grande. Ces fréquences se situent dans les bandes ISM mondiales, qui ne sont utilisées que pour des applications industrielles, scientifiques et médicales.
Alors que LoRa ne décrit que la couche physique qui permet la transmission de petites quantités de données sur de grandes distances, LoRaWAN définit le protocole de communication standard et l’architecture système pour le réseau. Cela permet de déterminer la durée de vie de la batterie d’un nœud, la capacité du réseau, la qualité du service, la sécurité et les applications desservies par le réseau.
Qu’est-ce que le LoRaWAN ?
La LoRa Alliance a développé LoRaWAN, une norme ouverte basée sur le cloud qui facilite la communication des appareils sans fil. En substance, LoRaWAN combine la mise en réseau avec la technologie sans fil LoRa et ajoute des fonctions de sécurité comme l’authentification des nœuds et le cryptage des données. Son objectif est de relier sans fil des appareils électroniques portables à l’internet dans des réseaux locaux, régionaux et internationaux.
La spécification LoRaWAN est une norme qui permet avant tout une intégration fluide des appareils de différents fabricants. L’adoption de la technologie LoRa dans le secteur de l’IoT s’est accélérée notamment pour cette raison.
Selon la LoRa Alliance, il existe actuellement 181 opérateurs de réseau LoRaWAN répartis dans le monde entier. En outre, ABI Research a conclu que, d’ici 2026, LoRa représentera plus d’un quart des connexions aux réseaux LPWA, ce qui en ferait la principale technologie LPWA non cellulaire.
Comment fonctionne la technologie LoRaWAN ?
L’architecture LoRaWAN se compose de quatre éléments :
- End Nodes (Dispositifs LoRa)
- Passerelle
- Serveur réseau
- Serveur d’applications
End Nodes
Les End Nodes sont des dispositifs de périphérie qui sont souvent équipés de capteurs pour la collecte et la surveillance périodiques des données. Généralement, ils prennent la forme d’un microcontrôleur de faible puissance qui peut être utilisé sur le terrain pendant de nombreuses années sans nécessiter de maintenance et qui est équipé d’un émetteur LoRa de faible puissance pour communiquer les paquets de données à la passerelle.
Passerelles
Les passerelles LoRaWAN sont responsables de la connexion entre le réseau et les end nodes. Ils utilisent un concentrateur LoRa pour collecter les données des end nodes et les transmettre au serveur du réseau sous forme de paquets de données via l’infrastructure de réseau public ou privé.
Serveur réseau
Le serveur réseau reçoit toutes les données que le serveur Cloud LoRa consolide après les avoir reçues des passerelles. The Things Network est un excellent exemple de serveur réseau (TTN).
Serveur d’applications
Le serveur d’applications peut être utilisé pour l’interprétation visuelle ou analytique des données. En outre, il est possible d’intégrer des points de données dans la plateforme pour prendre des mesures, comme activer les pompes à eau de pluie dans les applications agricoles ou ouvrir les fenêtres dans les serres pour maintenir un certain niveau d’humidité. Il est même possible de mettre en place une fonction de notification des problèmes.
Pourquoi les usines intelligentes ont-elles besoin de LoRa ?
Les usines intelligentes adoptent une approche axée sur les données pour gérer leurs installations, rationaliser les processus et détecter les problèmes potentiels. Cela se fait grâce à un réseau de machines, d’équipements et d’outils de communication interconnectés. Les technologies LoRa et LoRaWAN permettent aux usines intelligentes d’être plus efficaces et productives grâce à leur longue portée et leur faible consommation d’énergie. Voici quelques-unes des nombreuses façons dont LoRa peut améliorer et rationaliser les processus de travail quotidiens :
Surveillance des biens et des installations
L’utilisation de données de télémétrie et de géolocalisation dans une solution IoT industrielle permet d’obtenir une image claire de la performance des actifs. Pour les environnements informatiques et de technologie opérationnelle, les capteurs améliorent la visibilité des espaces physiques. Pour accroître l’efficacité opérationnelle, réduire les vols et optimiser la logistique, les données de géolocalisation peuvent être utilisées pour suivre et surveiller les actifs et leur emplacement.
Surveillance de l’environnement
La température et l’humidité, l’état des portes fermées ou ouvertes, les niveaux d’éclairage et l’occupation des pièces peuvent tous être mesurés à l’aide de capteurs LoRaWAN. Les données privées sont récupérées via LoRaWAN et transmises au système SCADA pour être visualisées et archivées.
Automatisation en usine
La connexion des données Modbus à un réseau LoRaWAN privé permet de récupérer des données sur des actifs distants à l’aide de capteurs intelligents qui peuvent se trouver à des kilomètres de distance à travers des obstacles solides tels que des bâtiments, des murs et d’autres objets fixes. Cela élimine les méthodes de récupération manuelles et le câblage coûteux, qui introduisent souvent des défauts dans les systèmes.
Gestion industrielle intelligente
L’utilisation de capteurs permet de surveiller à distance les équipements et les véhicules pour la gestion des actifs. Cela comprend la surveillance de l’électricité, des relevés de température, des compteurs d’eau, des purgeurs utilisés dans les équipements lourds tels que les chariots élévateurs, les camions, les camions-citernes et les excavatrices diesel et les bétonnières.
Surveillance du niveau de Co2
Grâce à LoRaWAN et aux capteurs de CO2 basés sur LoRa déployés dans les immeubles de bureaux et les lieux de travail, il est possible de surveiller la ventilation, de garantir une lumière naturelle suffisante, de gérer les niveaux de bruit et d’améliorer d’autres éléments affectant le bien-être des employés.
Avantages de la technologie LoRa pour les usines intelligentes
Dans toute usine et usine de fabrication intelligente, il est nécessaire de fixer différentes priorités. Le système LoRa peut ainsi être étendu pour répondre aux exigences de différents projets, avec les avantages suivants :
- Augmentation de l’efficacité opérationnelle.
- Optimisation du lieu de travail.
- Réduction des émissions de carbone à un faible niveau pour protéger l’environnement.
- Réduction des coûts et de la consommation d’énergie.
- Identification des failles et des risques potentiels.
- Optimisation de l’utilisation du personnel et des ressources.
Avantages de l’utilisation des réseaux LoRaWAN dans les usines intelligentes
- Longue portée de diffusion
- Faible consommation d’énergie
- Faible coût
- Configuration à distance
- Collecte de données sans fil
- Tolérance de la latence avec l’intervalle de rapport suggéré
Produits LoRa recommandés
Module passerelle LoRaWAN Seeed Studio
Kit Arduino Edge Control
Module de communication LoRa M5Stack
Carte d’évaluation de module ST LoRa Tracker et GPS
Carte de développement SparkFun expLoRaBLE LoRa Thing Plus
Carte Adafruit FeatherWing RadioFruit avec radio LoRa
FAQ
Les technologies LoRa et Wi-Fi ont des applications différentes. Le Wi-Fi envoie de grandes quantités de données rapidement sur une courte distance, tandis que LoRaWAN envoie de petites quantités de données plusieurs fois par heure ou par jour sur une distance de plusieurs kilomètres.
Le seul canal de communication dont un nœud LoRaWAN a besoin est le réseau LoRaWAN. Cependant, la passerelle a besoin d’un service cloud tel que TTN (The Things Network).
Les transmissions LoRa sont capables de pénétrer le métal, le béton et le verre, ce qui confère à la technologie un avantage par rapport aux autres méthodes de communication telles que le Wi-Fi.
LoRa peut atteindre une portée allant jusqu’à cinq kilomètres dans les zones urbaines et jusqu’à seize kilomètres dans les zones rurales.
La longue portée et les capacités de pénétration en profondeur rendent LoRa idéal pour les applications minières souterraines intelligentes.
