LoRa : comment fonctionne le réseau IoT ?

LoRaWAN. Promus par l'alliance LoRa, les réseaux LoRaWAN permettent à 225 millions d'objets connectés d'échanger de petits paquets de données dans le monde.

Qu'est-ce que LoRa ?

LoRa est le nom donné à la technologie de modulation des ondes radios sur laquelle sont basés les réseaux longue portée et bas débit LoRaWAN. Cette technologie 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. Le réseau LoRaWAN est né de cette acquisition. "LoRaWAN est un protocole tandis que LoRa fait référence à la couche physique du réseau", explique Rémi Lorrain, directeur du réseau LoRaWAN chez Semtech.

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.

Ce protocole de communication permet d'envoyer des données en intérieur (indoor), en sous-sol (deep indoor) et en extérieur (outdoor). LoRaWAN fait partie de la catégorie des réseaux LPWAN (low power wide area network, ou réseau bas débit de longue portée, en français). Les informations peuvent ainsi transiter sur des distances plus longues que sur les réseaux télécoms traditionnels. Un objet connecté en LoRaWAN 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. 

Contrairement aux réseaux mobiles classiques, comme la 4G ou la 5G, qui peuvent transporter de grandes quantités d'informations, LoRaWAN 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).

Quelle est la couverture des réseaux LoRaWAN ?

Chaque opérateur LoRaWAN dispose de son propre réseau et donc de sa propre carte de couverture. 181 opérateurs dans le monde (chiffre de 2023) proposent un réseau LoRaWAN dans plus de 162 pays, par exemple 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 LoRaWAN open source baptisé The Things Network est déployé dans 89 pays. Il enregistre en septembre 2023 la connexion de 1,5 million d'appareils à son infrastructure. "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.

Selon l'Alliance LoRa, les réseaux publics ont enregistré une croissance de 66% entre 2019 et 2022. Les opérateurs de réseaux satellites, communautaires et exempts de licence sont moteurs de cette expansion. En France, Orange Business a annoncé continuer à accompagner le développement et le déploiement de nouveaux projets IoT en prolongeant son réseau LoRaWAN au-delà de 2027. Dans le monde, Orange connecte et gère 36,4 millions d'objets connectés, dont 16,4 millions en France.

Comment déployer un réseau LoRaWAN et quel est le rôle des antennes ?

Les objets connectés utilisant la technologie LoRa sont connectés à Internet via des passerelles, ou gateway en anglais. 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. Ces objets 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. 

LoRa vs Sigfox : quelles différences ?

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 (rachetée en 2021 par son opérateur UnaBiz, ndlr). Le réseau Sigfox est présent dans 75 pays.

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. 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. L'Alliance LoRa développe également la standardisation du protocole et étudie de nouvelles versions permettant la mise à jour des objets connectés à distance (FUOTA). Fin novembre 2022, l'Alliance LoRa a par exemple rendu disponible la certification LoRaWAN pour les objets connectés utilisant SCHC, la technologie de compression et fragmentation des paquets IPv6 (Static Context Header Compression).

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.

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).