Nous sommes aujourd'hui à l'ère de l'internet des objets. Avec le développement rapide de l'internet des objets, la technologie de communication sans fil s'est également développée rapidement. Parmi les diverses technologies de connexion à la couche réseau de l'internet des objets, il faut non seulement une technologie 5G avec une vitesse et une stabilité plus élevées, mais aussi une faible consommation d'énergie. La technologie LPWAN (Low-Power Wide-Area Network, réseau étendu à faible consommation d'énergie) est une technologie de communication sans fil à longue distance et à grande connexion.
Parmi eux, LoRa WAN se distingue par sa flexibilité unique et est reconnu par la communauté IoT. En ce qui concerne LoRaWAN, nous devons mentionner LoRa. LoRa est un sous-ensemble de LoRaWan. Il s'agit d'une technologie de modulation de la couche physique. Elle utilise la modulation linéaire et l'étalement du spectre, ce qui permet d'améliorer considérablement la sensibilité de réception et d'atteindre une distance de communication supérieure à celle des autres méthodes de modulation. En tant que l'une des principales technologies LPWAN, LoRa favorise la transformation de l'internet des objets dans les villes intelligentes.
LoRa : technologie IoT à large zone et à faible consommation, facile à construire et à déployer
Le nom de LoRa est Long Range Radio (radio à longue portée). Il s'agit d'une technologie de modulation linéaire de fréquence à spectre étalé, lancée pour la première fois par Cycleo, une startup fondée par plusieurs jeunes en France. Cette technologie de modulation est intégrée dans la puce, et un ensemble complet de solutions de puces de communication LoRa est développé sur la base de la technologie LoRa, y compris différentes puces LoRa pour les passerelles et les terminaux, ouvrant ainsi la voie à la commercialisation des puces LoRa.
Cependant, une simple puce émettrice-réceptrice basée sur la technologie de modulation LoRa est loin d'être suffisante pour tirer parti du vaste marché de l'IdO. Au cours du processus de développement ultérieur, grâce à la LoRa Alliance lancée par de nombreux fabricants et au lancement de la spécification LoRaWAN en constante itération, un système standard de réseau étendu a été soutenu par des centaines de fabricants dans le monde entier, formant ainsi un vaste écosystème industriel.
Les normes techniques pertinentes, les conceptions de produits, les cas d'application, etc. qui favorisent cet écosystème sont tous des processus auxquels participent de nombreux fabricants. Ce sont également les éléments les plus critiques dans la formation de l'énorme écosystème industriel actuel, et ils ne sont pas la propriété d'une seule société Semtech, comme c'est le cas pour LoRaWAN. La spécification est une norme ouverte à laquelle participent de nombreux fabricants dans le monde entier. Toute organisation ou individu peut développer des produits et déployer des réseaux basés sur cette spécification.
Par rapport à la plupart des réseaux qui adoptent une topologie maillée, il est facile d'étendre continuellement l'échelle du réseau. Cependant, l'inconvénient est que divers nœuds non apparentés sont utilisés pour transmettre les messages et que le routage est détourné, ce qui augmente la complexité du système et la consommation totale d'énergie. LoRa utilise une topologie en étoile (méthode de mise en réseau TMD). Les passerelles sont connectées aux nœuds terminaux en étoile, mais les nœuds terminaux ne sont pas liés à une passerelle unique. Au contraire, les données de la liaison montante des nœuds terminaux peuvent être envoyées à plusieurs passerelles. En théorie, les utilisateurs peuvent réaliser des réseaux flexibles grâce à des protocoles et des architectures de réseaux maillés, point à point ou en étoile.
Architecture du réseau LoRa
LoRa fonctionne principalement dans des bandes de fréquences libres dans le monde entier (c'est-à-dire des bandes de fréquences sans licence), notamment 433, 868, 915 MHz, etc. L'architecture du réseau LoRa se compose de quatre parties : le nœud terminal, la passerelle, le serveur de réseau et le serveur d'application. Les données d'application peuvent être transmises dans les deux sens.
LoRa est une couche physique ou une modulation sans fil qui crée des connexions de communication à longue distance. Par rapport à la technologie FSK traditionnelle et à la technologie des radiofréquences à courte distance dont la stabilité et la sécurité sont insuffisantes, LoRa est basée sur la technologie de modulation CSS (Chirp Spread Spectrum) tout en maintenant une faible consommation d'énergie. La technologie CSS est largement utilisée dans les communications militaires et spatiales depuis des décennies. Elle présente les caractéristiques d'une longue distance de transmission et d'une forte capacité anti-interférence.
En outre, la technologie LoRa ne nécessite pas la construction de stations de base. Une passerelle peut contrôler de nombreux appareils et la méthode d'agencement du réseau est plus souple, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de construction.
LoRa est largement déployé dans les communautés intelligentes, les maisons et bâtiments intelligents et les compteurs intelligents en raison de sa faible consommation d'énergie, de sa longue distance de transmission et de sa souplesse de mise en réseau. La technologie LoRa est également utilisée dans les secteurs de l'agriculture intelligente, de la logistique intelligente et d'autres secteurs verticaux, avec de vastes perspectives.
Résumé des caractéristiques de LoRa :
- Distance de transmission : jusqu'à 2-5 km dans les villes et 15 km dans les banlieues.
- Fréquence de fonctionnement : La bande de fréquence ISM comprend 433, 868, 915MH, etc.
- Norme : IEEE 802.15.4g.
- Méthode de modulation : Basée sur la technologie de l'étalement du spectre, une variante de la modulation linéaire de l'étalement du spectre (CSS), avec une capacité de correction d'erreur vers l'avant (FEC), une technologie brevetée de la société Semtech.
- Capacité : Une passerelle LoRa peut connecter des milliers de nœuds LoRa.
- Durée de vie de la batterie : jusqu'à 10 ans.
- Sécurité : Cryptage AES128.
- Vitesse de transmission : quelques centaines à quelques dizaines de Kbps. Plus le débit est faible, plus la distance de transmission est longue. C'est comme une personne qui ramasse des objets. Si vous en prenez plus, vous ne pourrez pas aller très loin, mais si vous en prenez moins, vous pourrez aller plus loin.
État du développement de LoRa
Vers 2014, les premières entreprises nationales ont commencé à développer des produits liés à la technologie LoRa. Au cours des cinq dernières années, LoRa est passée d'une petite technologie sans fil utilisée dans une zone restreinte à une norme de facto que tout le monde connaît dans le domaine de l'internet des objets.
Au début de l'année dernière, le Bureau de l'administration des radiocommunications du ministère de l'industrie et des technologies de l'information a émis des avis sur les “exigences techniques relatives aux équipements de transmission radioélectrique à courte distance de faible puissance (projet pour commentaires)”, qui mentionnent que l'utilisation de la bande de fréquences 470-510 MHz est autorisée pour les microphones sans fil, c'est-à-dire les équipements radioélectriques utilisés pour transmettre des sons, plutôt que des données. La bande de fréquences 470-510MHz est autorisée pour les microphones sans fil, c'est-à-dire les équipements radio utilisés pour transmettre du son, plutôt que des données. Un projet de sollicitation de commentaires sur les applications de mise en réseau LoRa a reçu une grande attention de la part des initiés de l'industrie, ce qui a entraîné des difficultés dans le développement des réseaux LoRa en Chine.
En fin de compte, grâce aux efforts de personnes issues de tous les horizons de l'industrie, les réglementations du ministère de l'industrie et des technologies de l'information n'ont pas clairement indiqué que la mise en réseau n'était pas possible, mais que les réseaux locaux pouvaient être utilisés, et les restrictions sur les applications spécifiques ont également été levées, ce qui a permis de résoudre l'incertitude liée au développement national de LoRa. D'autre part, plusieurs grands géants de l'internet comme Tencent, Google et Alibaba ont successivement rejoint l'Alliance LoRa, apportant ainsi un soutien solide à l'écosystème LoRa et traitant conjointement les problèmes rencontrés par LoRa au cours du processus de développement.
Des géants de la technologie sont entrés dans LoRa et ont rejoint l'Alliance LoRa. On peut constater que chaque entreprise espère utiliser LoRa comme point d'entrée pour établir sa position dans l'internet des objets et l'internet industriel. Les deux géants de l'internet, Alibaba et Tencent, considèrent LoRa comme un point d'entrée important dans leur schéma IoT. La plateforme LinkWAN et la plateforme TTN qu'ils promeuvent sont très évidentes pour stimuler l'amont et l'aval de la chaîne industrielle. En outre, des groupes tels que China Telecom, China Unicom et Broadcasting and Television ont également commencé à mettre en place l'industrie LoRa afin de promouvoir davantage son application dans diverses industries.
À en juger par la structure actuelle du marché, des milliers d'entreprises nationales ont participé à l'écosystème industriel LoRa, montrant un modèle de participation conjointe de grandes, moyennes et petites entreprises, d'entreprises traditionnelles et d'entreprises Internet. L'environnement industriel national pour le développement de LoRa continue de s'améliorer, et la force de l'Alliance LoRa s'accroît également.
Selon les informations, les expéditions nationales de puces LoRa ont atteint des dizaines de millions en 2018. Parmi eux, les fabricants de modules et de compteurs ont représenté la majeure partie de la part d'achat, suivis par les fabricants de stations de base. En outre, il existe un grand nombre de fabricants de modules et de terminaux dispersés en Chine qui achètent également directement des puces LoRa. Bien qu'il s'agisse de petits lots, l'échelle totale est considérable.
La plupart des fabricants de modules, de terminaux, de systèmes et d'applications sont neutres à l'égard des différentes technologies, et le choix de la voie technique à suivre est essentiellement un comportement purement axé sur le marché. Les puces LoRa sont des composants sous-jacents importants qui soutiennent l'ensemble de l'industrie, mais la formation de l'ensemble de la structure industrielle dépend des efforts conjoints de plusieurs forces, ce qui a déjà été fait en Chine. L'industrie s'accorde à dire que les produits liés à LoRa sont très flexibles, non seulement parce qu'ils peuvent déployer indépendamment des réseaux dans divers environnements, mais aussi parce que les développeurs de tous types peuvent choisir plusieurs plateformes et bénéficier rapidement d'une aide au développement.
L'année dernière, LoRa a également connu un grand nombre d'applications industrielles dans des domaines verticaux tels que les villes intelligentes, les parcs intelligents, les bâtiments intelligents et la sécurité intelligente.