Introduction :
Les appareils LoRa et la technologie de radiofréquence sans fil constituent une solution IoT à longue distance et à faible consommation qui a été largement adoptée ces dernières années. Cette technologie aide les entreprises de télécommunications, les développeurs d'applications IoT et les intégrateurs de systèmes à déployer des dispositifs interopérables et à faible coût dans le monde entier. Les réseaux IoT, les passerelles, les capteurs, les produits modules et les services IoT, et fournissent l'ensemble des fonctionnalités requises. Cet article part du principe de la technologie LoRa, décrit le concept technique et résume ses caractéristiques techniques, et présente les méthodes d'application actuelles de la technologie LoRa dans de nombreux domaines, ainsi que le processus de développement de cette technologie dans le pays et à l'étranger au cours des dernières années.
En anglais :
Les appareils LoRa et la technologie des radiofréquences sont des solutions de l'internet des objets (“IoT”) à longue portée et à faible consommation d'énergie qui ont été largement adoptées ces dernières années. Cette technologie permet aux entreprises de télécommunications, aux développeurs d'applications IdO et aux intégrateurs de systèmes de déployer des réseaux IdO, des passerelles, des capteurs, des modules et des services IdO peu coûteux et interopérables à l'échelle mondiale, et de fournir la combinaison de fonctions requise. Ce document commence par les principes de la technologie LoRa, décrit les concepts techniques et résume ses caractéristiques techniques, et présente l'application de la technologie LoRa dans de nombreux domaines au stade actuel, ainsi que le processus de développement de cette technologie en Chine et à l'étranger au cours des dernières années ．.
Principe de la technologie LoRa
1.1 Le concept technique LoRa
Il existe de nombreuses technologies sans fil dans les applications IdO, qui peuvent être divisées en deux catégories en termes de distance de transmission. L'une est la technologie de communication à courte distance, notamment ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth, etc. ; l'autre est la technologie de communication sans fil à longue distance, notamment les réseaux étendus sans fil (WWAN) et les réseaux étendus à faible puissance (LPWAN), etc. La technologie des réseaux étendus à faible puissance est une technologie d'accès à l'internet des objets révolutionnaire dans le monde ces dernières années, et LoRa appartient à ce domaine technologique.
LoRa est basé sur la modulation linéaire du spectre d'étalement de la fréquence, qui conserve les mêmes caractéristiques de faible consommation que la modulation FSK et augmente considérablement la distance de communication. Elle modifie les considérations antérieures sur le compromis entre la distance de transmission et la consommation d'énergie, et offre aux utilisateurs un moyen simple d'obtenir des systèmes à longue distance, à longue durée de vie de la batterie et à grande capacité pour étendre les réseaux de capteurs. 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. Le réseau LoRa est principalement composé de terminaux (modules LoRa intégrés), de passerelles (ou stations de base), de serveurs d'application et de stockage en nuage. Les données d'application peuvent être transmises dans les deux sens.
LoRaWAN (LoRa Wide-Area Networks) définit le protocole de communication et l'architecture du système, stipule les spécifications standard de bout en bout pour l'utilisation de la technologie LoRa, y compris la sécurité du marché de l'IdO, l'efficacité énergétique, l'itinérance et l'intégration de la configuration (on-boarding), etc. et constitue les normes de l'Alliance LoRa pour les membres.
1.2 Caractéristiques techniques de LoRa
(1) Grande portée de communication L'avantage de LoRa réside dans la capacité de communication à longue distance de cette technologie. Elle est basée sur la modulation linéaire de fréquence à spectre étalé. Elle conserve les mêmes caractéristiques de faible consommation d'énergie que la modulation FSK, mais augmente considérablement la distance de communication, qui peut atteindre 15 km. Un bilan de liaison de 157 db permet des distances de communication allant jusqu'à 15 km, et une seule passerelle ou station de base peut couvrir des centaines de kilomètres carrés (la couverture dépend en grande partie de l'environnement ou des obstacles environnants). Le réseau Proximus déployé en Belgique couvre la majeure partie du pays avec un minimum d'infrastructure.
(2) Faible consommation d'énergie / longue durée de vie de la batterie LoRa est l'une des technologies de communication de réseau étendu à faible consommation d'énergie. Il s'agit d'une couche physique ou d'une modulation sans fil utilisée pour établir des liens de communication à longue distance. Son courant de réception n'est que de 10 mA et son courant de veille de 200 nA, ce qui prolonge considérablement la durée de vie de la batterie. De nombreux systèmes sans fil existants utilisent la modulation par déplacement de fréquence (FSK) comme couche physique, car il s'agit d'une modulation très efficace qui consomme peu d'énergie. Les nœuds d'un réseau LoRaWAN sont asynchrones et communiquent lorsque les données sont prêtes à être envoyées, que ce soit en fonction d'un événement ou d'un calendrier. Dans le cadre d'une étude récente de la GSMA et d'une comparaison de diverses technologies dans le domaine du LPWAN, LoRaWAN a montré un avantage de 3 à 5 fois en termes de consommation d'énergie par rapport à toutes les autres options technologiques.
(3) La technologie LoRa elle-même est dotée d'une sensibilité de réception très élevée (RSSI) et d'un rapport signal/bruit très élevé (SNR). Elle utilise la technologie des sauts de fréquence et effectue une modulation par déplacement de fréquence à l'aide de séquences de codes pseudo-aléatoires pour faire sauter continuellement la fréquence porteuse. Le spectre est modifié et étalé afin d'éviter les interférences entre les fréquences fixes. Les terminaux ayant des séquences d'étalement différentes n'interfèrent pas entre eux, même s'ils utilisent la même fréquence pour émettre en même temps. Par conséquent, le concentrateur/passerelle développé sur cette base peut recevoir et traiter des données provenant de plusieurs nœuds en parallèle, ce qui augmente considérablement la capacité du système.
capacité.
(4) Grande capacité du réseau. Pour que le réseau étoile à distance soit disponible, la passerelle doit avoir une capacité très élevée ou la capacité de recevoir des messages d'un grand nombre de nœuds. Une station de base de grande capacité basée sur LoRa peut prendre en charge des millions de messages par jour, et une seule station de base peut prendre en charge des milliers d'appareils. La capacité élevée des réseaux LoRaWAN est obtenue au niveau de la passerelle en tirant parti de débits de données adaptatifs et en utilisant des émetteurs-récepteurs multicanaux à modem multiple pour recevoir des messages sur plusieurs canaux simultanément.
(5) Les bandes de fréquences sans licence, les coûts d'infrastructure et les coûts des nœuds/terminaux sont peu élevés, ce qui fait que les coûts de liaison de LoRa et LoRaWAN sont inférieurs à ceux de toute autre technologie de communication normalisée. L'étalement linéaire du spectre est utilisé dans les communications militaires et spatiales depuis des décennies parce qu'il permet de longues portées de communication et une résistance aux interférences, et LoRa est la première mise en œuvre à faible coût pour une utilisation commerciale.
(6) Haute sécurité du réseau La sécurité est très importante pour tout LPWAN. LoRaWAN protège très bien les données et la vie privée. Il s'agit de la solution la plus sûre du marché dans le domaine du LPWAN. Cryptage 128AES. Toutes les données, depuis les capteurs jusqu'aux serveurs d'application et au backend, sont cryptées à plusieurs niveaux. LoRaWAN utilise deux couches de sécurité : une pour le réseau et une autre pour l'application. La sécurité du réseau garantit l'authenticité des nœuds dans le réseau, tandis que la couche d'application sécurisée garantit que les opérateurs du réseau ne peuvent pas accéder aux données de l'application de l'utilisateur final. Le cryptage AES est utilisé avec un échange de clés utilisant l'identifiant IEEE EUI64.
(7) L'écosystème technique est amélioré. LoRaWAN dispose de plusieurs modèles commerciaux, d'une concurrence raisonnable, d'un écosystème diversifié et de leaders industriels, ce qui favorise grandement son expansion et sa mise en œuvre rapide. Dans le même temps, l'utilisation par LoRa de normes ouvertes et de technologies propriétaires est également une garantie pour sa reconnaissance et son déploiement à grande échelle. La sélection de divers composants de réseau, de passerelles, d'appareils finaux, de serveurs et de puces de réseau en nuage, de kits de développement et de produits finaux provient de nombreux fournisseurs différents afin d'offrir des solutions différentes aux opérateurs ou aux utilisateurs finaux.
Mots-clés : lora
