LoRa et LoRaWAN

Ce que désignent les deux termes, à quoi sert LoRaWAN et comment un réseau est construit.

Deux couches

LoRa (de « Long Range ») est la technique radio. Elle utilise une modulation à étalement de spectre par chirp (CSS) : chaque symbole est un son qui balaie tout le canal. Un récepteur peut ainsi décoder des signaux qui se trouvent sous le niveau du bruit. La technique vient de l’entreprise française Cycleo, que Semtech a rachetée en 2012. Aujourd’hui encore, Semtech fabrique la plupart des puces radio LoRa.

Un paquet LoRa commence par des chirps réguliers (le préambule). Dans les données, chaque chirp commence à une autre fréquence : c’est ce point de départ qui porte l’information.

LoRaWAN est le protocole réseau qui s’appuie sur LoRa. Il définit comment les appareils rejoignent le réseau, comment les messages sont chiffrés et comptés et comment le réseau pilote les paramètres d’émission. La spécification est ouverte et maintenue par la LoRa Alliance. Les versions 1.0.x (surtout 1.0.3 et 1.0.4) et 1.1 sont utilisées. Les fréquences de chaque région du monde sont fixées dans un document séparé, les « Regional Parameters ».

En bref : LoRa est la liaison radio, LoRaWAN le réseau.

À quoi sert LoRaWAN

Petites quantités de données : typiquement 10 à 50 octets par message.
Émissions rares : de quelques minutes à quelques heures entre deux messages.
Longue portée : quelques kilomètres en ville, bien plus à la campagne et en vue directe.
Fonctionnement sur pile : les appareils dorment presque tout le temps et fonctionnent souvent plusieurs années.
Pas adapté à la voix, aux images, à la commande en temps réel ni aux réponses fréquentes vers l’appareil.

Comment un réseau est construit

Un appareil n’est pas lié à une passerelle : chaque passerelle à portée reçoit son paquet. Le serveur de réseau supprime les doublons.

Élément	Rôle
Appareil terminal (nœud)	Capteur, tracker ou testeur de terrain. Envoie des uplinks, reçoit parfois des downlinks.
Passerelle (gateway)	Reçoit tout ce qu’elle entend sur 8 canaux ou plus à la fois et le transmet tel quel au serveur de réseau. Une passerelle ne peut pas lire la charge utile.
Serveur de réseau (LNS)	Vérifie les messages, supprime les doublons (quand plusieurs passerelles entendent le même paquet), choisit la passerelle pour la réponse et pilote le débit de données.
Serveur de join	Gère les clés utilisées quand les appareils rejoignent le réseau.
Serveur d’application / intégration	Déchiffre la charge utile et la remet à l’application par webhook, MQTT ou un moyen similaire.

C’est pourquoi un testeur de terrain affiche souvent plusieurs passerelles pour le même message.

Uplink et downlink

Uplink : appareil → réseau. Le cas habituel.
Downlink : réseau → appareil. Possible seulement peu après un uplink. Pendant qu’une passerelle émet, elle ne peut recevoir sur aucun canal. Les downlinks sont donc rares.

Classes d’appareils

Classe A : après chaque uplink, deux courtes fenêtres de réception s’ouvrent. C’est seulement à ce moment que le réseau peut répondre.

Classe	Comportement	Utilisation typique
A	Après chaque uplink, deux courtes fenêtres de réception s’ouvrent (RX1 après 1 s, RX2 une seconde plus tard ; sur TTN, RX1 après 5 s). Le reste du temps, l’appareil dort.	Presque tous les capteurs, les testeurs de terrain aussi
B	Fenêtres de réception supplémentaires à des moments fixes, synchronisées par des balises (beacons) des passerelles.	Rare
C	Écoute presque en permanence. Consommation électrique élevée.	Appareils alimentés sur secteur, p. ex. actionneurs