LoRaWAN, réseau privé Vs réseau public, quelle différence ?

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Créée en 2009 par une entreprise française, la technologie de communication LoRa appartient depuis 2012 à la société américaine Semtech. Le développement international de cette technologie permet de couvrir à ce jour, plus de 140 pays à travers le monde. Afin de standardiser ce moyen de communication pour objets connectés, la LoRa Alliance a développé un protocole appelé LoRaWAN. Ce protocole de communication permet à toute entreprise de déployer ses tags LoRaWAN et ainsi, de faire transiter sur plusieurs kilomètres des petits paquets de données tels que des positions, des températures ou encore des identifiants sur des réseaux privés ou opéré / public. En France, Orange et Bouygues (Objenious) ont déployé sur l’ensemble du territoire leur propre réseau IoT, mais l’on compte en 2019, plus de 120 opérateurs dans le monde.

Afin de vous aider à mieux comprendre cette technologie de communication et à choisir le réseau qui convient le mieux à votre besoin, nous vous proposons d’aborder le fonctionnement technique du LoRaWAN, de faire un comparatif entre réseau public et réseau privé et pour finir de découvrir quelques applications type.

Le principe de fonctionnement du LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Radio Wide Area Network), est un protocole réseau bas débit et longue portée basé sur la technologie radio (modulation) LoRa. Ce protocole standard et ouvert, promu par la LoRa Alliance depuis 2015 opère dans les bandes de fréquences ISM (autour de 868 MHz pour l’Europe) et utilise une modulation à étalement de spectre – une variante de la modulation chirp spread spectrum pour être plus précis.

LoRaWAN un réseau en étoile

Un réseau LoRaWAN est composé de devices (objets connectés) communicant en LoRa avec des passerelles (gateways) qui, elles, remontent les données sur les serveurs via une connexion 3G, Ethernet, WIFI ou autres. A son tour le serveur trie les informations et ne fait remonter sur l’IHM que les données pertinentes. On parle alors de réseau en étoile.

Dans ce type de fonctionnement, toute l’intelligence du réseau est assurée par le serveur qui va :

  • Gérer le débit d’information
  • Sécurisé les données
  • Gérer la redondance des données reçues
schéma fonctionnement lora
Schéma fonctionnel du protocole LoRaWAN

Un réseau sécurisé

Avec l’essor des objets connectés sont apparues les problématiques de cybersécurité. Avec plus de 22 milliards de devices connectés à internet dans le monde, le marché de l’IoT est une cible parfaite. Pour pallier à ces problématiques de cybersécurité, LoRaWAN assure la sécurité du réseau et des données grâce à deux chiffrements AES-128.

  • Le premier via la clé de session réseau – Network Session Key (NwkSKey) – assure l’authenticité des équipements
  • Le deuxième, assure via la clé de session applicative – Application Session Key (AppSKey) la sécurité et la confidentialité des données transmises à travers le réseau.

Afin d’assurer une sécurité optimale du réseau et d’éviter qu’un tiers puisse consulter les données, la clé applicative n’est connue que du fournisseur de l’application. La clé réseau est quant à elle communiquée par l’opérateur du réseau aux fournisseurs d’application autorisés.

schéma clés sécurité lora
Schéma fonctionnel des chiffrements des données

Activer un équipement LoRa

Pour pouvoir communiquer via le réseau LoRaWAN, les équipements doivent impérativement obtenir ces deux clés de sécurité. Pour cela deux méthodes sont envisageables : la méthode OTAA et la méthode APB.

  • La méthode OTAA : le device doit transmettre une requête de type LoRa : join request dans laquelle doivent apparaître 3 éléments : le DevEUI, l’AppEUI et l’AppSKey.
  • La méthode APB : Pour cette méthode, les clés de session NwkSKey et AppSKey ainsi que l’adresse de l’équipement (DevAddr) sont directement inscrits dans l’équipement LoRaWAN.

NB : la méthode OTAA est plus complexe à implémenter que la méthode APB mais offre un niveau de sécurité supérieur. Pour un déploiement à grande échelle, il est conseillé d’utiliser la méthode OTAA, plus sécurisée et plus agile.

Réseau LoRaWAN privé Vs réseau public

A l’instar des technologies de communication telle que la 3G ou le WIFI, le réseau LoRaWAN peut être public en s’appuyant sur les antennes déployées par les opérateurs télécoms, mais il peut également être privé. En effet, une entreprise peut créer son propre réseau LoRaWAN si elle le souhaite. Il est cependant important d’avoir en tête que peu importe la nature du réseau, il est nécessaire de respecter les temps d’occupation des canaux (duty cycle) et ce,  bien que l’occupation des bandes de fréquences soit libre. Mais quels sont les avantages et les contraintes de ces deux possibilités ?

Réseau LoRaWAN privé

En France, Bouygues et Orange couvrent à eux deux, la quasi-totalité du territoire en réseau LoRaWAN public (dit « opéré »). Grâce à cette infrastructure réseau, les objets connectés peuvent échanger des données sur de très longues distances allant jusqu’à plusieurs kilomètres. En paysage urbain où les obstacles sont nombreux, un équipement connecté peut envoyer un message à une borne située à environ 1 kilomètre, mais en zone rurale cette distance peut monter jusqu’à 20 km.

Avantages

  • Couverture nationale mise en place par les opérateurs télécoms
  • Plateforme IoT fournie par les opérateurs
  • Infrastructure réseau gérée par les opérateurs
  • Possibilité de s’étendre à l’international avec le Roaming

Inconvénients

  • Modèle économique basé sur l’abonnement qui peut s’avérer coûteux si le nombre de devices devient important
  • Dépendance de la couverture réseau de l’opérateur

Zone de couverture LoRaWAN des opérateurs Bouygues et Orange :

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Couverture réseau Bouygues
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Couverture réseau Orange

Réseau LoRaWAN privé

Bien que  la couverture réseau public en France soit bonne, de nombreuses entreprises préfèrent opter pour des réseaux privés. Les entreprises n’ayant pas réellement besoin de mobilité dans la gestion de leur parc de capteurs, peuvent être attirées par l’installation d’un réseau privé. Les principaux avantages étant la sécurité de l’information, puisque en réseau privé, l’entreprise peut connecter son système au réseau sans avoir à utiliser internet, ainsi que le coût d’acquisition, puisque l’entreprise n’a pas à payer d’abonnement chez un opérateur. Dans ce cadre, l’entreprise doit installer toute l’infrastructure réseau (devices, passerelles, serveurs, application métier), mais cela peut permettre de générer des économies d’échelle, lorsque le nombre de devices connectés devient important.

Avantages

  • L’entreprise est propriétaire de son infrastructure réseau
  • Réseau sécurisé protégeant les données qui y circulent
  • Pas d’abonnement
  • Possibilité de s’interfacer avec l’application métier de l’entreprise

Inconvénients

  • Coûts d’infrastructure important au lancement
  • Coûts de maintenance récurrents
  • Requiert des compétences internes en ingénierie et déploiement radio

Réseau LoRaWAN dédié

Pour pallier aux problématiques précédemment évoquées, il est possible d’opter pour un réseau dit « dédié ». Ce réseau hybride conjugue les avantages des réseaux LoRaWAN privés et publics. En choisissant ce système, les entreprises peuvent utiliser leur propre infrastructure sur mesure et ce de façon illimitée, mais également d’une connexion avec le réseau national. Cette solution garantit aux utilisateurs une qualité de service optimale tout en conservant leur autonomie.

Réseau LoRaWAN, pour quelles applications métier ?

De par sa très longue portée d’émission la technologie de communication LoRa répond à de nombreuses applications. En effet, que ce soit dans le domaine du smart building ou de la géolocalisation, les capteurs et tags LoRa sont résolument faits pour des applications métiers industrielles. Il faut cependant avoir en tête, que pour des raisons de gestion intelligente de leurs batteries, les objets connectés LoRaWAN émettent de façon périodique. 1 fois par heure, par jour ou par semaine en fonction de l’application adressée.

Dans le cadre du smart building, les capteurs de température, d’humidité, de luminosité ou encore de mouvement peuvent permettre une meilleure gestion énergétique des bâtiments. Cela peut être par exemple le monitoring à distance de la température dans les chaufferies de différents bâtiments à plusieurs kilomètres les uns des autres.
Pour ce qui est de la géolocalisation, les tags connectés en LoRaWAN, permettent de localiser à plusieurs centaines de kilomètres des équipements. Cela peut être utile pour géolocaliser sur un site logistique de plusieurs kilomètres carrés des bennes ou des camions.

Ce qu’il faut retenir

La technologie de communication LoRa et son protocole LoRaWAN se développent de plus en plus à l’échelle mondiale et cela va révolutionner certains secteurs industriels comme la logistique, avec la possibilité de tracer à l’international les déplacements des camions et des équipements. Reste encore à choisir entre réseau privé, réseau opéré ou réseau dédié. Pour cela il est nécessaire d’évaluer les besoins et les coûts d’infrastructure que cela implique, mais également la possibilité de gérer l’installation et la maintenance en interne ou non. Pour en savoir plus sur ce protocole de communication, nous vous invitons à consulter le site de la LoRa Alliance.

Mehdi Gharbi
Mehdi Gharbi
Ingénieur électronique
Ingénieur en électronique et spécialisé en systèmes embarqués chez ELA Innovation à Montpellier, Mehdi a fait ses études à l’Université de Montpellier où il a reçu son diplôme de Master en Capteurs et Systèmes Associés (CSA) en 2014. Ces diverses expériences professionnelles et son goût pour la technologie lui ont permis de rejoindre l’équipe d’ELA Innovation en février 2016 et de participer à la conception des capteurs BLE et LoRaWAN.

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