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L’information est la clef pour gérer un business efficacement. Mais cette information est parfois difficilement accessible parce qu’aucun réseau physique n’est présent pour la transporter, de son lieu de production jusqu’à une application.
LoRaWAN a été créé pour combler ce manque . Un réseau LoRaWAN permet en effet à des informations collectées par des capteurs sans fil d’atteindre des passerelles situées à plusieurs kilomètres. Pour que le capteur ait une autonomie importante ce réseau consomme très peu d’énergie.
On peut s’abonner à un réseau LoRaWAN opéré ou installer son propre réseau LoRaWAN.
LoRaWAN est adapté à de petits débits de transmission de données. Il existe aujourd’hui plus de 80 types de capteurs sans fil pour les réseaux LoRaWAN.

Commençons par quelques exemples de données qui peuvent bénéficier du réseau LoRaWAN

Agriculture et objets connectés

Un agriculteur, qui a plusieurs centaines d’hectares cultivés, doit prendre en compte de nombreuses données pour gérer l’arrosage de ses champs et notamment le degré d’humidité de la terre et la température.
Il existe des capteurs sur piles qui relèvent température et humidité du sol. Mais comment envoyer l’information de ces capteurs depuis un champ en pleine nature jusqu’au smartphone de l’agriculteur afin de le prévenir qu’il faut programmer un arrosage ? Et comment faire en sorte que les piles des capteurs aient une durée de vie de plusieurs années ?
La solution est d’utiliser un réseau qui permet au capteur d’utiliser le moins d’énergie possible pour envoyer l’information vers une passerelle distante de plusieurs kilomètres.

Application LoRaWAN Agriculture
Application LoRaWAN Agriculture

ERP et qualité de l’air

Dans un avenir proche les établissements recevant du public devront pouvoir contrôler et gérer la qualité de l’air. Hors les réseaux Ethernet ou WiFi ne sont pas toujours présents sur les lieux où l’information sur la qualité de l’air doit être collectée. Un capteur sans fil est la solution la plus simple, la plus rapide et la plus économique à installer, à condition qu’il ne faille pas changer les piles du capteur en permanence. Un capteur qui mesure la qualité de l’air sans fil, oui, mais un capteur gourmand en énergie, non.
Si les données de plusieurs ERP sont centralisées dans un rayon de moins de 5 km il serait aussi plus simple que la portée du capteur soit de cette ordre, malgré la présence de plusieurs murs à traverser.
En savoir plus sur les obligations réglementaires sur le suivi de la qualité de l’air

Consommation d’eau et efficacité des mesures d’économie

Une fuite d’eau ou un robinet ouvert se traduisent par une facture en forte hausse. Mais localiser la fuite, ou être alerté rapidement si un robinet est ouvert, nécessite un système de capteur pour mesurer le débit ou la présence d’eau. En plaçant des capteurs sur piles le long de canalisations sous terre ou dans des caves ces informations peuvent être collectées. Mais le capteur est difficile d’accès et sa durée de vie sera parfois celle de la pile.
En savoir plus sur la gestion de la consommation d’eau à distance

LoRaWAN, un réseau radio conçu pour les capteurs sans fils

Pourquoi le Wifi ou les réseaux cellulaires ne sont que très rarement adaptés aux capteur IoT ?

L’information du capteur sans fil est portée par des ondes, comme les émissions radiophoniques.
Plus la fréquence est basse plus l’onde porte loin. En contrepartie elle porte moins d’informations. C’est la différence par exemple entre les émissions radiophoniques en onde courte qui permettent parfois de transmettre d’un pays à un autre, mais avec une mauvaise qualité de son, et les ondes FM qui ont une portée courte mais qui offre un bon son.

Le WiFi comme les réseaux cellulaires 3G ou 4G sont capables, comme les radios FM, de transporter une grande quantité d’informations mais sur de petites distances.
A l’intérieur d’une maison ancienne d’ailleurs le signal du WiFi a une portée très limitée. Et dans un bâtiment métallique la réception de la 4G est souvent déplorable, alors que l’antenne est à proximité.

Pour que le WiFi ou le réseau cellulaire ait une portée acceptable la solution est donc de booster le signal . mais cela va de pair avec une consommation d’énergie en forte hausse.
Hors pour les cas d’usage que nous avons vu précédemment nous voulons consommer le moins possible. Ni le WiFi, ni les réseaux cellulaires sont adaptés.

La solution LoRaWAN

La technologie de modulation liée à LoRaWAN est LoRa, créée en 2009 par la start-up française Cycléo et rachetée par la société Semtech en 2012. Semtech est côté au NASDAQ.
Le signal est envoyé jusqu’à une passerelle en utilisant le protocole LoRa puis de passerelle il est envoyé à un serveur qui héberge une application qui traitera les données.

LoRaWAN, un réseau LPWAN

LoRaWAN est un retour aux ondes courtes qui offre à la fois une grande portée et une très faible consommation d’énergie.
On parle de réseau LPWAN ou Low Power Wide Area Network, pour réseau associant basse consommation et grande couverture réseau.
Ce réseau LPWAN LoRaWAN est adapté à des capteurs qui envoient peu de données et à des intervalles réguliers.
Dans des conditions optimales la durée d’un jeu de piles d’un capteur LoRaWAN dépasse 10 ans.
La portée atteint plus de 2 km en ville et 15 km en rase campagne. Dans ce rayon doit se trouver une passerelle qui permettra de passer l’information du capteur du réseau radio vers Internet ou Ethernet ou le réseau Cellulaire.

Un réseau bidirectionnel

Il est parfois intéressant de mettre à jour les paramètres ou le programme d’un capteur sans fil. Le réseau LoRaWAN permet au capteur non seulement d’envoyer des données mais aussi d’en recevoir. Il n’est donc pas nécessaire de se déplacer physiquement pour mettre à jour le capteur.
Par exemple si le capteur n’est utilisé que pendant une période de l’année ( en été pour gérer l’arrosage) il sera possible de le mettre en veille à distance.

Une solution libre et économique : le choix entre réseau privé ou opéré

LoRaWAN utilise un bande de fréquences libres, donc gratuite. En contrepartie, pour ne pas saturer la fréquence, le taux d’utilisation ne doit pas excéder 1%.
Le protocole est simple et ne nécessite donc pas de composants électroniques coûteux.
Une passerelle est nécessaire pour passer l’information du capteur : cette passerelle peut être privée ( solution intéressante à partir de 10 capteurs ou s’il n’y a pas de réseau opéré qui couvre la zone) ou opérée (dans ce cas il faut un abonnement d’un coût généralement modique).

A retenir : pour des raisons de confidentialité des données, d’économie ou d’absence de couverture par un opérateur il est possible de créer son propre réseau LoRaWAN privé. C’est une des caractéristiques très appréciée du protocole LoRaWAN.

Passerelle LoRaWAN privée installée sur le toit d’un des bâtiments du site industriel à couvrir

Un réseau sécurisé

Les données des capteurs sont cryptées. LoRaWAN implémente plusieurs clefs, propres à chaque équipement terminal, afin d’assurer la sécurité des échanges au niveau réseau et applicatif.

La géolocalisation en plus avec LoRaWAN

C’est une cerise sur le gâteau LoRa. En effet il est possible avec le protocole LoRa de calculer la distance entre l’antenne et le signal ( on connait l’heure de départ, l’heure d’arrivée et la vitesse).
Sous réserve que le signal du capteur soit reçu par au moins trois antennes il est donc possible, en résolvant une simple équation, de savoir localiser un objet.
Cette solution est très intéressante pour de multiples applications ( prévention du vol, inventaire, taux d’occupation de machines mobiles comme des remorques, location de matériel, etc..)

Des produits certifiés, gage de qualité

Plusieurs organismes certifient les produits LoRaWAN. Ces organismes sont autorisés par LoRa Alliance ®, une association ouverte à but non lucratif.

Les types de capteurs LoRaWAN

Il existe une grande variété de capteurs LoRaWAN pour des multiples applications.
Il serait prétentieux de vouloir en faire une énumération complète. Nous vous présentons ici quelques exemples.

les capteurs d’humidité et hygrométrie

Ils sont utilisés en agriculture pour gérer l’arrosage. Les capteurs de présence d’eau sont utilisés pour détecter des fuites.

Capteur de température

Ils en existent trois types, pour les températures ambiantes, les températures très basses ou les températures très hautes.
Les premiers sont utilisées par exemple pour la gestion du chauffage ou de la climatisation.
Les seconds sont utilisés dans la chaîne du froid.
Les troisièmes sont utilisés par les entreprises de production qui utilisent la chaleur pour transformer des produits.

Les trackers

Les capteurs LoRaWAN permettent nativement de géolocaliser des colis ou des équipements. Ils sont associés à des capteurs de température ou d’accélération pour connaître les conditions de transport de marchandises.

Les capteurs de particules fines

En fonction de la taille des particules on évalue la concentration en CO ou CO2 ou autres polluants. Ces capteurs sont souvent associés à des capteurs de présence, température, humidité ou luminosité pour évaluer non seulement la qualité de l’air mais aussi le confort des usagers.

Les capteurs d’eau

Il y a des capteurs qui mesure le débit de l’eau, la hauteur d’une rivière ou la présence d’une flaque d’eau. Ils permettent d’alerter d’un risque de crue, de gérer la ressource ou d’éviter qu’un date center soit victime d’un court circuit.

Les capteurs de consommation d’énergie

Ces capteurs LoRaWAN permettent d’évaluer la consommation d’électricité ou de gaz.

Les capteurs d’accélération et les autres

Un objet immobile qui est mis en mouvement accélère. Si l’action se passe en pleine nuit il peut s’agir d’un vol.
Les vibrations d’un moteur sont une combinaisons d’accélération. Ecoutez avec une intelligence artificiel les vibrations normales d’un moteur et vous pourrez en déduire un plan de maintenance préventive.
Etc…

Capteur de vibrations pour la maintenance sur réseau LoRaWAN
Capteur de vibrations pour la maintenance sur réseau LoRaWAN

Les domaines d’application

Nous avons évoqué en préambule quelques exemples d’applications des capteurs LoRaWAN.
La plupart des domaines d’activité peuvent tirer un avantage concurrentiel important de l’utilisation de capteurs LoRaWAN, et ce pour un coût modique.
Les capteurs sont aussi utilisés pour protéger les usagers.
Enfin les capteurs sont un des outils pour lutter contre le réchauffement climatique la pollution et prendre soin de la planète.

La lutte contre le réchauffement climatique avec LoRaWAN

Les capteurs LoRaWAN mesurent les taux de CO et CO2 et peuvent lancer l’alerte pour déclencher des mesures de réduction du trafic ou de la production.
Le secteur du bâtiment représente 44 % de lénergie consommée en France, En contrôlant à distance leurs consommations on mesure l’efficacité des mesures énergétiques.
Avec le réchauffement climatique l’eau est une denrée de plus en plus précieuse. Les capteurs permettent de gérer avec justesse les arrosages.
Dans ces différents exemples les capteurs ne sont pas la solution mais un des outils clés de gestion.

LoRaWAN protège les citoyens

La loi Grenelle 2 a rendu obligatoire la surveillance de la qualité de l’air intérieur dans certains établissements recevant un public sensible Les établissements concernés sont actuellement ceux accueillant des enfants. Mais prochainement 1 millions d’ERP ( établissement recevant du public

Les capteurs IoT LoRaWAN booste la compétitivité

Prévenir l’arrêt d’une chaine de production de plusieurs jours nécessite de détecter les signes avant-coureur d’une panne. C’est le rôle des capteurs d’accélération 3D qui détectent des vibrations anormales liées par exemple à l’usure d’un roulement.
L’agriculteur utilise un capteur qui mesure la température, l’humidité relative et la pression atmosphérique en extérieur. Il optimise ainsi l’arrosage et récolte avant l’orage.
Les capteurs d’humidité et de température sont installées par les gestionnaires d’énergie spécialisés dans les bâtiments tertiaires pour télé-opérer chauffage et climatisation.

Comment commencer avec LoRaWAN ?

Commencer par installer un capteur de température LoRaWAN associé à un abonnement à un réseau opéré et à une plate-forme de visualisation.
Airicom vous propose un kit spécialement conçu pour réaliser votre premier essai ou en anglais votre premier POC ( Prrof of concept).