Pour assurer un monitoring énergétique efficace, il est impératif de s’appuyer sur une architecture de communication fiable, à l’instar des réseaux sans fil radio. Cette dernière décennie, certains de ces réseaux, comme LoRa, sont devenus incontournables. Alors, quelles sont les caractéristiques du réseau LoRa ? Comment fonctionne-t-il ? Quelles différences avec les autres solutions existantes ? C’est ce que DeltaConso Expert vous propose de découvrir dans cet article.
Réseau LoRa : de quoi s’agit-il ?
Le réseau LoRa (pour Long Rang, à savoir “longue portée” en français) est une technologie de communication sans fil, dédiée à l’Internet des objets (ioT). Il s’agit d’un réseau qui permet aux objets connectés de communiquer entre eux, grâce à une transmission de données à longue portée, bas débit et à faible consommation énergétique. Ces différentes caractéristiques lui permettent d’être adapté à de nombreux domaines d’applications (smart cities, agriculture intelligente, surveillance des bâtiments, industrie 4.0…), dont le management énergétique.
LoRa : réseau opéré ou privé, avec ou sans abonnement ?
Avec LoRA, la communication réseau peut s’effectuer de deux différentes manières :
- LoRa opéré : le système repose sur un réseau public géré par un opérateur (sur le même modèle que la 3G, 4G ou 5G), avec un abonnement mensuel ou annuel ;
- LoRa privé : cela consiste à créer son propre réseau LoRa sur le site, le territoire ou la zone étudiée.
Dans le cadre d’un monitoring énergétique, le réseau LoRa privé constitue une solution particulièrement intéressante aujourd’hui : possibilité de faire évoluer l’installation, pas de frais d’abonnement, sécurité optimale…
LoRa privé : comment fonctionne ce type de réseau de communication ?
Pour mieux comprendre le fonctionnement d’une architecture LoRa privée, voici son écosystème et les différents éléments qui la composent :
- Les objets connectés ;
- La ou les antenne(s) ;
- Les passerelles ;
- Le protocole LoRaWAN. Il permet d’assurer une communication bidirectionnelle entre les passerelles/antennes et les objets connectés.
Les objets connectés
Dans le cas d’un monitoring énergétique, les objets connectés sont principalement des compteurs ou des capteurs intelligents. Mis en place dans des endroits stratégiques du site ou du territoire étudié, ces objets peuvent collecter, en temps réel, une multitude de données relatives aux :
- Consommations et productions d’énergie (globales ou par usage énergétique) ;
- Données de l’environnement (températures, hygrométrie, taux de CO2…) ;
- Données de fonctionnement (pannes, marche/arrêt d’équipement…).
La ou les antenne(s)
Placées dans les endroits stratégiques, souvent en hauteur, les antennes constituent la base du réseau de communication. Elles permettent d’occuper des bandes de fréquence qui assurent la transmission des données collectées.
Les passerelles
La ou les antenne(s) sont reliées à des passerelles (aussi appelées “gateways”) : elles reçoivent les signaux envoyés par les objets connectés. Leur rôle est de (pré)traiter les données et de les transmettre aux serveurs des logiciels d'efficacité énergétique. Ces passerelles peuvent couvrir une zone étendue, ce qui leur permet d’assurer le transfert des données sur de longues distances, même si les conditions sont très mauvaises (installations en sous-sol, murs épais…).
Les logiciels de monitoring énergétique
Les données issues de la ou les passerelle(s) sont transmises via un réseau internet propre ou via un abonnement 3G/4G. Celles-ci sont traitées et intégrées dans le logiciel de monitoring de l'énergie. Un certain nombre d'opérations de décodage peuvent avoir lieu afin de rendre l'information utilisable pour les utilisateurs logiciel — tel que DeltaConso Expert.
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Quels sont les avantages de la technologie LoRa ?
Les spécificités du réseau de communication LoRa lui offrent de nombreux avantages, mais également certains inconvénients qu’il convient de connaître.
Une large couverture
L’un des principaux intérêts de la technologie LoRa est sa longue portée. La transmission des données peut ici s’effectuer sur plus de 10 kilomètres, en extérieur. Même si elle diminue légèrement dans d’autres configurations (supervision énergétique de plusieurs bâtiments, sur plusieurs étages ou en sous-sol, par exemple), cette solution offre un très bon niveau de couverture. Cette caractéristique lui assure d'être adaptée à de nombreux cas d’application.
Une sécurité optimale
Le réseau de communication sans fil LoRa est très sécurisé. La technologie intègre différentes couches de sécurité (cryptage des données sur une clé réseau et une clé application, authentification, contrôle d’accès pour les utilisateurs et appareils autorisés…) qui assurent une transmission fiable et sûre de l’ensemble des données.
Une technologie performante à faible consommation d’énergie
Le réseau LoRa utilise une technologie de module à spectres étalés (qui permet d’envoyer des signaux sur de nombreuses fréquences). Il est ainsi particulièrement résistant aux interférences, ce qui lui garantit, par ailleurs, une faible consommation énergétique. Avec le fonctionnement de cette technologie, les objets connectés recueillent ponctuellement les données et peuvent rester en veille la majorité du temps. Cela offre alors une grande autonomie et une grande longévité aux objets connectés sur pile ou batterie.
De faibles coûts de déploiement et d’utilisation
Grâce à sa large couverture, LoRa offre des frais d’installation et de fourniture réduits. Les solutions concurrentes, disposant de couvertures réseau plus basses, impliquent un déploiement plus complexe et plus coûteux (plus d’antennes, de répéteurs ou de câbles électriques et informatiques dans le cas d’un réseau filaire). Par ailleurs, le réseau privé utilise des bandes de fréquences libres, c’est-à-dire non soumises à licence (comme cela peut être le cas avec les réseaux cellulaires). La mise en place d’un réseau LoRa sans fil unique, évolutif et à la large portée offre ainsi un excellent rapport qualité-prix.
Les inconvénients de LoRa
Un faible débit de données
Du fait de sa très longue portée, le débit de données du réseau LoRa est relativement faible. Cela peut parfois entraîner des délais de transmission élevés. Il n’est donc pas approprié aux flux de données trop importants ou intensifs.
Une mise en place nécessitant une forte expertise
Le processus de déploiement LoRa implique un diagnostic préalable, ainsi que des conditions de pose et de configuration précises (création d’un réseau dédié, par exemple). L’installation d’un tel dispositif implique d’avoir une expertise technique. Elle doit donc être confiée à une entreprise spécialisée comme le bureau d’études Akéa Énergies, développeur de l'outil DeltaConso Expert.
Quelles différences avec les autres réseaux sans fil existants ?
En plus de LoRa, le marché du réseau de communication sans fil se compose d’autres acteurs. On peut notamment citer :
- Sigfox ;
- NB-IoT ;
- LTE-M.
Alors quelles différences entre LoRa et ces autres technologies de communication ? Quelles sont les caractéristiques qui permettent de les distinguer ?
Sigfox
Comme LoRa, la technologie de communication Sigfox est un réseau 100 % opéré. Sigfox est une entreprise privée propriétaire de son propre réseau : son utilisation est soumise à la souscription d’un abonnement. Le protocole utilisé par LoRa est quant à lui open source : il peut être déployé par un tiers et en mode privé, ce qui permet une plus grande maîtrise des données collectées.
NB-IoT
Contrairement à LoRa, NB-IoT (Narrowband Internet of things) utilise des réseaux cellulaires existants, à savoir ceux des réseaux mobiles, qui nécessitent des licences. Cela a donc un impact direct sur le coût du dispositif. NB-IoT offre moins de flexibilité que LoRa, mais dispose cependant d’un débit de données légèrement supérieur, qui peut être intéressant pour certaines applications.
LTE-M
LTE-M est une technologie dérivée de la 4G et la 5G, des réseaux cellulaires qui ne nécessitent pas de passerelles. Elle offre un très bon débit de données et s’adapte facilement à l’infrastructure existante. LTE-M implique en revanche des coûts de licence et de déploiement importants, comparés à ceux du réseau LoRa.
Mais aussi : ZigBee et Wireless M-Bus qui sont des technologies à débit plus important que le LoRa privé, mais pour une couverture plus faible.