Projet LoRaWAN

Les réseaux de capteurs sans fil sont de plus en plus utilisés dans la surveillance environnementale des zones rurales et urbaines vue leur autonomie d'énergie et leur prix réduit. Les réseaux de capteurs sans fil deviennent aussi indispensable pour la nouvelle tendance Internet des objets où l'Internet est connectée à des objets à travers les capteurs et les actionneurs.

La technologie IEEE 802.15.4 est la technologie la plus adaptée aux réseaux de capteurs sans fil. En revanche, cette technologie se limite à la distance de communications entre deux noeuds. En effet, cette distance varie entre 10 mètres dans un environnement de surveillance à l'intérieur et 100 mètres dans un environnement de surveillance à l'extérieur avec des conditions favorables comme par exemple des communications en ligne de vue. Pour compenser ces limitations, il est possible de déployer plus de noeuds afin d'avoir une connectivité pertinante du réseau. Ce qui augmente le prix et rend l'installation des réseaux de capteurs onéreuse surtout pour des applications de surveillance environnementale comme la surveillance de volcans ou des forêts.

Récemment, les standards sans fil à longue portée et faible puissance ont émergé, comme par exemple Sigfox, Ingenu et LoRaWAN. Ces standards assurent une communication à un saut qui peut arriver à 2 kilomètres dans des environnements urbains denses et 30 kilomètres dans des environnements ruraux. Ce qui leur permet de rendre la surveillance des zones environnementaux réalisable.

Description de LoRaWAN

LoRaWAN est une technologie permettant des communications radio longue distance et bas-débit (entre 0.3 kbps et 50 kbps). Des résultats d'expérimentation montrent des transmissions jusqu'à 1.3 km dans des environnements urbains avec un taux de perte de 10% et jusqu'à 21.6 km en ligne de vue avec un taux de perte nul.

L'architecture de LoRaWAN est basé sur une topologie en étoile. Les end-devices communiquent avec les gateways qui relayent les trames au network serveur en utilisant un réseau IP classique. Les communications radio longue distance se font par la technique de modulation LoraTM développée par la companie Semtech. Cette technique est basée sur la technologie CSS (Chirp Spread Spectrum). LoRa utilise les bandes ISM et définit un mécanisme de débit adaptatif afin d'adapter les caractéristiques de transmission comme par exemple, le débit, le spreading factor, la largeur de bande, aux conditions de propagations.

Architecture LoRaWAN

LoRaWAN définit trois classes de end-devices : classe A, classe B et classe C. La classe A est la classe par défaut et elle est obligatoire pour tous les noeuds. La classe B implémente les beacons, ce qui permet de synchroniser les end-devices et de déclencher des communications descendante des gateways vers les end-devices. La classe C n'a pas de contrainte d'énergie. Elle autorise aux noeuds d'écouter en continu le médium.

Objectifs

L'objectif du projet LoRaWAN se résume aux points suivants