LoRa : comment fonctionne le réseau, quelles différences avec Sigfox ?

LoRa : comment fonctionne le réseau, quelles différences avec Sigfox ? Promus par l'alliance LoRa, les réseaux LoRa permettent aux objets connectés d'échanger de petits paquets de données. Déployé par Bouygues et Orange, c'est la principale alternative à Sigfox.

[Mise à jour le 10 octobre 2017 à 14h46] Le spécialiste des semi-conducteurs STMicroelectronics annonce un partenariat avec la filiale de Bouygues Telecom dédiée à l'Internet des objets, Objenious. Le groupe fabrique désormais des kits de développement IoT fonctionnant avec le réseau LoRa d'Objenious, qui permettront aux développeurs de construire des appareils IoT plus facilement.

Quels objets connectés peuvent communiquer via le protocole réseau LoRa ? Quels opérateurs proposent des abonnements ? Quel niveau de couverture pour les différents réseaux LoRa en France comparé à leur concurrent Sigfox ? La jungle de l'IoT est dense. Ce mode d'emploi du LoRa aidera les aventuriers qui s'y hasardent à y voir plus clair.

Réseau LoRa

Pas besoin d'un énorme tuyau pour faire circuler une goutte d'eau. C'est sur ce principe qu'est construit le protocole réseau IoT LoRa. Contrairement aux réseaux mobiles classiques, comme la 4G ou la 5G, qui peuvent transporter de grandes quantités d'informations, LoRa n'est pas taillé pour satisfaire les besoins d'appareils beaux parleurs, comme les smartphones. Cette technologie de modulation de fréquence ne peut faire circuler que de petits paquets de données, émis par des capteurs de température ou d'humidité par exemple, fixés sur des objets connectés. Elle pourra faire transiter entre 0,3 et 50 kilobits par seconde (le débit du réseau s'adapte à chaque objet pour ne pas grignoter trop de bande passante).

Ces informations peuvent transiter sur des distances plus longues que sur les réseaux télécoms traditionnels. Pour émettre en LoRa, les objets connectés ont besoin de peu d'énergie. Pas besoin d'intervention humaine pour changer la pile. Un appareil peut émettre pendant une dizaine d'années avec une petite batterie. Stricto sensu, LoRa est le nom donné à la technologie de modulation des ondes radios sur laquelle sont basés les réseaux LoRaWAN. Cet acronyme barbare signifie réseau étendu à longue portée (long range radio wide area network). LoRaWAN fait partie de la catégorie des réseaux LPWAN (low power wide area network, ou réseau faible consommation longue portée en français).

Sigfox vs LoRa

Impossible de citer LoRa sans mentionner son principal concurrent, Sigfox. Alors que le premier est un réseau ouvert (open source), pouvant être développé et exploité par n'importe quelle entreprise dès lors qu'elle achète des puces LoRa, le second est propriétaire. Il a été développé et est déployé dans le monde entier par l'entreprise toulousaine éponyme. Pour accélérer l'installation de l'infrastructure télécom qui supporte son réseau, Sigfox tisse des partenariats avec des opérateurs qui déploient ses antennes sur le terrain. Il existe d'autres types de réseaux LPWAN, comme celui du français Qowisio.

Aujourd'hui, Sigfox est présent dans plus de 32 pays, alors que les opérateurs LoRa construisent encore des accords de roaming pour permettre aux données IoT de transiter à l'international. Mais cette situation est temporaire. Par ailleurs, la géolocalisation sans GPS en LoRa est plus précise (de 20 à 100 mètres en fonction du nombre d'antennes) que celle de Sigfox (de 10 à moins de 1 kilomètre), même si elle est plus gourmande en énergie. Il n'y a pas une solution meilleure que l'autre a priori, tout est affaire de compromis.

LoRa en France

La technologie de modulation des ondes radios qui a permis de développer le réseau LoRa a été créée par des ingénieurs français, salariés de la start-up grenobloise Cycleo. L'entreprise, fondée en 2009, a été rachetée en 2012 pour 21 millions de dollars par le spécialiste américain des semi-conducteurs Semtech. Les deux sociétés avaient des portefeuilles de brevets très complémentaires. Les deux dirigeants de Cycleo, François Sforza et François Hede, ont rejoint le groupe outre-Atlantique. Le réseau LoRa est né de cette acquisition. Semtech détient la propriété intellectuelle des puces LoRa qui doivent être fixées sur les objets connectés pour qu'ils communiquent sur le réseau. Leurs fabricants lui versent des royalties.

Alliance LoRa

Pour promouvoir sa technologie, Semtech a créé en mars 2015 l'alliance LoRa. Elle comptait en juin 2017 plus de 500 entreprises membres, dont les géants américains IBM et Cisco et le chinois Alibaba. En multipliant le nombre d'opérateurs et d'utilisateurs de sa techno, Semtech espère qu'elle deviendra le principal réseau LPWAN et qu'elle s'imposera comme le standard de fait du marché. L'alliance LoRa est présidée par l'expert des télécoms Geoff Mulligan, ancien consultant pour de nombreuses entreprises du Fortune 500 et ex-directeur technologique du spécialiste de l'automatisation Invensys (racheté par le géant français Schneider Electric en 2014 pour 3,8 milliards d'euros). L'organisation certifie les capteurs et autres objets connectés embarquant LoRa fabriqués par ses adhérents.

Bouygues et Orange

Bouygues Telecom est l'un des membres fondateurs de l'alliance LoRa. Le groupe a lancé en juin 2015 son premier réseau LoRa, après avoir réalisé pendant 16 mois une série de tests à Grenoble avec ses partenaires Semtech, Sagemcom, Eolane, Adeunis et Kerlink. Le groupe a créé en février 2016 Objenious, une filiale dédiée à l'IoT qui commercialise ses offres LoRa. Le géant des télécoms Orange a quant à lui commencé à déployer son réseau en septembre 2015 et a officiellement rejoint l'alliance LoRa en mai 2016.

En France, les deux opérateurs sont loin d'être les seuls à déployer un réseau LoRa, car les ondes radios sur lesquelles transitent les données IoT sont publiques. Une myriade d'entreprises installent des antennes et en louent les capacités d'utilisation à des tiers. Certains groupes déploient même de petits réseaux privés pour couvrir une zone X ou Y qui les intéresse (une usine ou un entrepôt où ils veulent collecter de la data par exemple).

A l'international, LoRa est en cours de déploiement dans de nombreux pays, comme les Etats-Unis (avec Senet et SemTech), la Belgique (Proximus et Wireless Belgie), la Suisse (Swisscom), les Pays-Bas (KPN), ou encore l'Afrique du Sud (Fastnet10). Un réseau LoRa open source baptisé The things network est en cours de déploiement dans 89 pays.

Couverture

Chaque opérateur LoRa dispose de son propre réseau et donc de sa propre carte de couverture. Avec plus de 4 000 antennes, Bouygues Telecom et sa filiale Objenious touchaient en janvier 2017 93% de la population française, soit plus de 30 000 communes (informations communiquées par le groupe). L'infrastructure d'Orange est pour l'instant moins développée : l'opérateur affirme en juin 2017 couvrir près de 4 000 communes et sites industriels tricolores. L'entreprise vise une couverture nationale d'ici la fin 2017. Les deux groupes tissent des accords de roaming avec des partenaires locaux pour permettre à leurs clients de faire transiter des données à l'international.

Portée

LoRa a une portée plus importante que les réseaux télécoms traditionnels. Pour couvrir la France, Objenious prévoit l'installation de 5 000 à 6 000 antennes. Cinq fois moins qu'Orange pour son réseau 3G, pour lequel l'opérateur a posé 28 000 stations de base dans l'Hexagone. La portée est tributaire du terrain sur lequel sont installées les antennes (relief, présence de bâtiments…). Un objet connecté en LoRa peut envoyer un message à une borne située à une distance d'environ 1 kilomètre en zone urbaine et à 20 kilomètres dans une zone rurale plane.

Applications LoRa

La technologie LoRa permet de faire transiter de petits paquets de données, comme des mesures prises par un capteur de température, d'humidité, ou encore de pression. Un compteur d'eau ou d'électricité peut par exemple envoyer une fois par jour un bilan de consommation, notamment pour permettre de réaliser des économies d'énergie. Cette technologie de communication peut être utile aux mairies qui veulent développer une smart city. En plaçant de petits détecteurs de vibrations sous la chaussée à différents points stratégiques, les villes peuvent par exemple savoir combien de véhicules passent à différentes heures de la journée et réorganiser leur plan de circulation plus intelligemment.

Attention, les appareils qui communiquent en LoRa ne sont pas reliés au réseau en permanence, pour éviter de consommer trop d'énergie. Ils s'allument périodiquement (une fois par semaine, chaque jour ou chaque heure, cela dépend de l'usage). Les data qui transitent en LoRa ne peuvent donc pas être de nature à être communiquées en urgence (des informations sur le bon fonctionnement d'un pacemaker par exemple).

Technologie

Pour déployer un réseau LoRa, les opérateurs publics ou privés installent des stations de base dotées d'antennes fabriquées par des équipementiers télécoms. Ces appareils doivent être reliés à Internet pour envoyer sur la toile les données qu'ils reçoivent, afin qu'elles puissent être consultées par les entreprises et les particuliers qui utilisent des objets connectés en LoRa. Les appareils intelligents situés à proximité de ces antennes sont équipés d'une puce LoRa, qui leur permet de se connecter périodiquement au réseau pour envoyer ou recevoir des informations.

Protocole LoRa

Le réseau LoRa émet en France sur la bande de fréquence 868 mégahertz et ses voisines proches. Elle utilise une technique de transmission radioélectrique avec étalement de spectre. Cela signifie que le signal radio est émis sur une grande largeur spectrale, pour limiter au maximum le risque d'interférence avec des signaux parasites. Cette technique de modulation est utilisée pour les communications spatiales et militaires. Ce protocole de communication permet d'envoyer des données en intérieur (indoor) et en sous-sol (deep indoor).

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