LoRaWAN : l'option de connectivité supérieure pour le suivi longue portée et à faible consommation d'énergie

12 octobre 2024
Études de cas IoT

1. Introduction

L'avènement de l'Internet des objets (IoT) a révolutionné le suivi des actifs, en fournissant des solutions innovantes pour surveiller et gérer efficacement les ressources. Parmi les différentes technologies de connectivité disponibles, LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) se distingue comme un choix optimal pour les usines, les ports, les campus, les parkings, les hôpitaux et même les projets de suivi à l'échelle nationale. Cet article explore les avantages de LoRaWAN, en particulier dans le contexte d'un parking, d'une usine, d'un entrepôt ou du suivi du bétail, et démontre pourquoi il s'agit de la meilleure technologie de connectivité pour de telles activités.

2. Avantages de LoRaWAN

2.1 Couverture longue portée

La technologie LoRaWAN est réputée pour ses capacités de couverture étendues, s'étendant sur plusieurs kilomètres. Cela est particulièrement avantageux pour un parking où les voitures peuvent être dispersées sur de grandes surfaces, y compris des bâtiments, des espaces ouverts et des emplacements éloignés. La capacité à couvrir de longues distances garantit que les dispositifs de suivi peuvent communiquer efficacement avec les passerelles, quel que soit leur emplacement.

Distance de communication du tracker de badge Lansitec :
· 5 km à SF9 avec quelques bâtiments et bois entre la passerelle et le tracker.
· 19 km à SF9. La passerelle se trouve sur un bâtiment de 30 m de haut sur la côte et le tracker se trouve sur un navire

Passerelle Bluetooth solaire :
· 3 km @SF9 avec quelques bâtiments et bois entre la passerelle et le tracker.

La distance peut être plus longue en augmentant le SF à 10, 11 ou 12.
Pour en savoir plus sur la couverture LoRaWAN, veuillez consulter «Quels sont les facteurs affectant la portée LoRaWAN dans l'IoT?”

La fonction de couverture longue portée rend LoRaWAN idéal pour les projets de suivi suivants :
· Suivi des véhicules et des clés dans les parkings des concessionnaires
· Suivi des pêcheurs et des travailleurs en haute mer

2.2 Faible consommation d'énergie

L’un des principaux avantages du LoRaWAN est sa faible consommation d’énergie. Les appareils utilisant le LoRaWAN peuvent fonctionner pendant de longues périodes avec une seule charge de batterie ou une petite batterie non rechargeable, ce qui est essentiel pour les applications de suivi où le remplacement fréquent des batteries serait peu pratique. Cette fonctionnalité réduit les coûts de maintenance et assure une surveillance continue du personnel, des véhicules et des actifs sans interruption.

Le faible courant TX et RX par rapport au réseau cellulaire réduit également le besoin de puissance de la batterie, ce qui nous permet d'avoir plus d'options de batterie.

Microcontrôleur : nRF52832
LoRa RF : SX1262
SF9
Taille des données : 9 octets
Message confirmé
Courant TX moyen du système : 110,78 mA
Courant RX moyen du système : 4,97 mA
Consommation totale d'énergie : 16,01 mC, 0,00445 mAh

2.3 Rentabilité

LoRaWAN est une solution abordable pour le suivi des actifs. La technologie ne nécessite pas d'infrastructure coûteuse, ce qui la rend accessible à tous les projets aux budgets limités. Elle utilise la bande ISM, qui est libre d'utilisation dans le monde entier afin que chacun puisse construire son propre LPWAN.

Le réseau LoRaWAN présente de faibles coûts d'exploitation, comme des remplacements de batterie minimes, diverses passerelles LoRaWAN et serveurs réseau (NS) à différents coûts, et des frais de transmission de données faibles, ce qui améliore encore sa rentabilité. Certaines passerelles LoRaWAN disposent d'un serveur réseau intégré, ce qui est idéal pour les petits projets.

Nous pouvons également trouver des options supplémentaires auprès de divers fournisseurs, notamment les fabricants d'appareils, les NS et les fournisseurs d'APP dans LoRa Alliance, pour optimiser notre solution.

2.4 Diversité du réseau

L’un des principaux avantages de LoRaWAN est que chacun peut créer son propre réseau LoRaWAN sur site ou dans le cloud pour différents types de projets. En plus d’un réseau privé, les utilisateurs peuvent exploiter les réseaux nationaux existants dans des pays comme la France, la Belgique et les Pays-Bas. Ces réseaux établis offrent une couverture et une infrastructure complètes pour les appareils compatibles LoRaWAN.

Pour ceux qui recherchent une approche plus décentralisée, Helium offre une alternative intéressante. Le réseau d'Helium fonctionne à l'échelle mondiale et s'appuie sur un réseau distribué de points d'accès gérés par des utilisateurs individuels. Ce modèle décentralisé permet une couverture plus large et une plus grande flexibilité, ce qui en fait un choix attrayant pour les applications IoT (Internet des objets) dans le monde entier.

La communication par satellite LoRaWAN offre un autre moyen de suivre le bétail, les véhicules et les conteneurs. Elle comprend certaines fonctionnalités uniques :

Couverture mondiale : La connectivité par satellite garantit que les appareils LoRaWAN peuvent communiquer depuis pratiquement n'importe où sur Terre, même dans les zones reculées ou rurales dotées d'une infrastructure de réseau terrestre limitée.
Évolutivité : Les réseaux satellites LoRaWAN peuvent accueillir un grand nombre d’appareils, ce qui les rend adaptés aux déploiements IoT à grande échelle.
Rentable : Les solutions satellite LoRaWAN offrent souvent une alternative plus rentable aux technologies de communication par satellite traditionnelles.
Fiabilité: La communication par satellite offre un niveau élevé de fiabilité et de résilience, même dans des environnements difficiles.

Les utilisateurs peuvent même utiliser la communication peer-to-peer (en plus de LoRaWAN) dans les cas où seuls quelques appareils et un réseau simplifié sont nécessaires, comme un système d’alerte et de suivi des pêcheurs.
Ainsi, le réseau LoRaWAN est flexible et peut être aussi petit qu'un navire pour suivre les marins et les pêcheurs, ou national pour suivre conteneurs, palettes, et des actifs locatifs.

2.5 Capacité du réseau

La capacité du réseau n'est pas un problème dans la plupart des systèmes de surveillance, car la fréquence des rapports est faible, de quelques minutes à quelques heures, ou peut être déclenchée par un événement. Cependant, dans un projet de suivi, les utilisateurs souhaitent suivre les actifs ou le personnel toutes les quelques secondes ou quelques minutes.

Exemple 1 :

Tracker GNSS : 750 pièces
Intervalle de rapport : 5 minutes
Taille des données : 9 octets
La capacité de la passerelle SF7, LoRaWAN est de 3,6%
La capacité de la passerelle SF8, LoRaWAN est de 7%
La capacité de la passerelle SF9, LoRaWAN est de 14%

Pour maximiser la capacité du réseau et minimiser la perte de paquets, il est préférable de maintenir le taux de capacité inférieur à 15%.

Exemple 2 :

Tracker GNSS : 50 pièces
Intervalle de rapport : 15 s
Taille des données : 9 octets
La capacité de la passerelle SF7, LoRaWAN est de 5%
La capacité de la passerelle SF8, LoRaWAN est de 10%
La capacité de la passerelle SF9, LoRaWAN est de 20%

Pour une évaluation détaillée de la capacité du réseau, veuillez vous référer à notre « Évaluation de la capacité du réseau LoRaWAN à 8 canaux », PN : 511-00054.

Comme nous pouvons le constater à partir des exemples 1 et 2, la capacité d'un réseau LoRaWAN est fonction de la densité de ses passerelles. Le facteur d'étalement (SF), la taille des données et la bande passante déterminent la capacité d'un réseau à une seule passerelle. Nous pouvons également étendre la capacité du réseau en ajoutant davantage de canaux de communication : de 8 à 16 canaux de liaison montante dans EU868 ou de 8 à 16 ou plus (jusqu'à 64) dans US915, AU915 et CN470. La capacité peut également être augmentée en ajoutant davantage de passerelles LoRaWAN.

Pour Passerelles Bluetooth et les capteurs statiques, l'utilisation d'un mécanisme de débit de données adaptatif (ADR) est essentielle. L'objectif principal de l'ADR est d'économiser la puissance de la batterie des nœuds d'extrémité LoRaWAN. Le fait que les nœuds d'extrémité les plus proches d'une passerelle transmettent en utilisant le facteur de propagation le plus bas minimise leur temps d'antenne et prolonge la durée de vie de leur batterie. Les capteurs plus éloignés transmettent avec un facteur de propagation plus élevé. Un compromis est fait entre la puissance de la batterie et la distance, étant donné qu'un facteur de propagation plus élevé permet à une passerelle de se connecter à des appareils plus éloignés

Cependant, pour un tracker mobile, il est préférable d'utiliser un débit de données fixe pour économiser de l'énergie pendant qu'il se déplace à différentes distances de la passerelle LoRaWAN. Le débit de données fixe maintient également une communication stable pour un appareil mobile, c'est-à-dire les trackers.

2.6 Itinérance et mobilité

Dans LoRaWAN, les nœuds terminaux ne sont pas connectés à une passerelle spécifique. Au lieu de cela, les données transmises par un nœud sont généralement reçues par plusieurs passerelles et transmises au serveur réseau central, où les messages sont vérifiés et transmis en toute sécurité à l'APP. L'intelligence et la complexité sont transférées aux serveurs réseau qui gèrent le réseau et filtreront les paquets redondants reçus, effectueront des contrôles de sécurité, programmeront les accusés de réception via la passerelle optimale, effectueront des débits de données adaptatifs, etc. Si le nœud est mobile ou en mouvement, il n'est pas nécessaire de passer le contrôle d'une passerelle à l'autre, ce qui est une fonctionnalité clé qui permet l'application de suivi des actifs.

2.7 Haute sécurité

La sécurité est une préoccupation primordiale dans tout projet de suivi, en particulier lorsqu'il s'agit de données sensibles. LoRaWAN utilise des normes de cryptage robustes, à savoir AES-128, pour garantir que les données transmises entre les appareils et les passerelles sont sécurisées et protégées contre tout accès non autorisé. Ce niveau de sécurité élevé est essentiel pour maintenir l'intégrité et la confidentialité des informations de suivi.

2.8 Taille de la charge utile, débit de données et latence

LoRaWAN offre un profil de transmission de données polyvalent avec une charge utile d'application maximale de 11 à 242 octets (selon la bande de fréquence et le facteur d'étalement), des débits de données allant de 255 bps à 50 kbps et une latence généralement mesurée en secondes en fonction du paramètre RECEIVE_DELAY). Bien que ces paramètres ne surpassent pas toujours NB-IoT, CAT-M ou Cat-1 dans tous les aspects, ils sont bien adaptés à de nombreuses applications de suivi.

3. Études de cas et mises en œuvre pratiques

3.1 Voitures et clés sur le parking des concessionnaires

Solution B-Mobile® de Lansitec combine des balises Bluetooth et une passerelle Bluetooth avec LoRaWAN pour fournir des capacités de suivi transparentes des voitures et des clés. Voici comment cela fonctionne :

Balises Bluetooth:Ces petits dispositifs peuvent être attachés aux clés et accrochés aux rétroviseurs. Ils signalent en permanence leur présence.
Passerelles Bluetooth:Les passerelles Bluetooth placées de manière stratégique détectent ces balises lorsqu'elles entrent dans leur portée. Ces passerelles transmettent ensuite les données des balises (majeures, mineures, état de la batterie et RSSI) sur les réseaux LoRaWAN.
LoRaWAN: Offre un suivi à grande portée et à faible consommation d'énergie. Avec une portée allant jusqu'à 5 km en zone urbaine et plus de 20 km en milieu rural, les passerelles LoRaWAN couvrent de vastes zones. La modulation Chirp Spread Spectrum assure la résilience aux interférences.

Avantages

Expérience client améliorée:Le suivi en temps réel améliore le service client lors des audits et des interactions.
Balise Bluetooth à longue durée de vie de la batterie:Les balises Bluetooth peuvent durer plus de 5 ans, garantissant un suivi persistant.
Passerelle Bluetooth solaire : La réception Bluetooth sur la passerelle Bluetooth peut recevoir en continu des balises à proximité et les signaler immédiatement à un réseau LoRaWAN. La faible consommation d'énergie permet à la passerelle Bluetooth de ne nécessiter aucune maintenance.

3.2 Suivi des conteneurs

Les utilisateurs peuvent déployer des passerelles LoRaWAN sur les ports entre les îles, les usines et les entrepôts pour fournir une connectivité transparente.

Suivi des conteneurs : Le Lansitec Suivi de conteneurs LoRaWAN offre une visibilité en temps réel pendant le transit entre les îles. Vous saurez toujours où se trouvent vos conteneurs, qu'ils soient sur des navires, des camions ou dans des parcs de stockage.
Fixez ces trackers aux palettes, aux machines ou à d'autres actifs dans les usines et les entrepôts. Surveillez les mouvements, optimisez les flux de travail et évitez les pertes ou les vols.
Surveillance de l'utilisation des machines : Suivez les habitudes d'utilisation des équipements. Identifiez les machines inutilisées ou détectez les anomalies de fonctionnement.
Gestion d'actifs : Qu'il s'agisse d'outils, de pièces de rechange ou d'inventaire précieux, ce tracker rationalise la gestion des actifs avec Bluetooth et transmet les informations via LoRaWAN.

3.3 Suivi des travailleurs

Le badge de suivi et le capteur de casque Lansitec peuvent être utilisés pour suivre les travailleurs sur un chantier de construction, une plate-forme pétrolière ou une éolienne en mer.

Suivi des badges

Le traceur de badge Lansitec est conçu sur la base des technologies GNSS, Bluetooth 5.0 et LoRa. Il prend en charge le suivi intérieur et extérieur. Le badge est principalement utilisé pour la gestion du personnel et des actifs.
Son accélérateur à 3 axes intégré peut être utilisé pour déterminer l'état de mouvement du terminal. Par conséquent, il peut aider à économiser la batterie et à améliorer l'expérience utilisateur.

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Capteur de casque

Le capteur de casque Lansitec est conçu sur la base des technologies GNSS, Bluetooth5.0 et LoRaWAN. Il prend en charge le suivi en intérieur et en extérieur.
Il prend en charge diverses fonctionnalités qui contribuent à une gestion facile dans les environnements industriels. Son accélérateur 3 axes intégré peut être utilisé pour déterminer l'état de mouvement du terminal. Par conséquent, il peut aider à économiser la batterie et à améliorer l'expérience utilisateur.

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3.4 Suivi de haute précision UWB

Le LoRaWAN peut être utilisé pour la synchronisation et la transmission de données dans un système de suivi UWB de haute précision. Les ancres déployées à 20 à 30 m de distance les unes des autres peuvent être alimentées par batterie pendant plus de 5 ans grâce à la faible consommation d'énergie du LoRaWAN. Les trackers équipés de LoRaWAN et UWB transmettent les informations de distance à une passerelle LoRaWAN pour que le serveur calcule sa position.
Dans cette solution de suivi UWB basée sur LoRaWAN, les ancres et les trackers sont alimentés par batterie, ce qui réduit considérablement l'effort de maintenance du déploiement.

N'hésitez pas à nous contacter pour obtenir plus d'informations sur la solution de tracking UWB basée sur LoRaWAN.

4. Conclusion

LoRaWAN s'avère être la meilleure technologie de connectivité pour un projet de suivi régional en raison de sa couverture longue portée, de sa faible consommation d'énergie, de sa rentabilité et de sa sécurité élevée. En exploitant LoRaWAN, les parkings, les ports maritimes, les hôpitaux et les chantiers de construction peuvent surveiller et gérer efficacement leurs actifs, garantissant ainsi une sécurité et une efficacité opérationnelle renforcées.