Qu'est-ce qu'une passerelle LoRaWAN et comment fonctionne-t-elle ?

Une passerelle LoRaWAN est un pont essentiel pour les réseaux IoT. Elle capte les signaux provenant d'appareils à faible consommation d'énergie et les transmet à un serveur central. Grâce à la technologie LoRa, ces passerelles permettent une communication longue portée sur de longues distances.

Cette configuration préserve la durée de vie de la batterie, permettant aux capteurs de fonctionner pendant des années. C'est le choix idéal en matière de connectivité pour les applications à grande échelle telles que l'agriculture intelligente, les infrastructures urbaines et les usines industrielles.

Avant d'entrer dans les détails techniques, voici les facteurs essentiels pour réussir le déploiement du LoRaWAN :

• Adaptez le matériel aux conditions météorologiques. Ne vous prenez pas la tête : utilisez des unités intérieures élégantes pour les bureaux, mais pour tout ce qui est industriel ou exposé, optez pour une passerelle extérieure robuste, certifiée IP67.
• Évitez les goulots d'étranglement au niveau des données. Évitez les unités monocanales pour les projets professionnels. Les passerelles multicanaux sont le seul moyen de gérer une densité élevée d'appareils sans perte de paquets.
• La surveillance n'est pas facultative. Vous ne pouvez pas simplement « la configurer et l'oublier ». Utilisez une plateforme de gestion pour détecter les interférences et maintenir votre connexion en bon état à mesure que vous évoluez.
• Jouez la carte du long terme en matière de coûts. La passerelle la moins chère est souvent la plus coûteuse si elle tombe en panne ou ne convient pas au site. Choisissez dès maintenant les spécifications adaptées afin de maintenir votre coût total de possession à un niveau bas.

Connecter l'inaccessible : qu'est-ce que LoRaWAN ?

Imaginez un capteur d'humidité enfoui dans un champ isolé ou un détecteur de fumée dans un immense entrepôt. Ces appareils LoRaWAN sont souvent situés à des kilomètres du signal Wi-Fi le plus proche, mais ils doivent envoyer des données pendant des années sans changement de batterie.

C'est là qu'intervient la passerelle LoRaWAN. Si vous vous demandez «qu'est-ce que LoRaWAN », la réponse la plus simple est qu'il s'agit d'un protocole sans fil longue portée et basse consommation conçu pour l'Internet des objets. La passerelle joue le rôle de pont essentiel dans cet écosystème. Elle « écoute » les signaux longue portée envoyés par vos capteurs LoRaWAN, les capte et relaie ces données en toute sécurité vers un serveur central.

Grâce à la technologie LoRaWAN, cette configuration permet de combler les lacunes que les réseaux cellulaires ou Wi-Fi traditionnels ne peuvent tout simplement pas atteindre. Qu'il s'agisse de surveiller une ferme intelligente s'étendant sur des centaines d'hectares ou d'assurer la sécurité incendie dans une usine de béton, la passerelle LoRaWAN est la référence en matière de communication fiable et longue distance.

Pourquoi c'est la solution privilégiée :

• Efficacité à longue portée : transmet les données sur de longues distances tout en économisant la batterie des appareils finaux.
• Évolutivité : une solution rentable qui s'adapte à un nombre croissant d'appareils sans compromettre la fiabilité de la connexion.
• Performances éprouvées : les recherches indiquent une grande efficacité dans les bâtiments intelligents, les alarmes incendie et les systèmes énergétiques, même dans des conditions difficiles.

Pour des déploiements IoT, deux couches distinctes de la plateforme sont utilisées pour garantir un fonctionnement sans faille :

1. Chirpstack LNS: joue un rôle crucial dans la gestion des communications du réseau LoRaWAN et des interactions avec les terminaux.
2. Robustel RCMS: joue un rôle essentiel dans la surveillance des performances opérationnelles des passerelles qui alimentent ces réseaux. Ensemble, ces outils supervisent l'ensemble du réseau et améliorent la fonctionnalité globale des passerelles.

Comment Dfonctionnent fonctionnent les passerelles LoRaWAN?

Processus de communication

Les passerelles LoRaWAN sont essentielles à la communication IoT. Elles reçoivent les données des appareils et les envoient aux serveurs. Un appareil envoie un signal à l'aide de la modulation LoRa. La passerelle capte le signal et le prépare pour l'envoi.

Les passerelles peuvent gérer plusieurs appareils à la fois. Contrairement aux réseaux plus anciens, LoRaWAN utilise une configuration en étoile. Les appareils communiquent directement avec la passerelle, et non entre eux. Cette conception simplifie le transfert de données et fonctionne bien sur de longues distances.

Voici quelques chiffres de performance pour les passerelles LoRaWAN :

Métrique	Valeur
Nombre total de paquets transmis	100 % (référence)
Paquets uniques transmis	87.32%
Économies de bande passante (filtrer par identifiant de nœud)	12.68%
Économies de bande passante (filtrer par budget/paquets)	34.57%
Paquets transmis (filtrer par priorité de nœud)	19.88%

Ces chiffres montrent comment les passerelles permettent d'économiser de la bande passante tout en conservant un bon flux de données.

Liaison montante et liaison descendante

Dans LoRaWAN, la liaison montante et la liaison descendante sont les deux principaux chemins de données. La liaison montante envoie les données des appareils vers la passerelle. La liaison descendante envoie les données de la passerelle vers les appareils. La liaison montante est plus fréquente, par exemple lorsque les appareils envoient des données de capteurs. La liaison descendante est utilisée pour les commandes ou les mises à jour.

Différents protocoles gèrent différemment les liaisons montantes et descendantes. Voici une comparaison :

Protocole	Débit de données montant	Débit descendant	Latence
LoRaWAN	Faible	Faible	Sans objet
LTE-M	Jusqu'à 1 Mbps	384 Kbps	50 à 100 ms
NB-IoT	Jusqu'à 20 kbps	Inférieur à la liaison montante	Sans objet
Sigfox	Sans objet	Sans objet	Sans objet

LoRaWAN est idéal pour envoyer de petites quantités de données sur de longues distances. Il fonctionne bien pour l'agriculture et la surveillance environnementale. Mais il est plus lent et moins réactif que LTE-M ou NB-IoT, il n'est donc pas idéal pour les tâches en temps réel.

Connectivité de raccordement

Connectivité de raccordement relie la passerelle au serveur réseau. Cette connexion envoie les données des appareils au serveur pour analyse. Les passerelles utilisent pour cela des réseaux Ethernet, Wi-Fi ou cellulaires, selon l'endroit où elles sont installées.

Les passerelles LoRaWAN ont trois classes de fonctionnement permettant d'équilibrer puissance et vitesse :

Classe opérationnelle	Description	Consommation électrique	Latence
Classe A	Communication bidirectionnelle à faible consommation d'énergie.	Le plus bas	Supérieur
Classe B	Heures de réception prévues.	Modéré	Modéré
Classe C	Toujours ouvert pour recevoir, délai minimal.	Le plus élevé	Le plus bas

La classe A permet d'économiser le plus d'énergie, ce qui est idéal pour les appareils fonctionnant sur batterie. La classe C est la mieux adaptée aux tâches rapides, comme le travail en usine. Choisir la bonne classe permet à la passerelle de mieux répondre à vos besoins.

Serveur réseau LNS LoRaWAN

Le serveur réseau LoRaWAN (LNS) est le centre de contrôle du système. Il gère le flux de données entre les appareils IoT et les serveurs d'applications. Lorsqu'une passerelle reçoit les données d'un appareil, le LNS les traite. Il envoie ensuite les données au serveur d'applications approprié en toute sécurité.

Il existe différentes façons de configurer un LNS. Un LNS intégré comme Chirpstack LNS combine le serveur et la passerelle, ce qui est simple pour les petits réseaux. Un LNS basé sur le cloud permet un accès à distance et fonctionne bien pour les grands réseaux. Les configurations LNS sur site offrent un contrôle total sur la sécurité et la personnalisation. Cela vous permet d'ajuster le serveur en fonction de vos besoins en termes de coût, de sécurité et de taille.

Les outils LNS modernes, tels que le serveur réseau Loriot LoRaWAN, améliorent l'évolutivité et la communication. Ces fonctionnalités facilitent la gestion des réseaux comportant de nombreux appareils. Que votre projet soit de petite ou de grande envergure, ces outils garantissent un traitement fluide des données et des performances fiables.

Le LNS comprend également des fonctionnalités importantes telles que l'authentification des appareils, le chiffrement des données et le débit adaptatif (ADR). L'ADR modifie le débit en fonction de la distance entre les appareils et la passerelle. Cela permet d'économiser la batterie et de réduire le trafic réseau.

Choisir la bonne configuration LNS aide votre réseau LoRaWAN à se développer et à fonctionner efficacement à mesure que votre système IoT s'étend.

Composants d'une passerelle LoRaWAN

A passerelle LoRaWAN comporte plusieurs éléments qui fonctionnent ensemble. Ces éléments permettent aux appareils IoT de se connecter au serveur réseau. La connaissance de ces éléments permet de comprendre comment la passerelle prend en charge le système LoRaWAN.

Système hôte

Le système hôte est comme le cerveau de la passerelle. Il traite les données provenant des appareils et les envoie au serveur. Ce système comprend un processeur, une mémoire et un espace de stockage. Sa vitesse influe sur le bon fonctionnement de la passerelle.

Les ingénieurs testent le système hôte à l'aide de contrôles de performance. Ces tests montrent comment il traite les données et maintient la stabilité du réseau. Voici quelques mesures courantes :

Métrique	Ce qu'il mesure
Taux de livraison des paquets	Nombre de paquets envoyés reçus, indiquant la puissance du réseau.
Utilisation du processeur	Le niveau d'activité du processeur, indiquant la charge du système.
Utilisation de la mémoire	La quantité de mémoire utilisée est importante pour un fonctionnement fluide.
Temps d'exécution	Durée des tâches, indiquant la vitesse du système.
Collisions	Lorsque les signaux se chevauchent et provoquent une perte de données, ce qui affecte les performances.

Un bon système hôte consomme peu d'énergie, ce qui est essentiel pour l'IoT. Choisissez des systèmes offrant un taux de livraison des paquets élevé et une faible utilisation du processeur pour une meilleure communication.

Concentrateur LoRa

Le concentrateur LoRa est le cœur de la passerelle. Il capte les signaux des appareils, les décode et envoie les données au système hôte. Contrairement aux émetteurs-récepteurs basiques, il gère plusieurs canaux à la fois. Cela le rend idéal pour les configurations IoT de grande envergure.

Des études montrent que l'emplacement et la manière dont vous placez le concentrateur ont leur importance. Par exemple :

Ville	Détails de la saisie des données	Informations sur le paquet
Liège	Un mauvais placement a entraîné davantage de paquets descendants.	Plus de paquets descendants que de paquets ascendants.
Graz	Similaire à Liege, avec un accent sur les paquets descendants.
Vienne	Un bon placement a permis d'obtenir un mélange de types de transmission.	Les paquets descendants étaient courants ; les messages étaient vérifiés pour détecter les erreurs.
Brno	Balises de classe B trouvées, ajout de détails sur l'emplacement.

Un bon concentrateur gère efficacement le trafic montant et descendant. Choisissez-en un qui prend en charge plusieurs canaux et vérifie les erreurs.

Antennes

Les antennes aident la passerelle à envoyer et à recevoir des signaux à grande distance. Elles influent sur la qualité de la connexion des appareils à la passerelle. La plupart des passerelles utilisent des antennes qui envoient des signaux dans toutes les directions, ce qui convient aussi bien aux villes qu'aux zones rurales.

Lorsque vous installez des antennes, tenez compte de leur hauteur, de leur orientation et des interférences. Une installation en hauteur permet d'éviter les obstacles et d'augmenter la puissance du signal. Les antennes résistantes aux intempéries fonctionnent mieux à l'extérieur.

Les antennes contribuent également à développer votre réseau IoT. Une antenne puissante peut couvrir une plus grande surface et connecter davantage d'appareils. Cela permet de réaliser des économies en réduisant le besoin de passerelles supplémentaires.

Types de passerelles LoRaWAN

Passerelles intérieures vs passerelles extérieures

Lorsque vous choisissez une passerelle LoRaWAN, pensez à son emplacement. Les passerelles intérieures sont petites et fonctionnent bien dans les maisons ou les bureaux. Elles couvrent environ 500 mètres et prennent en charge 100 à 500 appareils. Pour chaque tranche de 100 appareils ajoutés, la vitesse de transmission des données augmente de 37 kbps. Cependant, le taux de réussite des paquets peut légèrement baisser lorsque les alarmes utilisent des facteurs de diffusion, avec une marge d'erreur de seulement 1,186 %.

Les passerelles extérieures (passerelles + boîtier IP67) sont plus résistantes et supportent les intempéries. Elles couvrent jusqu'à 10 kilomètres et prennent en charge 500 à 2 000 appareils avec quatre passerelles. La vitesse de transmission des données est améliorée de 16,60 % par rapport à une seule passerelle, soit un gain de 37 bps par 100 appareils. Les passerelles extérieures améliorent également le taux de réussite des transmissions. Les appareils classiques voient leur efficacité améliorée de 16 % et les alarmes atteignent un taux de réussite de 98,45 %, même en cas d'utilisation intensive.

Passerelles monocanales vs passerelles multicanaux

Le nombre de canaux influe sur le nombre d'appareils qu'une passerelle peut gérer. Les passerelles à canal unique sont moins chères et plus simples. Elles conviennent aux petits projets ou aux tests, mais ne peuvent gérer qu'une seule fréquence à la fois. Cela limite leur utilisation dans les réseaux plus importants.

Les passerelles multicanaux sont plus adaptées aux grandes installations IoT. Elles gèrent plusieurs fréquences à la fois, ce qui les rend idéales pour les usines ou les villes. Ces passerelles assurent une communication stable, même avec un grand nombre d'appareils. Si vous souhaitez étendre votre réseau, optez pour une passerelle multicanaux.

Déploiement et installation

Options de déploiement

Lors de la configuration d'une passerelle LoRaWAN, vous pouvez faire votre choix en fonction de votre projet. Dans le domaine agricole, des entreprises telles que Netafim utilisent LoRaWAN pour contrôler l'humidité du sol et les conditions météorologiques. Cela permet d'économiser l'eau et d'améliorer l'irrigation. The Things Network utilise également LoRaWAN pour surveiller la qualité de l'air et de l'eau dans l'environnement.

Dans les usines, la plateforme LoRaWAN de KORE, KORA, améliore la sécurité. Elle utilise des capteurs sans fil sur les grues pour prévenir les pannes. Les entreprises de services publics utilisent KORA pour vérifier les niveaux de gaz dans les réservoirs. Cela garantit un service rapide et moins de retards. Pour le suivi des véhicules, les passerelles LoRaWAN permettent de mieux gérer les données, ce qui facilite les opérations.

Ces exemples montrent à quel point LoRaWAN est flexible. Il permet d'économiser l'eau dans les exploitations agricoles ou de rendre les usines plus sûres.

Conseils d'installation

Il est important d'installer correctement votre passerelle LoRaWAN. Suivez ces étapes pour la configurer correctement :

1. Placez la passerelle à un endroit où il y a peu d'obstacles pour une meilleure portée.
2. Utilisez le logiciel ou l'outil Web pour configurer la passerelle.
3. Connectez vos appareils et capteurs LoRa à la passerelle.
4. Vérifiez régulièrement les performances de la passerelle afin de garantir sa stabilité.
5. Testez la puissance du signal et les débits de données pour garantir un bon fonctionnement.
6. Surveillez l'utilisation de la bande passante pour éviter les ralentissements du réseau.

Pour obtenir des mises à jour en temps réel, utilisez le tableau de bord de la passerelle. Il affiche les statistiques de performance et les détails du trafic LoRa. La page Statistiques LoRa fournit davantage d'informations sur le réseau, ce qui vous aide à ajuster les paramètres.

Contrôles de performance

Après la configuration, testez la passerelle pour vérifier son bon fonctionnement. Des études montrent que de meilleurs algorithmes peuvent réduire les retards de 26 %, économiser 12 % d'énergie et prolonger la durée de vie des réseaux de 14%. Ces changements contribuent à la fiabilité de votre système LoRaWAN.

Les performances dépendent de l'appareil et de l'emplacement. Par exemple :

Dispositif	Efficacité de la zone 1	Efficacité de la zone 2	Efficacité de la zone 3 (itinéraire 2)	Efficacité de la zone 3 (itinéraire 1)	Efficacité de la zone 3 (itinéraire 3)
Arduino	~100%	Mieux que les RAK	70%	25%	25%
Poutre en T	Meilleure performance	Meilleure performance	Meilleure performance	Sans objet	Sans objet

Vérifier régulièrement ces chiffres vous aide à détecter les problèmes et à maintenir la robustesse de votre réseau LoRaWAN.

Choisir la bonne passerelle LoRaWAN

Couverture et évolutivité

Lorsque vous choisissez une passerelle LoRaWAN, tenez compte de sa zone de couverture et de sa capacité en termes d'appareils. La couverture dépend de la qualité de l'antenne, de la puissance du signal et des obstacles à proximité. L'évolutivité garantit que la passerelle peut prendre en charge davantage d'appareils à mesure que votre réseau se développe.

Voici les indicateurs clés à vérifier :

• Taux de réception des paquets (PRR): indique le nombre de paquets reçus avec succès.
• Temps de confirmation des messages: mesure la rapidité avec laquelle les messages sont confirmés.
• Indicateur de puissance du signal reçu (RSSI): indique la puissance du signal au niveau du récepteur.
• Rapport signal/bruit (SNR): compare la clarté du signal au bruit de fond.

Une étude réalisée à l'aide de LoRaSim a montré que l'ajout de passerelles améliore l'évolutivité. Les schémas de transmission dynamiques fonctionnent mieux pour les grands réseaux que les schémas statiques. Cela permet de garantir la fiabilité des communications à mesure que votre système IoT se développe.

Description des preuves	Principales conclusions
Analyse de l'évolutivité de LoRaSim	Les configurations dynamiques s'adaptent mieux que les configurations statiques.
Optimisation de l'allocation SF	Améliore le taux de réussite des paquets et réduit les interférences.

Considérations environnementales

L'environnement influe sur le bon fonctionnement de votre passerelle. Les passerelles intérieures sont idéales pour les bureaux ou les habitations. Les passerelles extérieures sont plus résistantes et supportent mieux les intempéries et les espaces ouverts.

Pour une utilisation en extérieur, choisissez des passerelles dotées de boîtiers résistants aux intempéries et d'antennes puissantes. Par exemple, le Robustel R1520LG est durable et offre plusieurs options de liaison, ce qui le rend idéal pour les environnements difficiles. Placez la passerelle en hauteur pour éviter les obstacles et améliorer la portée du signal.

Si votre projet est soumis à des conditions extrêmes, choisissez une passerelle dotée de protections supplémentaires. Cela garantit son bon fonctionnement, qu'il s'agisse de surveiller des cultures ou de gérer des appareils industriels.

Budget et exigences techniques

Votre budget et vos besoins techniques vous aideront à choisir la passerelle LoRaWAN qui vous convient. Les réseaux privés coûtent plus cher à l'achat (CAPEX), mais permettent de réaliser des économies à long terme (OPEX). Les réseaux publics sont moins chers à l'achat, mais peuvent entraîner des frais d'utilisation plus élevés.

Les dépenses d'investissement comprennent les coûts liés aux biens immobiliers, aux équipements et à l'installation:
∑Ccapex = Cprop + Csus + Cbld + Cres + Ccap-oth − Cdis − Csell

Les OPEX couvrent les frais, l'énergie et la maintenance au fil du temps :
∑Copex = t · (Cfee + Cenr + Crent1 + Crent2 + Cope-oth)

Si vous avez besoin de fonctionnalités avancées telles que l'informatique de pointe ou la prise en charge multicanal, investissez dans une passerelle haute performance telle que la Robustel R1520LG. Elle prend en charge des outils tels que Docker, Node-RED et MQTT, ce qui la rend idéale pour les projets IoT complexes. En trouvant le bon équilibre entre coût et fonctionnalités, vous êtes sûr d'obtenir le meilleur rapport qualité-prix.

Les passerelles LoRaWAN sont essentielles pour les réseaux IoT, car elles permettent aux appareils de communiquer sur de longues distances tout en consommant peu d'énergie. Elles servent de lien principal pour l'envoi et la réception de données, assurant ainsi une connexion fluide entre les appareils. Grâce à des fonctionnalités telles que le débit de données adaptatif et la prise en charge multicanal, ces passerelles permettent d'économiser de l'énergie et de gérer plus efficacement un plus grand nombre d'appareils. Elles sont abordables et idéales pour le suivi en temps réel, ce qui les rend parfaites pour les grands projets. À mesure que l'utilisation de l'IoT se généralise, les passerelles LoRaWAN continueront d'améliorer les villes et les industries intelligentes en fournissant une communication solide et évolutive.

Conclusion : pourquoi la passerelle LoRaWAN est votre point d'ancrage IoT

En fin de compte, une passerelle LoRaWAN est le pilier de l'ensemble de votre opération. C'est le pont qui transforme un champ dispersé d'appareils LoRaWAN en un réseau unique et cohérent.

Lorsque vous choisissez de déployer la technologie LoRaWAN, vous investissez dans trois piliers fondamentaux :

• Couverture massive : la distance n'est plus un obstacle.
• Économie opérationnelle : il est conçu pour les grands projets IoT qui doivent respecter un budget limité.
• Une croissance à l'épreuve du temps : construisez en toute confiance, sachant que votre réseau peut passer de quelques dizaines de capteurs à des milliers de nœuds de manière transparente.

Que vous sécurisiez une ville intelligente ou optimisiez une chaîne logistique mondiale, le choix de la passerelle appropriée fait toute la différence.

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Foire aux questions

Q1 : Quelle est la portée d'une passerelle LoRaWAN ?

A1 : La passerelle LoRaWAN peut couvrir une distance de 2 à 15 kilomètres dans les zones rurales. En ville, elle couvre une distance de 500 mètres à 5 kilomètres. La portée dépend de la qualité et de l'emplacement de l'antenne.

💡 Astuce : placez la passerelle en hauteur pour améliorer sa portée et réduire les interférences.

Q2 : Combien d'appareils une passerelle LoRaWAN peut-elle prendre en charge ?

A2 : Une passerelle peut connecter des milliers d'appareils. Les passerelles multicanaux fonctionnent mieux pour les grands réseaux. Le nombre exact dépend de la conception et de la configuration de la passerelle.

Q3 : Puis-je utiliser une passerelle LoRaWAN à l'intérieur ?

A3 : Oui, les passerelles intérieures sont conçues pour les maisons et les bureaux. Elles sont petites et faciles à installer. Mais leur portée est plus courte que celle des passerelles extérieures, qui sont mieux adaptées aux grands espaces.

Q4 : Les passerelles LoRaWAN nécessitent-elles un accès à Internet ?

R4 : Oui, les passerelles ont besoin d'Internet pour envoyer des données au serveur. Elles utilisent pour cela les réseaux Ethernet, Wi-Fi ou cellulaires 4G/5G. Choisissez l'option qui convient à votre emplacement.

Q5 : Comment entretenir une passerelle LoRaWAN ?

A5 : Vérifiez régulièrement les performances de la passerelle à l'aide de son tableau de bord ou de sa plateforme de gestion des appareils basée sur le cloud. Surveillez les indicateurs tels que la puissance du signal et la livraison des paquets. Mettez à jour le micrologiciel pour qu'il continue de fonctionner avec les nouveaux appareils.

🔧 Remarque : un entretien régulier permet de prolonger la durée de vie de la passerelle et d'améliorer son fonctionnement.

À propos de l'auteur
Yang Tao | Fondateur et PDG

Robustel Yang Tao a fondé Robustel en 2010 avec pour objectif de simplifier la connectivité industrielle. Aujourd'hui, il dirige une équipe internationale de plus de 300 experts et fournit des solutions IoT critiques à plus de 100 pays.

Fervent défenseur de l'excellence technique, Yang consacre 15 % du chiffre d'affaires à la R&D et exploite une usine intelligente 5G propriétaire. Son engagement en faveur de la sécurité est soutenu par des certifications de classe mondiale (IEC 62443, ISO 27001), garantissant que le matériel de Robustel est aussi sûr qu'innovant.