LoRa et LoRaWAN – Présentation

Les puces LoRa (comme les puces SX1276 et SX1278) sont des puces de communication bidirectionnelle longue distance (de 10m à 10km en fonction du mode de communication choisi et des obstacles). Cette technologie se veut simple, abordable et robuste aux perturbations (bruits, vibrations, déplacements) :

• La communication est en clair (pas de cryptage)
• La communication point à point n’est pas possible (les puces ne sont pas identifiables).
• La carte n’est pas identifiable (contrairement à l’ESP32)
• Il n’y a pas d’accusé de réception

Les paramètres de réglages sont les suivants :

• CRC : Si activé, le message transmis contient en plus code CRC afin que le récepteur détecte les erreurs.
• Fréquence (MHz): Dépend des lois du pays et de la puce LoRa utilisée :
  • USA : 915MHz (902 ~ 928)
  • Asie : 470MHz (470 ~ 510)
  • Europe : 868MHz (863 ~ 870)
• Facteur d’étalement (SF) : Augmente la portée au détriment du débit et de l’autonomie (de 6 à 12)
• Bande passante (kHz) : Augmente le débit au détriment de la portée et de l’autonomie (7.8, 10.4, 15.6, 20.8, 31.25, 41.7, 62.5, 125, 250, 500)
• Puissance de sortie du signal (dB) : Augmente la portée au détriment de l’autonomie (de 4 à 20 selon les puces)
• Sync Word (1 ou 2 octets) : Permet de différentier les communications LoRa (par défaut 0x34)
• Taux de code : Autre outil de vérification, nombre de bits utiles / nombre total de bits (4/5, 4/6, 4/7, 4/8)

Les cartes LoRa32 sont des cartes ESP32 équipés de puces de communication LoRa.

Le protocole LoRaWAN est un protocole de télécommunication adapté aux puces LoRa et conçu pour les IoT. Elle permet aux puces LoRa :

• De communiquer sur Internet
• De communiquer de manière sécurisée
• De confirmer la réception des messages
• D’être identifiable

Ce protocole exige l’utilisation de Gateways et d’un Serveur applicatif :

• La Gateway sert de passerelle réseau (LAN et / ou Internet) aux cartes LoRa
• Le Serveur applicatif identifie chaque carte LoRa et les rend accessibles aux applications tierces sur le réseau

Il existe deux procédures pour identifier une carte LoRa :

• OTAA (Over-The-Air Activation) : Le serveur délivre des identifiants (DevEUI, AppEUI, AppKey) à rentrer sur la carte LoRa. Une fois cette dernière démarrée puis reconnue, le serveur génère régulièrement des clés de chiffrement aléatoires que la carte devra mémoriser afin de communiquer avec ce dernier (NwkSKey, AppSKey). Cette méthode est plus sure.
• ABP (Activation By Personnalisation) : Les clés de chiffrement sont directement copiés sur le serveur (ou la Gateway) et la carte LoRa (NwkSKey, AppSKey, DevAddr). Ils ne changent pas au cours du temps. Si la Gateway prend en charge le ABP, cette méthode ne nécessite pas de serveur.

En Europe, une passerelle LoRaWAN doit au moins avoir trois canaux de fréquence (868.10, 868.30, 868.50, …) avec une bande passante de 125KHz.

Les paramètres régionaux pour l’Europe spécifient :

• 10 canaux de 125kHz ou 250kHz.
• Une puissance d’émission TXmax de +14dBm.
• Un débit compris entre 250bps et 11kbps
• Un bilan de liaison maximal de 155dB

Ainsi, on obtient avec ces paramètres le tableau suivant (dans le cas ou il y a peu, voire pas d’obstacles)

Spreading Factor	Bande passante (kHz)	Débit (bit/s)	Distance espérée
12	125	250	> 10km
11	125	440	> 8km
10	125	980	> 6km
9	125	1 760	> 4km
8	125	3 125
7	125	5 470
7	250	11 000
6	500	50 000

• https://fr.wikipedia.org/wiki/LoRaWAN
• https://www.frugalprototype.com/technologie-lora-reseau-lorawan/
• https://eduscol.education.fr/sti/sites/eduscol.education.fr.sti/files/ressources/pedagogiques/10864/10864-caracterisation-interface-radio-lor-vf.pdf
• https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-transceivers/sx1276
• https://josefmtd.com/2018/08/14/spreading-factor-bandwidth-coding-rate-and-bit-rate-in-lora-english/
• http://cedric.cnam.fr/~bouzefra/cours/cours_Lora.pdf