L'histoire édifiante de Loran et LoRaWAN

Confondre les technologies radio LoRaWAN et Loran est à vos risques et périls. Ces deux technologies constituent des histoires fascinantes illustrant la manière dont certaines technologies de connectivité et de communication deviennent victorieuses tandis que d'autres se transforment en reliques idéalisées. Alors que Loran a cédé sa place à des solutions basées sur satellites, LoRaWAN prend facilement le pas sur l'adoption des technologies NB-IoT, Sigfox et LTE-M pour certaines applications. Mais certains systèmes outsiders valent la peine d'être conservés comme solutions alternatives et solutions de secours robustes.

Il y a près de 20 ans, le département de la Sécurité intérieure des États-Unis a désactivé la navigation longue portée appelée Loran, et le pays s'est mis à utiliser principalement des radars et des systèmes de positionnement mondiaux basés sur satellites pour la navigation marine et aéronautique. Le système Loran, datant de la Seconde Guerre mondiale, utilisait un réseau mondial de tours au sol qui transmettaient de manière synchrone des signaux radio à des récepteurs. Ces derniers comparaient ensuite les heures d'arrivée des signaux au niveau des tours les plus proches afin de déterminer une position géographique avec une impressionnante précision.

De nombreux experts en sécurité et passionnés de communication ont pleuré la disparition de Loran, car cette technologie offrait une solution de navigation de secours terrestre simple et robuste, qui ne comportait aucune des vulnérabilités des systèmes basés sur satellites. Une solution de remplacement numérique baptisée eLoran n'a pas réussi à s'imposer.

Ironie du sort, la technologie appelée LoRaWAN (pour Long Range Wide Area Network, réseau étendu longue portée) écarte désormais d'autres technologies concurrentes dans son champ d'application.

Figure 1 : Lorsqu'elle était opérationnelle, la dernière itération de la technologie Loran (Loran-C) utilisait la gamme de fréquences de 90 à 110 kHz pour prendre en charge l'extraction de données. LoRaWAN utilise la gamme de fréquences de 863 à 928 MHz pour transmettre des données. (Source de l'image : Lisa Eitel)

LoRaWAN est une technologie de communication haute efficacité comparable à une sorte de Wi-Fi longue portée et à faible débit de données pour les dispositifs IoT dans les applications liées à l'agriculture, aux fournisseurs d'énergie et au suivi industriel. En bref, elle utilise des signaux sans fil du protocole de couche physique sur un spectre de fréquences restreint de 863 à 928 MHz (la fréquence exacte dépendant de la région) pour transmettre des données sur quelques kilomètres dans des zones urbaines et bien au-delà de 10 km dans des zones rurales. La modulation autour d'une fréquence centrale permet de transmettre des données en étant relativement à l'abri des interférences, même sur plusieurs kilomètres et en traversant différentes structures.

L'adoption industrielle et gouvernementale a été régulière, en particulier ces dix dernières années. Les solutions LoRaWAN basées sur LoRa peuvent s'avérer plus rentables que des solutions basées sur des réseaux cellulaires, en partie parce que la technologie LoRaWAN ne dépend pas des satellites dans l'espace pour fonctionner. Par ailleurs, ses composants réseau sont abordables, tout comme l'ajout de fonctionnalités LoRaWAN à des dispositifs. En effet, l'utilisation par les technologies LoRa de fréquences radio sans licence signifie que les fournisseurs de composants peuvent déployer des solutions sans être confrontés aux limites réglementaires des autres solutions.

Figure 2 : Les puces RF sub-GHz SX1250 fonctionnent avec le moteur en bande de base SX1302 de Semtech pour permettre aux ingénieurs de concevoir des passerelles pour des réseaux LoRa maillés locaux ou point à point, ou pour des réseaux LoRaWAN plus puissants à portée étendue. Elles couvrent n'importe quelle bande de fréquences inférieure à 1 GHz pour prendre en charge l'utilisation de diverses bandes sans licence utilisées pour les applications IoT. (Source de l'image : Semtech Corp.)

Dans une revanche sur les modestes systèmes terrestres, la domination accrue de LoRaWAN dans les communications IoT sans fil a évincé les technologies NB-IoT (Narrowband IoT) et LTE-M dans certaines applications. En fait, LoRaWAN semble l'avoir également emporté sur Sigfox.

Figure 3 : En utilisant une technique de modulation LoRa, cet émetteur-récepteur RF maintient une sensibilité supérieure à -148 dBm. Cette sensibilité combinée à un amplificateur de puissance intégré de +20 dBm permet d'obtenir une solution rentable compatible avec de nombreuses applications. (Source de l'image : Semtech Corp.)

Les technologies NB-IoT et LTE-M utilisent un spectre sous licence et une transmission cellulaire pour transmettre des données jusqu'à 250 kbps et 1 Mbps, respectivement. Elles fonctionnent sur de longues portées tout en consommant à peine plus que les autres options de protocole IoT pour fournir une connectivité aux bâtiments intelligents, aux interfaces utilitaires, aux dispositifs électroniques corporels et aux dispositifs de suivi des actifs.

Tout comme LoRaWAN, la technologie Sigfox haute efficacité utilise un spectre sans licence pour communiquer des données à 100 jusqu'à 600 bps pour les applications intermittentes à faible débit de données comme la surveillance système, les systèmes d'alarme de machine à distance et le suivi de position simple. Mais l'adoption de Sigfox a pris du retard, ce qui a mis la technologie dans une situation financière délicate. L'entreprise UnaBiz, basée à Singapour, détient désormais Sigfox et a annoncé plusieurs nouveaux développements ces 12 derniers mois.

Heureusement, il n'y a jamais eu de défaillance majeure des satellites de communication, provoquée par un acte de sabotage intentionnel, des débris spatiaux ou d'autres événements météorologiques de l'espace impliquant les effets électromagnétiques des éruptions solaires comme des rayonnements et des orages magnétiques. Notre hyperdépendance à ces satellites pour la navigation n'a donc jamais été remise en question (tout comme l'abandon de la bonne vieille technologie Loran). La standardisation de LoRaWAN n'a pas non plus révélé de vulnérabilité flagrante. Néanmoins, cela bénéficie aux industries lorsque des systèmes sophistiqués comme Sigfox jouent le rôle de concurrents.