Couverture ElectroniqueS n°127

Sous la forme d'accords passés avec Semtech, Microchip et STMicroelectronics ont officiellement apporté leur soutien à la technologie LoRa, afin de favoriser l'émergence des réseaux radio longue portée et basse consommation notamment destinés à l'Internet des objets. L es réseaux de communication radio longue portée et basse consommation, tels ceux s'appuyant sur les technologies Sigfox ou LoRa, pour ne parler que de celles-ci, conquièrent inexorablement de nouveaux territoires. Un LPWAN ( Low-Power Wide Area Network ) constitue en effet une alternative moins onéreuse et peu énergivore aux réseaux mobiles traditionnels, qui apparaissent disproportionnés lorsque les débits de données mis en jeu sont plus que modestes (souvent moins de 1kbit/s). Pour remplir les objectifs de coût, de consommation et de portée des transmissions (on parle ici d'une couverture de quelques kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres selon l'environnement), les approches technologiques, mais aussi les modèles économiques, retenus pour les réseaux Sigfox et LoRa s'opposent. Les comparaisons vont bon train sur la toile pour vanter les mérites ou la prédominance de l'une ou l'autre technologie, en fonction de l'application et des caractéristiques spécifiques de l'environnement considéré. D'un côté, un réseau Sigfox met en œuvre un procédé de transmission en bande ultra-étroite (UNB, Ultra Narrow Band ), dans les bandes de fréquence sans licence sub-GHz. Pour l'heure, il s'agit de la bande européenne des 868 MHz et celle des 915 MHz (902-928 MHz) en usage aux Etats-Unis. Le débit de données est de 100bits/s en Europe et de 600bits/s aux Etats-Unis. Pour ce qui est des circuits, Sigfox est un opérateur qui met sans frais son IP à la disposition des fournisseurs de puces et de modules. Des transceivers RF et des SoC sont ainsi proposés par Texas Instruments, Silicon Labs, Atmel et Axsem (une société acquise l'an dernier par ON semiconductor). L'offre en modules émane quant à elle de spécialistes tels qu'Adeunis RF, ATIM, Nemeus, Radiocrafts, Telecom Design, Telit… Dans le cas de LoRa ( Long Range ), il est fait appel à une technologie propriétaire, initialement développée par Cycleo, une société grenobloise fondée en 2009, tombée dans l'escarcelle de Semtech trois ans plus tard. Implantée au niveau de la couche physique, la modulation LoRa se satisfait de différents protocoles et topologies de réseaux (en étoile, point à point, maillé...). Le procédé d'étalement de spectre par modulation linéaire de fréquence, dit aussi par chirp ou CSS ( Chirp Spread Spectrum ), est différent des approches traditionnelles d'étalement de spectre par saut de fréquence (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum ) ou à séquence directe (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum ). LoRa offre la possibilité de choisir la bande passante de modulation, le facteur d'étalement (SF ou s preading factor ) et le taux de correction d'erreur. Tous paramètres qui influent sur la portée, la consommation, le débit utile, la pénétration indoor, la consommation, la robustesse des liaisons. Au niveau de la capacité d'un réseau, des séquences d'étalement orthogonales autorisent la transmission simultanée et sur le même canal de multiples signaux à spectres étalés. Parmi les qualités mises en avant: un schéma de modulation à enve-loppe constante permettant aux amplificateurs de puissance de travailler dans un régime à fort rendement, une insensibilité aux décalages de fréquence normalement imputables à l'usage de quartz bon marché, une résistance naturelle aux phénomènes d'évanouissement ( fading ), de propagation multi-trajet ( multipath ) et d'effet Doppler, ainsi qu'une robustesse naturelle vis-à-vis des interférences. Un facteur critique dans un spectre fréquentiel libre d'exploitation, où garantir la qualité de service est une entreprise délicate. Enfin, une excellente sensibilité en réception, liée au gain de traitement inhérent au principe retenu, a des implications bénéfiques sur le budget de liaison. Avec un facteur d'étalement élevé, un récepteur LoRa est ainsi susceptible de démoduler un signal dont le niveau est pratiquement situé à 20dB sous le plancher de bruit. LoRaloT Ecosystem Semtech et STMicroelectronics entendent collaborer afin d'intégrer la technologie de l'américain dans différentes plates-formes ciblant une palette étendue d'applications destinées à des initiatives industrielles autour de LoRa. Un premier accord avec Microchip Présentement, plusieurs circuits (les transceivers SX127x, le processeur bande de base SX1301 pour passerelle/concentrateur) au catalogue de Semtech exploitent la technologie LoRa. L'américain a aussi conclu des accords de licence de son IP avec Microchip et, très récemment, avec STMicroelectronics. Le premier protagoniste cité figure d'ailleurs parmi les fondateurs de l'Alliance LoRa, un organisme aujourd'hui fort de plus de 140 membres, incluant des fabri- Un exemple d'objet connecté grand public intégrant la technologie LoRa: le capteur multifonction (détection d'intrusion, présence de lumière, mesure de température) d'Idosens, qui communique sur de longues distances avec une base installée dans une habitation. cants de puces et de modules, des développeurs de logiciels, des OEM et des opérateurs réseaux. L'ambition avouée de l'alliance est de promouvoir LoRaWAN ( Long Range Wide Area Network ), un protocole de communication bidirectionnelle ouvert (couche MAC) pour les réseaux radio longue portée et basse consommation dévolus aux applications IoT/M2M. En mode LoRa, les débits de données définis par la spécification vont de 0,3 à 50kbit/s selon la modulation (LoRa ou FSK) et en tenant compte des réglementations locales en usage dans les bandes ISM allouées. Trois classes (A, B, C) de nœuds sont définies selon le compromis recherché entre la durée de vie de la batterie d'un capteur/objet connecté et la latence du réseau. Pour maximiser la capacité globale du réseau et l'autonomie des dispositifs connectés, la puissance RF et le débit de chacun d'eux sont gérés par le serveur du réseau au moyen d'un algorithme adaptatif. L'architecture de LoRaWAN a également été conçue pour supporter une fonction de géo-localisation relativement précise. Dans une topologie en étoile, les passerelles ( gateway ) recevant les données émanant des entités distantes sont connectées au serveur du réseau par l'intermédiaire de connexions IP standard. Dès 2014, Microchip avait annoncé son intention de proposer à terme des composants et des modules LoRa afin d'adresser, parmi d'autres, les marchés de l'Internet des objets, du M2M, des compteurs d'énergie communicants, de la sécurité et des automatismes industriels. Depuis, la société a introduit son premier produit, sous la forme d'un module d'émission-réception LoRa avec pile LoRaWAN embarquée, aujourd'hui produit en volume. Exploitable dans les bandes ISM des 433 et 868MHz, ce module de 17,8 x 26,7 x 3,3 mm, estampillé RN2483, fait notamment appel à un transceiver d'origine Semtech (il s'agirait d'un SX1276) et à un microcontrôleur PIC18LF maison. Il est doté de 14 entrées/sorties d'usage général (GPIO), pour connecter nombre de capteurs et d'actionneurs, et d'un Uart pour la communication avec un microcontrôleur hôte. Les fonctions de contrôle et la configuration se font alors par de simples commandes Ascii. Le 10 novembre 2015, l'Alliance LoRa a annoncé l'ouverture d'un programme de certification des produits, visant à offrir toutes les garanties d'interopérabilité et de compatibilité avec les réseaux LoRaWAN. Le module de Microchip a été le premier à avoir subi avec succès les tests réalisés en Finlande par le laboratoire accrédité Espotel (un autre laboratoire accrédité, également membre de l'Alliance LoRa, est l'allemand IMST). Ses caractéristiques fonctionnelles sont ainsi conformes au protocole LoRaWAN 1.0, pour une utilisation dans la bande de fréquence des 868 MHz. Ajoutons que sous la référence RN2903, Microchip propose un second module LoRa de mêmes dimensions, mais qui est lui conçu pour la bande des 915MHz. Cette carte de développement avec le module d'émission-réception certifié LoRa de Microchip dispose de deux connecteurs SMA pour les bandes 433 et 868MHz. ST apporte son soutien à la technologie LoRa Plus récemment, STMicroelectronics a également signé un accord avec Semtech, tout en annonçant son intention de rejoindre les rangs de l'Alliance LoRa. Le franco-italien compte fournir des conceptions de référence LoRa autour de ses microcontrôleurs 32bits issus de la famille STM32. Le développement de microcontrôleurs LoRa supportant le protocole standardisé LoRaWAN est aussi au programme. Les deux protagonistes entendent collaborer pour intégrer la technologie LoRa au sein de différentes plates-formes qui cibleront un large éventail d'applications. « L'appui d'un fournisseur majeur de circuits intégrés comme ST, très présent sur les marchés industriel et de la connectivité, confirme que la technologie RF LoRa, le protocole LoRaWAN, les jeux de circuits dédiés et la propriété intellectuelle attenante, sont en passe de devenir des standards de facto pour les réseaux radio longue portée et basse consommation de l'Internet des objets », s'est félicité Marc Pégulu, vice-président et directeur général de l'activité « Wireless, Sensing & Timing » de Semtech.

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