LoRa et EnOcean représentent deux approches différentes dans la sélection de normes radio aux fins d’automatisation et de commande des bâtiments. Laquelle convient le mieux à vos applications de smart building ?

Auteur : Pete Smith, chef des ventes et du marketing chez iaconnects

Le protocole LoRa (associé à l’implémentation de son réseau étendu, LoRaWAN) et le protocole radio EnOcean sont deux normes radio populaires en matière d’applications immotiques. Tous les deux ont été développés dans le but de connecter des dispositifs, généralement des capteurs, par le biais d’une communication sans fil et de méthodes de transmission de données appropriées afin de former un réseau d’objets connectés (IoT). Mais la similitude est seulement superficielle.

Informations sur LoRa

LoRa est l’acronyme de « long range radio » (radio longue portée) et selon la définition de l’Alliance LoRa « il consiste à fournir une connectivité à longue portée, peu énergivore dans des implémentations commerciales à large échelle ». Avec une portée du signal pouvant atteindre 16 km, cette technologie convient à une très vaste gamme d’applications. C’est la technologie parfaite pour l’envoi de données sur la qualité de l’air extérieur, sur les places de parking disponibles ou d’un signal de relevé de compteur depuis un compteur intelligent jusqu’à un point de collecte central pouvant se situer à plusieurs kilomètres, et ce à une fréquence prédéfinie en fonction de la solution.

Cela pose la question de savoir si un protocole radio longue portée, offrant une vitesse de transmission relativement lente, est bien adapté au domaine de l’immotique. Le trajet de 16 km effectué par un signal LoRaWAN prend un certain nombre de secondes et est très gourmand en énergie. Cela semble trop pour une application immotique typique comme l’activation de l’éclairage d’une pièce à partir d’un interrupteur situé à 5 mètres de distance.

L’allégation d’applicabilité de LoRa dans le secteur immotique découle principalement du fait qu’un grand bâtiment ne nécessite pas l’installation d’une grande infrastructure de passerelles ou de récepteurs. Par exemple, un signal peut démarrer du sous-sol d’un immeuble pour aller jusqu’au 25e étage de celui-ci. Ces signaux longs et énergivores sont loin d’être l’idéal pour certaines applications d’automatisation et de commande des bâtiments. La latence qui en résulte est non seulement problématique pour l’utilisateur, elle est également hors des limites des spécifications d’éclairage nationales dans de nombreux cas.

La solution pour LoRa est d’augmenter le débit des données, ce qui entraîne physiquement une diminution de la portée, un ajustement que LoRa appelle « facteur d’étalement du spectre » ou SF (pour spreading factor). SF7 augmente le débit à 5 kbit/s, si bien que cela devient effectivement un signal radio à courte portée qui peut opérer dans le terrain de jeu des protocoles EnOcean, Bluetooth, ZigBee ou Z-Wave. D’autres questions remettent en cause l’utilisation fondée de LoRa dans le domaine de l’immotique.

Même dans le mode SF7 « à courte portée », LoRa est énergivore par rapport à d’autres protocoles IoT, si bien qu’il reste encore du chemin à parcourir pour arriver à commander des objets à l’intérieur d’un bâtiment à partir de sources de récolte d’énergie peu coûteuses. Il est néanmoins possible d’utiliser des dispositifs d’ultrafaible puissance, mais leur fonctionnement nécessite toujours des piles ou des batteries.

Cependant, la spécification de LoRaWAN® est un protocole de réseau étendu de faible puissance (LPWA) qui est conçu pour établir une connexion sans fil entre des « objets » alimentés par batterie et l’Internet dans des réseaux régionaux, nationaux ou internationaux. Il cible les exigences clés de l’Internet des objets (IoT) comme la communication bidirectionnelle, la sécurité de bout en bout, ainsi que les services de mobilité et de localisation. Cela signifie que si le cas d’utilisation principal est la collecte de données précieuses telles que la qualité de l’air extérieur (par exemple, température, humidité, taux de CO2) et si l’alimentation des capteurs par un câble ou des piles (qu’il faudra remplacer) est possible, LoRa peut alors être un protocole adapté.

La longue portée via une communication radio sans licence en fait un choix idéal pour certaines applications, comme les capteurs environnementaux installées dans une ville, la commande et la surveillance des réverbères, le stationnement intelligent, les unités de commande de base pour les exploitations agricoles et la surveillance des petits objets connectés.

Une alternative sans piles

À la différence de LoRa, le protocole radio EnOcean a été conçu dès le départ en ayant comme objectifs des dispositifs auto-alimentés et l’immotique.

En Europe, EnOcean fonctionne sur la bande de 868,3 MHz, qui convient bien à la transmission de paquets de données courts de 125 kbit/s. EnOcean bénéficie de temps de latence extrêmement courts qui, en pratique, sont indétectables même en utilisant des dispositifs critiques en termes de temps comme les interrupteurs. Sa portée à l’intérieur d’environ 30 m est plus que suffisante pour la plupart des smart buildings. De plus, le protocole EnOcean est reconnu dans le monde entier comme une norme ISO/CEI, de sorte qu’un haut niveau d’interopérabilité est garanti entre les dispositifs d’un large éventail de fournisseurs adhérant à l’Alliance EnOcean, laquelle est une organisation ouverte, sans but lucratif, qui compte plus de 400 membres dont un grand nombre appartient au domaine de l’immotique.

Les dispositifs EnOcean peuvent communiquer entre eux directement, au sein d’une infrastructure prioritaire. En outre, l’intégration des dispositifs EnOcean dans des contrôleurs d’automatisation de bâtiments (système DCC) est facilitée par la mise à disposition d’interfaces EnOcean par de nombreux fabricants ou par d’autres solutions passerelles (par exemple, EnOcean-IP, EnOcean-KNX, EnOcean-DALI, etc.). Plusieurs fournisseurs proposent déjà une large gamme de capteurs dédiés aux applications immotiques.

En dépassant le cadre de la domotique chez les particuliers, EnOcean offre un écosystème idéal pour des applications professionnelles qui allie qualité et fiabilité élevées et ne nécessite aucune maintenance pendant des dizaines d’années. Normalisé il y a une vingtaine d’années, ce protocole a été installé dans des millions de bâtiments et a tenu toutes ses promesses de faible empreinte carbone et de faible pollution électromagnétique.

Les cas d’utilisation mettent en évidence les avantages et les inconvénients

Il est possible de procéder à une comparaison objective des écosystèmes établis en évaluant leur capacité à satisfaire les exigences d’un certain nombre de cas d’utilisation, mais aussi les exigences relevant de l’établissement, du fonctionnement et de la maintenance de l’infrastructure nécessaire.

Dans son étude déterminante des technologies d’automatisation et de commande, le Prof. Michael Krödel de l’IGT (Institute for Building Technologies) en Allemagne, observe que les normes radio d’intégration de capteurs dans les applications d’automatisation et de commande trouveront des débouchés infinis dans le domaine de l’immotique. Cette étude prend comme point de départ les exigences d’automatisation des locaux et des installations d’une part, et celles liées aux « bâtiments intelligents » d’autre part. Le Prof. Krödel a envisagé huit critères entrant dans le calcul d’un score global d’applicabilité compris entre 0 et 2.

Sur cette base, les technologies faisant appel à des bandes de fréquence non adaptées (critère « KO ») obtenaient le score 0. LoRa obtient un score moyen car sa taille de données de paquets inutilement grande et sa portée excessive avec SF7 lui font perdre des points. EnOcean a obtenu le meilleur classement possible avec des vitesses de transmission des données, des portées et des temps de latence bien en-deçà des limites requises.

Les infrastructures sont à la hauteur

Les deux protocoles sont dans la plage moyenne en ce qui concerne l’adéquation de leurs infrastructures. Pour LoRa, une infrastructure de base est requise pour l’intégration des données des capteurs. Les réseaux LoRa sont utilisés dans certaines zones urbaines pour offrir une solution alternative, dépendante des fournisseurs. Avec LoRaWAN et EnOcean, les données des capteurs peuvent être intégrées à des solutions d’infrastructure IoT comme MobiusFlow®, à des contrôleurs d’automatisation des bâtiments (systèmes DDC) soit directement, soit par le biais de réseaux IP.

MobiusFlow est une plateforme IoT Edge développée par IAconnects Technology Ltd (iaconnects) depuis ces 15 dernières années pour faciliter la connectivité de l’Internet des objets (IoT) au cloud ou à des ordinateurs locaux sans dépendre d’un fabricant. Elle peut fonctionner dans le cloud, sur des réseaux fermés sécurisés, dans des systèmes basés sur le Wi-Fi ou utiliser sa propre connexion de données (3G/4G) en cas d’utilisation conjointe avec le matériel personnalisé d’IA. Pour en savoir plus sur MobiusFlow, cliquez ici.

Récolte d’énergie – un avantage essentiel

La focalisation d’EnOcean sur les dispositifs de récolte d’énergie auto-alimentés constitue un autre atout concurrentiel dans le domaine de l’immotique. Tous ses dispositifs satisfont le critère d’applicabilité tandis que d’autres protocoles, et notamment LoRa, font appel à une alimentation secteur ou par piles, ce qui réduit le nombre d’options avec des dispositifs auto-alimentés. Cela signifie que l’empreinte carbone est plus importante et qu’il est également nécessaire de tirer des câbles ou de procéder à la maintenance des batteries et piles.

La disponibilité des capteurs destinés aux applications immotiques augmente sans cesse pour les solutions LoRa, mais les actionneurs LoRa restent rares. En revanche, la large gamme de capteurs de l’Alliance EnOcean offre des myriades d’opportunités à ces applications. Par ailleurs, EnOcean obtient des scores élevés en termes de mesures et de tests, offrant des équipements dédiés et une documentation d’accompagnement, disponibles rapidement et faciles à utiliser. Des solutions de tests et de mesures sont également disponibles pour LoRa.

Au final, malgré les avertissements concernant la transmission longue portée du réseau LoRaWAN, les deux protocoles font la preuve d’une sécurité sans faille, que la solution concerne des capteurs isolés ou l’automatisation complète d’un bâtiment. EnOcean et LoRaWAN sont tous deux adaptés au chiffrement des données et offrent un niveau de sécurité efficace à l’ensemble du réseau gérant le bâtiment.

EnOcean et LoRaWAN ? Peuvent-ils fonctionner ensemble en parfaite harmonie ?

Au final, EnOcean s’avère être « éminemment adapté aux applications d’automatisation des bâtiments », son infrastructure de base étant le seul point venant entacher son score parfait. Cependant, le réseau LoRaWAN est parfaitement adapté aux solutions de surveillance de bâtiments dans lesquels l’alimentation câblée est disponible ou la maintenance des batteries ou piles est acceptable dans le contexte applicatif.

En utilisant plusieurs protocoles tels que EnOcean pour l’automatisation de l’intérieur des bâtiments et LoRaWAN pour la surveillance extérieure, il est possible de choisir les meilleurs dispositifs pour chacune des solutions. Les avantages sont notamment une faible consommation d’énergie, une communication bidirectionnelle ainsi qu’une sécurité de bout en bout, des services de mobilité et de localisation, qui peuvent être combinés dans MobiusFlow pour former un système unique efficace.