AWS IoT Core pour LoRaWAN: Principale tendance IoT pour 2023 et au-delà

AWS IoT est la plate-forme révolutionnaire d'Amazon pour prendre en charge les déploiements à grande échelle d'appareils IoT. Non seulement les appareils et les passerelles IoT peuvent être configurés, organisés et gérés via cette plateforme, mais AWS IoT offre également une intégration transparente aux importantes ressources de calcul et de stockage des services basés sur le cloud AWS, notamment:

• Amazon S3
• AWS Appsync
• Amazon SageMaker
• Analytique AWS IoT
• Amazon CloudFront.

En 2020, Amazon Web Services a conclu un partenariat de collaboration important avec la LoRa Alliance, qui a conduit au lancement d'AWS IoT Core pour LoRaWAN. Cela représente une avancée significative dans l'adoption de la technologie de réseau LoRaWAN qui pourrait désormais facilement devenir un leader du marché et établir des normes industrielles pour l'IoT. Amazon est également susceptible d'augmenter sa part de marché et de faire des percées pour devenir un fournisseur de services IoT dominant.

Donna Moore, PDG et présidente de l'Alliance LoRa, a déclaré à propos de cette collaboration: « L'accélération rapide de la croissance des réseaux LoRaWAN privés et publics a été essentielle à l'expansion des déploiements LoRaWAN dans le monde entier. Le lancement par AWS d'AWS IoT Core pour LoRaWAN offre une solution innovante pour accélérer les déploiements de réseaux privés en proposant une méthode simple, fiable et basée sur le cloud qui permet aux clients de déployer facilement et à moindre coût des réseaux LoRaWAN privés.

Ce guide complet explique ce qu'est AWS IoT Core pour LoRaWAN et comment il peut être utilisé pour connecter et gérer des appareils et des passerelles IoT LoRa. Il explore également le fonctionnement du réseau LoRa et les caractéristiques de la technologie de réseau LoRaWAN qui la rendent compétitive.

LoRaWAN est une solution de réseau IoT courante

LoRaWAN est une solution de réseau IoT de premier plan qui a éclipsé d'autres  technologies de réseau étendu à faible consommation d'énergie (LPWAN) telles que Bluetooth ou WiFi pour les réseaux IoT. Les appareils IoT sont souvent basés sur des capteurs, alimentés par batterie et transmettent leurs données sur de longues distances. LoRa est une technologie de réseau qui peut répondre exactement aux exigences de ce type d'appareil IoT courant, car elle fournit une connectivité sur de longues distances tout en consommant très peu d'énergie. LoRaWAN a déjà une réputation établie en matière de performances dans la prise en charge d'applications IoT aussi diverses que la surveillance environnementale dans les fermes et les bâtiments et la télémétrie des équipements industriels.

Qu'est-ce qu'AWS IoT?

AWS IoT est une plate-forme de mise en réseau IoT fournie par Amazon Web Services (AWS). Les capteurs et appareils IoT en réseau peuvent se connecter via AWS IoT pour échanger des données qui peuvent être traitées, analysées et stockées à l'aide de l'importante puissance de calcul du cloud AWS.

Il peut être utilisé uniquement pour la connexion et la gestion d'appareils IoT ou en partenariat avec les services cloud AWS pour créer des logiciels pour des solutions IoT clés en main. AWS IoT est également capable de gérer l'intégration avec d'autres applications et réseaux IoT, ce qui signifie que les technologies les plus appropriées et les plus récentes peuvent être utilisées dans les solutions IoT pour les consommateurs, le secteur commercial et l'industrie.

AWS IoT peut être utilisé avec quatre protocoles IoT clés qui sont utilisés pour le transfert des données d'appareil et d'application IoT vers AWS IoT Core:

• Réseau étendu longue portée (LoRaWAN)
• Mise en file d'attente des messages et transport de télémétrie (MQTT)
• MQTT sur Websockets Secure (WSS)
• Protocole de transfert hypertexte - Sécurisé (HTTPS)

Le reste de cet article s'intéressera à AWS IoT Core pour LoRaWAN en tant que moyen de transfert de données AWS IoT.

AWS IoT Core pour LoRaWAN

AWS IoT Core pour LoRaWAN est une nouvelle fonctionnalité d'AWS IoT qui permet la connexion directe d'appareils IoT sans fil qui utilisent LoRa avec un accès au cloud AWS. Il fournit un moyen robuste et sécurisé de connecter des appareils IoT au Cloud sans avoir besoin de fournir et de configurer un serveur intermédiaire. Il est utilisé pour gérer les appareils IoT connectés et les passerelles dans un réseau. Les clients AWS peuvent configurer leurs propres réseaux LoRaWAN privés à l'aide d'AWS IoT pour gérer les appareils de leurs participants à grande échelle pour les applications d'entreprise et commerciales. AWS IoT Core pour LoRaWAN peut prendre en charge des milliards d'appareils avec un débit de messages de plusieurs milliards, en acheminant les données vers des destinations cloud AWS spécifiées de manière sécurisée et cohérente. Les services AWS peuvent ensuite être utilisés pour agir sur les données transférées à partir des appareils LoRaWAN connectés.

AWS IoT Core pour LoRaWAN ne nécessite pas de serveur de réseau LoRaWAN (LNS)

Pour les appareils LoRaWAN, AWS IoT Core pour LoRaWAN signifie qu'un serveur de réseau LoRaWAN (LNS) n'est pas nécessaire pour établir une connexion de données. La mise en service d'un serveur réseau peut s'avérer un défi avec les réseaux LoRa privés nécessitant les dépenses et l'expertise nécessaires pour configurer un serveur interne ou payer pour un LNS géré. Avec AWS IoT Core pour LoRaWAN,  les ingénieurs réseau économisent du temps et des complexités du LNS en connectant les appareils et les passerelles directement à AWS de manière presque plug-and-play.

À propos de LoRa

LoRaWAN est un protocole de réseau LPWA (Low Power, Wide Area) spécifié par la LoRa Alliance. Il a été développé en France puis vendu à la société américaine Semtech. Il est maintenant supervisé par la LoRa Alliance qui publie les protocoles et les normes de réseau LoRa.

Cette technologie de réseau sans fil est utilisée pour connecter des capteurs alimentés par batterie et des appareils IoT à Internet afin qu'ils puissent transférer les données qu'ils ont générées et être gérés à distance. Les LoRaWAN sont capables de prendre en charge un flux bidirectionnel de trafic et les réseaux varient en taille et en portée. LoRaWANS couvre tout, des réseaux locaux à la couverture de grandes régions, voire de pays. La mise en réseau LoRa est également en mesure de prendre en charge des fonctionnalités essentielles à la mise en réseau IoT, notamment le cryptage de bout en bout, la mobilité et le suivi, ainsi que la localisation des nœuds de réseau de transmission.

LoRa fonctionne dans les parties sans licence du spectre radio, ce qui en fait une méthode rentable pour prendre en charge un grand nombre de connexions d'appareils IoT. Il utilise la modulation Chirp Spread Spectrum (CSS) pour ajuster la bande passante des données transférées afin d'optimiser la vitesse et la consommation d'énergie. Le protocole de réseau LoRaWAN est open-source, ce qui signifie que n'importe qui peut l'utiliser pour configurer son propre réseau LoRaWAN. Les chipsets LoRa utilisés dans les appareils IoT ont diminué en taille et amélioré leur consommation d'énergie au fil du temps, ce qui a conduit à une adoption généralisée de cette technologie.

Les réseaux LoRaWAN fournissent beaucoup moins de bande passante que les autres technologies sans fil pour l'IoT. Il compense cela par la méthode de modulation qu'il utilise, Chirp Spread Spectrum (CSS). Sa forme d'onde à bande étroite résiste aux interférences et permet de transférer des données sur de longues distances, car les ondes radio ne perdent pas d'énergie aussi rapidement que les signaux à large bande.

Caractéristiques notables de LoRaWAN:

1. Comme son nom l'indique, la technologie LoRaWAN peut prendre en charge des communications à longue portée pouvant dépasser 10 miles (16,1 km) lorsqu'il y a une ligne de vue.
2. Le signal LoRa a une pénétration profonde du bâtiment.
3. Il est également capable de prendre en charge des réseaux à haute capacité.
4. Les réseaux LoRaWAN ont une faible consommation d'énergie, ce qui les rend idéaux pour les appareils alimentés par batterie qui peuvent ne pas transmettre fréquemment. L'autonomie de la batterie allant jusqu'à 10 ans est courante et peut être améliorée en ajustant la latence et la quantité de données transmises par l'appareil en une seule transmission.
5. Ces réseaux et les participants ont tendance à nécessiter peu d'entretien.
6. Les coûts sont inférieurs à ceux des solutions de réseau cellulaire pour l'IoT
7. Le débit de données du réseau LoRa est de 0,3 kbit/s à 37 kbit par seconde
8. La taille maximale de la charge utile est limitée à 241 octets.
9. La modulation CSS permet d'ajuster la bande passante utilisée.
10. Les transmissions de données LoRa résistent aux interférences intrabande et hors bande, aux évanouissements et au décalage Doppler
11. LoRa peut fournir une localisation via des nœuds participants plutôt qu'un GPS énergivore  , ce qui permet d'économiser l'autonomie de la batterie et les coûts.

Structure du réseau AWS IoT Core pour LoRAWAN

Les réseaux LoRa d'Amazon Web Services ont une  topologie de réseau en étoile. Les passerelles LoRaWAN et les appareils IoT se connectent directement à AWS IoT Core, qui est le centre ou le hub du réseau. Il s'agit d'une topologie hybride qui comporte des groupes de réseaux de démarrage configurés en tant que nœuds qui entourent un hub central ou un nœud racine. C'est ce nœud central qui contrôle le réseau et gère les flux de données. Cette topologie est avantageuse car elle est fiable, flexible et facilement évolutive. Les pannes du réseau sont contenues dans un sous-ensemble particulier de nœuds et n'arrêtent pas l'ensemble du réseau.

Les appareils IoT en aval communiquent avec le cœur AWS via des passerelles LoRaWAN connectées et gérées par AWS IoT.

• Les appareils IoT participants utilisent le protocole de communication LoRa pour se connecter et transférer des données vers leur passerelle LoRaWAN la plus proche.
• Les passerelles LoRaWAN sont directement connectées à AWS Core. Ceci est réalisé à l'aide de la LoRa Basics Station, un logiciel de passerelle propriétaire développé par Semtech qui est utilisé pour gérer et transférer les flux de données des appareils en aval vers AWS Core.
• AWS IoT Core pour LoRaWAN gère ensuite les passerelles LoRaWAN et les appareils IoT participants conformément aux protocoles et politiques des appareils IoT. AWS IoT est capable de communiquer via la passerelle avec les appareils et de transmettre des données vers des destinations cloud spécifiées. Les données peuvent également être envoyées par AWS IoT Core à d'autres applications et services autorisés à l'aide de diverses techniques de messagerie.

En savoir plus sur LoRa Basics Station

LoRa Basics Station est un logiciel open source utilisé par les passerelles LoRa pour se connecter à AWS Core for LoRa ou à un serveur de réseau LoRa (LNS) dans d'autres configurations de réseau (IoT). Il a remplacé le redirecteur de paquets UDP et fournit désormais le moyen préféré de connecter les passerelles afin qu'elles puissent transférer des données pour l'informatique en périphérie ou dans le cloud. Le protocole utilisé est conçu pour simplifier la gestion du réseau IoT, en particulier lorsqu'ils sont volumineux. LoRa Basics Station présente les principaux avantages, notamment:

• Une interface centrale pour la mise à jour et la configuration de la passerelle
• Fourniture de TLS (Transport Layer Security) et d'une authentification basée sur des jetons
• Gestion des plans de distribution

Connexion de passerelles et d'appareils à AWS IoT Core pour LoRaWAN

Seules les passerelles et les appareils approuvés peuvent être connectés à AWS IoT Core pour LoRaWAN. AWS fournit un catalogue d'appareils partenaires qui décrit les passerelles qualifiées et les appareils compatibles avec LoRaWAN AWS IoT Core. Les passerelles et les appareils sont ajoutés à AWS Core via l'interface de la console. Une alternative API sans fil est disponible pour ajouter un grand nombre d'appareils et de passerelles à AWS IoT Core de manière plus efficace et automatisée.

Les passerelles, les appareils, les profils et les destinations qui sont connectés à AWS Core for LoRaWAN ont des conventions de dénomination spécifiques, AWS attribuant des ID uniques à chaque composant du réseau qui peuvent être modifiés en quelque chose de plus spécifique pour faciliter la gestion du ou des réseaux. Les composants réseau peuvent également être balisés via le noyau AWS central.

Traitement des données des appareils IoT par AWS IoT Core pour LoRaWAN

Les données envoyées par les appareils IoT à AWS sont souvent codées pour économiser la bande passante. Les fournisseurs d'appareils ont souvent des particularités spécifiques à l'appareil ou à la version de LoRaWAN qu'il utilise. Si d'autres services cloud AWS sont utilisés dans le traitement ou la gestion des données, il peut être nécessaire de les convertir dans un format compatible.

AWS IoT Core pour LoRaWAN dispose d'une fonctionnalité qui permet de décoder les messages de l'appareil, en les présentant dans un format qui peut être facilement utilisé par d'autres Amazon Web Services. Les règles nécessaires au décodage des données de l'appareil IoT peuvent être configurées via AWS IoT Core pour LoRaWAN en fournissant le format de données utilisé par l'appareil IoT, le service qui utilisera les données transférées et le format requis par le service de destination.

Les antennes sont du matériel stratégique pour AWS IoT Core pour LoRaWAN

Un transfert de données longue distance robuste et fiable nécessite une antenne performante. Pour optimiser les performances de votre réseau AWS IoT, envisagez d'utiliser l'une de nos antennes hautes performances à gain élevé qui peut être adaptée avec précision aux spécifications de la couche PHY de votre réseau, tant au niveau de l'appareil que de la passerelle.

Antennes LoRa de Data Alliance pour AWS IoT Core pour la mise en réseau LoRaWAN

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