Internet Industriel des Objets IIOT : Les réseaux à longue portée peuvent améliorer la surveillance à distance des équipements de contrôle des fluides

LoRaWAN, ou réseau étendu à longue portée, peut surveiller à distance les équipements de pompe, de vanne et d'étanchéité dans les applications de traitement chimique, de produits alimentaires et de boissons, de pétrole et de gaz et d'eau. Les systèmes utilisant LoRa peuvent transmettre des
données jusqu'à quatre fois plus loin que certaines autres technologies.1
Les systèmes LoRaWAN peuvent mesurer les paramètres en temps réel et gérer les données de surveillance de l'état pour activer ou améliorer:

débit, niveau, température et pression du fluide
vibrations et température de l'équipement
surveillance des processus, analyse de référence et analyse des tendances
avertissements, alarmes, déclencheurs et notifications automatisés
génération automatisée de rapports et stockage des données historiques des capteurs

Quand envisager LoRaWAN
Largement utilisé dans les secteurs industriels, gouvernementaux et institutionnels du monde entier, LoRaWAN fournit une infrastructure industrielle Internet des objets (IIoT) flexible et évolutive. LoRaWAN est adopté lorsque les ingénieurs de procédés, les responsables d'usine et informatiques, ainsi que les spécialistes de la maintenance, doivent:

Surveillez les actifs à distance, en particulier lorsqu'aucune autre solution significative ne peut être raisonnablement déployée
Améliorer la portée de transmission des solutions de surveillance existantes
Améliorez les performances de la batterie
Mettre à l'échelle des systèmes de surveillance en toute sécurité
Établissez une surveillance d'état économique et en temps réel

Comment fonctionne LoRaWAN

LoRaWAN est mieux compris comme deux parties, LoRa et LoRaWAN:

LoRa est la couche de communication physique. La pile de micrologiciels LoRa est chargée à l'intérieur des appareils finaux tels que les capteurs sans fil.
LoRaWAN est comparé à des couches de communication de niveau supérieur et est généralement hébergé dans un environnement cloud.

LoRaWAN offre également la possibilité d'ajouter des éléments et des fonctionnalités système uniques et / ou propriétaires. Un réseau LoRaWAN se compose de trois serveurs: le serveur de connexion, le serveur de mise en réseau et le serveur d'applications. Ces serveurs n'ont pas besoin d'être hébergés au même emplacement, mais l'architecture la plus prise en charge héberge les trois dans un environnement cloud commun.
L'hébergement n'est pas limité au cloud et peut être établi sur des serveurs là où ils répondent le mieux aux besoins de l'utilisateur final. Le logiciel serveur LoRaWAN de base est disponible sans licence grâce à une utilisation équitable pour quiconque souhaite créer ses propres systèmes. Cependant, la complexité, la sécurité et les coûts peuvent augmenter avec les systèmes auto-hébergés, et des licences peuvent être nécessaires.

Différenciation des fonctionnalités
Les développeurs ont créé LoRa pour permettre une classe d'appareils sans fil longue portée et basse consommation, construite sur une plate-forme de protocole ouvert.
Comme avec la plupart des solutions IoT, celle-ci peut également être connectée sans fil à Internet pour faire évoluer les applications et intégrer efficacement les systèmes.

LoRaWAN se distingue des autres technologies sans fil utilisées pour la surveillance d'applications telles que la clé de décalage de fréquence à bande étroite (FSK). LoRaWAN est plus résistant aux interférences dans la bande et hors bande que FSK. LoRaWAN a une plage de transmission supérieure pour le même débit de données et la même puissance de sortie.
LoRaWAN peut être un bon choix par rapport aux technologies à spectre étalé à séquence directe (DSSS). LoRaWAN utilise une technique de modulation connue sous le nom de Chirp Spread Spectrum (CSS). En conséquence, LoRaWAN nécessite moins d'énergie et utilise du matériel moins coûteux.

LoRaWAN optimise le débit de données et la consommation d'énergie. Les paramètres de performances clés peuvent être modifiés à tout moment, que ce soit par liaison radio ou grâce à l’intelligence intégrée à l’application du terminal. LoRaWAN utilise un contrôle de débit de données adaptatif (ADR) utilisant des facteurs d'étalement orthogonaux tout en coordonnant un acte d'équilibrage entre le débit de données, la portée et la puissance. Les conditions de réseau et de radiofréquence (RF) sont constamment surveillées et utilisées pour régler ces paramètres, optimisant ainsi les performances de débit de données de l'appareil final et l'utilisation de la batterie.
Sécurité des données
LoRaWAN fournit la sécurité ainsi que la mise en réseau des capteurs. Les capteurs peuvent être enregistrés auprès d'un réseau cible et envoyer des données en quelques minutes. La plupart des appareils sont préconfigurés avec un identifiant (par exemple DEVEUI), ce qui ne nécessite que l’affectation de l’application de l’utilisateur pour envoyer des données.
LoRaWAN intègre un modèle de sécurité de bout en bout. Au niveau de l'appareil, le trafic de données est sécurisé à l'aide de la norme de chiffrement avancé (AES) 128 bits. De plus, LoRaWAN garantit l'authenticité de chaque nœud du réseau à l'aide d'une famille de clés de sécurité et d'identifiants. Les clés sécurisées de LoRa peuvent être mises à jour lorsque l’utilisateur le souhaite. Les processus d’enregistrement et d’adhésion au réseau de l’appareil peuvent être strictement définis et rapides, mais l’utilisateur conserve la souplesse nécessaire pour gérer le réseau avec des degrés de complexité variables.
Polyvalence LoRaWAN
Il existe quatre classes de méthodes de surveillance pour l'utilisation de LoRaWAN:
Surveillance basée sur l'itinéraire
Un individu suit un itinéraire physique à des intervalles hebdomadaires ou mensuels. L’évaluation de l’état de l’équipement est basée sur les capacités et les connaissances de l’utilisateur. Les événements ne peuvent pas être détectés ou enregistrés entre les visites.

Enregistrement de données
Les appareils sont déployés directement sur l'équipement pour surveiller et enregistrer en continu les données des capteurs. Les voyants indiquent les pannes pour alerter les travailleurs. Seules les données récentes sont stockées en raison d'une quantité limitée de mémoire. Les travailleurs doivent être à proximité de l'appareil pour collecter des données, et seuls les logiciels et les outils du fabricant de l'appareil peuvent accéder aux données.
Capteurs filaires
Lorsque les applications nécessitent des débits de données élevés ou une fiabilité de communication robuste (par exemple, des équipements critiques), les appareils filaires sont couramment utilisés. L'installation de systèmes câblés peut être coûteuse, en particulier dans les applications de friches industrielles qui n'ont pas d'infrastructure filaire déjà en place. De plus, les protocoles de communication filaires peuvent être compliqués et entraîner souvent des performances compromises. Pour des débits de données modérés et des applications moins critiques, les systèmes sans fil pourraient être un meilleur choix.
Sans fil à courte portée
Les radios Gigahertz (GHz) peuvent fournir de bonnes performances sur de courtes distances. Les technologies sub-GHz avec des techniques de modulation ou des protocoles de communication peu performants peuvent également être regroupées en tant que dispositifs à portée courte à moyenne. Ces technologies ne fonctionnent pas bien à longue portée dans les environnements industriels et tendent vers des taux de consommation d'énergie plus élevés.
Références
1. https://lora-developers.semtech.com/library/tech-papers-and-guides/lora….

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