Adapter la technologie LoRaWan à la télégestion de l’éclairage public
Description de la proposition
Description de la proposition
La technologie radio LoRaWan (Long Range Wide-area network) séduit un nombre croissant de territoires par sa facilité de déploiement, son coût réduit, sa faible consommation énergétique et surtout la possibilité de créer un réseau de communication "privé ", c’est-à-dire maitrisé par la collectivité. Si les cas d’usages les plus courants sont la télérelève des compteurs d’eau et la connexion de capteurs IoT (qualité de l’air, température, sondes de conteneurs de déchets …), un autre usage émerge : la télégestion de l’éclairage public, dont le principe est de piloter à distance le réseau d’éclairage.
L’idée est de mutualiser ce réseau longue distance, le plus souvent déjà déployé pour un autre usage, afin de connecter les équipements d’éclairage public (à l’armoire pour une télégestion par zone ou au point lumineux pour plus de finesse mais avec un coût plus élevé). D’autres technologies existent pour connecter l’EP (éclairage public) : 2G, 3G, 4G et plus récemment la 5G. Mais LoRaWan est une technologie peu coûteuse, qui peut facilement être mutualisée entre plusieurs usages, et qui peut donc rester entre les mains des territoires (grâce à l’approche par réseau privé). Pour connecter un réseau d’éclairage public en LoRaWan, il faut cependant adapter la technologie, en dimensionnant le réseau pour couvrir l’infrastructure d’EP, en choisissant des équipements qui répondent à certains critères techniques et en paramétrant le réseau LoRaWan (passerelles, cœur de réseau et logiciel de supervision) pour les besoins du pilotage de l’EP.
Pourquoi piloter à distance l’éclairage public avec LoRaWan ?
La télégestion de l’éclairage public permet d’envoyer à distance des scénarios en fonction de plusieurs contextes : heure, week-end, saison... avec la possibilité de facilement les mettre à jour, par exemple pour tenir compte d’un nouvel évènement (ex : célébration ou fête de la commune) dont la date n’avait pas été arrêtée.
Ces scénarios peuvent intégrer de l’extinction ou de la gradation nocturne, dont le principe est d’abaisser la luminosité de l’éclairage en cœur de nuit (ex :-70 % entre 23 h et 5h du matin).
Autre intérêt : la télégestion permet de connaître en temps réel l’état des luminaires et ainsi d’envoyer les équipes de maintenance « à la demande », plutôt que de réaliser des tournées fixes.
Enfin, pour les élus, le pilotage à distance permet de reprendre la main sur l’éclairage public, qui est souvent délégué à un syndicat ou à des prestataires. Depuis une application mobile, le maire peut par exemple rehausser la luminosité en cas de fête de la commune ou si un incident survient en voirie.
Le choix du LoRaWan pour télégérer l’éclairage public - qu’il s’agisse d’un réseau privé opéré par le territoire ou par un syndicat du numérique, par exemple - permet en plus à la collectivité de disposer d’une connectivité autonome (qui ne dépend pas d’un fournisseur extérieur), très peu coûteuse en cas de mutualisation avec d’autres cas d’usage (ce qui est le plus souvent le cas) et très économe en énergie.
Quelles sont les étapes de mise en oeuvre d'un réseau LoRaWan pour la gestion de l'éclairage public ?
Etape 1 : Etudes préliminaires.
Afin de bien dimensionner le réseau LoRaWan, il convient de réaliser un audit du parc d’éclairage public, notamment pour recenser les lampadaires et les armoires à connecter. Un audit de couverture réseau permet quant à lui d’estimer si le réseau LoRaWan actuel couvre parfaitement l’infrastructure d’EP. Et si le réseau LoRaWan n’est pas encore déployé, cet audit de couverture donnera les grandes lignes de son déploiement. Selon les experts du secteur, un principe fondamental est d’avoir une redondance d’au moins deux passerelles LoRaWan (les équipements assurant la communication entre l’armoire ou le point lumineux et le reste du réseau), afin de réduire le risque de pertes de données. Durant cette première étape, il convient aussi de déterminer l’emplacement des passerelles pour maximiser la couverture radio, en identifiant les points hauts les plus pertinents.
Etape 2 : Choix d’équipements adaptés à la télégestion de l’EP.
Les équipements LoRaWan, qu’il s’agisse des passerelles ou des contrôleurs des armoires ou des points lumineux, doivent respecter quelques spécificités techniques. Au niveau des passerelles, il faudra arbitrer entre celles à 8 canaux de communication (la norme aujourd’hui) ou celle à 16 canaux. Rappelons que la technologie LoRaWan est surtout prévue pour la remontée d’informations (voie montante) plus que l'envoi de commande (voie descendante). Les passerelles 8 canaux disposent en fait de 8 canaux dédiés à la remontée d’informations et un seul pour l'envoi de données. Sur les passerelles à 16 canaux, l’avantage est que 2 canaux sont théoriquement prévus pour l'envoi de commandes. Ces passerelles 16 canaux sont cependant plus chères et leur paramétrage plus complexe.
Autre spécificité technique à vérifier : la compatibilité du logiciel de supervision des équipements IoT avec le protocole TALQ V2, dédié à l’interopérabilité des systèmes de pilotage de l’EP. Comme un réseau d’EP est en général constitué d’équipements de différents fournisseurs, cela permet d’assurer un pilotage sur un réseau hétérogène. Enfin, les équipements doivent être compatibles avec le mode de transmission de données « multicast », prévu dans la norme LoRaWan, pour éviter les goulots d’étranglement dans l’envoi d’informations (lire ci-après).
Etape 3 : Paramétrer les équipements pour le pilotage de l’EP
Plusieurs paramétrages sont recommandés pour optimiser le réseau LoRaWan à la télégestion de l’EP. Au niveau du cœur de réseau, appelé LNS (LoRaWan Network Server), il est donc recommandé d’activer la fonction « multicast ». Le multicast permet d’envoyer simultanément des données, par exemple les scénarios d’éclairage, aux armoires ou aux points lumineux. Sans ce paramétrage, le réseau LoRaWan va fonctionner en « unicast », et envoyer les données aux équipements l’un après l’autre, ce qui risque de saturer le réseau s’il y a un grand nombre d’équipements. Dès qu’il y a plusieurs dizaines de contrôleurs à connecter, la fonction multicast est recommandée. Pour le pilotage au point lumineux cela est en général incontournable car leur nombre s’élève rapidement à plusieurs dizaines.
Autre paramétrage : mettre en place une « randomisation » pour l’envoi des données quand les équipements se remettent en route. Le principe est d’utiliser des délais aléatoires et un ralentissement progressif de l’envoi de données, afin d’éviter que toute la data n’arrive en même temps et sature le réseau (effet d’« orage »). En cas d’extinction nocturne, le réseau doit redémarrer et, sans la randomisation, toutes les données vont affluer en même temps sur les contrôleurs, avec donc un risque de saturation.
La mise en place d’un système d’accusé de réception des paquets de données transitant sur le réseau est également recommandée. LoRaWan reste une technologie radio. Il y a donc toujours un risque que des données se perdent et n’arrivent pas au contrôleur. Avec un système d’accusés de réception, si les informations n’arrivent pas, le réseau est alerté et les renvoie.
Etape 4 : Tester le système sur un périmètre limité
Avant d’industrialiser la connexion de l’éclairage public via un réseau LoRaWan, mieux vaut déjà tester la technologie sur un nombre limité de luminaires ou d’armoires. Le cas échéant, des ajustements seront nécessaires, mais sur ce périmètre restreint, l’impact sera limité pour les habitants.
Etape 5 : Mise en œuvre
Une fois le système testé et validé par les tests préliminaires, le passage à l’échelle est possible. Il sera progressif, en passant d’une zone à une autre.
Comment mesurer la réussite de l’action ?
- Se fixer un pourcentage du parc d’armoires ou de points lumineux à télégérer à une certaine échéance.
- Les économies d’énergies réalisées constituent un bon indicateur. Comme évoqué précédemment, il est possible de réduire jusqu’à 80 % la consommation électrique de l’éclairage public grâce aux technologies de smart lighting.
- Plus difficile à mesurer, sauf peut-être via une enquête : la satisfaction des habitants vis-à-vis de la gestion de l’EP, sur les gradations nocturnes, sur la réactivité des équipes de maintenance et sur les rallumages ponctuels en cas d’évènements.
Quelques données clés sur le projet
Proposition applicable pour les collectivités suivantes
- Urbain
- Péri-Urbain
- Rural
- Montagne
- Littoral
