Le choix entre LoRaWAN, LTE-M et NB-IoT ne peut pas se limiter à des critères marketing comme la portée ou l’autonomie annoncée. En pratique, ces technologies reposent sur des architectures radio, des mécanismes de synchronisation et des modèles énergétiques profondément différents. Cet article propose une analyse technique détaillée des couches radio, des contraintes réglementaires, des mécanismes d’économie d’énergie, de la latence réelle et de l’impact protocolaire sur la durée de vie des objets connectés.
1. Architecture radio et occupation spectrale
LoRaWAN repose sur une modulation LoRa de type Chirp Spread Spectrum permettant une grande robustesse au bruit au prix d’un très faible rendement spectral. Chaque transmission occupe une bande relativement large pour un débit très faible, ce qui permet une excellente portée mais limite fortement la capacité globale du réseau. La coexistence repose sur l’orthogonalité partielle des Spreading Factors, ce qui signifie qu’au-delà d’un certain nombre de nœuds, les collisions deviennent statistiquement inévitables.
LTE-M et NB-IoT utilisent des bandes licenciées avec une gestion stricte du spectre par l’opérateur. LTE-M occupe une bande de 1,4 MHz avec une modulation plus efficace, tandis que NB-IoT se limite à une bande extrêmement étroite de 180 kHz. Cette approche permet une planification radio précise, une meilleure prévisibilité des performances et une coexistence contrôlée avec les autres services cellulaires.
2. Budget de liaison et portée effective
LoRaWAN atteint des budgets de liaison très élevés, souvent supérieurs à 150 dB, grâce à la modulation CSS et aux Spreading Factors élevés. Cette caractéristique permet une couverture exceptionnelle en milieu rural et une bonne pénétration dans les bâtiments, mais elle s’accompagne d’un temps d’émission long, ce qui augmente la consommation énergétique par message.
NB-IoT bénéficie également d’un budget de liaison élevé grâce à la répétition des transmissions et à la bande étroite, ce qui améliore la réception dans les environnements difficiles comme les sous-sols. LTE-M présente un budget légèrement inférieur mais compense par une meilleure gestion de la mobilité et une latence plus faible.
3. Latence réelle et comportement temporel
La latence est souvent mal comprise dans les projets IoT. LoRaWAN fonctionne selon un modèle asynchrone basé sur des uplinks initiés par l’objet et des fenêtres de réception limitées dans le temps. La latence descendante dépend donc directement du cycle d’émission de l’objet et peut atteindre plusieurs minutes, voire plusieurs heures dans les configurations les plus économes.
NB-IoT présente une latence élevée et variable en raison des mécanismes d’économie d’énergie et de la planification opérateur. LTE-M offre une latence nettement plus faible grâce à un état de connexion plus réactif et à un support natif de la communication bidirectionnelle fréquente, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant des échanges plus dynamiques.
4. Consommation énergétique et modèles d’autonomie
L’autonomie d’un objet connecté dépend principalement du temps passé en émission, en réception et en état actif. LoRaWAN minimise la consommation en veille mais impose des temps d’émission longs, particulièrement avec des Spreading Factors élevés. Chaque message peut consommer plusieurs dizaines de millijoules selon la configuration radio et la puissance d’émission.
LTE-M et NB-IoT intègrent des mécanismes avancés comme le Power Saving Mode et l’eDRX. NB-IoT permet des périodes de sommeil extrêmement longues avec des réveils très rares, ce qui maximise l’autonomie pour des capteurs à faible trafic. LTE-M consomme davantage mais reste très efficace comparé à la 4G classique, notamment pour des objets nécessitant des communications plus fréquentes.
5. Capacité réseau et scalabilité
LoRaWAN présente une capacité réseau limitée par le duty cycle réglementaire et la probabilité de collisions. Dans les réseaux denses, la gestion de l’ADR devient critique pour éviter la saturation. La scalabilité repose fortement sur une planification rigoureuse des fréquences, des Spreading Factors et des intervalles d’émission.
LTE-M et NB-IoT bénéficient de la gestion centralisée du réseau opérateur, ce qui permet une meilleure scalabilité théorique. NB-IoT est particulièrement adapté aux déploiements massifs de capteurs statiques, tandis que LTE-M gère mieux les objets mobiles et les communications plus fréquentes.
6. Sécurité protocolaire et surface d’attaque
LoRaWAN implémente un chiffrement AES-128 avec une séparation claire entre la couche réseau et la couche applicative. Cette architecture permet un chiffrement de bout en bout, mais impose une gestion rigoureuse des clés et des procédures de join, notamment dans les déploiements à grande échelle.
LTE-M et NB-IoT reposent sur la sécurité cellulaire avec authentification SIM, chiffrement des flux et gestion centralisée des identités. Cette approche réduit les risques liés à la couche radio mais transfère une partie de la confiance vers l’opérateur et l’infrastructure réseau.
7. Impact du protocole applicatif
Le choix du protocole applicatif a un impact majeur sur les performances et la consommation. LoRaWAN impose des payloads très limités, ce qui favorise des protocoles binaires extrêmement compacts. LTE-M et NB-IoT permettent l’utilisation de protocoles plus lourds comme MQTT ou CoAP, au prix d’une consommation énergétique accrue.
Dans tous les cas, l’optimisation de la pile applicative est déterminante pour garantir la viabilité à long terme d’un objet connecté sur batterie.
8. Contraintes réglementaires et opérationnelles
LoRaWAN est soumis à des contraintes réglementaires strictes sur le duty cycle dans les bandes libres, ce qui limite mécaniquement la fréquence d’émission. LTE-M et NB-IoT ne sont pas soumis à ces contraintes mais dépendent de la disponibilité et des politiques des opérateurs, ce qui peut varier selon les pays et les zones géographiques.
Ces aspects doivent être intégrés dès la phase de conception afin d’éviter des limitations imprévues en production.
Conclusion
LoRaWAN, LTE-M et NB-IoT répondent à des problématiques IoT fondamentalement différentes malgré une apparente similarité fonctionnelle. LoRaWAN excelle dans les réseaux privés à très faible trafic avec une autonomie maximale, NB-IoT est optimisé pour les déploiements massifs de capteurs statiques opérés, tandis que LTE-M constitue le meilleur compromis pour les objets mobiles et les communications plus dynamiques. Un choix pertinent repose sur une analyse fine des contraintes radio, énergétiques, protocolaire et opérationnelles plutôt que sur des critères simplifiés.