Optimiser sa couverture LoRaWAN : bonnes pratiques et radio planning

En résumé :

• Une mauvaise couverture de votre réseau LoRaWAN engendre des coûts CAPEX (Capital Expenditure) et OPEX (Operational Expenditure) non budgetés à la base : plusieurs milliers d’euros par passerelle ajoutée après déploiement.
• Certaines bonnes pratiques d’installation permettent d’éviter une bonne partie des manques de couverture constatés sur le terrain : hauteur d’installation, pertes de câblage bruit radio…
• Une étude de radio planning indique le nombre exact de passerelles nécessaires pour votre projet et précise les sites d’installation à privilégier.

Vous avez peut-être déjà vécu cette situation (et si ce n’est pas le cas, mieux vaut l’éviter) : Pour votre projet de réseau LoRaWAN, vous vous fiez à une carte de couverture théorique qui indique que 3 passerelles suffiront pour couvrir l’ensemble de votre zone de déploiement. Mais une fois les capteurs installés et testés, vous constatez que certaines zones ne sont pas couvertes. Vous ajoutez alors 2 passerelles, puis 2 autres. Le problème : ces installations supplémentaires n’étaient prévues ni dans votre plan, ni dans votre budget.

C’est le sujet que nous avons développé avec notre partenaire Siradel lors de notre webinaire « LoRaWAN Coverage Optimisation: Cut TCO with Radio Planning ». Cet article en reprend l’essentiel, avec l’expérience terrain de Kerlink : comment quelques bonnes pratiques d’installation, et une étude de radio planning pour les projets de plus grande envergure, permettent d’anticiper les manques de couverture plutôt que de les subir une fois le réseau déployé.

Combien coûte réellement l’installation d’une passerelle ?

En soi, le coût de l’équipement est minime : une passerelle et son antenne représentent moins de 10% de votre TCO (Total Cost of Ownership) sur 5 ans.

En revanche, les coûts d’installation peuvent impacter significativement votre CAPEX. Ils incluent notamment la pré-visite et l’étude du ou des sites, la main d’œuvre, la location de matériel pour accéder au site (une nacelle, par exemple), etc.

Selon le site, ces coûts sont de l’ordre de 3 000 € à 8 000 €. Autrement dit : c’est ce que vous coûte chaque passerelle ajoutée après coup, en plus de celles déjà prévues au budget initial, pour obtenir une couverture optimale.[1]

Une couverture insuffisante génère également des coûts d’exploitation (OPEX) élevés. La cause profonde est souvent la même : les messages envoyés par les capteurs n’arrivent pas jusqu’à la passerelle, ou bien de façon incomplète. C’est ce qu’on mesure avec le PDR (Packet Delivery Ratio), qui chute dès que la couverture radio est insuffisante. Concrètement, cela engendre :

• des interventions sur site répétées : une seule intervention peut coûter jusqu’à 1000€, et une première visite infructueuse nécessite en moyenne 2,7 visites au total pour résoudre le problème,
• un risque de non-respect de votre SLA (Service Level Agreement) : données manquantes, pénalités et une perte de confiance qui ne se facture pas.

[1] Données Kerlink, retours terrain 2023-2026

Encore faut-il pouvoir détecter ces problèmes avant qu’ils ne s’aggravent. D’où l’importance de disposer d’un outil de supervision offrant une vue complète sur votre réseau. C’est ce que nous proposons chez Kerlink, avec notre Wanesy Management Cockpit : la plateforme donne accès à de nombreux indicateurs liés à l’état de santé de votre réseau (RSSI – Received Signal Strength Indicator, SNR – Signal-to-Noise Ratio, spreading factor, nombre de messages uplink/downlink), déclenche des alertes automatiques en cas de déconnexion d’une passerelle ou de chute anormale du trafic, et permet un redémarrage, une mise à jour ou un diagnostic à distance… Le tout sans devoir envoyer une équipe sur site.

Les bonnes pratiques pour optimiser sa couverture LoRaWAN

Plusieurs paramètres d’installation sont à vérifier et à optimiser pour éviter une bonne partie des problèmes de couverture constatés sur le terrain.

1. La hauteur d’installation

Elle conditionne directement la portée d’une passerelle : à niveau de signal reçu équivalent, la distance de couverture est multipliée par 2 en passant de 15 à 50 mètres de hauteur, et par 3 en passant à 100 mètres.

Le choix du site obéit à des règles différentes selon le terrain :

• En zone urbaine : privilégiez le toit du plus haut bâtiment disponible
• En zone rurale : visez le point culminant du secteur (tour, silo, château d’eau)
• En zone forestière : positionnez la passerelle au-dessus de la canopée

2. Le bruit radio

Le bruit radio varie fortement selon l’environnement, et dégrade le PDR indépendamment du placement des passerelles. Un déploiement pensé sans tenir compte de ce facteur sous-estime le nombre de sites nécessaires en environnement urbain ou indoor. Un PDR qui semble anormalement bas n’est donc pas toujours signe d’un mauvais emplacement : cela peut aussi être celui d’un environnement radio plus bruyant que prévu.

3. La colocalisation avec d’autres émetteurs radio

Les meilleurs sites en hauteur (toits, pylônes, points culminants) sont souvent déjà occupés par des antennes cellulaires ou de diffusion TV. Cette proximité peut désensibiliser la passerelle LoRaWAN par blocage hors bande, intermodulation ou bruit parasite, d’où l’intérêt des filtres RF évoqués plus haut.

4. Les pertes de liaison entre la passerelle et l’antenne

Protection parafoudre, filtre à cavité, câble coaxial… Ces éléments situés en périphérie de la passerelle engendrent de la perte de couverture. Le filtre à cavité, par exemple, qui peut s’avérer nécessaire pour éviter les interférences avec d’autres émetteurs radio installés sur un même site, peut à lui seul introduire entre 0,5 et 4 dB de pertes selon le modèle choisi. Il est ainsi essentiel de prendre en compte ces éléments lors de l’installation. Cumulé aux autres pertes, cet écart mérite d’être anticipé dès la conception de l’installation plutôt que découvert après coup. Nous détaillons le bon usage des filtres RF dans cet article dédié.

Ces bonnes pratiques réduisent déjà une partie significative du risque de sous-couverture. Mais pour un projet de grande envergure, où l’enjeu financier du nombre de passerelles à installer devient important, une étude de radio planning s’avère particulièrement utile.

Le principe du radio planning : étudier d’abord, économiser ensuite

Le radio planning consiste à modéliser la propagation radio d’un réseau avant de l’installer, plutôt que de la constater une fois le matériel posé.

C’est l’approche de notre partenaire Siradel, qui combine :

• Un outil de radio planning 3D en mode SaaS,
• Des données géospatiales 3D du monde entier,
• Des études de radio planning menées par des experts neutres.

Comment se déroule une étude de radio planning ?

1. Collecte des données terrain disponibles sur la zone à couvrir
2. Configuration des paramètres LoRaWAN propres au projet (bande de fréquence, spreading factors cibles…)
3. Simulation de la couverture en uplink et en downlink
4. Optimisation du nombre et du placement des passerelles, pour atteindre l’objectif de couverture fixé avec le minimum de sites nécessaires
5. Export du rapport de couverture

Vous disposez ainsi d’un plan de déploiement au nombre minimal viable de passerelles, avec un PDR prédit zone par zone et une définition précise des sites d’installation.

Est-ce rentable de faire une étude de radio planning ?

Le calcul du ROI est simple et vérifiable. Prenons un exemple réel : un projet de smart metering au Royaume-Uni. Le design initial, basé sur une approche empirique, prévoyait 36 passerelles. Une étude de radio planning a permis d’aboutir à un design optimisé de 27 passerelles, soit 9 en moins.

Le coût d’une étude de radio planning se situe autour de 15 000 €, soit l’équivalent de 2 à 3 installations de passerelles. Avec un coût d’installation de 3 000 € à 8 000 € par site, économiser 9 passerelles représente une économie brute de 27 000 € à 72 000 €. Une fois le coût de l’étude déduit, le gain net se situe entre 12 000 € et 57 000 €.

Une étude de radio planning devient rentable à partir d’un certain volume : autour de 15 à 20 passerelles pour un déploiement outdoor. En dessous, les bonnes pratiques d’installation présentées plus haut suffisent généralement à sécuriser la couverture.