Publié le 11 juin 2016 - par

Chistera-Pi : Lora à portée de main grâce à SNOOTLAB

LoRa_250pxC’est sur Indiegogo que Snootlab, un constructeur de cartes d’extension pour le Raspberry Pi basé à Toulouse lance sa carte de communication Chistera-Pi.
Très bien accueilli, le projet est pratiquement financé la première journée…
Je vous propose de découvrir ce projet ainsi que les bases du système Lora qui est en train de se déployer.

Chistera-Pi une  passerelle  434 Mhz – 868 Mhz LoRa / lorawan  pour Raspberry-Pi

SnootLab conçoit des cartes d’extension pour Arduino et Raspberry Pi depuis de nombreuses années. Ils voulaient fournir un moyen permettant de connecter des émetteurs-récepteurs à courte portée sur 434 Mhz et à longue  portée sur 868 Mhz.

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Prototype de la carte

Le Raspberry Pi est une carte de  prototypage Linux connectée (elle dispose maintenant du Wifi et du Bluetooth d’origine !). C’est pour le Raspberry Pi que la carte Chistera Pi a été conçue.

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L’utilisation de la couche modulation ( OSI N°1) du réseau longue portée LoRa et les couches application de lorawan (OSI 2 et 3) est maintenant très facile avec la carte Chistera-Pi.

Chistera-pi permet également de tester de nombreuses autres modulations et protocoles sur les émetteurs-récepteurs HF (434 et 868 MHz) : FSK, GFSK, OOK, LoRa, etc.

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Avec cette campagne, SNOOTLAB souhaite valider ses choix opinion et demande aux utilisateurs du Raspberry Pi de soutenir leur démarche.

Quelles sont les spécifications techniques de Chistera-Pi

  • Emetteur-Récepteur (G)FSK Longue portée 868 Mhz : RFM95W  compatible LoRa
  • Emetteur-Récepteur FSK courte portée 434 Mhz : RFM22
  • Deux connecteurs d’antenne : UFL et SMA
  • Taille : celle de la carte HAT du Raspberry Pi
  • Emetteurs/récepteurs connectés au GPIO
  • Zone de prototypage disponible pour l’utilisateur
  • Ports GPIO du Raspberry Pi accessible + sortie des  26 premiers sur pastilles à souder

Les connecteurs

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Connecteur UFL Connecteur SMA

La carte Chistera-Pi + est livrée avec 2 connecteurs : UFL et SMA et 2 antennes (434 Mhz et 868 Mhz). Ce kit est facile à intégrer dans un boîtier DIN par exemple.

La carte Chistera-Pi en 3D

Chistera Pi (v1.1) by snootlab on Sketchfab

 

Comment ça se programme ?

L’utilisation de Chistera-Pi avec le Raspberry Pi est très facile que ce soit en C ou en Python en liaison avec la bibliothèque Packet Radio RadioHead  pour microprocesseurs embarqués.

SnootLab a porté le support matériel de Chistera-Pi dans la bibliothèque RadioHead pour Linux :). Ils ont également adapté une pile Open Source lorawan pour que Chistera-Pi puisse être utilisée comme un dispositif d’extrémité ou comme passerelle.

Les deux émetteurs-récepteurs peuvent être utilisés en même temps sur le bus SPI.

SnootLab est une société de matériel Open Source. Les bibliothèques, exemples de code seront disponibles sous licence  GPL CC-by-SA sur leur GitHub.

LoRaWan c’est quoi ?

Lorawan ™ est une spécification pour un réseau LPWAN = Low Power Wide Area Network = Réseau de Grande Étendue avec Faible Puissance pour appareils sans fil sur batterie, exploités dans le cadre d’un réseau régional, national ou mondial. Lorawan cible les exigences clés de l’internet des objets tels que les services de communication bi-directionnelle, la mobilité et la localisation sécurisée. Cette norme fournit une interopérabilité transparente entre les objets intelligents sans nécessiter d’installations locales complexes. Elle rend leur liberté à l’utilisateur, au développeur, aux entreprises en permettant le déploiement de l’Internet des objets.

networkBW

architecture réseau lorawan est généralement aménagé dans une topologie étoiles star-of-dans lequel les passerelles est un pont transparent relais messages entre les appareils et un serveur de réseau central dans le backend. Les passerelles sont connectés au serveur de réseau via des connexions IP standard tandis finaux appareils utilisent la communication sans fil unique-hop à un ou plusieurs passerelles. Tout point final de communication est généralement bi-directionnelle, mais prend également en charge l’opération, comme la multidiffusion permettant la mise à niveau du logiciel sur l’air ou d’autres messages de distribution de masse pour réduire le temps de communication sur l’air.

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Sur un réseau LoRaWan, les nœuds (appareils/produits) ne sont pas associés à une seule station de base. Les données qu’ils transmettent sont relayées par de multiples stations de bases. Chacune transmettant l’information reçue du nœud vers le serveur de gestion connecté à l’internet. L’intelligence et la complexité sont déportées vers ce serveur qui gère la redondance d’information, la vérification de l’intégrité, la confirmation de réception, l’adaptation du débit et de la puissance d’émission, etc. (d’après http://www.atim.com/fr/technologies/lorawan/)

lora2

La communication entre les appareils finaux et les passerelles est répartie sur les différents canaux de fréquence et débits de données. La sélection du débit de données est un compromis entre la plage de communication et la durée du message. Grâce à la technologie à étalement de spectre, les communications avec différents débits de données ne se gênent pas les unes les autres et créent un ensemble de canaux «virtuels» qui augmentent la capacité de la passerelle. Les débits de données lorawan vont de 0,3 kbps à 50 kbps. Pour maximiser la durée de vie de la batterie des dispositifs finaux et la capacité globale du réseau, le serveur de réseau lorawan gère le débit de données et la puissance de sortie HF pour chaque dispositif d’extrémité individuellement grâce à un régime de débit de données adaptatif (ADR).

lora01

Il est extrêmement important pour tous réseau LPWAN d’intégrer une solution sécuritaire. LoRaWAN utilise deux couches de sécurité, une pour le réseau et une pour les applications.

La partie réseau assure l’authenticité des nœuds sur le réseau, tandis que la partie applicative assure que le fournisseur de réseau n’a pas accès à l’information transmise. L’encryptage AES est utilisé avec un échange de clef basé sur un identifiant IEEE EUI64.

Vidéo de présentation (GB)

 

Conclusion

Même si je ne pratique plus beaucoup la radio amateur (bin oui c’est depuis que j’ai attrapé une raspberrypite aigüe) j’ai toujours la passion de la transmission radio. J’ai même boss dans ce domaine de façon professionnelle pendant plusieurs années 🙂
Du coup toujours intéressé par les émetteurs/récepteurs et leurs possibilités décuplées par le numérique, j’ai bien entendu participé au financement et j’attends avec impatience l’arrivée de ce joujou 🙂

Snootlab n’en est pas à son coup d’essai puisqu’ils ont déjà sorti une carte SigFox début juin…

Sources

RFM22

RFM69

LoRa

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À propos François MOCQ

Électronicien d'origine, devenu informaticien, et passionné de nouvelles technologies, formateur en maintenance informatique puis en Réseau et Télécommunications. Dès son arrivée sur le marché, le potentiel offert par Raspberry Pi m’a enthousiasmé j'ai rapidement créé un blog dédié à ce nano-ordinateur (www.framboise314.fr) pour partager cette passion. .

19 réflexions au sujet de « Chistera-Pi : Lora à portée de main grâce à SNOOTLAB »

  1. Dodutils

    Il y a un truc qui me dérange, avec un carte équipée d’un module SigFox je peux rendre mon appareil totalement autonome de tout réseau Internet pour émettre des messages, depuis une cabane isolée par exemple, ce que l’on pourrait aussi faire avec un module GSM pour émettre des SMS via l’opérateur chez lequel on aura pris la carte SIM.

    Mais avec cette carte les messages vont être émis vers qui ? elle est vendue avec un abonnement qui la relie à un opérateur national capable de recevoir les message et les mettre à dispo sur Internet ?

    Répondre
    1. François MOCQ Auteur de l’article

      Bonsoir Dodutils
      c est comme SigFox. Les messages SigFox sont envoyés à des antennes SigFox qui s’appuie sur TDF (http://www.tdf.fr/actualites/communiques-presse/sigfox-choisit-tdf-pour-densifier-son-reseau-francais)
      Avec Lora qui est un réseau concurrent les antennes seront gérées par… Orange et Bouygues Telecom 🙂
      mais ça marche de la même façon. L’inconvénient du GSM c’est le prix de l’abonnement et la consommation excessive pour un dispositif fonctionnant sur batteries…
      La liste des membres de l’Alliance LoRa est assez intéressante… https://www.lora-alliance.org/The-Alliance/Member-List
      bonne soirée
      cordialement
      François

      Répondre
      1. Dodutils

        Je sais comment fonctionne LoRa mais je parle de cette carte particulièrement, si j’en prend une j’en ferai quoi ? elle ne semble être liée à aucun abonnement d’aucun opérateur.

        Répondre
  2. pdominique

    L’intérêt de LoRa / LoRAWAN est justement qu’il n’y a pas besoin d’avoir un réseau géré par une compagnie particulière (comme Sigfox). Le modèle est complètement différent.

    On peut utiliser sa propre passerelle ou bien se connecter à un réseau type The Things Network. On est pas tributaire d’un fournisseur.

    Ici au Canada, et plus largement en Amérique du Nord, Sigfox n’est pas encore déployé par exemple. Plusieurs personnes déploient leur propre passerelle LoRAWAN sur le réseau TTN et n’importe qui peut les utiliser.

    Répondre
    1. Dodutils

      Bon je dois mal m’exprimer alors je vais essayer de reformuler 😉

      Je sais que LoRa peut fonctionner en réseau privé ou commercial (à la différence de SigFox qui maîtrise totalement son réseau qui est purement commercial) il y a même ce constructeur français Archos qui veut déployer un réseau LoRa à grande échelle en fournissant gratuitement 200.000 modules de prises électriques passerelle relais LoRa/WiFi.

      Mais là je parle de l’intérêt d’acheter * cette carte * aujourd’hui * en France * sachant qu’il n’y aura sûrement aucun réseau LoRa privé à portée autour de moi.

      L’intérêt de LoRa ou de SigFox (si on exclu l’aspect énergétique) et de pouvoir rendre des objets communicants lorsque ceux-ci n’ont pas un accès Internet à portée (sinon un ESP8266 ferait très bien l’affaire par exemple), LoRa ou SigFox vont très bien par exemple pour rendre une cabane dans la forêt communicante et informer si quelqu’un la visite, s’il y a le feu etc…

      Si j’achète cette carte maintenant en France j’en ferai quoi ? rien du tout à moins d’en acheter 2 (ou acheter un autre module LoRa quelconque) pour faire joujou et les faire communiquer entre elles sur longue distance et que la seconde ait un accès Internet, mais ma cabane au fond des bois pour l’instant ne sera pas couverte.

      Répondre
  3. JPL

    Bonjour,
    Je pense avoir compris ta question Dodutils. Si je résume, c’est « comment faire pour recevoir ou envoyer des informations dans ma cabane au fond des bois ? Par qui ça passe ? ». C’est ça ?
    Je suis bien incapable de répondre à ta question, mais la réponse m’intéresse, je vais donc suivre ce post.
    Cependant, et comme je le disais sur un autre commentaire de ce site, ces technologies semblent être prometteuses quand notre internet « privé » (c’est à dire à la maison) ne peut répondre à telle ou telle demande.
    A suivre donc. (C’est mon avis)
    Merci pour cette info François.

    Répondre
    1. Dodutils

      Encore râté 😉

      Je sais comment envoyer un message depuis ma cabane, je peux déjà le faire avec du SigFox car il y a une couverture réseau qui permet à mon émetteur de joindre une antenne du réseau SigFox, SigFox reçoit ensuite le message et le met à dispo sur un serveur que je peux consulter de façon manuelle, via une appli mobile ou via des API/Web Service.

      Avec du LoRa « commercial » on aura la même chose. Avec du LoRa « privé » aussi à condition que l’on sache ou va atterrir le message et sous quelle forme/méthode le récupérer.

      Là c’est juste l’intérêt d’acheter cette carte qui au final ne me servira à rien « toute seule » puisque reliée à rien qui recevra les messages si je la met dans ma cabane au fond des bois.

      En fait ça permet de tester du LoRa mais encore faut-il en avoir deux (ou avoir un autre module LoRa quelconque) ou bien d’être sous couverture réseau LoRa « ouverte » ce qui aujourd’hui en France doit être facile à trouver.

      L’idée de passerelle est intéressante et c’est ce que je préconise dans les cas ou l’on doit équipé un lieu isolé d’Internet de plusieurs objets communicants car cela évite d’acheter un module LoRa/SigFox par objet (au final ces modules radio sont assez chers) car il est plus intéressant d’avoir de multiples objets 433/866Mhz courte portée à base de RFM22 ou le plus récent RFM69 qui communiquent ensuite vers un seul objet équipé LoRa/SigFox qui se chargera de relayer les messages de tous les autres objets.

      Répondre
      1. François MOCQ Auteur de l’article

        Bonjour
        en préparant l’article sur LoRa j’ai glané quelques exemples de passerelles LoRa que j’avais mises de côté pour un futur test… Allez en attendant voici ce que j’ai trouvé :
        http://cpham.perso.univ-pau.fr/LORA/RPIgateway.html
        http://www.libelium.com/development/waspmote/documentation/lora-gateway-tutorial/
        http://www.daveakerman.com/?p=1719
        http://www.rs-online.com/designspark/electronics/eng/blog/building-a-raspberry-pi-powered-lorawan-gateway
        http://www.instructables.com/id/Use-Lora-Shield-and-RPi-to-Build-a-LoRaWAN-Gateway/

        Ma préférée c’est celle là … elle devrait « faire du bruit » 🙂 🙂 🙂
        lora fabian :
        http://www.froggyfactory.com/froggy/

        Bon dimanche
        cordialement
        François

        Répondre
        1. JPL

          Je vais attendre le résultat de ton test Fraçois, car là, je suis largué, ça dépasse mes compétences, sauf pour le bruit Lora Fabian 🙂 🙂 🙂

          Répondre
      2. msg

        Bonjour ,
        Vu la portée du 433 et du 866 Mhz , ça serait plus « la cabanne au fond du jardin » (de Laurent Gérra) , que « ma cabanne au canada » ( de Line Renaud) .

        Je crois comprendre que cette carte sert d’émetteur-récepteur pour relier un réseau privé local (hors opérateur) et interconnecter les données entre les deux fréquences (transpondeur) .

        Répondre
        1. Dodutils

          Justement non, avec LoRa/SigFox on a une grande portée de plusieurs kilomètres contrairement à ce que l’on obtient habituellement avec du 866Mhz avec en plus une conso énergétique vraiment minime mais en contrepartie la vitesse de transmission est faible, mais largement assez rapide pour diffuser du message IoT de quelques octets en quelques secondes.

          Répondre
  4. Ping : Chistera-Pi : Lora à portée de ma...

  5. pdominique

    Pour répondre à Dodutils: pour l’instant l’intérêt d’une telle carte sans passerelle est effectivement limité. Cependant rien ne nous empêche de créer notre propre réseau pour un cout raisonnable. Voir les liens de François pour une passerelle « single channel » pas chère ou bien encore une carte pour faire une vraie passerelle avec un Raspberry Pi (https://www.amazon.co.uk/868-MHz-LoRaWAN-RPi-Shield/dp/B01G7G54O2/ref=as_li_ss_tl?ie=UTF8&*Version*=1&*entries*=0&linkCode=sl1&tag=linlab-21&linkId=43313480419af318460835e94be0cc81).

    Avec l’arrivée de la passerelle de TTN (https://www.kickstarter.com/projects/419277966/the-things-network?ref=discovery) cet été, on peut espérer que le LoRaWAN va progresser plus rapidement un peu partout.

    Et pour la cabane au fond du jardin / au Canada, j’ai justement un exemple concret: imaginons que tu produises du sirop d’érable au fond des bois et que tu veuilles surveiller tes lignes avec des capteurs (pour détecter une fuite dans le réseau par exemple). Tu peux mettre la passerelle dans ta cabane à sucre, la ou la tire est récoltée. Les capteurs sont attachés à des « nodes » qui communiquent avec la passerelle via LoRa/LoRaWAN. La passerelle est reliée à internet via 3g/LTE/cable/ADSL/… La portée est de plusieurs kilomètres, la consommation très faible et tu as un réseau privé qui te permet de surveiller ton érablière a distance.

    Répondre
    1. Dodutils

      Ca y est on s’est compris, cette carte toute seule sans passerelle Internet à l’autre bout (directement ou via de multiple rebonds via d’autres modules LoRa à portée) n’a pas grande utilité, c’est tout ce que je voulais préciser pour ceux qui auraient voulu en acheter une pour tester.

      Contrairement à ceux qui achètent une carte basée sur du SigFox (snootlab en vend aussi) qui est fournie avec un abonnement et profite directement de la couverture réseau SigFox et de sa passerelle Internet, enfin si ou oublie les multiples zones blanches 🙂 en tout cas tant que le LoRa « commercial » Orange/Bouygues ne sera pas dispo à la vente officiellement pour profiter de leur couverture nationale, quand au réseau TTN je ne suis pas sûr que ça se déploie si vite que ça surtout dans les zones isolées ou les petites villes de campagne.

      Répondre

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