LoRaWAN utilise une modulation à étalement de spectre dans une bande de fréquences autour de 868 MHz pour l’Europe. C'est une bande de fréquences libre, non licenciée, normalement réservée aux applications Industrielles, Scientifiques et Médicales (ISM). La bande de fréquence libre étant propre à chaque continent (915 MHz aux USA, 923 MHz en Asie), les fabricants d'objets peuvent implémenter une stratégie multibande.
Le Spreading Factor (SF) est lié au mécanisme qui adapte la puissance d'émission et la vitesse de transmission aux conditions du réseau dans lesquelles se trouve l'objet. Le SF permet ainsi une meilleure gestion des ressources radio et une optimisation de la consommation énergétique. Le débit et les performances radio varient en fonction du facteur d’étalement utilisé. Le facteur d’étalement le plus grand (SF 12) permet la plus longue portée du signal (meilleure sensibilité de la technologie) et donc potentiellement la meilleure. Cela permet en outre d'améliorer la géolocalisation de l'objet par le réseau car le signal émis atteindra le plus grand nombre de gateways. Toutes les technologies LPWAN ne permettent pas cette souplesse.
LoRa® est une technologie radio basée sur une modulation à étalement de spectre, qui permet de démoduler des messages ayant des niveaux de signal très faibles, inférieurs au seuil de bruit : niveaux identifiés par le SNR (Signal Noise Ratio ou Rapport Signal à Bruit). Le Spreading Factor (facteur d’étalement) varie entre 128 = 2^7 (SF7) et 4096 = 2^12 (SF12). La taille des messages dépend du SF : en SF7, 242 octets sont envoyés en 399 ms tandis qu'en SF12, 51 octets sont envoyés en 2793 ms. Le facteur d’étalement utilisé a également un impact sur la consommation électrique de l’objet, le temps de transmission d’un message d’une taille donnée étant plus long si le facteur d’étalement est grand. Répéter un même message (retry), sur des canaux radio différents, et à des instants différents est un moyen efficace d’améliorer la qualité de service, en contournant, par la redondance, d’éventuelles perturbations radio ponctuelles ou plus durables. Orange préconise de « répéter » les émissions 3 fois.
Débits en fonction du SF :
| Spreading Factor | Débit |
| 12 | 293 bps |
| 11 | 537 bps |
| 10 | 977 bps |
| 9 | 1.8 kpbs |
| 8 | 3.1 kbps |
| 7 | 5.5 kbps |
Trois classes de fonctionnement ont été standardisées mais seules les classes A et C sont réellement utilisées :
L’ADR permet de jouer sur la puissance d’émission du device (TX Power) et son facteur d’étalement ou Spreading Factor (SF), mais aussi, depuis la V3, du nombre de répétitions de messages. Cette combinaison permet d'obtenir le meilleur compromis entre portée et consommation énergétique. En mode automatique (ADR), chaque objet reçoit du réseau, lorsque nécessaire, des consignes pour utiliser un facteur d’étalement (SF) et un nombre de répétitions propres à optimiser le compromis entre couverture radio (et qualité de service attendue) et autonomie de la pile. Par exemple, un objet proche d’une passerelle LoRaWAN™ (très bon niveau de réception) recevra la consigne d’utiliser un facteur d’étalement faible (SF 7) et de ne pas répéter les messages applicatifs. Au contraire, un objet en limite de couverture recevra une consigne de SF plus élevé et/ou de répétition de messages. Orange recommande d’utiliser ce mode automatique, pour les objets fixes, et dont les conditions radio ne varient pas fortement et de façon sporadique. En mode manuel au contraire, c’est l’objet qui choisit, en général de façon stable, son facteur d’étalement (SF), et sa répétition éventuelle. Ce mode est fortement recommandé pour les dispositifs en mobilité. La valeur typique est SF10.
L’ADR V3 se base non plus sur les conditions radio du device, mais sur son PER, ou Packet Error Rate. Dans le paramétrage de l’algorithme, on définit une valeur cible de PER, c’est-à-dire le pourcentage de paquets UL perdus sur un historique que l’on s’autorise. L’algorithme va calculer lui-même le PER sur un historique de trames UL reçues, et comparer ce calcul avec la valeur cible : si l’on a un PER calculé supérieur au PER cible, alors on va déclencher un algorithme « Boost » pour augmenter le TX Power, le nombre de transmissions ou le SF, dans le but d’arriver en-dessous de ce seuil ; à l’inverse si le calcul est inférieur au PER cible de façon significative (nouveau seuil défini avec un hystérésis supplémentaire à atteindre), alors on déclenchera un algorithme « Battery_Optim » qui pourra réduire le nombre de transmissions, le SF ou le TX Power du device.
Afin de ne pas encombrer la bande passante ISM libre, chaque objet doit respecter un temps d'émission maximum : le Duty Cycle, qui ne doit pas dépasser 1% du temps en uplink (UL), soit 36 s/h. Côté gateway, son Duty Cycle est de 10% du temps en DL, soit 6 mn/h. Orange recommande de manière opérationnelle un temps de transmission d'un message ne dépassant pas la seconde. Même avec cette contrainte, on voit qu'un objet peut émettre plusieurs centaines de messages par jour... ⚑ Certains opérateurs limitent le nombre de messages à 140 par jour.
LoRaWAN offre une sécurité de bout-en-bout, tant au niveau réseau qu'au niveau applicatif :
• Authentification : chaque objet est authentifié lors de l’association au réseau (Join). Cela certifie que le trafic réseau n’a pas été altéré, et provient uniquement d’un dispositif légitime, autorisé à s’attacher à un réseau authentique, n’est pas intelligible par un espion, et n’a pas été enregistré et rejoué par un acteur malveillant. LoRaWAN utilise une clé d’authentification (Network Session Key) sur 128 bits.
• Confidentialité des données : LoRaWAN est un des seuls réseaux IoT à implémenter le chiffrement de bout-en-bout des données utilisateur échangées entre les dispositifs terminaux et les serveurs applicatifs, avec une clé de chiffrement (Application Session Key) sur 128 bits C'est pour garantir cette sécurité de bout en bout que le mode ABP de pre-provisionning a été écarté au profit du mode OTAA (over-the-air-authentication) permettant une authentification dynamique et fiable des objets via le Join Server.
La LoRa Alliance a défini plusieurs méthodes de roaming :