LA 5G AU SERVICE DE L’INDUSTRIE LA 5G, UN ÉNIÈME RÉSEAU MOBILE ?

Chacune des normes de réseau mobile répond à un besoin spécifique :

• 2G : La généralisation de la téléphonie sans fil ;
• 3G : Le développement des échanges de données ;
• 4G : L’amélioration des débits notamment pour les flux vidéo. Evolution des usages.

Qu’en est-il de la 5G?

Cette norme n’est pas réservée à un usage public, bien au contraire. Le grand public reste concerné par l’arrivée de la 5G avec l’amélioration des débits et de la latence ainsi que la démocratisation du FWA (Fixed Wireless Access)1. Cependant, les usages de la 5G sont résolument industriels.

Les nouveaux besoins de l’industrie

La disponibilité a toujours été privilégiée aux performances ainsi qu’à la sécurité pour les réseaux industriels. Les technologies employées dans l'industrie sont ainsi robustes mais très rarement à jour. Cependant, le monde industriel vit actuellement une période de transition. Un nouveau standard, nommé “Industrie 4.0”, est progressivement adopté. La priorité est accordée à l’amélioration de la connectivité dans les usines par le déploiement de multiples cap­teurs sur de vastes surfaces de production. Sous l’impulsion de la norme IEC 62443, la cybersécurité fait son apparition au sein des réseaux industriels. Le but de cette norme est de sécuriser tout autant les don­nées de l’entreprise que ses infrastructures physiques  Enfin, de nouveaux services avec de forts besoins en matière de débit et de latence se démocratisent progressive­ment : réalité virtuelle, véhicules auto­nomes ou encore traitement d’images en temps réel. Ces usages impliquant une grande mobilité, les réseaux sans fil sont privilégiés. Quelle technologie serait donc en me­sure de prendre en charge ces besoins?

5G et industrie, une parfaite synergie?

La prise en charge d’utilisateurs mul­tiples en simultané, l’amélioration des débits (jusqu’à 10 Gbps) ainsi que la gestion des communications les plus critiques (1 ms de latence) permettent à la 5G de répondre aux nouveaux enjeux du monde industriel. Le déploiement d’un réseau 5G privé est donc un besoin naissant pour les industriels. Preuve de l’implication du secteur indus­triel dans le développement de la 5G, des entreprises présentant des intérêts communs pour cette technologie se sont réunies. Celles souhaitant promouvoir le dévelop­pement de l’industrie 4.0 se sont ainsi regroupées sous le nom de 5G-ACIA. En parallèle, des acteurs du secteur automobile ainsi que des télécommu­nications travaillent, via la 5GAA3, sur l’intégration de la 5G aux véhicules au­tonomes. La 5G est donc promise à l’industrie. Mais comment l’intégrer aux réseaux existants? Un réseau 5G propre à chaque entreprise Une fois le besoin de déployer un réseau 5G privé identifié, un industriel doit sta­tuer sur le type d’architecture à déployer ainsi que la nature du spectre à exploiter. En effet, le caractère privé d’un réseau 5G est modulable. Un industriel peut déployer l’ensemble des composants d’un réseau 5G au sein de ses sites de production ou simplement partager un réseau d’accès avec un opérateur. Le placement de chacun des éléments du réseau est ainsi au libre choix de l’in­dustriel. Les services nécessitant un accès au réseau 5G définissent le type d’architecture à déployer (voir figure 2).

Les données sensibles ne peuvent être véhiculées sur le réseau public. De même, le réseau 5G doit être au plus proche des services critiques afin de limiter les temps de latence. La présence des composants du réseau 5G sur les sites de production est alors nécessaire. Au contraire, les cas d’usage peu critiques n’exigent pas la mise en place d’une ar­chitecture 5G complète. Le partage des infrastructures avec un opérateur est alors privilégié. Concernant le spectre de fréquences, plusieurs options sont à la disposition des in­dustriels.

Le spectre avec licence garantit une qualité de service. Cependant, l’accès à ce type de spectre est onéreux.

Il peut être détenu :
• Par l’opérateur dans le cadre d’un réseau 5G partagé avec un industriel ;
• Par l’industriel si le réseau déployé est cloisonné.

Une demande auprès de l’Arcep 4 ou du ministère de l’Intérieur doit alors être effectuée. Pour les usages non critiques, le spectre sans licence convient parfaitement puisque libre d’accès. L’utilisation de ce type de spectre n’est en revanche pas synchronisée entre les différents utilisateurs.

La mise en place d’un partage synchrone sur ce type de spectre est à l’étude en profitant notamment de la capacité de coordination des différentes antennes 5G (Coordinated Multi-Point, CoMP)5. Le réseau 5G déployé peut être indépendant tout comme connexe au réseau existant. Des technologies filaires comme le TSN (Time Sensitive Networking), une norme IEEE 802.1, permettent déjà de gérer des communications en temps réel. La 5G peut alors être couplée à ce type de réseau en étant perçue comme un simple bridge.

La 5G privée partout dès maintenant?

Le déploiement de réseaux 5G privés n’en est encore qu’à ses prémices. L’attribution de la bande de fréquences permettant d’exploiter au maximum les capacités de la 5G (25 GHz) n’a pas encore été effectuée pour la majeure partie des pays. Cependant, le déploiement de réseaux mobiles privés ne se résume pas à la 5G.
Certains industriels ont opté pour la 4G afin de répondre à leur besoin de connectivité sur de vastes surfaces. En témoigne le nombre de demandes d’attribution de fréquences auprès de l’Arcep, le déploiement de réseaux 4G privés reste récent. En effet, la 4G a tout d’abord été développée pour le grand public.
Les projets de 4G privée ne sont donc pas encore matures. D’autre part, les services employant des communications critiques ne peuvent être assurés par la 4G. Seule la 5G permet le développement de nouveaux cas d’usage comme la réalité virtuelle ou les véhicules autonomes.
L’intégration de la 4G aux réseaux industriels reste un excellent moyen d’anticiper les contraintes liées au déploiement d’un réseau mobile privé en zone de production. La 4G permet ainsi de préparer le terrain pour une technologie résolument industrielle : la 5G. |  

Nicolas THEVENIOT, (LY TC 2020) : Ingénieur Consultant chez CNS COMMUNICATIONS

1. L'accès sans fil fixe (FWA) permet aux opérateurs de réseau de fournir une large bande ultra-haut débit aux zones suburbaines et rurales, prenant en charge les applications domestiques et professionnelles où la fibre est d'un coût prohibitif à installer et à entretenir.

2.
La norme IEC 62443 est un des seuls standards qui permet à la fois de sécuriser au niveau industriel un produit mais aussi un ensemble de produits, un système, une solution, un process de développement.

3.
La norme IEC 62443 est un des seuls standards qui permet à la fois de sécuriser au niveau industriel un produit mais aussi un ensemble de produits, un système, une solution, un process de développement.

4.
Autorité de régulation des communications électroniques et des Postes.
5. La coordination multi-point (CoMP), inclut le Coordinated Beamforming et le Joint Processing : ces tech­niques de coordination visent à réduire l'interférence inter-cellulaire, qui est l'un des principaux facteurs limitant la capacité des réseaux mobiles.

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