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5G : déploiement, caractéristiques et usages pour l’IoT

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Georges

Deux ans après le début du déploiement de la 5G en France, est-il temps de moderniser votre infrastructure IoT à cette révolution dans le monde de la connectivité ?

5G et IoT

Nous allons détailler dans cet article les caractéristiques techniques de la 5G, ses applications et son calendrier, puis nous verrons dans un second temps ses implications pour l’IoT ainsi que les principaux secteurs concernés.

 

Qu'est-ce que la 5G ?

❝  La cinquième génération de communications mobiles (5G) se présente comme une génération de rupture. La 5G doit permettre un saut de performance en termes de débit (qui doit être multiplié par 10), de délai de transmission (qui doit être divisé par 10) et de fiabilité de la communication. – Arcep

 

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La technologie 5G repose sur plusieurs exigences techniques qui sont principalement :

  • le débit : jusqu'à 10 Gbit/s de débit de données (en moyenne 5 fois plus rapide que la 4G);
  • la latence : 1 milliseconde (minimum théorique, 10 fois moins que la 4G);
  • la bande passante : 1 000 fois plus que la 4G par unité de surface.

Ainsi qu’une augmentation du nombre de terminaux connectés (multiplié par 100), une meilleure couverture réseau et une réduction de l’énergie consommée (par les antennes et les terminaux).


Aller plus loin : 5G et IoT : 7 chiffres à retenir en 2022

 

Applications pour l’IoT

La 5G, à la différence des précédentes générations de réseau cellulaire (2G, 3G, 4G), va jouer un rôle de catalyseur des nouvelles applications IoT, qui jusqu’à présent butaient sur les limitations techniques comme la latence et le débit.

 

Toujours selon l'Arcep :

 Elle devrait être un véritable facilitateur de la numérisation de la société, en autorisant le développement de nouveaux usages : réalité virtuelle, véhicule autonome et connecté, ville intelligente (contrôle du trafic routier, optimisation énergétique), industrie du futur (pilotage à distance des outils industriels, connectivité des machines

 

La 5G va permettre spécifiquement le développement de deux sous-catégories d'objets connectés, identifiés sous les termes de massive IoT et crucial IoT.

 

Le massive IoT consiste à pouvoir gérer les communications d’un très grand nombre de terminaux avec une même antenne, sans goulot d’étranglement. C’est le cas en ville, par exemple dans un stade où des dizaines de milliers de personnes se connectent en même temps, mais aussi la ville intelligente de demain, équipée de millions de capteurs.

 

Le terme de crucial IoT est lié aux usages donc la latence est, comme son nom l’indique, cruciale : véhicules autonomes ou robots chirurgicaux pilotés à distance.

 

Les acteurs du déploiement de la 5G

Sous le contrôle de l’Arcep, les quatre opérateurs mobiles (Orange, Bouygues, Free et SFR) ont débuté en 2020 l’installation de leurs réseaux respectifs d’antennes 5G sur le territoire. A ce jour, plus de 23 000 sites ont été mis en service. L’objectif de l'ARCEP est d’avoir une couverture 5G de tous les grands centres métropolitains en 2025, puis de l’ensemble du territoire en 2030.

 

Plusieurs bandes de fréquences sont disponibles pour que les opérateurs développent leur réseau 5G. Toutefois, elles ne présentent pas les mêmes capacités. Si la bande de 700 MHz (utilisée par Free) présente une excellente pénétration dans les bâtiments, ses débits sont limités voire, dans certains cas, inférieurs à ceux de la 4G. La bande qualifiée de "cœur 5G” (3400-3800 MHz), offrant des débits significativement plus intéressants que la 4G ne représente selon le dernier rapport de l’ARCEP à peine plus de 10 000 antennes à ce jour.

 

Vraie ou fausse 5G ?

Des débats ont eu lieu entre opérateurs sur les performances de leurs réseaux respectifs. Il est important de comprendre que la 5G au débit “torrentiel”, jusqu’à 10 Gbits par seconde, n’est pas encore commercialisée. C’est cette sous-catégorie de la 5G qui permet les usages qualifiés de crucial IoT.

 

En revanche, la 5G disponible à ce jour représente sans nul doute une amélioration certaine sur l'ensemble des critères - débit, latence, bande passante - par rapport au réseau 4G.  Celui-ci est en voie de saturation de toute manière et il est indispensable, pour faire face à la démultiplication des terminaux connectés, notamment IoT, de développer un nouveau réseau adapté à ces nouveaux besoins.

 

Quelles implications de la 5G pour le monde de l’IoT ?

Le réseau 5G est le premier réseau conçu pour l’IoT, bien plus que lors de la conception des réseaux 3G ou même 4G. La 5G vient répondre à des challenges techniques qui vont permettre de nouveaux usages liés aux objets connectés, mais également profondément modifier à moyen terme les systèmes IoT existants (hardware, software et architecture).

 

5G-IoT-implications (1)

 

Nouveaux cas d’usages à la jonction d’autres révolutions technologiques et sociétales

En premier lieu, la 5G va permettre le développement des usages nécessitant une latence quasi nulle (1 milliseconde). Comme vu plus haut, on pense effectivement aux véhicules autonomes et à la télémédecine, les deux exemples les plus cités.

 

Quels impacts pour l’IoT “classique” ?

Quel est l’impact de la 5G dans la télérelève ? En effet, ce cas d’usage IoT que l’on pourrait qualifier de “primaire”, très largement utilisé de nos jours dans les entreprises, foyers et collectivités, ne nécessite que peu de bande passante, et communique peu en temps réel.

 

Il est probable que la 5G viendra aussi bousculer ce marché en établissant des communications directes entre le compteur et la centrale, comme l’explique Enedis : "le compteur pourra détecter des pannes ou être interrogé en temps réel, un bénéfice pour les particuliers."

 

Quelles modernisations sont à prévoir au sein d’une installation IoT existante ?

Si l’ensemble des réseaux (3G, 4G, 5G) vont cohabiter pendant plusieurs années, il sera nécessaire de procéder à terme à des modernisations hardware et software :

  • remplacement, sinon des terminaux dans leur entièreté, au moins de leur module de communication cellulaire;
  • basculement des abonnements chez les opérateurs M2M (avec remplacement des cartes SIM obsolètes);
  • mise à jour des logiciels pour intégrer le protocole 5G.

 

A cela s’ajoute pour chaque organisation une réflexion plus profonde sur la manière dont elle utilise son infrastructure IoT et ses bases de données. En effet, la 5G vient bousculer plusieurs données clés (latence, débit, énergie) et donc remet en cause les systèmes reposant sur d’autres connectivités (Wifi notamment). Les calculs coût/opportunité sont chamboulés par cette nouvelle donne de connectivité.

 

Quand moderniser mon installation IoT ?

Si d’ici la fin de la décennie, la 5G deviendra la norme dans l’IoT, notamment industriel, est-il opportun de se précipiter pour moderniser l’ensemble de son installation et remplacer son hardware ? Plusieurs éléments entrent en ligne de compte. 

 

L’impact de la crise sanitaire et la hausse du prix des matières premières perturbe encore les chaînes d'approvisionnement. Il convient donc de s'assurer que l’ensemble des devices sont disponibles, et ce dans les quantités requises. Vous risquez de lancer des investissements qui seront immobilisés, allongeant la durée de votre ROI.

 

Les constructeurs sont encore à l'œuvre pour moderniser les terminaux (capteurs, gateways) et de nouvelles versions, plus fiables notamment en termes d'interopérabilité, vont voir le jour dans les prochaines années.

 

Si votre activité requiert la 5G à très haut débit (1, 2, 10 Gbit/s), c'est à dire la 5G par ondes millimétriques, elle est encore en phase de pré-commercialisation (annoncée pour mai 2022 en France). 

 

En revanche, malgré l’ensemble de ces points, si vous êtes sur le point de remplacer une installation vieillissante dans son intégralité, amortie sur une dizaine d’années, le passage

immédiat à une infrastructure 5G peut être pertinent.

 

L’impact dans les secteurs économiques concernés

Je dirige une collectivité, une organisation, quels sont les impacts de la 5G et comment en tirer le meilleur parti ?

 

Smart city, smart territoires

Si le terme de smart city, ou ville intelligente, a été longtemps quelque peu abusif, il est en passe de devenir réalité dans cette décennie, et notamment grâce à la 5G. Cette dernière permet de connecter un nombre gigantesque de capteurs, consommant peu d’énergie.

 

Ce déploiement massif est indispensable pour obtenir un digital twin - la réplique numérique d’une machine, d'un bâtiment ou d’une ville/d’une agglomération et une vue d’ensemble en temps réel des secteurs tels que :

 

  • la circulation, pour avoir un monitoring en haute définition et en temps réel afin de contrôler la durée des feux (avec une gestion humaine ou à l’aide d’intelligence artificielle);

  • les bâtiments publics intelligents, qui pourront déployer leur réseau 5G privé, renforçant grandement leur sécurité face aux cyber menaces (on pense notamment aux hôpitaux régulièrement visés par des ransomwares);

  • la sécurité sur la voie publique, avec une démultiplication des caméras fixes et surtout mobiles, transmettant une image bien plus détaillée;

  • l’énergie, afin de mieux gérer le réseau, détecter les pannes, éviter les surconsommations et le gaspillage.

La 5G est la rampe de lancement de la smart city, en permettant sa concrétisation tant technique, qu’en termes d’échelle ou de sécurisation.

 

Transports

Les véhicules et transports autonomes, surtout en agglomération, ne pourront se développer qu’avec le débit d’un réseau 5G doté d’une couverture totale. Les communications des véhicules entre eux (qu’ils soient autonomes ou non), mais aussi avec le reste de la smart city (feux de signalisation, travaux, accidents) doivent bénéficier d’une latence la plus faible possible.

 

Toutes ces communications, qu’elles revêtent un caractère critique (correction d’un positionnement sur la route) ou non critique (mise à jour d’une carte ou streaming d’un film) peuvent être à ce jour théoriquement effectuées sur le réseau 4G existant.

 

Toutefois, la démultiplication des véhicules intelligents (autonomes ou non) risque de venir saturer les réseaux et c’est le rôle de la 5G de répondre à la massification des données.

 

Industrie

L’industrie 4.0, qui correspond à la conjonction de plusieurs révolutions technologiques (robotique, IoT, intelligence artificielle…) repose sur une connectivité fiable, sécurisée et rapide. La 5G répond à l'ensemble de ces exigences, autorisant d’ailleurs la mise en place de réseaux privés.

 

Le déploiement sur des échelles industrielles de robots autonomes, outils géolocalisés, milliers de capteurs, n’est possible qu’avec une technologie cellulaire et notamment la 5G.

 

La connectivité des terminaux d’une usine de plusieurs kilomètres carrés ne peut pas reposer sur un réseau Wifi, elle entraverait la mobilité des véhicules et robots autonomes vaquant d’un bout à l’autre de l’installation. La masse de capteurs et leurs communications permanentes nécessite également la puissance d’un réseau cellulaire pouvant gérer des milliers de terminaux par unité de surface. 

 

Les communications doivent se faire de manière extrêmement fiable et sans interférence, y compris sur des flux très lourds (vision par ordinateur très haute définition, thermique ou infrarouge).

 

Education et santé

Enfin, arrêtons-nous sur deux secteurs publiques concernés au premier chef par la 5G : la santé et l’éducation. En effet, ils ont tous deux été très fortement impacté par la crise sanitaire et intégré deux phénomènes qui auraient pris sinon bien plus de temps : la télémédecine et l’école à distance.

 

Si la 4G (ou le Wifi) suffit à de simples téléconsultations, la 5G vient profondément transformer le monde hospitalier. On parle évidemment d’opérations à distance ou de casque à réalité augmentée, mais l’impact se situe principalement sur le suivi à distance des patients. Avec les patients équipés de capteurs de plus en plus perfectionnés et gourmands en data, la 5G permettra de renforcer l’ambulatoire tout en améliorant le suivi des patients, réduisant ainsi la pression sur l'hôpital en nombre de lits occupés.

 

L’implication pour l'éducation est assez rapide à établir. Le majeur problème étant les décalages et coupures liés à des réseaux capricieux ou surchargés, la 5G viendra fluidifier l’ensemble des cours en visioconférence, avec une meilleure image et des possibilités d’immersion améliorées.

 

Si ces applications vont irriguer le système scolaire dans son intégralité à terme, la 5G s’imposera plus rapidement dans la formation des adultes, que ce soit au sein des établissements d’enseignement supérieur (MBA, MS) ou des formations internes des entreprises.

 

Conclusion

Pour préparer mon entreprise, ma collectivité ou mon organisation d’une manière générale, à la 5G, il s’agit moins de suivre son déploiement actuel que d’anticiper sa démocratisation future.

 

La 5G commence à peine sa commercialisation et il vous revient de décider quel est le moment opportun pour basculer dans ce qui deviendra la norme, comme l’est la 4G de nos jours. A la différence que, les avancées techniques de la 5G constituent une vraie rupture technologique, beaucoup plus qu’entre le passage de la 3G à la 4G.

 

A vous donc de trouver la balance entre un investissement prématuré et une perte de compétitivité.

 

Sources

https://www.arcep.fr/cartes-et-donnees/nos-cartes/deploiement-5g/observatoire-du-deploiement-5g-decembre-2021.html 

 

https://www.thalesgroup.com/fr/europe/france/dis/mobile/inspiration/5g

 

https://www.lesnumeriques.com/forfait-mobile/guillaume-chabas-head-of-innovation-d-orange-l-opportunite-de-la-5g-c-est-l-elasticite-n179029.html

 

https://www.01net.com/actualites/l-astuce-de-free-mobile-pour-doper-la-couverture-de-son-reseau-5g-2019225.html

 

https://www.01net.com/actualites/le-patron-d-orange-tacle-free-et-relance-le-debat-de-la-fausse-5g-2031616.html

 

https://www.journaldunet.com/ebusiness/internet-mobile/1507273-enedis-branche-ses-metiers-sur-la-5g/

 

https://www.phonandroid.com/5g-millimetrique-pas-dattribution-des-frequences-avant-la-presidentielle-2022.html

 

https://www.gsma.com/iot/wp-content/uploads/2021/03/2021-03-GSMA-5G-Industry-4.0-Op-Tech-Networks.pdf

 

https://www.ouest-france.fr/leditiondusoir/2021-11-03/transports-medecine-agriculture-ce-que-la-5g-va-changer-dans-notre-quotidien-83a53db7-0be8-4398-bfbe-5f12fbeb5dae