5G

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Chaque évolution majeure des technologies cellulaires apporte son lot d’améliorations critiques, et la 5G ne fait pas exception à la règle.
Bien que nous sachions pertinemment qu’il ne s’agit pas d’un « buzzword » ou d’un concept marketing, il est toutefois indispensable d’en cerner les limites et les capacités réelles pour ne pas risquer désillusions, dilution des investissements et surtout échec du projet.

En premier lieu il est important de partir du principe que les gains technologiques entre la 5G et la 4G sont au moins aussi significatifs qu’entre la 4G et la 3G. Ces gains permettent de nouvelles fonctionnalités, de nouveaux services, voire de nouveaux métiers si et seulement s’ils sont parfaitement identifiés et intégrés dans les spécifications du projet…et du produit final.

Deuxième point important, et non des moindres : la 5G n’a pas vocation à remplacer la 4G. La 5G ne sait pas répondre à tous les cas d’usage aujourd’hui et les solutions 4G, notamment autour de l’IoT, vont perdurer pendant encore de nombreuses années. Les opérateurs ont clairement exprimé leur volonté de complémentarité entre ces deux technologies, et il convient donc d’étudier précisément le contexte de son application pour faire les choix les plus pertinents.

Les principales forces de la 5G sont au nombre de trois mais la plus connue est probablement sa capacité à supporter de très hauts débits.
Ce qui explique que son marché principal soit aujourd’hui la téléphonie mobile. Marché précurseur par définition, le téléphone mobile peut exploiter une partie de cette vitesse pour apporter de nouveaux usages, ou améliorer ceux déjà existants.

Cette vitesse peut néanmoins grandement varier en fonction des fréquences utilisées pour porter le signal. Nous allons parler de débits théoriques uniquement car ces débits varient beaucoup en fonction de l’environnement qui peut être difficilement reproduit à l’identique.

De 2,1Gb/s sur la bande des 3,5GHz, le débit peut rapidement s’effondrer à 615Mb/s lorsque l’on utilise la bande des 2,1GHz.

EN effet si la bande des 3,5GHz a été exclusivement attribuée à l’utilisation de la 5G, il est tout à fait possible d’utiliser le protocole de la 5G
sur les bandes de fréquences de la 4G. Pour aller plus loin, l’ARCEP a autorisé FREE à réaffecter (Refarming) la bande 3G des 700MHz pour déployer son réseau 5G.

Cette dernière stratégie est à double tranchant : comme toute fréquence (plus ou moins) basse, sa capacité de pénétration en milieu difficile, comme les immeubles, est très pertinente pour garantir un certain service à un maximum de clients. A contrario, ces mêmes basses fréquences sont incompatibles avec de trop hauts débits, et Free ne peut assurer qu’un service à peine plus rapide que son réseau 4G standard. 

Dans ce cas précis, l’un des risques majeurs est la perception du client final qui tend à mettre en doute l’avantage de la 5G, et donc les investissements consentis, qui eux sont en revanche parfaitement ressentis sur sa facture finale. Au vu des sommes en jeu, « l’expérience client » est ici intrinsèquement liée à la manière dont la 5G est mise en œuvre, et sur le réseau et dans l’application client.

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Standard et mises en application :

L’un des avantages majeurs des technologies cellulaires est qu’il s’agit d’un standard défini et mis en place par un ensemble d’industriels.

La multiplicité des intervenants organisés en groupes de travail garantit une interopérabilité certaine et une masse de fournisseurs permettant de tirer les prix vers le bas. 

Ces standards sont définis par un équilibre entre 2 organismes majeurs :

• Le 3GPP, organisme à but non lucratif historiquement mis en place pour la création de la 3G, réunit 7 organisations de développement de normes de télécommunications (ARIB, ATIS, CCSA, ETSI, TSDSI, TTA, TTC). Ces organisations ont donc un cadre stable pour définir les spécifications du :

• Cœur de réseau, c’est-à-dire les nœuds centraux au cœur des réseaux opérateurs.
• Les services et systèmes associés. 
• Le Réseau central et les terminaux.

• Le GSMA, association représentant les intérêts des opérateurs de téléphonie mobile dans le monde. Si le 3GPP définit les spécifications réseaux, le GSMA définit les fonctions et leur implémentation, telles que pour la voix sur LTE (VoLTE) ou la carte SIM embarquée (eSIM). Le GSMA organise également toutes les activités de communication et promotion autour de son industrie, tels que les Mobiles World Congress qui s’égrènent tout au long de l’année sur les 3 grandes régions.
  
  
  

Débits et infrastructure :

Comme nous venons de le voir, l’avantage du débit de la 5G est étroitement corrélé à l’infrastructure réseau mise en place par les opérateurs. Mais également par la propre infrastructure réseau de l’industriel qui a décidé d’opérer son propre réseau 5G. Car c’est l’une des grandes avancées de ce standard, à savoir la capacité de déployer un réseau privé sans dépendre d’un opérateur extérieur. Calqué sur le modèle du réseau LoRa, le client peut acheter et déployer - après déclaration et autorisation - ses stations de base. Il ne s’agit bien entendu pas, ici, de concurrencer les opérateurs - car ces installations doivent être très limitées géographiquement - mais de couvrir pour ses besoins propres un espace privé tel qu’un bâtiment ou un site industriel. Se basant sur un standard parfaitement cadré et maitrisé, le client peut mettre en place des applications s’appuyant sur les technologies du marché de grande consommation et donc atteindre des objectifs de coûts inférieurs et de fonctionnalités supérieures à une solution basée sur un standard propriétaire. Et éviter le pire cas : l’agrégation de multiples technologies dont la somme des efforts d’intégration et de sourcing peuvent rendre la plupart des projets trop complexes et donc non viables.

La 5G n’étant qu’à ses débuts, l’optimisation économique basée sur le volume est encore très timide et cantonne aujourd’hui cette technologie à des phases de tests et de prototypes. Mais les perspectives sont bien là et la 5G apportera des solutions concrètes dans les toutes prochaines années.

Les fonctionnalités clés de la 5G :

1 . Débit

Partie la plus visible de l’iceberg 5G, le débit est la fonction la plus connue car la plus attendue par l’utilisateur « standard ». Avec des premiers débits disponibles aujourd’hui autour des 1Gb/s, et prévus pour monter aux 10Gb/s au fur et à mesure que les protocoles de communication deviennent plus matures, les perspectives pour les marchés de la grande consommation comme des marchés industriels sont excellentes. 

2 . Temps de latence :

C’est l’autre promesse de la 5G : sa capacité à faire transiter les messages beaucoup plus rapidement afin d’obtenir une bien plus grande instantanéité. On pensera probablement au monde du jeux où cette fonctionnalité peut être primordiale mais en aucun cas vital. On préfèrera s’intéresser au monde du médical, où cette fonction permet au chirurgien de piloter en (vrai) temps réel l’appareil intervenant sur le patient à des centaines ou des milliers de kilomètres de distance. Toute imprécision ou décalage dans les manipulations pouvant avoir des conséquences immédiatement dramatiques. 

Ces temps de latence peuvent également avoir des impacts significatifs lorsque des horodatages précis sont la clé de l’application visée. Ou lorsque le pilotage de drones industriels, en milieu critiques ou sensibles, peut devenir dangereux. 

3 . Simultanéité des connexions :

La fonctionnalité peut-être la moins connue ou la moins palpable par les utilisateurs est la capacité bien supérieure de la 5G à pouvoir gérer un nombre considérable de connexions simultanées. Si cela n’est pas forcément visible pour la téléphonie mobile (hormis lorsqu’un TGV fait basculer 1000 téléphones mobiles d’une station de base à une autre en une fraction de secondes sans interruption perceptible du service) le grand gagnant de cette fonction est le monde de l’IoT. La possibilité de connecter des millions d’appareils par kilomètres carrés de manière fiable et sécurisée peut devenir un différenciateur important. Les marchés notamment de la « Smart city » ou du « smart building » sont les premiers clients potentiels de cette fonctionnalité. La diversité des objets à connecter est très importante et une première réponse à cette attente de l’industrie fut la standardisation des technologies Mesh. Développée et disponible aujourd’hui sur la technologie Bluetooth BLE, cette solution de réseau permet de supporter jusqu’à 100’000 points de connexion simultanés et a été rendu possible notamment via la solution du finlandais WIREPAS.

Point intéressant : Wirepas vient d’officialiser une version 5G de son protocole ! Une 5G sur réseau propriétaire !

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Quand la 5G ne convient pas :

1 - Basse consommation :‍

La téléphonie étant clairement un marché moteur dans le choix des développements, les premières itérations du standard 5G publiées par le 3GPP ont fait la part belle aux débits et aux temps de latence. Avec des applications cibles comme le streaming vidéo, les réseaux sociaux et les jeux en ligne, le niveau de consommation électrique des terminaux supportant ce type d’application ne faisait pas partie des critères techniques. 

Bien entendu les fonctions de basse consommation sont planifiées dans les travaux du 3GPP sur le long terme, via les « Release » qui ont lieu tous les 1 à 2 ans, mais il n’existe aujourd’hui clairement pas de solution pour servir les marchés de l’ultra-basse consommation.

Ces marchés restent aujourd’hui beaucoup mieux servis par le NB-IoT ou la LTE CatM1 et il n’est pas possible de considérer la 5G comme une alternative quelconque.

Le 3GPP a commencé à définir les spécifications d’une 5G pour l’IoT exploitable à partir de la Release 15, et de manière encore plus avancée dans la Release 16. Mais de la même manière qu’il y une étroite relation entre un terminal et l’infrastructure pour avoir une 5G efficace, il est indispensable que le Silicium présent dans les modules de communication supporte les spécificités des releases du 3GPP pour rendre les fonctions de basse consommation actives.

Les fabricants de chipset comme Qualcomm, ASR, Sequans ou autre n’ont pas encore de composants 5G à même de supporter ces modes basse consommation.

L’industrie se concentre aujourd’hui sur une meilleure intégration des produits NB-IoT et LTE-CatM1 en garantissant une connectivité aux infrastructure 5G. Les fabricants de modules, notamment, garantissent des produits « 5G Ready » : les applications ne pourront pas exploiter tous les avantages du réseau, mais seront garantis de pouvoir s’y connecter pour leur fonction première qui est de transmettre de la data. Dans cette optique, le chipset à l’intérieur de ces modules supporte des mises à jour de son firmware.

Les opérateurs de leur côté travaillent à préparer leur réseau pour accueillir sereinement ce type de module et garantir à leurs clients SIM une continuité de service dans les prochaines années. Ils ont mis en place en sein de leur R&D des groupes de travail dédiés à assurer la pérennité des solutions CatM1 et NB-IoT dans un monde 5G sur le long terme.

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2 - LTE et Voix :

Jusqu’à l’avènement de la 3G, les réseaux GSM étaient basés sur un réseau de type « commuté » (ou RTC). La 2,5G, ou GPRS, a apporté le mode « paquet » et cette double-technologie a perduré avec l’avènement de la 3G.

Néanmoins la 4G a apporté les communications basées sur IP, comme l’internet global, sans garder la capacité de travailler en mode commuté. Cette limitation a impliqué une restriction très importante pour beaucoup d’industries : l’absence du support de la voix. Certaines solutions ont été trouvées depuis, comme la Voix sur IP (VoIP) ou la Voix sur LTE (VoLTE), mais cela implique des développements logiciels parfois lourds et toujours couteux. Soit côté client, soit côté opérateur.

Les progrès réalisés sur ces technologies de voix ont beaucoup progressé ces dernières années, les rendant accessibles quel que soit le débit disponible. La majorité des fournisseurs de modules ont des solutions Voix allant de la LTE Cat-M1 à la 5G. Même si les opérateurs français n’ont aucune offre commerciale pour leur réseau bas-débit CatM1, d’autres acteurs en Europe et ailleurs dans le monde commercialisent déjà des alternatives.

Et lorsque l’on considère les 2 critères parmi les plus importants en termes de stratégie cellulaire - c’est-à-dire le coût composant et la couverture géographique - les applications où l’utilisation de la voix est critique (comme les systèmes d’alarme) ne peuvent pas considérer aujourd’hui la 5G comme une solution viable à court terme.

La 5G, pour quoi faire ?

La « révolution » tant annoncée par l’arrivée de la 5G est toujours aussi peu palpable 2 ans après sa commercialisation en Europe.

Comme nous l’avons vu plus haut, l’exploitation de l’ensemble des fonctionnalités de la 5G est dépendante d’un ensemble d’éléments interdépendants : infrastructure réseau, terminaux, mais également applications clients et homogénéité du parc.

La 5G ne tire vraiment son épingle du jeu que lorsque son exploitation peut être faite de « bout en bout » : des strates intermédiaires telles qu’un cœur de réseau ou un terminal 4G, une connexion ADSL ou un réseau WiFi peuvent impacter directement les performances d’une offre 5G.

Dans un contexte où la continuité de service peut être garantie tout au long de la chaine de communication, une offre 5G peut proposer une solution viable et fiable. Et le premier domaine à avoir su exploiter ces avantages est l’industrie. Les premiers exemples de sites industriels exploitant la 5G, en réseau local propriétaire, ont vu le jour en 2021, notamment chez Lacroix Electronics. Désirant optimiser les flux au sein de sa nouvelle usine de production électronique, LACROIX Electronics a déployé son propre réseau en s’affranchissant d’un réseau plus local en WiFi et en tirant bénéfice de la capacité de la 5G à offrir des débits et une instantanéité bien meilleure. Moins sensible aux interférences, offrant de bien meilleures portées, de manière beaucoup plus sécurisée.

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‍La 5G et la sécurité :

La 4G est architecturée autour de son « Cœur de réseau », et tant que ce cœur est protégé, le réseau dans sa globalité bénéficie d’un certain niveau de protection. La 5G est une technologie beaucoup plus décentralisée :  les stations de base ont été pensées, et intègrent, des puissances de calcul bien supérieures à ce qui se faisait avant, et une bonne partie du traitement des données est maintenant « pré-machées » par ces points d’accès avant d’être transmises aux points de traitement finaux. Revers de la médaille, cette décentralisation offre beaucoup plus de points d’accès possibles à des personnes mal intentionnées. Il est donc nécessaire de protéger ces points d’accès plus nombreux, ce qui demande bien entendu plus de ressources, humaines comme système, et donc d’investissements. La moindre faille sur un site moins protégé peut mettre en péril l’ensemble du réseau et des objets qui y sont connectés, et ce au niveau mondial.

La hausse des débits, également, met à rude épreuve les systèmes de protection qui ont beaucoup plus d’octets à analyser. A cela s’ajoute un parc globalement hétéroclite, une architecture que tout spécialiste en sécurité redoute le plus. Avec l’explosion du marché de l’IoT se sont des milliards points d’entrée au réseau qu’il faut être capable de surveiller, analyser et protéger.

La 5G offre de nouveaux défis aux acteurs spécialisées dans la protection réseau.

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