De nombreuses usines intelligentes actuelles sont limitées par les architectures de câblage existantes. Ces systèmes utilisent des réseaux éprouvés, tels que l'Ethernet industriel, Profinet et CANbus, pour connecter les capteurs, les actionneurs et les contrôleurs des équipements automatisés. Ces connexions étant réalisées par câble, toute modification des installations, même mineure, est lente et coûteuse.
Les générations précédentes de réseaux sans fil, même la 4G/LTE malgré sa vitesse supérieure, ne pouvaient garantir la réactivité en temps réel nécessaire à l'autonomie ni une latence suffisamment faible. De plus, un site industriel constitue un environnement complexe, sujet à d'importantes interférences et à du bruit électromagnétique, ce qui limite les performances de nombreuses technologies de communication sans fil antérieures. Les capacités réseau améliorées de la 5G (figure 1) permettent de résoudre certains de ces problèmes et d'accroître la flexibilité et l'efficacité du système.
L'une des caractéristiques essentielles de toute usine automatisée est la surveillance. La 5G apporte une communication massive machine-à-machine (mMTC), une fonction capable de répondre aux exigences du déploiement de réseaux de capteurs sans fil (RCS) à grande échelle. L'efficacité énergétique s'en trouve également améliorée grâce à la 5G, un atout majeur pour prolonger l'autonomie des appareils connectés et minimiser la maintenance.
Dans le domaine du contrôle de mouvement et de la robotique industrielle, où la précision et la sensibilité en temps réel sont cruciales, les ingénieurs utilisaient jusqu'à présent le réseau TSN (Time-Sensitive Networking) avec l'Ethernet industriel câblé. Cependant, la 5G, avec sa communication ultra-fiable à faible latence (URLLC), constitue une alternative sans fil viable, également compatible avec la robotique basée sur le cloud.
Trois technologies connexes commencent à s'imposer dans l'environnement industriel : la réalité virtuelle, la réalité augmentée et l'intelligence artificielle (RV/RA/IA). La 5G offre un débit élevé, la technologie URLLC et permet le traitement en périphérie. Dans ces cas, les processus de calcul énergivores peuvent être exécutés dans le cloud, ce qui permet l'utilisation d'appareils plus simples et moins coûteux sur site.
Les défis et les opportunités du déploiement de la 5G :
Afin de protéger les investissements dans les technologies de réseaux sans fil et filaires, les projets 5G doivent s’intégrer parfaitement aux infrastructures existantes. Actuellement, l’un des principaux défis réside dans le fait que la couverture intérieure n’a jamais été une priorité pour les opérateurs de réseau. Les progrès de la technologie Open RAN réduisent le coût total de possession des réseaux d’accès radio 5G (RAN 5G), rendant le déploiement de la 5G privée (réseau non public ou NPN) une option réaliste. Les entreprises qui optent pour cette solution doivent savoir que les autorités de régulation du monde entier allouent un spectre dédié et rentable pour la 5G privée. De plus, selon les besoins opérationnels de l’usine, la 5G privée peut être totalement isolée du réseau public ou partagée.
La 5G et la voiture connectée
: Selon les prévisions, le secteur automobile sera parmi les pionniers du déploiement de la 5G, même si l’autonomie de niveau 5 ne sera probablement pas une réalité commerciale avant quelques années. Toutefois, il est probable que la prochaine voiture que nous achèterons sera équipée d’un accès internet pour gérer la télématique, les systèmes mobiles V2X (communication véhicule-infrastructure) et l’infodivertissement.
Une voiture connectée actuelle peut générer jusqu’à 4 To de données par jour, soit l’équivalent d’environ 500 films. Grâce aux dernières avancées de la technologie de communication V2X, ces données sont déjà utilisées de multiples façons. Par exemple, les données des systèmes de gestion moteur sont envoyées à des centres de service à distance pour la maintenance prédictive, et les informations sur le trafic et les conditions météorologiques locales peuvent alimenter les systèmes de sécurité publique. En fait, même les informations relatives au comportement du conducteur et au kilométrage du véhicule peuvent être intégrées à des bases de données pour la mise en place de formules d’assurance au kilomètre.
Au cours des cinq dernières années, le 3GPP (Third Generation Partnership Project), organisme international de normalisation des technologies de télécommunications mobiles (fonctions d'accès radio, réseaux dorsaux et services) et de description complète des systèmes de télécommunications mobiles, a enrichi les fonctionnalités de C-V2X au rythme des progrès technologiques des réseaux mobiles (figure 3). Les nouveautés de la version 16 ouvrent la voie au déploiement des systèmes avancés d'aide à la conduite (SAC).
Bien que les voitures autonomes semblent encore loin d'être disponibles pour le grand public, des tests très importants ont déjà été menés. Des entreprises comme Tesla, Google et BMW ont fait la une des journaux et contribuent à alimenter les attentes et à faire progresser ces initiatives. De nombreux véhicules haut de gamme possèdent déjà un certain niveau d'autonomie (certains jusqu'au niveau 3), qui repose également sur les technologies C-V2X.
Bien que les réseaux 4G/LTE alimentent nombre des applications mentionnées ci-dessus, le volume de données à partager ne cesse de croître, accentuant la pression sur la bande passante disponible. Par ailleurs, la gestion de l'énergie et les systèmes de sécurité intégrés, pourtant essentiels, deviennent de plus en plus sophistiqués, rendant la faible latence indispensable. Pour atteindre une plus grande autonomie, la vitesse du réseau et les capacités de traitement du cloud vers la périphérie doivent permettre une latence comparable à celle des réflexes humains. De même, pour les systèmes de communication et de perception augmentées (CPA) plus sophistiqués, le véhicule connecté doit réagir en temps réel aux événements environnants. Le réseau sans fil actuel atteint ses limites et devient un obstacle : sans la 5G, il n'y aura jamais de voitures véritablement autonomes.
Conclusion :
La plupart des déploiements de réseaux 5G se sont concentrés sur l’amélioration de la 4G/LTE, conformément aux spécifications « Release 15 » (5G NR NSA) du 3GPP, ce qui a permis le lancement d’une gamme limitée de services 5G. Cependant, le véritable potentiel de la 5G réside dans le déploiement de la « Release 16 » et, à l’avenir, de la « Release 17 ». Certaines applications, telles que les usines et les véhicules autonomes, ne deviendront réalité que lorsqu’elles pourront accéder facilement à ce niveau de performance réseau supérieur. Le déploiement initial de la 5G a été relativement prudent et a été freiné par la pandémie mondiale. Nul doute que la deuxième vague de ce déploiement accélérera la demande pour un large éventail d’applications encore inconnues.
