À chaque usine son réseau 5G

Le déploiement de la 5G suit son cours. Pour les industriels, c’est la promesse d’une production plus efficace, plus autonome et plus flexible que jamais. Les entreprises industrielles misent sur les réseaux mobiles pour interconnecter leurs usines

Dans les années à venir, les entreprises auront besoin de réseaux ultrarapides, robustes et à très haut débit. Dans le secteur industriel, de nombreux acteurs misent sur les réseaux mobiles 5G privés pour interconnecter leurs sites de production. Systèmes de transitique (rayonnage et convoyage), lignes de production automatisées, applications de réalité augmentée ou encore robots : les réseaux de communication mobile devront pouvoir gérer des centaines de milliers d’équipements au kilomètre carré en temps réel. Les réseaux 5G industriels sont attendus en Allemagne pour 2023. Ils devraient également être déployés au Royaume-Uni, aux États-Unis, ainsi que dans d’autres pays cette même année.

 

Pour les utilisateurs de smartphones, les atouts de la 5G sont évidents. La bande passante permettra de visionner des vidéos 4K partout avec leur téléphone. Pour l’industrie, les enjeux sont d’une tout autre ampleur. L’arrivée de la 5G constitue une étape cruciale dans la transition vers l’industrie 4.0. Dans cette industrie du futur, les usines intelligentes seront plus flexibles et productives grâce à la digitalisation et à l'Internet des objets. LA 5G est 10 à 20 fois plus rapide que la LTE actuelle, et ne consomme qu’un millième de la quantité d’énergie par bit transféré. « De faibles temps de latence, des bandes passantes très larges, le contrôle de ses propres données et la souplesse d’adaptation aux besoins individuels : les réseaux privés offrent à l’industrie des possibilités inédites », déclare Sander Rotmensen, responsable Gestion de produits pour la communication industrielle sans fil chez Siemens.

Coopération avec les entreprises de télécommunications

Selon le calendrier de déploiement de la 5G, plusieurs étapes devront encore être franchies avant que les réseaux privés ne deviennent réalité. L’Allemagne a passé la première étape en mars dernier. Dans le cadre d’une mise aux enchères, l’autorité allemande de régulation des communications électroniques (BNetzA - agence fédérale des réseaux chargés de l’affectation des fréquences) a attribué les fréquences 5G de la bande de 3,7 à 3,8 GHz pour permettre le développement de réseaux locaux dans l’industrie, le secteur agricole, et pour les instituts de recherche.

 

Cette première étape a été rendue possible notamment grâce au soutien de Siemens et d’autres grandes entreprises, mais aussi aux unions professionnelles de l’industrie allemande. Une telle bande de fréquences est idéale pour les applications à petite échelle. « Que les industriels puissent avoir un accès direct à ces fréquences est parfaitement légitime et pertinent », selon Sander Rotmensen. « Nous connaissons les besoins de nos usines mieux que quiconque. Finalement, le plus important pour l’industrie, c’est de travailler aussi efficacement que possible. Pour cela, il faut une disponibilité maximale des infrastructures réseau. »

Démonstrations de faisabilité

Il n’y a rien d’étonnant à ce que des entreprises allemandes comme Audi, Mercedes-Benz, BASF, ou encore Deutsche Messe AG, aient déjà investi dans la 5G. Dans d’autres pays aussi, on se prépare à l’arrivée des réseaux industriels 5G. Ainsi, le Citizen Broadband Radio Service (CBRS), une initiative américaine, ouvre l’accès aux fréquences de la bande 3 550 MHz à 3 700 MHz pour les réseaux locaux. Ofcom, l’autorité de régulation des télécommunications au Royaume-Uni, a annoncé dans un livre blanc publié en juin 2019 qu’elle prévoyait de donner l’accès aux opérateurs locaux aux bandes de fréquence de 3,8 à 4,2 GHz, ainsi qu’à celles de 1800 MHz, 2300 MHz et 26 GHz.

 

Mais avant que les entreprises industrielles ne puissent exploiter ces fréquences, la norme 5G devra encore être développée afin que le réseau puisse s’adapter aux exigences industrielles. La première étape aura lieu à la mi-2020, lorsque l’instance de coopération entre les organismes de normalisation des télécommunications, le 3GPP, éditera un nouvel ensemble de normes 5G (baptisées « Release 16 »). Il sera alors possible de commencer à développer du matériel (infrastructures et terminaux) pour les installations de production locales. Ensuite, une fois que les redevances d’utilisation des fréquences allouées auront été définies (un détail qui a son importance pour les investissements dans la 5G industrielle), plus rien ne s’opposera à la réalisation des démonstrations de faisabilité (proof of concept).

Le développement de la communication sans fil se poursuit

Les réseaux privés présentent de nombreux avantages : ils permettent aux entreprises de suivre, d’analyser, de contrôler et de configurer le trafic de données à leur guise. Les entreprises peuvent alors garantir la rapidité et la fiabilité requises pour leurs processus d’activité, qu’il s’agisse des opérations logistiques ou des procédés de production. « Dès que les normes Release 16 seront publiées, nous testerons concrètement le potentiel de la 5G », affirme Sander Rotmensen. « Mais nous sommes d’ores et déjà convaincus de la pertinence de cette technologie pour les entreprises souhaitant suivre leur production en temps réel ou traiter les données en périphérie de leur propre réseau (applications Edge) sans avoir à les transférer vers le cloud. »

 

À vrai dire, la communication sans fil n’est pas une nouveauté dans l’industrie. Avec RUGGEDCOM WIN, Siemens met déjà en œuvre une solution de radiocommunication privée WiMAX dans différents secteurs de l’industrie (transmission de données par voie hertzienne à haut débit), principalement dans l’environnement des réseaux intelligents (Smart Grid) pour la téléconduite des réseaux électriques. En outre, il existe déjà un certain nombre de réseaux LTE privés, par exemple dans les usines ou les ports. Depuis plus de 15 ans, Siemens utilise des réseaux de radiocommunication WLAN dans l’industrie, avec des solutions capables de répondre à toutes les exigences, notamment pour les applications de sécurité (Wireless Safety). Le développement de l’IWLAN se poursuit parallèlement à celui de la 5G industrielle. Et pour cause : les fréquences permettant de déployer des réseaux privés industriels 5G ne sont pas disponibles partout dans le monde. Toutefois, aucune de ces solutions n’offre un éventail de services aussi large que celui de la 5G.

Le spectre privé doit être déployé à l’échelle mondiale

Afin d’assurer la transition vers le réseau industriel 5G, le spectre privé pour les utilisations locales doit néanmoins être établi à l’échelle internationale. En effet, il s’agit d’un prérequis à l’utilisation des technologies 5G dans l’industrie à l’échelle mondiale. « Avant même que les réseaux industriels locaux ne soient mis en service, Siemens testera de manière approfondie les solutions pour le réseau industriel 5G », précise Sander Rotmensen. 

Attentes réalistes

Trois questions à Herbert Wegmann, Directeur général Communication et Identification industrielle, sur les perspectives et les limites de la 5G.

 

 

Cela fait déjà un certain temps que l’on entend parler de la 5G, mais les normes de la 5G industrielle ne seront pas publiées avant mi-2020. Est-ce que vous vous impatientez ?

 

Hermann Wegmann : Non, parce que ce n’est plus qu’une question de temps. Il importe désormais que les spécifications propres à l’industrie soient standardisées par les normes Release 16 (attendues mi-2020) et Release 17 (prévues pour fin 2021) émises par le 3GPP (organisme international de normalisation des radiocommunications). L’adhésion des entreprises industrielles au système a été rendue possible grâce à une étape très importante : l’autorité allemande de régulation des communications électroniques (BNetzA) a décidé d’autoriser les entreprises industrielles souhaitant utiliser la 5G dans leurs usines à créer leurs propres réseaux locaux. Il est désormais possible, en Allemagne, d’utiliser la bande de fréquence de 100 MHz entre 3,7 et 3,8 GHz pour des applications industrielles avec une grande qualité de service (Quality of Service). Nous nous en réjouissons, non seulement parce que nous avions plaidé en faveur de cette solution, mais aussi parce que la 5G industrielle va nous permettre, pour la première fois, de connecter intégralement l’ensemble du secteur industriel.

 

Qu’est-ce qui vous impressionne le plus avec la 5G ?

 

Wegmann : Les chiffres parlent d’eux-mêmes : un million d’unités connectées au km², un débit atteignant 20 Gbit/s par seconde, un temps de réaction de quelques millisecondes. Au-delà des chiffres, ce qui m’impressionne le plus, c’est l’immense champ des possibles ouvert par la 5G industrielle. Elle peut être utilisée pour développer des concepts d’usine flexible entièrement novateurs. Les entreprises seront en capacité d’adapter à tout moment leurs sites de production aux circonstances, et ce sans avoir à opérer de changement majeur des infrastructures. Une fois que nous commencerons à réaliser les possibilités qui s’offrent à nous, nous ne serons plus très loin de l’usine auto-organisée.

 

Quelles sont les limites de la 5G ?

 

Wegmann : Nous devons bien entendu avoir des attentes réalistes. Si l’on conçoit les trois avantages majeurs de la 5G (la largeur de bande, le nombre d’appareils connectés et la qualité de service) comme étant les angles d’un triangle, on se rend bien compte qu’il ne sera pas possible d’étirer simultanément les trois angles indéfiniment. Pour les applications industrielles, cela signifie que si vous avez besoin d’une qualité de service élevée pour des systèmes automatisés déterministes raccordés à un réseau 5G, vous ne pourrez pas bénéficier en même temps de la largeur de bande complète et de la dotation maximale en équipements connectés. C’est notamment pour cette raison que la bande de fréquences locale est si importante pour l’industrie. L’utilisateur pourra configurer son réseau de manière optimale pour les applications mises en œuvre, comme c’est le cas avec les réseaux câblés en technologie TSN (Time-Sensitive Networking).

15-11-2019

Hubertus Breuer

 

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