Devriez-vous construire un réseau privé 5G ou LTE ?

03/11/2020 - Ressources
Devriez-vous construire un réseau privé 5G ou LTE ?

Pendant des années, si une organisation souhaitait déployer un réseau sans fil privé dans une usine, un immeuble de bureaux, un centre de transit, de logistique, ou sur un service public ou une autre zone géographique, ses options se limitaient au Wi-Fi ou à des technologies de réseau propriétaires comme LoRa ou Sigfox. 

Ces anciens réseaux privés étaient adéquats pour connecter des ordinateurs portables à Internet et pour d'autres cas d'utilisation limitée de l'IdO (Internet des Objets) industriel. Cependant, les limites de la couverture et de la sécurité de ces réseaux, leur incompatibilité avec les réseaux cellulaires publics, ainsi que leurs coûts de gestion permanents élevés, ont rendu difficile l'utilisation de ces réseaux par les organisations pour de nombreuses applications de l'IdO.
 
Récemment, un nouveau type de réseau privé - les réseaux cellulaires privés qui utilisent les technologies 4G Long Term Evolution (LTE) et 5G - ont commencé à être déployés par de nombreuses entreprises. Comme ces réseaux utilisent des technologies cellulaires et sont compatibles avec les réseaux cellulaires publics, ils offrent aux organisations une grande partie de la couverture, de la sécurité et des autres capacités dont elles ont besoin pour les applications plus avancées de l'IdO. En outre, les coûts de gestion à long terme de ces réseaux sont souvent inférieurs à ceux des autres technologies sans fil.
 
Cependant, les organisations sont confrontées à de nombreuses questions lorsqu'elles se demandent si elles doivent déployer un réseau privé LTE ou 5G, notamment sur le fonctionnement de ces réseaux privés et sur les avantages spécifiques qu'ils offrent par rapport au Wi-Fi et à d'autres réseaux privés. 
 
Cet article aidera à répondre à ces questions, tout en fournissant des informations sur les ressources supplémentaires que les organisations peuvent utiliser pour savoir si un réseau LTE ou 5G privé est judicieux pour leur organisation. 
 

Que sont les réseaux cellulaires privés (5G ou LTE) ?

Les réseaux privés LTE et 5G (appelés "réseaux non publics" par le 3GPP, l'organisme de normalisation des télécommunications mobiles) sont des réseaux qui utilisent le spectre sans fil sous licence, partagé ou non, et les stations de base des réseaux cellulaires LTE ou 5G, les petites cellules et d'autres infrastructures de réseau d'accès radio (RAN) pour transmettre la voix et les données à des appareils périphériques, notamment des téléphones intelligents, des modules intégrés, des routeurs et des passerelles. 
 
Le LTE est une technologie de réseau cellulaire 4G qui offre une connectivité sûre, fiable et rapide. C'est la même technologie que vous utilisez aujourd'hui lorsque vous utilisez votre smartphone pour appeler vos amis et votre famille, consulter vos e-mails, jouer à des jeux ou regarder des vidéos. 
 
La 5G est une nouvelle technologie de réseau cellulaire. Elle offre de nombreux avantages en termes de performances par rapport à la technologie LTE, notamment une transmission de données plus rapide, une latence plus faible et la possibilité de se connecter à un plus grand nombre d'appareils périphériques.
 

Comment fonctionnent les réseaux privés LTE et 5G ?

Techniquement, les réseaux LTE et 5G privés fonctionnent de la même manière que les réseaux LTE et 5G publics exploités par Verizon, AT&T, Vodafone et d'autres opérateurs de réseaux mobiles (MNO). Les appareils de pointe utilisent le spectre radioélectrique pour transmettre des données aux stations de base cellulaires, aux points d'accès et aux autres infrastructures de réseau situées à proximité. L'infrastructure achemine ensuite ces données vers le réseau interne de l'entreprise via une connexion câblée sécurisée. Grâce à cette connexion sécurisée, les données des périphériques peuvent être envoyées à divers services et applications Cloud. Pour renvoyer les données vers les périphériques, le même processus se déroule en sens inverse.
 
La différence entre les réseaux LTE et 5G publics et privés réside dans le fait de savoir qui détient une licence ou un accès prioritaire au spectre sans fil, et qui possède et exploite les stations de base et l'infrastructure du réseau. 
 
Dans le cas des réseaux LTE et 5G publics, l'ORM (Opérateurs de Réseaux Mobiles) possède et exploite le spectre et l'infrastructure du réseau. En outre, tous les clients de l'ORM (en dehors des premiers intervenants ou des organismes de sécurité publique similaires) ont généralement les mêmes droits d'accès au réseau.
 
Avec les réseaux LTE et 5G privés, les organisations privées possèdent, exploitent ou ont un certain niveau d'accès prioritaire à l'infrastructure du réseau ou au spectre. La quantité d'infrastructure de réseau et de spectre détenue et exploitée peut varier considérablement. 
 
Avec les réseaux LTE et 5G privés complets (sur lesquels nous nous concentrerons dans cet article), l'organisation possède le spectre sans fil qu'elle utilise pour le réseau, ainsi que les stations de base du réseau et d'autres infrastructures. Cela lui donne un contrôle total sur le réseau et lui permet d'isoler complètement ses utilisateurs des autres réseaux publics MNO. 
 
Cependant, il existe d'autres types de réseaux privés. Dans le cas des réseaux privés partagés et des réseaux privés hybrides LTE et 5G, des parties du réseau sont soit détenues, soit partagées, soit exploitées par le MNO ou une autre organisation.
 

Qui peut construire un réseau LTE privé ou un réseau 5G privé ?

Pratiquement toute organisation peut mettre en place et exploiter son propre réseau LTE ou 5G privé si elle le souhaite, tout comme n'importe qui peut mettre en place et exploiter son propre réseau Wi-Fi. Il leur suffit de disposer d'un spectre, d'un équipement d'infrastructure de réseau et de dispositifs de périphérie pouvant se connecter à cet équipement. 
 
Les réseaux LTE et 5G privés complets nécessitent un investissement initial plus élevé que les réseaux Wi-Fi et autres. C'est pourquoi les organisations qui déploient ou envisagent de déployer des réseaux LTE ou 5G privés sont généralement des organisations qui doivent fournir une connectivité à un grand nombre d'utilisateurs et d'appareils, ou qui doivent couvrir une vaste zone géographique pour les applications de l'IdO. 
 
Ce groupe comprend :
Les ORM : de nombreux ORM envisagent de déployer des réseaux privés pour compléter leurs services sans fil existants dans des zones où la demande est forte ou dans lesquelles ils disposent d'un spectre limité sous licence. Par exemple, avec les réseaux LTE privés, ils peuvent fournir un service supplémentaire aux clients en dehors du spectre LTE sous licence dont ils disposent déjà. En outre, certains ORM mettent en place et gèrent des réseaux LTE ou 5G privés pour le compte d'organisations qui souhaitent disposer d'un réseau cellulaire privé, mais qui ne veulent pas posséder ou exploiter elles-mêmes l'infrastructure du réseau cellulaire privé.
 
Hôtes neutres : Tout comme les ORM, les hôtes neutres sont des réseaux LTE et 5G privés qui complètent les réseaux sans fil publics existants dans un endroit particulier. Par exemple, un hôte neutre peut mettre en place un réseau cellulaire privé dans un aéroport, un immeuble de bureaux, un stade ou un hôtel. Le réseau d'hôte neutre peut fournir une connectivité plus rapide et meilleure aux voyageurs, aux employés de bureau, aux fans de sport ou aux clients de l'hôtel sur le site. Le propriétaire de l'installation paiera le fournisseur de réseau hôte neutre pour une meilleure connectivité dans son installation.  Les ORM peuvent également dédommager le fournisseur hôte neutre pour offrir une connectivité à leurs réseaux publics LTE ou 5G dans les installations où la couverture propre de l'ORM est limitée.
 
Entreprises privées : Pratiquement tout type d'organisation - entreprise manufacturière, société minière, université, agence de transport, service public, etc. - peuvent installer et exploiter un réseau LTE ou 5G privé pour offrir une connectivité à leur usine, leur mine, leur campus, leur aéroport ou leur service public. Pour ce faire, l'organisation a besoin :
 
  • Du spectre sans fil acheté au gouvernement, ou fourni par un ORM ou un fournisseur de spectre tiers. Ils peuvent également utiliser des fréquences sans licence ou des fréquences "partagées", comme le spectre CBRS aux États-Unis. 
  • L'infrastructure LTE ou 5G, stations de base, mini-tours, petites cellules et autres équipements achetée auprès de fournisseurs d'équipements d'infrastructure de réseau.
  • Les smartphones, les modules intégrés, les routeurs, les passerelles et autres dispositifs de périphérie dotés de cartes SIM et de modems pour se connecter à leur réseau privé LTE ou 5G. 
 

Certaines organisations ont-elles déjà déployé des réseaux privés LTE ou 5G ?

Des organisations dans le monde entier ont déployées ou sont en train de déployer des réseaux privés LTE et 5G. En voici quelques exemples :
  • L'aéroport Love Field de Dallas, à Dallas, au Texas
  • Le 5G-Industry Campus Europe à Aix-la-Chapelle, en Allemagne
  • Une usine Mercedes Benz à Sindelfingen, Allemagne
  • Une usine Bosch à Worcester, au Royaume-Uni
  • Une mine exploitée par Boliden à Kankberg, en Suède
  • Les aéroports de Paris-Charles de Gaulle, Paris-Orly et Paris-Le Bourget en France
 

Tout smartphone, module intégré, routeur ou autre type d'appareil périphérique peut-il accéder aux réseaux privés LTE et 5G ?

Bien que les réseaux LTE et 5G privés utilisent la même technologie cellulaire que les MNO pour leurs réseaux LTE et 5G publics, vous ne pouvez pas vous contenter d'allumer votre smartphone LTE ou 5G, votre module intégré, votre routeur ou tout autre appareil périphérique et espérer qu'il se connecte à un réseau cellulaire privé. 
 
Tout d'abord, votre appareil doit pouvoir fonctionner sur le spectre sans fil utilisé par le réseau privé. Ensuite, il doit être doté d'une carte SIM (Subscriber Identity Module) unique qui l'identifie et lui permet de communiquer en toute sécurité sur le réseau cellulaire privé. Si le réseau privé est exploité par un MNO, ou par un hôte neutre ou une autre organisation ayant un accord d'exploitation avec le MNO, le dispositif peut généralement utiliser la carte SIM du MNO pour se connecter au réseau (il peut y avoir des frais à payer par le MNO). 
 
Les organisations disposant de réseaux LTE ou 5G entièrement privés qui ne connectent pas leur réseau LTE privé à un MNO auront besoin d'une carte SIM unique qui se connecte à leur propre réseau LTE privé. Les cartes SIM sont peu coûteuses et faciles à obtenir auprès des fournisseurs d'équipements de réseau. 
 
En outre, il existe des cartes SIM intelligentes qui permettent aux appareils de se connecter à un réseau cellulaire privé lorsqu'ils sont dans la couverture d'un réseau privé, puis de passer aux réseaux cellulaires publics lorsqu'ils ne peuvent plus se connecter à leur réseau privé.
 
Aux États-Unis, le Citizens Broadband Radio Service (CBRS) est une bande de fréquences sans fil qui a été mise à disposition par la FCC pour les réseaux LTE privés. Les appareils de périphérie - y compris les smartphones, les modules intégrés, les routeurs - qui ont été certifiés pour utiliser la bande CBRS par la FCC peuvent se connecter à ces réseaux CBRS LTE privés. 
 
De plus en plus de dispositifs de périphérie certifiés pour une utilisation avec le spectre sans fil privé sont disponibles. Par exemple, les nouveaux iPhones d'Apple prennent en charge le CBRS, et le module AirPrime EM7511 de Sierra Wireless ainsi que plusieurs passerelles ont été certifiés pour le CBRS.
 

Qu'est-ce qu'un réseau privé LTE CBRS ?

Comme mentionné ci-dessus, un réseau privé LTE CBRS est un réseau LTE privé utilisant le spectre sans fil CBRS. Bien que la FCC ait mis aux enchères certaines licences CBRS, appelées licences d'accès prioritaire (PAL), les entreprises peuvent toujours utiliser le spectre CBRS d'accès général autorisé (GAA) sans obtenir de licence, en partageant ce spectre avec les propriétaires de licences PAL (qui ont un accès prioritaire au spectre) et d'autres utilisateurs de GAA. Cela permet aux propriétaires de licences PAL et aux utilisateurs GAA de construire et d'exploiter des réseaux LTE privés aux États-Unis en utilisant la bande CBRS de 3,5 GHz du spectre sans fil.
 

Le CBRS est-il la seule bande de fréquences disponible pour les réseaux LTE privés et les réseaux 5G privés ?

Non, pas du tout ! 
Outre les réseaux LTE CBRS privés, les organisations souhaitant construire leurs propres réseaux LTE privés aux États-Unis disposent d'autres options de spectre que le CBRS. Par exemple, la FCC a récemment approuvé des règles qui permettront d'utiliser une bande de 900 MHz du spectre appartenant à Anterix pour les réseaux privés. 
 
En outre, de nombreux gouvernements en Europe et ailleurs dans le monde permettent aux entreprises d'acheter des fréquences sans fil pour des réseaux LTE ou 5G privés. Par exemple, l'Allemagne a attribué des fréquences dans la bande 3,4-3,8 GHz pour les réseaux privés 5G. En France, des fréquences dans la bande 2,57-2,62 GHz ont été offertes aux entreprises pour les réseaux cellulaires privés. 
 
Les organisations du monde entier peuvent également utiliser des fréquences sans licence dans la bande de 5 GHz pour les réseaux privés LTE et 5G. 
 

En quoi les réseaux LTE et 5G privés sont-ils meilleurs que les réseaux Wi-Fi privés ?

Comme mentionné ci-dessus, il y a plusieurs avantages et inconvénients à prendre en compte lorsque l'on compare le Wi-Fi aux réseaux privés LTE et 5G. 
 
Les réseaux privés LTE et 5G nécessitent généralement un investissement initial plus élevé que les réseaux Wi-Fi. Ils nécessitent également des appareils de pointe qui ont été certifiés pour le spectre sans fil utilisé par leur réseau cellulaire privé. Si le réseau cellulaire privé n'est pas connecté à un MNO, les dispositifs de périphérie ont également besoin de cartes SIM pour accéder au réseau privé.
 
Toutefois, les réseaux privés LTE et 5G offrent de nombreux avantages par rapport aux réseaux Wi-Fi. Par exemple, ces types de réseaux offrent une meilleure couverture sans fil que le Wi-Fi sur de vastes zones géographiques, sous terre et à l'intérieur de bâtiments ou d'autres installations. Les réseaux LTE et 5G sont également plus sûrs que le Wi-Fi car ils cryptent les données par défaut. En outre, les réseaux privés LTE et 5G sont plus faciles (et donc moins coûteux) à administrer et à entretenir que les réseaux Wi-Fi. 
 
De plus, comme les appareils LTE et 5G privés utilisent la même technologie que les réseaux cellulaires publics, ils peuvent se transférer sur les réseaux cellulaires publics s'ils quittent la zone de couverture de leur réseau privé. Par exemple, une entreprise pourrait toujours surveiller et contrôler un chariot élévateur automatisé après qu'il a traversé la rue et s'est déplacé hors de la zone de couverture de son réseau privé 5G, tant qu'elle a la possibilité de se transférer au réseau public 5G de l'ORM. 
 
Il y a d'autres avantages à utiliser la même technologie de réseau que les réseaux cellulaires publics. Les entreprises qui sont en train de construire un réseau LTE ou 5G privé peuvent commencer par utiliser un réseau LTE ou 5G public pour assurer la connectivité de leurs installations, puis passer à leur propre réseau privé une fois qu'il est entièrement déployé. Avec les réseaux LTE et 5G privés, les organisations peuvent utiliser les réseaux publics comme "secours" si leur propre réseau privé tombe en panne, à condition que leurs appareils soient équipés de cartes SIM intelligentes ou de doubles cartes SIM.  
 
La question se résume alors au cas d'utilisation de la connectivité. Si l'organisation veut fournir une couverture étendue à un grand nombre d'appareils périphériques sur une zone large, éloignée ou souterraine, assurer la sécurité de ses données, réduire ses coûts d'administration de réseau à long terme ou maintenir un contrôle important sur son réseau cellulaire, elle doit envisager d'investir dans un réseau privé LTE ou 5G.
 

Quels sont les cas d'utilisation privée de la LTE et de la 5G ?

Les organisations du monde entier ont besoin de déployer des réseaux sécurisés, rapides et faciles à gérer qui peuvent leur fournir une couverture fiable à l'intérieur des bâtiments ou dans des zones éloignées pour les communications vocales ou de données. 
 
Les réseaux privés LTE et 5G répondant à ce besoin, le nombre de cas d'utilisation de ces réseaux augmente chaque jour.
Voici quelques exemples de cas d'utilisation de réseaux LTE et 5G privés :
 
  • Fabrication : Les installations de fabrication peuvent utiliser des réseaux privés LTE et 5G pour connecter leurs systèmes de technologie de l'information (TI) à leurs équipements de fabrication, ce qui leur permet de déployer des véhicules guidés automatisés (VGA), le contrôle à distance des machines et des robots, la surveillance des processus de fabrication, la maintenance prédictive et d'autres applications de l'IdO. Dans une enquête récente de Nokia et ABI Research, 90 % des décideurs du secteur manufacturier étudient l'utilisation de la 4G et/ou de la 5G dans leurs activités et 84 % d'entre eux envisagent de déployer leur propre réseau local privé sans fil 4G/5G.
  • Produits chimiques : De nombreuses usines de traitement chimique disposent d'équipements utilisés par plusieurs locataires ou louent leurs équipements à des clients pour des projets discrets. Les réseaux privés LTE et 5G permettent à ces installations de surveiller attentivement la manière dont leur équipement est utilisé par leurs locataires ou clients, ce qui leur permet de déployer un modèle commercial "d'équipement en tant que service" qui facture ces locataires ou clients en fonction de l'utilisation de l'équipement.
  • Entrepôts : Avec un réseau privé LTE ou 5G, les détaillants en ligne et les exploitants d'entrepôts peuvent déployer des applications robotisées de prélèvement de produits, de suivi des produits et d'autres applications d'entreposage de l'IdO sans se soucier des points morts dans leur entrepôt ni dépenser beaucoup d'argent pour la maintenance du réseau.
  • Aéroports, gares, stades et autres grands lieux publics : Les grands lieux publics ont souvent besoin d'une forte couverture à l'intérieur et à l'extérieur de leurs installations pour répondre aux besoins de connectivité de leurs employés, des dispositifs de l'IdO et de centaines, voire de milliers de visiteurs - les réseaux privés LTE et 5G peuvent assurer cette couverture en toute sécurité.
  • Services publics : En fournissant aux services publics une connectivité sécurisée, flexible et fiable sur une vaste zone géographique, les réseaux privés LTE et 5G permettent aux services publics de connecter plus facilement et à moindre coût leurs applications IdO aux compteurs intelligents, aux transformateurs, aux systèmes de stockage d'énergie sur batterie et à d'autres types d'infrastructures de réseau, ainsi qu'aux véhicules utilisés par leur personnel mobile.
  • Mines, pétrole et gaz : Les réseaux privés LTE et 5G fournissent aux sociétés minières et d'extraction d'énergie la connectivité fiable dont elles ont besoin pour les applications IdO qui se connectent aux machines de forage, aux ordinateurs de poche robustes et à d'autres équipements, même si ces équipements sont souterrains ou situés dans un endroit éloigné.
  • Les campus : Les universités, hôpitaux, bases militaires, hôtels, bureaux, immeubles d'habitation et autres campus, sites et installations où un grand nombre de personnes ou de dispositifs IoT ont besoin d'une connectivité Internet rapide, fiable et sécurisée peuvent bénéficier d'un réseau privé LTE ou 5G.
 

Les entreprises peuvent-elles faire passer leurs réseaux LTE privés à la 5G ?

Oui. La prise en charge du spectre inférieur à 6 gigahertz (GHz) par la 5G signifie que les entreprises peuvent facilement transformer leur réseau LTE privé en un réseau 5G privé, en utilisant le même spectre que celui qu'elles utilisent actuellement pour leur réseau LTE privé, tout en bénéficiant d'une grande partie des améliorations de vitesse, de latence et d'autres performances offertes par la 5G. 
 
Les réseaux privés 5G qui utilisent ce spectre inférieur à 6 GHz peuvent répondre à la plupart des cas d'utilisation de l'IdO que les organisations envisagent aujourd'hui pour les réseaux cellulaires privés. Toutefois, de nombreux gouvernements dans le monde entier prévoient également de mettre à disposition des réseaux privés le spectre d'ondes millimétriques (ondes mm) 5G entre 24 GHz et 53 GHz à l'avenir. Ce spectre de GHz plus élevé permettra aux réseaux privés 5G à ondes millimétriques de fournir des débits de transmission de données beaucoup plus élevés que les réseaux LTE et 5G inférieurs à 6 GHz. En outre, l'utilisation du spectre en ondes millimétriques par la 5G, combinée à d'autres avancées technologiques, notamment un nouveau réseau central appelé 5G Core Network (5GCN), offrira de nouvelles capacités de connectivité, notamment une fiabilité ultra élevée, une latence très faible et des transferts très rapides.
 
Les avantages offerts par les réseaux 5G sub-6 et mmWave sont la raison pour laquelle, dans un article récent, un chercheur de Deloitte a écrit : "Pour beaucoup des plus grandes entreprises du monde, la 5G privée deviendra probablement le choix préféré, en particulier pour les environnements industriels tels que les usines de fabrication, les centres logistiques et les sites portuaires".
 

Où puis-je en savoir plus sur les réseaux privés LTE et 5G ?

Les organisations industrielles, les rapports de sociétés de recherche, les articles des médias et autres contenus suivants peuvent vous aider à en savoir plus sur les réseaux privés LTE et 5G et à déterminer si un tel réseau cellulaire privé pourrait être intéressant pour votre organisation.  
 
  • 5G Industry Campus Europe
  • ABI Research : Transformation numérique des entreprises par l'industrie 4.0
  • Arthur D. Little : Réseaux de campus privés
  • Site de l'Alliance CBRS
  • Deloitte : Réseaux privés 5G : Entreprise non liée
  • Harbor Research : L'opportunité de la LTE privée pour l'IdO industrielle et commerciale 
  • Sondage de recherche sur la lecture lourde : L'opportunité pour les opérateurs de télécommunications d'avoir un réseau mobile privé 
 
Vous pouvez également commencer avec Sierra en nous contactant directement pour discuter de la manière dont nous pouvons vous aider à utiliser les réseaux privés LTE et 5G pour créer de la valeur dans l'économie connectée d'aujourd'hui.
 
Contenu inspiré par l’article en anglais de sierra Wireless
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