juil., 6 2022

Tout ce qu’il faut savoir sur la 5G

Définition rapide : la 5G désigne la cinquième génération de réseaux cellulaires. Elle se caractérise par des débits plus élevés, une bande passante plus large, moins de latence, et des fonctionnalités plus avancées que les générations précédentes. Certains opérateurs mobiles ont commencé à déployer la 5G en 2019, et d’ici quelques années, elle deviendra le principal réseau cellulaire.

Glossaire M2M
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Les réseaux 5G élargissent considérablement l’accès à une connexion internet haut débit dans le monde entier, posant ainsi les bases d’une révolution dans l’internet des objets (IoT). Des milliards d’objets connectés sont déjà en service dans le monde, mais les réseaux 5G, avec leur bande passante plus large et une meilleure utilisation du spectre de fréquences, vont permettre à encore plus d’appareils de se connecter, sans interférence. Et ce même s’ils sont très proches.

La technologie 5G ne sera mature que dans plusieurs années, les réseaux 4G LTE seront donc encore utiles pendant longtemps (jusqu'à ce qu'ils fasse place à d'autres réseaux, comme c'est le cas pour la 2G et la 3G). Mais pour les industriels et les utilisateurs, il est utile de comprendre en quoi la 5G représente une nouveauté, et à quoi ressemblera la connectivité cellulaire dans quelques années.

Quelle est la vitesse de la 5G ?

Les réseaux 5G sont conçus pour atteindre un maximum de 20 Gbps en débit descendant, et 10 Gbps en débit montant. En pratique, les vitesses moyennes constatées sont de 100 Mbps et 50 Mbps respectivement.

En comparaison, la 4G LTE est censée atteindre jusqu’à 150 Mbps en débit descendant, et 50 Mbps en débit montant, et en moyenne, ces débits atteignent 20 Mbps et 10 Mbps respectivement.

Autrement dit, le débit moyen de la 5G est déjà cinq fois plus important que celui de la 4G, et en théorie ce ratio peut monter jusqu’à x100.

Mais la 5G ne se contente pas d’afficher un débit plus élevé. Elle occasionne aussi beaucoup moins de latence. La latence représente le délai entre une demande émise par un appareil, et la réponse émise par un autre appareil, à travers le réseau. La latence moyenne de la 5G est de 4 millisecondes, et elle peut descendre jusqu’à 1 milliseconde dans certains cas. Avec une connexion 4G, la latence est d’environ 50 millisecondes. La latence de la 5G est donc 10 fois plus faible que celle de la 4G.

Avec un smartphone, la 5G permet de télécharger en quelques secondes des films en haute définition. Côté IoT, des usages perfectionnés comme les voitures autonomes, les équipements de la ferme intelligente, et les soins à distance bénéficieront de la faible latence et de la plus grande bande passante de la 5G.

Historiquement, une connexion plus rapide impliquait une plus grande consommation énergétique. Mais la 5G s’appuie sur les fonctionnalités d’économie d’énergie de la 4G pour combiner haut débit et basse consommation.

Quelle est la bande passante de la 5G ?

Les avantages de la 5G ne s’arrêtent pas à sa vitesse. Cette génération propose une bande passante plus large et une plus grande flexibilité dans son usage. C’est-à-dire que les réseaux 5G peuvent garantir une connexion stable à un beaucoup plus grand nombre d’objets connectés dans une même zone. Et c’est la nouveauté la plus importante pour l’IoT.

De manière générale, chaque réseau opère sur des bandes de fréquences spécifiques. Les appareils connectés doivent partager cette bande passante. Avec le temps, le progrès des technologies sans fil et de nouvelles approches ont permis aux opérateurs de faire plus avec la même bande passante. Pour autant, chaque réseau est confronté à une même limite : au-delà d’un certain nombre d’appareils utilisant la même bande de fréquence dans la même cellule d’un réseau, des interférences apparaissent et perturbent la connectivité.

Les réseaux 5G peuvent offrir une connectivité via les basses fréquences en-dessous de 1 GHz, les fréquences intermédiaires entre 1 GHz et 6 GHz, et les hautes fréquences entre 6 GHz et 100 GHz. D’autre part, la 5G permet de se connecter aussi bien sur des fréquences sous licence que des fréquences libres, ce qui représente un gain de flexibilité pour les opérateurs.

À titre de comparaison, les réseaux commerciaux 4G utilisent uniquement des fréquences entre 600 MHz et 3 GHz.

L’utilisation de fréquences sensiblement plus hautes permet de meilleurs débits, mais cela crée aussi de nouveaux défis pour les ingénieurs qui souhaitent en tirer profit.

Quelles sont les limites de la 5G ?

La 4G est maintenant déployée depuis plus de 10 ans. Cela a laissé le temps aux opérateurs de construire d’importantes infrastructures, et des innovations ont permis de surpasser certaines de ses limites. La 5G offre de nouvelles perspectives, mais aussi de nouveaux défis.

Une moins bonne couverture

Qui dit plus haute fréquence radio, dit aussi longueur d’onde plus courte. Et plus faible portée. Pour un opérateur 5G, cela implique que les cellules de son réseau doivent être plus petites pour exploiter ces hautes fréquences. Les réseaux 5G nécessitent donc plus d’infrastructures, chaque élément offrant une moins bonne couverture.

De plus, les hautes fréquences pénètrent moins bien dans les bâtiments, ce qui détériore la couverture en intérieur. Les réseaux 5G peuvent certes utiliser des fréquences basses ou moyennes, mais les usages intérieurs ne pourront donc pas s’appuyer sur les hautes fréquences.

La 5G est particulièrement utile dans les grandes villes où l’on trouve une forte concentration d’appareils cellulaires (et une plus grande demande de connexion haut débit avec une faible latence). Mais construire toutes les infrastructures nécessaires pour fournir un accès 5G étendu prendra des années.

Cependant, les Low Power Wide Area Networks (LPWAN) comme les technologies Narrowband IoT (NB-IoT) et LTE-M commencent à intégrer des éléments de la 5G. La technologie Massive Machine-Type Communication (mMTC) est l’évolution 5G des NB-IoT et LTE-M, elle facilitera l’extension de la couverture 5G.

Des risques pour la sécurité des objets connectés

La 5G constitue un nouvel espace de connexion pour des dizaines de milliards de nouveaux objets connectés, et de nouvelles applications de pointe pour l’IoT cellulaire. Cette croissance considérable apportera avec elle de nouveaux défis en termes de sécurité.

Chaque appareil connecté représente une porte d’entrée potentielle pour une application vers les autres appareils d’un utilisateur. Ainsi, le nombre de botnets augmentera vraisemblablement dans la même proportion, les rendant capables d’infliger de sérieux dégâts à un réseau par une attaque DDoS (Distributed Denial-of-Service). D’autre part, plus les objets connectés collecteront et utiliseront de données, plus les risques d’intrusion augmenteront.

Ce défi n’est pas nouveau dans l’IoT, et il ira grandissant avec la croissance du secteur, et il n’est pas intrinsèque à la 5G. D’ailleurs, la 5G introduit de nouveaux mécanismes de sécurité qui la rendent plus sûre que d’autres technologies. Par exemple, la possibilité de crypter les IMSI (“International Mobile Subscriber Identities” ou identités internationales d'abonné mobile), le cryptage de bout en bout de toutes les communications, et l’authentification mutuelle.

Une augmentation des coûts

De manière générale, plus un réseau est ancien, plus sa technologie sous-jacente est simple, plus les fabricants ont de choix parmi les modems, et moins ces modems sont coûteux. Les réseaux 5G viennent d’arriver, il est donc nécessaire d’utiliser des modems et des modules dernier cri pour s’y connecter. Cela peut considérablement impacter les coûts de développement. Cependant, la 5G mMTC a été conçue spécifiquement pour l’IoT, et ses coûts seront sensiblement plus faibles que ceux des autres technologies 5G.

Les interférences satellite

Avec l’utilisation par la 5G des hautes fréquences est apparu un problème inédit pour les opérateurs et les industriels : ils doivent partager une bande passante déjà utilisée par les satellites météo. Des scientifiques ont alerté sur ce danger : utiliser ces bandes de hautes fréquences pourrait interférer avec notre capacité à mesurer, enregistrer et prévoir la météo.

Les opérateurs de réseaux sans fil et le régulateur américain (la Federal Communications Commission, FCC) considèrent cependant que la concentration des réseaux 5G dans les zones urbaines denses et l’utilisation de technologies de focalisation (ou “beamforming”) lèvera ce risque.

Quand la 5G sera-t-elle largement disponible ?

La plupart des principaux opérateurs ont déjà déployé des réseaux 5G, et des millions d’appareils compatibles ont été vendus. Mais pour l’instant la 5G n’est généralement accessible que dans les grandes villes. Certains opérateurs proposent une couverture 5G dans plusieurs centaines ou milliers de villes, mais uniquement sur les basses fréquences. La 5G par basses fréquences devrait être disponible presque partout dans quelques années, mais il faudra attendre un peu plus de temps pour la 5G la plus rapide.

La 5G est-elle adaptée à votre solution ?

La 5G représente l’avenir de la connectivité cellulaire. Mais du point de vue de l’IoT, ce futur n’est pas encore arrivé. La 5G apportera des fonctionnalités spécifiques à l’IoT, mais les technologies LPWAN déjà existantes comme le LTE-M et le NB-IoT répondent déjà aux besoins de l’industrie. Ainsi, sauf dans le cas où votre solution requiert un très haut débit et une très faible latence, d’autres réseaux cellulaires sont probablement plus adaptés à votre besoin.

EMnify offre aux acteurs de l’IoT une connectivité cellulaire de bout en bout. Avec notre solution, vos appareils sont connectés partout dans le monde, et vous avez accès aux réseaux 2G, 3G, 4G, 5G, LTE-M et NB-IoT.

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Jean-Eudes Ambroise

Jean-Eudes est le directeur du département Customer Success chez EMnify. Dans l'entreprise depuis 2017, il est expert IoT et de la connectivité M2M.

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