Comment rendre la 5G moins chère ?

Tribune rédigée par Florian Kaltenberger, professeur à EURECOM.

La 5G est arrivée, et elle nous a surtout apporté des débits plus élevés, aidant les opérateurs à satisfaire la demande sans cesse croissante de trafic de données mobiles. Cette première vague de 5G utilise un mode dit « non autonome », car elle dépend encore des réseaux 4G existants pour la couverture et le contrôle. Ceci signifie également que certaines des fonctionnalités avancées de la 5G ne sont pas encore disponibles.

Cependant, les opérateurs travaillent déjà au déploiement de la deuxième vague de 5G qui pourra fonctionner en mode autonome, indépendamment de la 4G. Seul ce mode autonome sera en mesure de réduire la latence du réseau (délai entre la demande de données de l’utilisateur et la livraison effective de ces données) et pourra ainsi prendre en charge des applications telles que la réalité augmentée, l’e-santé et les voitures coopératives.

Un autre avantage de la 5G autonome est la possibilité de déployer des réseaux 5G privés pour des utilisations spécifiques comme l’automatisation industrielle par exemple, où les robots et les véhicules doivent être contrôlés en temps réel. Une communication si précise temporellement nécessite une très faible latence et une très grande fiabilité, que les réseaux de pointe actuels, 4G et wifi, ne sont pas en mesure de fournir.

Mais l’équipement 5G actuel est beaucoup plus cher que son homologue 4G, notamment la partie appelée « radio access network » (RAN, ou « réseau d’accès radio » en français), qui sert à communiquer entre les terminaux au moyen d’ondes radio. Aujourd’hui, il est très coûteux de réaliser des déploiements privés de 5G.

De plus, il n’existe pour l’instant qu’une poignée de fabricants d’équipements RAN et leurs produits sont, comme il est de tradition dans le secteur, propriétaires et fermés, ce qui rend difficile leur adaptation aux exigences spécifiques des réseaux 5G privés.

Des équipements 5G en open source : comment ça marche ?

Une solution prometteuse à ces problèmes est l’« architecture RAN ouverte ». Cette architecture décompose les composants traditionnels d’un RAN en quelques composants plus petits, avec des interfaces « ouvertes ».

Architecture ouverte pour la 5G, avec des unités centralisée, distribuée et radio ouvertes ainsi qu’un contrôleur intelligent ouvert. L’unité centralisée peut desservir plusieurs unités distribuées dans une région et est généralement déployée dans un centre de données local ou un bureau central. Les unités distribuées peuvent desservir plusieurs unités radio et peuvent être déployées dans une armoire de rue ou dans un bâtiment. Chacune des unités radio doit être colocalisée à une antenne, qui dessert une zone géographique spécifique. Elsa Couderc et Florian Kaltenberger, CC BY

Cette « architecture divisée » permet des déploiements plus flexibles qui peuvent être adaptés à différents cas d’utilisation, tels qu’une faible latence ou un débit élevé.

Le RAN ouvert contient également un « contrôleur intelligent », qui permet de contrôler et d’optimiser le réseau de façon agile et programmable, par exemple pour optimiser la qualité de service ou la qualité d’expérience pour différents groupes d’utilisateurs ayant des exigences différentes, comme le streaming vidéo ou les jeux, mais aussi pour optimiser la couverture et le débit du réseau en dirigeant le trafic ou en optimisant la couverture.

Ce faisant, le contrôleur intelligent peut également exploiter le retour d’information du RAN et utiliser des méthodes d’apprentissage automatique et intelligence artificielle pour l’optimisation.

Dans une conception RAN ouverte, les interfaces entre les différents éléments ainsi que le contrôle, la gestion et l’exploitation en temps réel sont définis ouvertement par des organismes de normalisation tels que l’Alliance O-RAN (pour « Open RAN ») ou le projet de partenariat de troisième génération « 3GPP ». Il est ainsi possible de combiner des composants provenant de fournisseurs différents, ce qui peut réduire les coûts et/ou la dépendance vis-à-vis d’un fournisseur.

Utilisation accrue des logiciels libres

Un autre avantage clé de l’architecture RAN ouverte est que tous les éléments (à l’exception de l’unité d’émission/réception des ondes radio) peuvent être mis en œuvre en « virtualisant les fonctions réseau », c’est-à-dire en utilisant des logiciels pour effectuer des tâches traditionnellement réalisées par des composants et équipements électroniques. Ces logiciels peuvent potentiellement fonctionner dans des environnements informatiques et de réseau polyvalents, voire dans le cloud.

Ces déploiements sont appelés « RAN virtuel » ou « cloud RAN ». Ils permettent de déployer ces réseaux sur l’infrastructure informatique existante des usines, des parcs d’activités ou des hôpitaux, ce qui constitue un autre facteur important de réduction des coûts.

La prochaine étape naturelle pour réduire les coûts est d’utiliser des logiciels libres pour ces « RAN virtuels ».

Les logiciels libres ont déjà pénétré une grande partie des réseaux de radiocommunication mobile. En effet, la majorité des smartphones utilisent aujourd’hui le système d’exploitation Android, qui est basé sur le logiciel libre Linux. Il existe également une pléthore de logiciels libres pour faire fonctionner et gérer les environnements de cloud computing et de télécommunications.

En ce qui concerne le RAN, le projet OpenAirInterface (OAI) mérite d’être mentionné : il s’agit de la mise en œuvre la plus complète des réseaux 5G à l’heure actuelle et il permet d’exécuter un réseau complet sur une infrastructure informatique et radio générale. Créé à l’origine à des fins universitaires et de recherche, ce projet gagne actuellement en popularité et fait son chemin dans certains produits. Cependant, il reste encore du travail pour le rendre compatible avec les spécifications O-RAN et pour améliorer sa stabilité afin qu’il soit prêt pour des déploiements réels.

La sécurité des communications

De mon point de vue de spécialiste en communications sans fil, les logiciels libres sont aussi une très bonne méthode pour accroître la sécurité et la confiance dans les réseaux mobiles. La plupart des projets open source sont gérés par des organisations indépendantes à but non lucratif, qui testent et analysent en permanence le code en termes de fonctionnalité, de performance et de sécurité, de sorte qu’il est difficile d’introduire des menaces potentielles pour la sécurité et des portes dérobées.

Enfin et surtout, les logiciels libres facilitent l’entrée de nouveaux acteurs et de nouvelles entreprises sur le marché de la 5G, car ils n’ont pas à développer leurs produits à partir de zéro et bénéficient d’autres développements au sein de la communauté. Plus de start-up signifie aussi plus d’innovation et de concurrence et donc, au final, une baisse encore plus importante des coûts de la 5G privée – pensez par exemple à la façon dont le système d’exploitation Android, qui est également open source, a permis la création d’une large gamme de nouveaux appareils mobiles moins chers.

Les logiciels et équipements ouverts pour les réseaux radio utilisés pour la 5G n’en sont qu’à leurs débuts, et ne sont pas encore prêts pour des déploiements commerciaux à grande échelle, mais des essais prometteurs ont lieu sur le terrain dans différentes parties du monde. Par exemple, l’opérateur français Orange a déployé un réseau RAN ouvert expérimental à Lannion et à Châtillon. Différentes études suggèrent que le marché du RAN ouvert dépassera le marché du RAN traditionnel pour les réseaux 5G privés dès 2024 et pour les réseaux publics vers 2030.

Par Florian Kaltenberger, Associate professor en communications sans fils, EURECOM.

Cet article est republié dans le cadre du partenariat entre l’IMT et The Conversation, sous licence Creative Commons. Lire l’article original.