Les réseaux privés LTE, une alternative à Wi-Fi

Une nouvelle famille de réseaux est en train de naître, les LTE privés, qui sont une évolution crédible des PMR (Private Mobile Radio), des réseaux sans fil à vocation privée et limitée dans l’espace. Sur le terrain, ils constituent surtout une alternative à Wi-Fi.

Bien qu’on n’en parle peu, il y a toujours eu à l’ombre des grands réseaux cellulaires et Wi-Fi, voire de Wi-Max, une autre solution, les PMR (Private Mobile Radio), des infrastructures sans fil, fondées sur des protocoles radio spécialisés, tels que le célèbre « Talkie-Walkie ». L’idée étant de permettre à des usagers, localisés dans un espace restreint, de communiquer entre eux, sans risques d’interférences et d’indisponibilité. Les PMR étaient donc des réseaux privés, dont toutes les grandes entreprises ont désormais l’usage, mais qui avaient l’inconvénient d’être fondés sur des technologies propriétaires ou en marge des grands standards. D’où une certaine réticence à continuer sur cette voie.

L’arrivée des PMR basés sur les protocoles 4G LTE répond à ce problème. Il s’agit ici de construire des infrastructures réseaux privées, localement distribuées, pour connecter des usagers physiquement proches, doté de mobiles compatibles. Nul besoin donc de se doter d’équipements spécifiques. On reste dans le cadre des standards du cellulaire, à la différence près que ces réseaux sont privés et réservés à des utilisateurs qui ont des besoins particuliers de sécurité et de disponibilité, là où les cellulaires 4G classiques ne passent pas, par exemple… où n’ont pas été installés.

C’est ce pan méconnu des réseaux que nous vous présentons ici. Qui ne sont pas sans réserver quelques surprises, tant on se dit que l’idée était tellement simple (!!!), que l’on aurait pu y songer avant.

Les principaux avantages d’un LTE privé, par rapport à Wi-Fi et aux PMR traditionnels. Des précautions sont à prendre en termes de prix et de lourdeur d’administration.

 

 

Les avantages du LTE privé

Il ne faut pas chercher à tout prix à « enfoncer » le Wi-Fi et s’imaginer que le LTE privé, va systématiquement le remplacer. Cela ne se justifierait pas, car LTE privé peut aussi jouer un rôle de simple complément, que l’on adoptera sur ses qualités propres, pas sur un refus de Wi-Fi.

Qualcomm, l’un des acteurs clés du domaine, énonce les avantages LTE de manière crédible :

 

Portée et consommation

LTE privé s’impose en termes de couverture lorsqu’il n’y a pas localement de réseaux publics ou que ceux-ci ne sont pas suffisamment « sûrs ». Plus encore que Wi-Fi, il s’adapte parfaitement à la « géographie » d’un campus. Loin devant Wi-Fi, sauf à installer des routeurs partout. Par rapport à un « câblage » RF classique, il n’y a pas de contestation possible.Entre un réseau propriétaire et une infrastructure standardisée.

En termes de portée, une antenne LTE privée couvre de 3 à 5 fois celle d’un routeur Wi-Fi et surtout sans dégradation notable aux bords des cellules.

Si, comme aux Etats-Unis, l’installation est faite sur la bande 3,5 Ghz CBRS, la portée sera encore meilleure, avec une consommation électrique à peu près équivalente à celle de Wi-Fi.

Le réseau est totalement dédié à une organisation bien précise et les utilisateurs ne seront pas pénalisés par des conflits possibles avec d’autres « ayant droits », ce qui est le cas des réseaux publics, qui peuvent être saturés. Ici, on pourra configurer l’infrastructure LTE privée en fonction des besoins, paramétrer la bande passante en montée et descente et l’adapter à la nature des fichiers véhiculés. Ce sera du sur-mesure.


Efficacité spectrale.

La qualité première de WI-Fi n’a jamais été son efficacité spectrale : nombre de bits transmis par hertz et par seconde, de l’ordre de 0,5 bits/hz/sec. La 4G multiplie cette efficacité par dix, voire même beaucoup plus avec LTE-B ou la 5G (30 bits/hz/sec).

LTE est donc tout simplement plus efficace, mieux adapté à sa fonction, ce qu’il doit aux mécanismes internes de son architecture : ARQ (Automatic Repeat Request), schémas de modulation et de codage, adaptation aux conditions instantanées, etc. LTE a été conçu dés le départ pour transporter beaucoup d’informations en extérieur, alors que Wi-Fi est généralement dédié à des usages internes, avec des utilisateurs que l’on connaît et dont le « comportement » est sans surprise.

Une QoS (Qualité de Service) paramétrable.

Contrairement à Wi-Fi, les réseaux LTE sont adaptables à des besoins très divers et ce, de manière simultanée. Certains usages doivent être traités en toute priorité, avec un temps de réponse minimum, alors que d’autres ont des exigences de sécurité et de disponibilité plus élevés. LTE est « taillé » pour cela. En d’autres termes, le cellulaire est une industrie multi opérateurs et multi fournisseurs (3GPP joue un rôle majeur), alors que Wi-Fi est plus propriétaire, mono-fournisseur, limité en principe au périmètre d’une seule entreprise.

Une véritable mobilité.

C’est le moins que l’on puisse attendre d’un réseau 4G, fondé sur l’interopérabilité des cellules. LTE a été « pensé » pour permettre à des utilisateurs de sauter d’une cellule à l’autre, sans conséquences mesurables pour eux. L’objectif étant de ne jamais se « perdre », pendant les opérations.

Ce n’est pas le cas de Wi-Fi dont l’interopérabilité dépend du protocole retenu : 802.11n, ac ou ax et de sa nature, privée ou publique.

Il est toujours difficile de garantir une permanence du signal en Wi-Fi, alors que c’est la condition première de la 4G.

 

LTE privé est susceptible d’être « monté » sur trois natures de fréquences : celles qui ont été attribuées aux opérateurs et que ceux-ci vont pouvoir réutiliser dans un cadre privé, les fréquences CBRS partagées à 3,5 Ghz, mais aussi le mode « non licencié » de l’Alliance Multifire à 5 Ghz.

 

 

Une meilleure adéquation aux licences.

Wi-Fi fonctionne sur les bandes 2,4/5 Ghz, dite « unlicensed », c’est-à-dire sans attribution de droits (payants) par une autorité de tutelle. Il n’opère pas sur d’autres bandes de fréquences (hormis 802.11ad et ah, sur le 60 Ghz pour des besoins domestiques).

Le mode LTE privé, au moins aux USA, mais la « mode » va atteindre d’autres pays, car l’idée est excellente, peut travailler sur des fréquences « licensed », avec une bande passante non partagée, mais aussi en CBRS sur 3,5 Ghz (10 Mhz de bande attribuée), en « licensed », voire en 5 Ghz « unlicensed » avec MultiFire.

En fait, LTE est adaptable à toutes les configurations de fréquences, privées ou publiques, affectées ou non et peut même exploiter des bandes déjà attribuées à un opérateur public, avec lequel il les partagera, mais cette fois, dans un contexte privé.

Cette adéquation de LTE à ces fréquences est un énorme avantage, qui donnera une totale liberté aux administrateurs. Ce sera sans doute avec CBRS, l’une des grandes évolutions technologiques des années 2019/2020.

On peut espérer une meilleure sécurité.

C’est le grand débat et il ne faut pas être aussi affirmatif que le sont les tenants de LTE. D’abord, parce que les protections natives du cellulaire ne sont pas aussi imperméables que ce qu’ils affirment, ensuite parce que Wi-Fi a fait d’importants progrès avec WPA-3.

Dans le périmètre restreint d’une entreprise, on sera bien sûr vigilant quant aux dispositions sécuritaires, mais il ne faudra pas non plus s’imaginer tout résoudre sous prétexte que l’on exploitera des technologies cellulaires.

La compatibilité des terminaux avec LTE tient à ce que ce sont les fournisseurs qui intègrent les protocoles LTE et que c’est à eux de se rendre compatibles…et pas l’inverse.

Il existe aujourd’hui une énorme panoplie de terminaux Android et iOS conformes à la 4G, mais il y a aussi pléthore d’autres équipements à être dans le même cas, tels que des terminaux industriels (pointeuses, IoT…), des capteurs actifs intelligents, des terminaux POS (Point of Sale), etc.

Le risque est évidemment beaucoup moins élevé avec LTE d’être « coincé » avec un équipement non conforme, qu’en Wi-Fi et réseaux radio de première génération.

Un exemple d’architecture LTE privé, avec trois types d’équipements : des tablettes, smartphones reliés directement à une antenne LTE, des capteurs reliés à la même antenne par une « gateway » et d’autres capteurs reliés directement en mode natif LTE.

 

Mais aussi des inconvénients

Comme toujours, tout n’est pas aussi simple que ce que l’on pourrait souhaiter. Et si on n’a pas eu de LTE privé avant 2019, c’est sans doute qu’il y avait des raisons.

D’abord le coût. Celui d’une infrastructure LTE est beaucoup plus élevé, car le marché est naissant, les prestataires peu nombreux et surtout, on ne fait qu’entrevoir l’arrivée du mode CBRS, qui devrait fortement faire baisser le « ticket d’entrée ».

Il y a ensuite l’administration, qui peut être une version dégradée de celle d’un réseau grand public, mais qui n’en reste pas moins complexe, adaptée à des usages qui n’ont rien à voir avec ce que l’on peut faire avec du Wi-Fi.

De sorte qu’il peut y avoir un risque à se lancer dans une organisation sans liens réels avec les besoins concrets des utilisateurs.

Il conviendra donc d’être très vigilant et ne s’aventurer dans les nouveaux sentiers du cellulaire qu’après mûre réflexion, sans se laisser éblouir par les prouesses techniques promises.

LTE privé ne pêchera pas par l’absence de diversité de ses usages. Les grands domaines d’exploitation de ce type de cellulaire seront aussi les plus exigeants en termes de latence, de personnalisation des services, de sécurité, etc. Mais les zones industrielles mal couvertes par les services publics, seront aussi des candidates intéressées.

 

Où peut-on installer un LTE privé

L’offre, sans être pléthorique, commence à se diversifier. On trouve des solutions conformes chez Nokia, Huawei, Ericsson, NEC, Cisco, Samsung, etc, pour les plus importants, mais aussi chez des « jeunes pousses » moins connues comme SpiderCloud, AirSpan, Ruckus (qui monte), Athonet, Ambra (industrie minière canadienne), Redline… Avec des prestataires qui viennent de deux horizons : du monde cellulaire, Cisco par exemple et des industries verticales, spécifiques d’une activité manufacturière particulière. Des « vendeurs » qui apportent avec LTE des solutions de complément aux produits qu’ils proposent déjà dans les domaines aéroportuaires, miniers, infrastructures industrielles, médical…

Il y aura quatre marchés prioritaires :

  • L’industrie 4.0 et les automatismes : robotique d’usine, logistique, des applications contraignantes en matière de temps de réponse et de densité de service
  • Les infrastructures critiques : pour contrôler les centrales d’alimentation d’eau et d’électricité, des structures militaires, etc
  • Les industries primaires dans des zones non couvertes par les réseaux cellulaires publics : agriculture, recherche pétrolière et minière, dans des zones peu hospitalières
  • Les services destinés au grand public : stades, aéroports… qui devront être segmentés par groupes d’usagers : le « checkin » d’un aéroport n’ayant pas les mêmes contraintes que l’accueil et l’information du public

LTE privé est à l’évidence une niche prometteuse, car le besoin est là.

Wi-Fi a des limites, de même que les réseaux cellulaires publics. C’est indéniable.

En adoptant la technologie 4G et bientôt 5G, aux dimensions spécifiques d’un périmètre restreint, les cellulaires privés répondent à une demande qui est en train d’exploser. D’autant qu’ils s’appuient, au moins aux Etats-Unis, sur une autre idée, CBRS, très intéressante de partage des fréquences, qui elle-aussi va changer le paysage des communications cellulaires.

La technologie est donc parfaitement crédible, qui va se développer, la 5G lui apportant des performances exceptionnelles, là où justement les besoins sont les plus nets : faible latence de connexion, bande passante élevée, adaptation à de multiples usages, etc.

Voilà en tout cas un domaine auquel les architectes réseaux feraient bien de s’intéresser.