Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Projet collectif encadré d’approfondissement SUJET 1 : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Tuteur : Jacques PELAN Paul BOUCHET– Paul FONTAINE– Aliou NDIAYE PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 1/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 SOMMAIRE : I. II. Introduction.......................................................................... 3 Description des normes Wi-Fi et réseaux cellulaires a. Description globale des normes Wi-Fi............................................. 4 b. Fonctionnement et comparaison entre Wi-Fi 5 et Wi-Fi 6 .............. 8 Comparaison de performances entre Wi-Fi 6 et Wi-Fi 5 ............... 11 c. d. e. f. Fonctionnement de la technologie 4G : LTE et LTE Advanced ....... 13 Fonctionnement de la technologie 5G ......................................... 14 Comparaison de performances entre 5G et 4G.............................16 III. Etude comparative 5G et Wi-Fi 6 a. b. c. Comparaison Wi-Fi 6 vs 5G ........................................................... 17 Cas d’usage possibles ................................................................... 20 Détermination finale des meilleurs compromis entre ces 2 technologies pour des cas d’usage spécifiques ............................. 20 IV. Déploiement des technologies a. Acteurs et rôles 5G ....................................................................... 23 b. Calendrier de déploiement 5G ...................................................... 24 c. Projet type Wi-Fi 6 ........................................................................ 25 d. Calendrier de déploiement Wi-Fi 6 ............................................... 25 V. Conclusion ...........................................................................26 VI. Sources .............................................................................. 27 PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 2/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 I. Introduction Les normes et les solutions évoluent constamment avec les progrès technologiques. Les solutions radio cellulaire deviennent de plus en plus performantes ; en débits, en latence et s’étendent plus au point de prendre en charge des trafics nouveaux (loT, BtB…) De même, les réseaux locaux sans-fil Wi-Fi ont gagné en portée et en performances. Il semblerait alors à première vue que les technologies convergent dans leurs prestations. Avec ces différentes évolutions pour ces deux types de technologies, les paradigmes ont donc changé et leur cas d’utilisation ne nous parait plus du tout évident où ces deux technologies adoptent des fonctionnalités communes. Les technologies pourraient sembler rentrer en conflit à première vue. Ces technologies vont-elles se concurrencer et se recouvrir ou vont-elles se compléter ? Quels sont les avantages et inconvénients des nouvelles technologies Wi-Fi 6 et 5G ? Pour certains cas d’usages spécifiques, quels seront les meilleurs compromis en choix parmi ces 2 technologies ? Afin d’éclaircir tout cela, Il apparait alors indispensable d’analyser ces deux technologies et d’exposer les différentes évolutions par rapport à leur prédécesseur. Nous ferons les comparaisons. Nous serons donc amenés à effectuer une comparaison entre Wi-Fi 6 et 5G afin de déterminer les meilleurs choix de technologies pour des cas d’usage spécifiques. Dans ce document, nous effectuerons premièrement une description technique ainsi que des évolutions des technologies Wi-Fi (Wi-Fi 5 et Wi-Fi 6) et réseaux cellulaires (4G et 5G). Par la suite, nous effectueront une étude comparative directe entre 5G et Wi-Fi 6 sur différents plants : techniques, matériels, coûts, avantages, contraintes et cas d’usage possibles. Pour finir, nous présenterons des cas d’usage concrets avec un projet existant en cours de développement dans le cadre d’une ville intelligente connectée. II. Description Wi-Fi et réseaux cellulaires PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 3/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 a) Description globale des normes Wi-Fi Description du fonctionnement de IEEE 802 en couches basses OSI Le Wi-Fi est un ensemble de protocoles de communication sans-fil basé sur des normes du groupe IEEE 802.11. Ces normes IEEE 802.11 décrivent les caractéristiques d’un réseau local sans-fil WLAN Wi-Fi. Mises en pratique, elles permettent d’établir un réseau informatique sans-fil sur lequel seront connectés par ondes radios des équipements numériques (ordinateur, smartphone, routeur…) Les normes IEEE 802.11 font elles-mêmes partie du groupe parent de normes IEEE 802 conçues par un comité portant le même nom créé en 1980. Les normes IEEE 802 décrivent et encadrent le fonctionnement de différents protocoles pour les réseaux filaires (LAN, MAN) et sans-fil au niveau des deux plus basses couches du modèle OSI : la couche liaison de données (niveau 2) et la couche physique PHY (niveau 1). Ces deux couches représentent la couche d’accès réseau dans le modèle TCP/IP. Illustration couches basses des modèles OSI et TCP/IP : La couche liaison de données (niveau 2) est responsable de la bonne transmission des données applicatives sur un support de transmission (couche physique PHY de niveau 1) entre deux équipements en effectuant notamment le tramage. Avant transmission des données applicatives, celles-ci sont encapsulées depuis les couches hautes applicatives jusqu’à la couche de réseau (niveau 3) en paquet pour ensuite être encapsulée en trame avant d’être transmise sur le support de transmission. La couche liaison de données dispose d’un service de détection d’erreurs et de contrôle de flux. Ces mécanismes de contrôle seront exploités par la couche de transport (niveau 4) pour la vérification de l’intégrité des données après envoi et réception de la trame sur un équipement. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 4/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 La couche liaison de données est divisée en 2 sous-couches : - Couche Contrôle de liaison logique (LLC) : C’est la sous-couche supérieure. Cette couche établit un lien logique entre la sous-couche inférieure MAC et la couche réseau de niveau 3. Elle définit les processus logiciels fournissant les services aux protocoles de la couche réseau. Elle place dans la trame des informations indiquant le protocole réseau utilisé. C’est cette sous-couche qui permet de fiabiliser les différents protocoles pour la sous-couche inférieure MAC grâce aux services de contrôle d’erreurs (omissions de séquences de bits) par acquittements et de contrôle de flux. Cette sous-couche est régie par un protocole unique : LLC 802.2 qui sera commun pour tous les protocoles de la sous-couche inférieure MAC. - Couche Contrôle d’accès au support (MAC) : C’est la sous-couche inférieure. Elle sert donc d’interface entre la partie logicielle de la couche LLC et la couche physique PHY. Elle définit des protocoles pour le contrôle d’accès au support exécuté par le matériel. Les deux processus principaux sont CSMA/CD (pour Ethernet) et CSMA/CA (sans-fil) qui sera traité. Elle permet d’assurer l’adressage de la couche liaison de données avec insertion d’adresses MAC source et destination dans les trames transmises. Elle délimite le début et la fin des trames. Elle détecte et corrige les erreurs de transmission généralement grâce à l’insertion en fin de trame d’une somme de contrôle (checksum) CRC. L’existence de cette sous-division de couche MAC permet donc à une trame d’accéder à différents types de support. La couche physique (niveau 1) se charge de la transmission physique et du codage des données en bits sous différents modes de transmission. Elle définit donc la modulation des ondes radio. Chaque support physique qu’il soit physique (cuivre, fibre optique) ou électromagnétique nécessite un protocole de réseau local spécifique à ce support. Ces protocoles propres à des supports encadrent spécifiquement un fonctionnement au niveau de la sous-couche MAC (couche liaison de données) ainsi que celui de la couche physique PHY. Exemples : Pour un support physique de cuivre ou de fibre, le protocole de réseau local est Ethernet (IEEE 802.3). Pour un support électromagnétique comme le Bluetooth ou le Wi-Fi, les normes utilisées seront respectivement IEEE 802.15 et IEEE 802.11. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 5/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Illustration des couches basses impliquées sous IEEE 802 : Couche Physique (Niveau 2) Wi-Fi (802.11) Sous-couche MAC Bluetooth (802.15) Sous-couche LLC (LLC 802.2) Ethernet (802.3) Couche Liaison de données (Niveau 1) On voit donc que ces 3 protocoles énumérés interviennent sur les deux couches basses. Le protocole Wi-Fi est donc associé à la norme IEEE 802.11. Description du fonctionnement IEEE 802.11 : historique, performances et fonctionnalités Il existe depuis 1997 plusieurs normes IEEE 802.11 qui sont sorties au fils de années venant apporter des améliorations significatives sur la portée et le débit du signal. Les améliorations et innovations les plus significatives sur les performances ont été apportées au niveau de la couche physique PHY. La représentation de IEEE 802.11 en couches basses : 802.2 (LLC) 802.11 (MAC) Couche liaison de données (Niveau 2) Couche physique PHY (Niveau 1) DSSS FHSS OFDM Infrarouge Sous IEEE 802.11, la communication est très majoritairement en mode half-duplex. Au niveau de sous-couche LLC, le protocole reste fixe en 802.2. Au niveau de la sous-couche de contrôle d’accès au support MAC, IEEE 802.11 fonctionne sous une méthode fixe d’accès CSMA/CA. Le méthode CSMA/CA utilise un mécanisme d’esquive de collisions basé sur un principe d’accusés de réception réciproques entre émetteur et récepteur. Pour ce protocole, la station qui s’apprête à émettre écoute d’abord le réseau. Si le canal est encombré, la transmission est alors différée. Si le canal est libre pendant un certain temps donné appelé DFIS, alors la station peut émettre. La station émet un message appelé RTS contenant des informations sur le volume de données qui sera émis et la vitesse de transmission. Le récepteur, très souvent un Point d’Accès, répond par un message CTS et la station d’émission commence à émettre. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 6/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Au niveau de la couche physique PHY, IEEE 802.11 fonctionne sous différents mode transmission selon la norme : DSSS, FHSS, OFDM ou infrarouge. La première norme IEEE 802.11 est sortie en 1997. La dernière norme IEEE 802.11 est la norme 802.11ax (Wi-Fi 6) dont la publication finale est prévue en février 2021. Pour les fréquences de fonctionnement, les normes IEEE 802.11 fonctionnent sur des bandes de fréquences situées sur 2.4 GHz et 5 GHz. Selon la norme, les performances s’étalent d’un débit théorique maximal de 1 Mbit/s à 9.6 Gbit/s pour la dernière norme IEEE 802.11ax. Tableau de spécifications des principales normes IEEE 802.11 : Protocole Date de 802.11 publication Fréquence de fonctionnement (GHz) Largeur de bande Débits théoriques 1, 2 Mbit/s 802.11 1997 2.4 22 ou 79 MHz 802.11a 1999 3.7/ 5 20 MHz 802.11b 1999 2.4 22 MHz 802.11g 2003 2.4 20 MHz 802.11n 2009 2.4/5 20 MHz 40 MHz 20 MHz 802.11ac (Wi-Fi 5) 40 MHz 2013 5 80 MHz 160 MHz 20 MHz 802.11ax (Wi-Fi 6) 40 MHz 2021 2.4/5 80 MHz 160 MHz 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 et 54 Mbit/s 1, 2, 5,5 et 11 Mbit/s 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 et 54 Mbit/s 7,2 à 72,2 Mbit/s 15 à 150 Mbit/s 6,5 à 346,8 Mbit/s 13,5 à 800 Mbit/s 19,3 Mbit/s à 1,7 Gbit/s 58,5 Mbit/s à 3,4 Gbit/s 8 Mbit/s à 1,1 Gbit/s 16 Mbit/s à 2,3 Gbit/s 34 Mbit/s à 4,8 Gbit/s 68 Mbit/s à 9.6 Gbit/s Nombre max MIMO Codage Portée en intérieur (mètres) FHSS, DSSS 20 1 OFDM 35 1 DSSS 35 1 OFDM 38 4 OFDM 70 (2.4 GHz) 12-35 (5GHz) 4 OFDM 12 à 35 8 OFDM, OFDMA 12 à 35 PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 7/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 b) Fonctionnement du Wi-Fi 5 (802.11ac) et Wi-Fi 6 (802.11ax) Abordons à présent les différences spécifiques et évolutions entre Wi-Fi 5 (802.11ac) et Wi-Fi 6 (802.11ax) ce qui nous intéresse ici. Le Wi-Fi 5 (802.11ac) fonctionne exclusivement sur des bandes de fréquence de 5 GHz. Sa rétrocompatibilité avec les autres IEEE 802.11 est limitée pour les normes 802.11a et 802.11n. Le Wi-Fi 6 (802.11ax) fonctionne à la fois sur des bandes de fréquence situées sur le spectre de 5 GHz mais également sur des bandes de fréquences situées sur le spectre de 2.4 GHz. Ceci permet aux stations émettrices sous Wi-Fi 6 d’être rétrocompatibles avec les stations fonctionnant sur la quasi-entièreté des anciennes normes Wi-Fi. 802.11ac et 802.11ax opèrent toutes deux par une division du spectre avec des bandes de fréquence de 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz ou 160 Mhz. Plus la bande de fréquence utilisée sur le canal est large et plus le débit opérant dessus sera important. Le Wi-Fi 5 (802.11ac) opère sous une modulation OFDM. OFDM consiste à répartir sur un grand nombre de sous-porteuses le signal que l’on souhaite transmettre. Pour que les sous-porteuses soient le plus proches possible et ainsi transmettre un maximum d’information sur une bande de fréquence limitée, OFDM utilise des sous-porteuses orthogonales entre elles. Les signaux des sousporteuses se chevauchent mais n’interfèrent pas grâce à l’orthogonalité. Cependant, avec OFDM, une seule communication est permise au même instant entre un émetteur et un récepteur sur une largeur de bande monopolisant ainsi toutes les sous-porteuses d’un canal. 802.11ac propose une modulation maximale à 256QAM. Le Wi-Fi 6 (802.11ax) opère sous une modulation OFDMA. OFDMA tire parti du fait qu’une bande de fréquence est constituée de multiples sous porteuses. Le principe consiste à allouer une partie des sous-porteuses d’une seule bande de fréquence qui sera dédiée pour un seul utilisateur pendant qu’un autre utilisateur utilisera le reste des sous-porteuses disponibles. Deux utilisateurs ou plus pourront alors communiquer à partir de sous-porteuses différentes d’un même canal. En réalité, sous OFDMA, l’espace entre 2 sous-porteuses est divisé par 4 : il passe de 312.5 kHz à 78.125 kHz. Le nombre de sous-porteuses est donc multiplié par 4 par bande de fréquence ce qui augmente l’efficacité spectrale. Espace entre sous-porteuses OFDM Espace entre sous-porteuses OFDMA PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 8/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Par la présence de nombreuses sous-porteuses, OFDMA permet d’adapter facilement la puissance d’émission de la station émettrice sur les bandes de fréquences à un niveau minimal suffisant pour une bonne réception par chaque terminal. L’exploitation des bandes de fréquence est efficace et optimisée. OFDMA permet de créer des groupes logiques de sous-porteuses appelés RU et qui sont alloués dynamiquement aux utilisateurs différents pour chaque unité de temps de transmission. Avec ce découpage, OFDMA permet de faire communiquer jusqu’à 9 utilisateurs différents sur une bande 20 MHz, 18 sur une bande 40 MHz, 37 pour 80 MHz et 74 pour 160 MHz. L’efficacité spectrale est grande. 802.11ax propose une modulation maximale à 1024QAM ce qui procure un gain de débit jusqu’à 25% par terminal. Répartition des terminaux (user) sur les bandes de fréquence pour OFDM et OFDMA Avant l’arrivée de 802.11n, les normes 802.11 fonctionnaient sous la technologie SISO. Sous SISO, les points d’accès ou routeurs fonctionnant sous SISO possèdent une seule antenne pour la transmission et une antenne pour la réception. Cela signifie donc que pour chaque antenne, un seul canal avec une unique bande de fréquence est utilisé. Avec l’arrivée de 802.11n, la technologie SU-MIMO descendant apparaît. Sous cette technologie, une station émettrice émet par plusieurs antennes sur différentes bandes de fréquence vers une station réceptrice capable de réceptionner simultanément sur ces bandes. Différentes bandes de fréquences sont alors utilisées pour une transmission identique de données. Chaque trajet supplémentaire, par lequel le signal rejoint le récepteur, augmente la puissance reçue et en conséquence le débit de transmission par terminal et améliore de ce fait le rapport signal/bruit. Sous SU-MIMO, l’émission par bandes de fréquences multiples s’effectue vers un équipement à la fois. Sous 802.11n, le nombre maximal de flux MIMO est de 4. SU-MIMO descendant PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 9/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Avec l’arrivée de 802.11ac (Wi-Fi 5), la technologie MU-MIMO descendant apparaît. Cette technologie permet d’émettre simultanément depuis un AP ou un routeur sur plusieurs canaux différents vers une ou plusieurs antennes de réception chez différentes stations réceptrices. Elle utilise un mode de multiplexage spatial. Cette technologie permet de réduire considérablement le temps d’attente de chaque appareil par rapport à du SU-MIMO notamment et ainsi engendrer une augmentation du débit sur la transmission globale. Sous 802.11ac, il est possible une communication simultanée de 4 équipements avec le routeur ou point d’accès. MU-MIMO descendant Une fonctionnalité spécifique est introduite avec le Wi-Fi 5, il s’agit du beamforming. Le beamforming consiste pour une station émettrice (routeurs en particulier) à déterminer l’emplacement des terminaux dans l’espace. Avec les emplacements déterminés, la station émettrice va émettre un « faisceau » d’onde concentré vers ces terminaux. Antérieurement, les stations fonctionnant sous anciennes normes Wi-Fi émettaient dans toutes les directions avec un signal de puissance égale. Avec beamforming et ces faisceaux orientés, le signal est alors plus puissant et plus stable avec une meilleure portée PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 10/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Avec l’arrivée de Wi-Fi 6 (802.11ax), la technologie MU-MIMO descendant + montant apparaît. En plus d’une activité MU-MIMO descendant, la MU-MIMO montant permet aux terminaux d’émettre sur plusieurs bandes de fréquence vers une ou plusieurs antennes d’un AP ou routeur. L’efficacité du réseau est alors augmentée. MU-MIMO descendant et montant Pour le Wi-Fi 6, le MU-MIMO supporte depuis la station émettrice une émission simultanée vers 8 terminaux sous des bandes de fréquences pour le spectre 5 GHz + 4 terminaux sous des bandes de fréquences pour le spectre 2.4 GHz. On a donc une émission simultanée vers 12 appareils ce qui améliore grandement le débit global descendant ainsi que la congestion. Pour le Wi-Fi 6 (802.11ax), OFDMA et MU-MIMO sont exploités pour optimiser les performances et se complètent. OFDMA permet d’augmenter l’efficacité spectrale et de réduire la latence par rapport à OFDM. OFDMA vient apporter des améliorations dans les environnements à haute densité impliquant des applications à faible débit ou à petits paquets comme les capteurs IoT. MU-MIMO vient donc augmenter la capacité du réseau et apporte un débit global plus important pour l’émission sur chaque bande de fréquence vers les terminaux. MU-MIMO vient donc améliorer la communication des applications de haut débit. c) Comparaison de performances entre Wi-Fi 6 et Wi-Fi 5 Améliorations significatives existantes du Wi-Fi 6 (802.11ax) sur le Wi-Fi 5 (802.11ac) : Globalement, 802.11ax (Wi-Fi 6) permettrait d’assurer un débit théorique maximal d’environ 9.6 Gbit/s pour une bande de fréquence. On rappelle que le débit théorique maximal de 802.11ac (Wi-Fi 5) assuré pour une bande de fréquence est d’environ 3.4 Gbit/s. En réalité, 802.11ax permet un gain de débit théorique maximal de 40% pour chaque équipement unique par rapport à 802.11ac grâce notamment à OFDMA et à une modulation plus complexe avec QAM1024. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 11/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Pour 802.11ax, le MU-MIMO (descendant + montant) fonctionne sur les deux bandes 2.4 GHz et 5 GHz. On a donc une émission simultanée vers 12 appareils comme précisé précédemment. Pour les objets connectés dans ce mode, MU-MIMO permet de réduire l’encombrement des réseaux chargés ou denses lorsque la vitesse est augmentée notamment dans le cas de hotspots-Wi-Fi. La congestion est donc beaucoup moins importante comparé à 802.11ac et les fluctuation ou pertes de débits sont fortement réduites pour les appareils connectés. Le débit est alors multiplié par 4 dans les zones denses en cas de congestion par rapport à 802.11ac. 802.11ax pourra alors gérer un grand nombre d’appareils connectés en même temps sans ralentir les performances. Ces fonctionnalités pourront être bien mises à profit dans le cadre de l’intégration d’un importants d’objets intelligents connectés (IoT). Finalement, les connexions en Wi-Fi 6 seront sécurisées par défaut sous le protocole de sécurité récent WPA3 qui seront plus sécurisées comparé à Wi-Fi 5 sécurisé par défaut sous WPA2. Améliorations Wi-Fi 6 à venir : L’arrivée du MU-MIMO montant où les équipements émettent vers différentes antennes du PA sur différentes bandes de fréquence permet donc de transmettre davantage de données ce qui améliore l’efficacité du réseau. Cette fonctionnalité devrait être disponible en 2021. Une autre fonctionnalité intéressante qui apparaitra avec 802.11ax est le TWT. Cette fonctionnalité permet d’indiquer aux équipements connectés quand se mettre en veille quand le trafic Wi-Fi est nul ou très réduit. Cette fonctionnalité améliorera donc l’autonomie de ces objets connectés et s’avèrera particulièrement intéressante pour les objets IoT. 802.11ax devrait également exploiter à l’avenir un spectre sur une fréquence de 6 GHz qui serait significativement plus large comparé aux spectres sur 2.4 GHz et 5 GHz. Le débit maximal théorique pour une bande de fréquence restera de 9.6 Gbit/s. Cependant le débit pratique réel par bande de fréquence sera bien plus élevé comparé à Wi-Fi 6. Tableau récapitulatif de comparaison entre Wi-Fi 5 et Wi-Fi 6 : Paramètres Spectre de fréquence d’émission Largeurs de bande Codage Mode connexion antennes Modulation Débit théorique maximal par largeur de bande (respectivement) Connexions max simultanées MU-MIMO Wi-Fi 5 : 802.11ac 5 GHz 20, 40, 80+80, 160 MHz OFDM MU-MIMO 4 x 4 16/64/256QAM 350, 800 Mbit/s, 1.7 et 3.5 Gbit/s 4 (up) Wi-Fi 6 : 802.11ax 2.4 GHz et 5 GHz 20, 40, 80+80, 160 MHz OFDMA MU-MIMO 8 x 8 16/64/256/1024QAM 1.1, 2.3, 4.8 et 9.6 Gbit/s 8 (up/down : 5 GHz) + 4 (up/down : 2.4 GHz) PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 12/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 d) Fonctionnement de la technologie 4G : LTE et LTE Advanced 4G désigne la quatrième génération de réseaux mobiles cellulaires. Elle succède à la 3g. Cette technologie est régie par la norme LTE. La 4G a officiellement été lancée en France fin 2012. LTE utilise des bandes de fréquences hertziennes d’une largeur pouvant varier de 1.4 Mhz à 20 MHz dans une plage de fréquence allant de 450 Mhz à 3.8 gHz selon le pays. En France, 5 bandes de fréquences sont exploitées selon l’opérateur : 700 MHz (B28), 800 MHz (B20), 1800 MHz (B3), 2100 MHz (B1) et 2600 MHz (B7). Chacune de ces bandes offre une balance entre couverture et débit. Plus la fréquence est basse et meilleure est la portée. Cependant, à ces plus basses fréquences où la bande de fréquence est plus partagée et saturée, les débits réels sont donc plus faibles. P Les réseaux LTE sont des réseaux cellulaires constitués de milliers de cellules radio réparties sur le territoire utilisant les mêmes fréquences hertziennes. Le codage radio s’effectue sous OFDMA (BTS vers terminal) et SC-FDMA de (terminal vers BTS). La modulation la plus complexe est 64QAM. Le réseau est constitué de 2 parties : une partie radio constituée principalement des antennes relais (BTS) et de commutateurs de distribution et une partie cœur de réseau EPC fonctionnant entièrement sous IP. Le débit descendant théorique maximal est de 326.4 Mbit/s (300 Mbit/s utiles) en mode MIMO 4 antennes vers 4 antennes (4x4). Le débit montant théorique maximal est de 86.4 Mbit/s (75 Mbit/s utiles). LTE Advanced vient en tant qu’évolution de LTE et est déployée à partir de 2014. Par rapport à LTE, il se différencie par une série d’améliorations indépendantes. Sur les connexions descendantes, les débits sont notamment plus importants grâce à l’ajout de la fonctionnalité d’agrégation de porteuses. Cette agrégation de porteuses permet d’exploiter des bandes de fréquences allant jusqu’à 100 Mhz de largeur contre 20 MHz max pour LTE. Les performances radio sont accrues au niveau d’une cellule pour desservir plusieurs terminaux simultanément grâce à l’implémentation de MIMO 8x8 améliorant l’efficacité et la charge du réseau. Le débit théorique maximal descendant pour un terminal fixe est alors de 1.2 Gbit/s. La modulation la plus complexe est 256QAM permettant un gain de débit de 33% par terminal lors de conditions optimales. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 13/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 e) Fonctionnement de la technologie 5G La 5G est la cinquième génération de réseaux cellulaires déployée depuis 2020 en France. La 5G prolonge l’exploitation de la technologie LTE utilisée pour la 4G. Pour citer brièvement les évolutions principales, la 5G vise à donner des débits pratiques dépassant largement ceux de la 4G avec des temps de latences bien plus courts. Concernant les fréquences utilisées, la 5G utilise plusieurs bandes de fréquence pour proposer une large couverture tout en étant compatible avec le réseau 4G existant : - - Des bandes de fréquence inférieures à 1 GHz. Elles seraient utilisées pour offrir une large couverture des zones urbaines et pour fournir des services IoT en LTE-M et nB-IoT Une bande de fréquence compris entre 3.4 GHz et 3.8 GHz pour des usages industriels - Les fréquences utilisées par les réseaux cellulaires existants : (700 MHz, 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz et 2600 MHz) que les opérateurs peuvent basculer en 5G en fonction de la disponibilité des bandes. Il s’agit simplement d’une rétrocompatibilité sans réels gain apporté. - Une bande de fréquence de 24.25 GHz à 27.5 GHz permettra à la 5G d’exploiter tout son potentiel. Elle pourrait être exploitée à partir de 2022-2023 en France. La 5G fonctionne sur la technologie LTE. Le codage appliqué pour les émissions descendantes vers les terminaux est OFDMA. Pour les liaisons montantes des terminaux vers les BTS, le codage SC-FDMA est utilisé. Les débits pratiques réels sont revus à la hausse par rapport à la 4G. La 5G assurerait un débit thorique maximal de 20 Gbit/s en réception de terminal pour une bande de fréquence. Dans la réalité, la 5G vise un débit pratique de 1 Gbit/s en réception 300 Mbit/s en émission pour un terminal. Alors que les débits descendants réels moyens en 4G sont de 25 à 40 Mbit/s, on espère dépasser les 500 Mbit/s dans un avenir proche. Actuellement, on vise dans l’immédiat à assurer des débit pratiques minimum de 100 Mbit/s. Pour assurer ces débits, différentes technologies sont mises en place tel que F-OFDM pour la forme d’onde, SCMA pour la technique d’accès, un MU-MIMO massif pour une efficacité maximale du réseau et un full duplex radio. Contrairement à la 4g, les BTS sous 5G effectuent leur émission en mode beamforming. L’ajout de cette fonctionnalité permet de cibler les terminaux et d’apporter une meilleure stabilité et portée du signal vers les terminaux. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 14/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Une évolution considérable pour la 4G à la 5G est l’apport d’une plus faible latence de communication. La latence passe de 10 ms à 1 ms. Cette réactivité accrue sera cruciale pour l’implémentation d’objets connectés IoT et l’émergences de nouveaux services. Cette très faible latence permet côté utilisateurs une expérience plus confortable de streaming vidéo de haute résolution ou pour d’autres services de streaming. La mobilité de la 5G a été améliorée par rapport à la 4G. La vitesse maximale prise en compte pour un utilisateur mobile passe de 350 km/h à 500 km/h. Au niveau professionnel et industriel, cette faible latence bénéficiera pour des actions délicates telles que les opérations chirurgicales à distance ainsi que pour l’utilisation d’autres machines nécessitant une haute réactivité. La technologie promet également une capacité d’appareils connectés par BTS significativement supérieure en multipliant par un facteur 1000 par rapport à la 4G ce qui correspond à 1 millions d’appareils connectés par km² le tout sans instabilité de débit ou surcharge de réseau. C’est un atout considérable pour le déploiement de nombreux objets connectés IoT. Afin d’adapter le signal sur les canaux en fonction des usages, la 5G utilise la virtualisation des réseaux appelée « network slicing ». Elle permet de découper un réseau en plusieurs tranches virtuelles. Ces tranches sont configurables en fonction des besoins. Il s’agit donc là d’intégration de sur-mesure à la demande. Cette flexibilité permet d’ailleurs une gestion optimale du réseau avec une priorisation des usages et une intégration de QoS. La gestion de la consommation de ressources est alors optimisée pour la connexion de nombreux objets connectés à la BTS. L’intégration du network slicing permettra un développement de nouveaux services en milieu d’entreprise nécessitant des débits et une réactivité très élevés. Technologies LTE-M et NB-IoT intégrées dans 5G pour l’usage IoT LTE-M est une technologie qui a été conçue pour l’IoT. Elle utilise les réseaux 4G existants et fonctionne donc à fréquences inférieures à 1 GHz en l’occurrence 800 MHz. Elle permet d’améliorer l’accessibilité de de tous les objets connectés. LTE-M optimise la consommation énergétique des objets connectés grâce à une fonctionnalité automatique de mise en veille intégrée en fonction des usages en trafic des appareils connectés. Le NB-IoT est également utilisé pour une fréquence inférieure à 1 GHz en l’occurrence 200 KHz. Le débit transfert est inférieur à celui de LTE-M. Cependant il s’adapte mieux à un plus grand nombre d’appareils connectés nécessitant un plus faible volume de données. La technologie est plus adaptée pour les objets de faible consommation en débits. NB-IoT allonge la durée de vie des équipements. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 15/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 f) Comparaison de performances entre 5G et 4G Nous pouvons résumer ici les avantages en performances de la 5G sur la 4G. Le débit réel 5G sera concrètement au moins 10 fois plus élevé que celui de la 4G dans un avenir proche en exploitant les bandes dans les hautes fréquences (24 à 27 GHz). La latence sera 10 fois plus faible et particulièrement utile pour des usages exigeants en milieu professionnel. La capacité d’équipements connectés à la BTS est 1000 fois supérieure comparé à la 4G. Pour la 5G, la capacité passe à 1000000 d’objets par km². Cette capacité permettra le déploiement et l’intégration de nombreux objets connectés pour l’IoT. L’intégration du beamforming et du network slicing permettent une meilleure stabilité du signal et une meilleure gestion des ressources pour l’intégration de nombreux objets connectés pour l’IoT. L’intégration de MU-MIMO massif (jusqu’à 64x64) vient donc considérablement augmenter la capacité du réseau. La mobilité des terminaux est augmentée passant d’une vitesse maximale valide de 350 à 500 km/h. L’intégration de nouvelles technologies dédiées à l’IoT : LTE-M + NB-IoT viennent ajouter des fonctionnalités de gestions de ressources optimales absentes dans la 4G pour la connexion de nombreux objets connectés dans le cadre de l’IoT. Tableau récapitulatif de comparaison entre 4G et 5G : Paramètres 4G Bandes de fréquences 700, 800, 1800, 2100, 2600 MHz Codage Efficacité spectrale Latence communication Temps d’intervalle de transmission Débit théorique maximal Capacité d’équipements connectés par km² Vitesse maximale autorisée pour utilisateur OFDMA, SC-FDMA 30 b/s/Hz 10 ms 1 ms 1 Gbit/s 5G 200 KHz, 800, 900, 1800, 2100, 2600 MHz 24.25 à 27.5 GHz OFDMA, SC-FDMA 120 b/s/Hz <1 ms 100 µs à 4 ms 20 Gbit/s 1000/km² 1000000/km² 350 km/h 500 km/h Streaming vidéo HD, Live TV, Voix IP, multimédia et internet sur IP IoT, streaming vidéo ultraHD, VR, intégration de nombreux objets connectés, services industriels et d’entreprise exigeants Services visés PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 16/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 III. Etude comparative 5G et WiFi6 La 5G et le Wifi6 sont tous les deux conçus pour les connexions sans fil. Ils partagent des fonctionnalités dont le but est d’améliorer l’expérience utilisateur avec les applications sensibles à la latence mais aussi de répondre à une demande croissante en débit et en capacité. En se concentrant sur les techniques et les caractéristiques de ces deux technologies, la partie suivante comparera leurs différences et similarités et tentera de déterminer les cas d’usage optimaux de chaque technologie. a. Comparaison Wi-Fi 6 vs 5G Technologie OFDMA Le Wi-Fi 6 adopte l’OFDMA (évolution de l’OFDM) comme technique de multiplexage afin d’augmenter l'efficacité d'utilisation du spectre. La technologie d'interface radio utilisée par la 5G est également dérivée de l'OFDM et a une conception similaire à celle de l'OFDMA en termes de sous-porteuse et de bande passante de fréquence. Avant l’avènement de l’OFDMA, tout le canal radio était occupé lorsque qu’un utilisateur établissait une communication (Voix, Data) quelle que soit la taille des paquets. En attribuant des sous-porteuses à des utilisateurs individuels, l’OFDMA a permis d’obtenir l’accès multiple au canal radio et ainsi une transmission simultanée à faible débit de plusieurs utilisateurs. Sans mise en file d'attente ni préemption de canal, l'OFDMA a largement réduit les délais et amélioré l'efficacité, ce qui est idéal pour les scénarios multi-utilisateurs où un grand nombre de petits paquets de données sont transmis. La technologie MU-MIMO (Multi-User, Multiple input, Multiple output) Le MU-MIMO est une technologie utilisée dans les réseaux sans fils qui permet la transmission et la réception de plusieurs signaux de données simultanément sur le même canal radio, ce qui augmente la capacité d'un réseau à bande étroite sans nécessiter plus de spectre. Le Wi-Fi 6 améliore cette technologie en prenant en charge la liaison montante MU-MIMO qui permet des réseaux d'antennes 8x8. La 5G adopte également cette technologie pour faire du « Massive MIMO ». Le nombre de ports d'antenne peut alors aller jusqu'à 64T64R (64 en émission, 64 en réception) pour une couverture plus large. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 17/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Utilisation du spectre Le Wi-Fi 6 transporte les bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz. La bande 2,4 GHz est couramment utilisée comme fréquence sans fil mais avec des interférences élevées. La bande 5 GHz est plus rapide en vitesse et meilleure en anti-interférence avec cependant une distance de transmission plus courte. Avec l'autorisation de plusieurs bandes de fréquences, le Wi-Fi 6 peut être largement développé à l'avenir. Les bandes de fréquences 5G peuvent être divisées en trois catégories : - Les bandes de fréquences inférieures à 1 GHz pour les communications des objets sur de portées et pour les communications à fort débit avec une mobilité importante, en particulier dans les environnements ruraux. Ces fréquences sont en priorité dévolues aux mMTC (massive Machine Type Communications). - La bande 1 à 6 GHz pour les très hauts débits en mobilité, plutôt en environnement urbain, pour atteindre la valeur de 1Gbits/s en crête. Cette bande est dévolue aux missions critiques, comme celles associées aux communications V2V et plus globalement à l’eMBB (enhanced Mobile BroadBand). - La bande des 20 à 120 GHz, non utilisée jusqu’à présent à cause de la forte absorption des ondes millimétriques par les obstacles, que ce soit la pluie, les arbres ou les habitations. Ces ondes appelées mmWave offrent des débits exceptionnels dans de bonnes conditions climatiques. Elles demandent donc à être utilisées sur de très courtes distances. Actuellement, les bandes de fréquences utilisées par le Wi-Fi sont gratuites, ce qui signifie que toute personne ou entreprise est libre de les utiliser. A contrario, le spectre 5G est une ressource stratégique qui ne peut être vendue qu'aux opérateurs du pays concerné. Cela implique la prise en compte de problématiques liées au partage du spectre. Gestion et contraintes Les réseaux Wi-Fi sont flexibles et pratiques à déployer ou à étendre. Si un plus grand nombre d'utilisateurs est concerné ou si une couverture plus large est nécessaire, le processus de déploiement consiste à ajouter des points d'accès et à personnaliser les politiques afin de contrôler les ressources du réseau accessibles aux différents types de terminaux et leur bande passante d'accès. Cependant, les points d'accès WiFi posent souvent des problèmes d'interférences, et la conception et la mise en place de points d'accès pour assurer une couverture appropriée peut s'avérer difficile. Pour un réseau 5G, lorsqu’une extension de la couverture est nécessaire, il faut déployer un nouveau site, procéder aux paramétrages avant test et mise en production. Ce procédé est lourd et demande une expertise poussée. De plus, le déploiement peut prendre plusieurs mois en prenant en compte tous les contraintes imposées par le régulateur. Par ailleurs les appareils IoT auront besoin d'une compatibilité cellulaire spécifique pour se connecter à un réseau 5G. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 18/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Coûts financiers La 5G est plus coûteuse que le WIFI-6. En effet, la 5G nécessite le déploiement de nouveaux sites radio avec de nouvelles stations de base spécifiques à la 5G. Cela requiert un investissement conséquent dû à l’acquisition du matériel nécessaire auprès des constructeurs. Le WIFI-6 quant à lui exigera juste le remplacement des points d’accès ainsi que les box WIFI. Récapitulatif étude comparative Caractéristiques MIMO WIFI 6 5G 8T8R -12T12R, multiplexage OFDMA 64T64R Technologie Multiplexage OFDMA (DL) Spectre de fréquences Débit utilisateur Expérience utilisateur Latence gratuites sous à licences opérateurs 100 Mbit/s 100 Mbit/s Moyenne : 20ms eMBB : 4ms urLLC : 0.5ms Mobilité Complexe à mettre en PA : 50 ms 10ms, capitalisation sur les technos cellulaires précédentes Interférences Pas de licences, possibles interférences Optimisées par l’opérateur Gestion et contraintes Flexibilité, Peu de problèmes complexes Expertise requise, Déploiement plus long Coûts financiers Relativement faibles pour les entreprises Elevés, Equipements compatibles restreints PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 19/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 b. Cas d’usage possibles WIFI-6 Le principal avantage du Wi-Fi 6 pour les entreprises est qu'il les aide à établir rapidement leurs propres réseaux et à structurer ces réseaux en fonction de l'évolution de leurs services, répondant ainsi aux exigences de personnalisation des entreprises. Par exemple, les entreprises établissent leurs réseaux de bureaux et les écoles établissent des réseaux pour l'accès des étudiants au réseau. 5G Les performances de la 5G offre des perspectives de nouveaux usages dans de nombreux domaines, qui constituent en eux-mêmes une rupture. Ils sont résumés dans l’image ci-dessous, en fonction de leur besoin en latence et en débit. La vidéo 360 degrés, aussi appelée vidéo immersive, est un enregistrement vidéo d'une scène du monde réel où l'image est enregistrée dans toutes les directions en même temps. Ces enregistrements vidéo sont réalisés avec un appareil communément appelé camera 360°. La vidéo 360° et la TV 4K nécessitent de très hauts débits. La réalité virtuelle/augmentée nécessite aussi bien de très haut débits qu’une faible latence pour pouvoir répondre en temps réel. La ville intelligente utilise des objets connectés qui demandent parfois des temps de réponse rapide. La conduite autonome nécessite également une faible latence. Aller chercher les données dans le cloud demande un temps de réponse rapide. La robotique et plus généralement l’usine connectée demandent une faible latence avec des débits à adapter en fonction des utilisations. En revanche, les capteurs utilisés dans l’environnement et l’agriculture, ne nécessitent ni de grand débit, ni de faible latence. c. Détermination finale des meilleurs compromis entre ces 2 technologies pour des cas d’usage spécifiques Domaine privé Dans les environnements professionnels, la 5G promet une meilleure connectivité et une latence plus faibles. La technologie cellulaire utilise un spectre de fréquence sous licence, ce qui résout en grande partie le problème d'interférence qui peut se poser avec le spectre Wi-Fi sans licence. Par contre, l'architecture 5G nécessite beaucoup plus de points d'accès radio que la 4G, si bien qu'en intérieur, la 5G peut souffrir d'une connectivité faible, voire nulle. Chaque entreprise doit évaluer l'impact de la 5G sur la connectivité de ses PC, routeurs et autres périphériques par rapport à la 4G actuelle. Le déploiement de microcellules, de répéteurs et d'antennes distribuées peut contribuer à résoudre les problèmes de couverture de la 5G en intérieur. Malgré certaines similitudes avec la 5G (les deux sont basés sur l'accès au multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence), le Wi-Fi 6 est moins sujet aux interférences, nécessite PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 20/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 moins d'énergie (ce qui prolonge la durée de vie des batteries de l'appareil) et offre une meilleure efficacité spectrale. En somme, Il est plus intéressant pour les entreprises d’adopter le WiFi-6 sauf si leurs besoins sont critiques en matière de performance et de latence, dans ce cas, la 5G est l’option la plus adéquate. Les responsables IT doivent donc évaluer soigneusement leurs besoins actuels et futurs en matière de connectivité. Le Wi-Fi sera toujours préconisé pour les environnements intérieurs et la technologie cellulaire reste plus adaptée en extérieur du fait de sa large couverture. Domaine public Dans le domaine public, la 5G est généralement plus adaptée du fait du besoin large en couverture. En effet la 5G est préférentiellement déployée dans des scénarios ou des terminaux ayant des exigences élevées en matière d'itinérance et de latence, par exemple les voitures autonomes, les drones, l'accès aux réseaux personnels en extérieur et les usines ayant des exigences de latence très faibles (< 10 ms). Pour certains usages tels que dans les parcs, centres commerciaux… le WIFI-6 permettra d’éviter de congestionner le réseau 5G en raison de la forte densité de personnes. L’arbitrage entre wifi6 et 5G se fera donc en fonction du coup de déploiement le plus faible permettant d’accroître les performances du réseau. Utilisation complémentaire WIFI-6 et 5G Même si l'on assiste à une convergence des technologies sans fil, les réseaux WiFi 6 et 5G restent fondamentalement distincts et ils ont tous deux leur rôle à jouer dans la connectivité d'entreprise. Dans ce contexte, les responsables IT devraient chercher à utiliser le WiFi et le réseau cellulaire de manière complémentaire. Notamment, ils devraient préférer le WiFi à l'intérieur des bâtiments pour connecter les PC et les ordinateurs portables, décharger les données provenant des mobiles et des tablettes, et pour certaines connexions IoT. Comme la 4G LTE, la 5G reste une technologie dédiée à la mobilité pour la connectivité des téléphones et des tablettes, demeure une alternative (via un dongle) pour les connexions PC, et sera de plus en plus populaire pour connecter certains appareils IoT. Les liaisons WAN 5G devraient s'imposer comme standard en backup pour améliorer la fiabilité du SD-WAN et comme liaison primaire pour les bureaux distants. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 21/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 IV. Déploiement des technologies Pour l’IoT, la 5G est une clé vers une plus grande interopérabilité. La 5G servira de base aux réseaux de petites cellules qui alimenteront la prochaine génération d'infrastructure de réseau sans fil dans une ville. La connectivité et la capacité de calcul que permet la 5G feront des villes intelligentes une réalité, car les autorités municipales pourront adopter de nouvelles technologies pour des solutions urbaines intelligentes. Le principal obstacle du passage de la ville intelligente de la théorie à la pratique était la vitesse et la largeur de bande nécessaires pour traiter la quantité de données produites par l'IoT et les traiter en temps réel. Cela sera illustré dans tous les domaines, du transport en commun à l'application de la loi. Les économies d'échelle que générera la 5G devraient quoi qu'il en soit constituer une gigantesque aubaine pour les villes qui en profiteront. Selon un livre blanc d'Accenture, les solutions urbaines intelligentes appliquées à la gestion de la circulation automobile et des réseaux électriques pourraient à elles seules générer 160 milliards de dollars de bénéfices et d'économies en réduisant la consommation d'énergie, la congestion routière et les coûts du carburant. Cela signifie que les temps de déplacement diminueront, que la sécurité du public s'améliorera et que des gains d'efficacité importants seront réalisés dans le réseau intelligent. Par exemple, dans une ville intelligente ayant recours à la 5G, il existe plusieurs couches pouvant être ajoutées à quelque chose d'aussi simple qu'un lampadaire intelligent. Un lampadaire branché en 5G avec une caméra vidéo ou un capteur de détection de coups de feu livrera une information plus complète aux autorités afin que ces dernières interviennent plus rapidement. L'analyse vidéo appuyée par la 5G peut ainsi contribuer à rendre une ville plus sûre. Il existe également des cas d'utilisation 5G impliquant des drones qui contribuent à la sécurité publique. Les premiers intervenants peuvent bénéficier de caméras vidéo 5G à faible latence dans une ville. Une ambulance branchée en 5G peut se déplacer librement dans une ville en étant reliée à un réseau communiquant avec les feux de circulation, et peut communiquer avec les médecins du centre de traumatologie de l'hôpital en route. C'est là que la 5G commence à jouer un rôle énorme dans l'avenir, car à mesure que nous passons de millions à des milliards d'appareils, la capacité de la 5G peut créer une connectivité. Nous avons besoin d'une architecture 5G basée sur un logiciel, la flexibilité avec des éléments d'apprentissage machine qui peuvent collecter toutes ces données, les analyser, et ensuite être capables de contrôler ou d'automatiser un grand nombre des processus que nous faisons aujourd'hui manuellement. Cela peut être le contrôle d'une sorte de porte ou de barrière, le contrôle de l'infrastructure des services routiers, le contrôle des machines qui balaient les routes ou quelque chose du genre. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 22/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 a) Acteurs et rôles 5G : Le Gouvernement et l’Arcep se mobilisent pour préparer le développement et le déploiement des technologies 5G, l’enjeu principal étant de faire émerger des modèles économiques industriels et de soutenir les investissements. La DGE a pour mission de développer la compétitivité et la croissance des entreprises de l’industrie et des services. La DGE coordonne les chantiers de la feuille de route 5G et s’assure de la mobilisation des acteurs industriels. Elle assure le lien avec l’ensemble des administrations concernées, telles que le secrétariat général pour l’investissement (SGPI), la direction de l'habitat, de l'urbanisme et des paysages (DHUP), la direction générale de la prévention des risques (DGPR), la direction générale de la santé (DGS), l’Agence nationale de sécurité des systèmes d’information (ANSSI). L’Arcep attribue les fréquences pour les futurs réseaux 5G : elle participe à la libération des fréquences identifiées et précise les conditions techniques de leur utilisation. Elle contribue à mettre en place un cadre favorable aux déploiements des réseaux 5G. Elle favorise enfin les expérimentations d’usages : un guichet « pilotes 5G » est ouvert afin de permettre aux acteurs de la chaîne de valeur de la 5G (entreprises, acteurs industriels ou d’infrastructures) de se saisir de la technologie et d’inventer des modèles économiques innovants. L’ANFR prépare les positions françaises et conduit les négociations au sein des organisations internationales dans le domaine du spectre, notamment pour l’identification des bandes de fréquences 5G, la définition puis l’harmonisation de leurs conditions techniques d’utilisation. L’ANSES travaillera à l’évaluation de l’impact sanitaire et des risques associés au déploiement de la 5G, en fonction des données relatives aux expositions induites par cette technologie. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 23/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 b) Calendrier de déploiement 5G : PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 24/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 c) Projet type Wi-Fi6 : En passant au Wifi 6, le groupe Les Mousquetaires voulait remédier à ce problème d'hétérogénéité en adoptant une stratégie cohérente et donc une infrastructure de Wifi et de LAN convergé dans ses 4 000 points de vente en France. L'objectif est d'apporter de la connectivité en magasin pour offrir des services aux clients et gérer l'essor de l'IoT du côté des métiers avec les beacons, les équipements en Zigbee mais surtout les étiquettes intelligentes. Les atouts du Wifi 6 sont multiples. Déjà, avec l'essor de l'IoT, la technologie permet de gérer les problèmes de concurrence sur le réseau car un point d'accès en Wifi 6 assure la gestion de centaines d'objets connectés, contre une vingtaine avec le Wifi 5. Ensuite, le Wifi 6 garantit un partage des connexions qui évite les interférences entre protocoles. Le Wifi 6 engendre par ailleurs des économies lors des déploiements car il permet d'avoir une infrastructure unique sur un site. Les modules Wifi sont parmi les moins chers à produire. Les deux réseaux ne sont pas en concurrence mais complémentaires. Car le Wifi 6 couvre les usages indoor, alors que la 5G est destinée à l'outdoor. Pour les sites industriels, il est plus rentable d'effectuer une couverture en Wifi 6 qu'avec un réseau privé 5G, car le coût du mégaoctet est dix à vingt fois moindre qu'en cellulaire. Il n'y a que les points d'accès à changer, le reste est transparent. Un appareil fonctionnant avec du Wifi 5 fonctionnera avec du Wifi 6. Un avantage supplémentaire du Wifi est sa rétrocompatibilité. L'objectif d'assurer une convergence des technologies, indispensable pour favoriser le développement de l'écosystème IoT. Il est possible d'assurer sur l'infrastructure Wifi des communications avec d'autres protocoles, par exemple avec LoRaWAN. d) Calendrier de déploiement Wi-Fi 6 : PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 25/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 V. Conclusion : Pour conclure, la 5G et la Wi-Fi sont deux nouvelles technologies en pleine évolution au niveau technique et déploiement. Les nouveautés de ces dernières permettent de se projeter dans de nombreux domaines et d'accélérer les progrès au niveau réseau. Que ce soit au niveau public ou privé, l'utilisation augmente, entreprise et particulier découvrent les capacités de cette dernière génération. Même si l'on assiste à une convergence des technologies sans fil, les réseaux WiFi 6 et 5G restent fondamentalement distincts et ils ont tous deux leur rôle à jouer dans la connectivité d'entreprise. Dans ce contexte, les responsables IT devraient chercher à utiliser le WiFi et le réseau cellulaire de manière complémentaire. Notamment, ils devraient préférer le WiFi à l'intérieur des bâtiments pour connecter les PC et les ordinateurs portables, décharger les données provenant des mobiles et des tablettes, et pour certaines connexions IoT. Comme la 4G LTE, la 5G reste une technologie dédiée à la mobilité pour la connectivité des téléphones et des tablettes, demeure une alternative (via un dongle) pour les connexions PC, et sera de plus en plus populaire pour connecter certains appareils IoT. Les liaisons WAN 5G devraient s'imposer comme standard en backup pour améliorer la fiabilité du SD-WAN et comme liaison primaire pour les bureaux distants. PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 26/27 Rapport : Comparaison et usages 5G et Wi-Fi 6 Sources : https://www.electronics-notes.com/articles/connectivity/wifi-ieee-802-11/802-11ax.php https://www.arcep.fr https://grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/802.11_Timelines.htm https://www.cnetfrance.fr/news/5g-definition-fonctionnement-usages-et-deploiement-dureseau-en-france-tout-ce-qu-il-faut-savoir-39904675.htm https://www.3gpp.org https://www.cisco.com/c/dam/en/us/products/collateral/wireless/aironet-3600series/white-paper-c11-713103.pdf https://www.ni.com/fr-fr/innovations/white-papers/16/introduction-to-802-11ax-highefficiency-wireless.html https://kb.netgear.com/fr/000059637/Quelle-est-la-diff&eacute;rence-entre-le-Wifi-6-et-leWifi-5 https://www.juve-patent.com/sponsored/wi-fi-6-key-innovations-and-their-contributorspart-1/ https://www.juve-patent.com/sponsored/wi-fi-6-key-innovations-and-their-contributorspart-2/ PRO 8635 : Projet Collectif encadré d’approfondissement 27/27
