critique et professionnelle

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1 LIVRE BLANC 4G critique et professionnelle Vers le Haut Débit Mobile En partenariat avec

2 Madame, Monsieur, Publier un livre blanc représente un effort conséquent dans une équipe de taille modeste comme la nôtre ; cela génère aussi une grande fierté et représente un jalon important qui pose notre vision de l avenir. Nous portons chez Hub One une tradition d innovation. Nous rêvons et imaginons parfois, mais surtout, nous testons très concrètement des technologies et des usages qui pourront améliorer le monde de demain. L environnement aéroportuaire dont nous sommes issus s avère un terrain d expérimentation très fertile, car il tire le niveau d exigence vers le haut. De fait, il devenait évident de mettre en œuvre le projet relaté dans ce livre blanc, car, au-delà des usages classiques de la 4G, nous devions évaluer le potentiel de cette technologie pour des usages critiques et professionnels. Nous puisons notre fierté dans une expérience aboutie et concluante, bien sûr. Nos équipes assistées de nos partenaires équipementiers et clients ont mis en œuvre des systèmes radio nouveaux dans un environnement complexe, souvent hostile à la propagation des ondes. Ils ont pu porter des cas d usages divers et révéler des potentialités inattendues. Notre vocation de service public et pour le grand nombre est inscrite dans nos gènes, aussi il nous a paru pertinent d en partager avec vous les principaux enseignements. Ce livre blanc est enfin une étape sur la route du haut débit mobile destiné aux usages critiques. Celui-ci est né d initiatives dans les instances de standardisation, mais attend encore d être déployé à l échelle réelle pour ses utilisateurs. Nous contribuons à la réflexion à travers cet ouvrage. Nous y évoquons des cas d usages pour les organismes et les entreprises utilisatrices ; nous y proposons aussi des règles d ingénierie adaptées et des modèles économiques mutualisés pour optimiser l usage du spectre hertzien, cette ressource rare. Nul doute que nous serons nombreux à écrire l avenir de la 4G / LTE critique. L engagement au quotidien dans le service des entreprises et de leurs clients, la proximité avec les besoins hors normes de milieux industriels requérant de l information critique en temps réel, l audace de lancer une expérimentation pour concrétiser la promesse du LTE critique : voilà les trois valeurs de Hub One dûment représentées à travers ce livre blanc. Les équipes de Hub One se joignent à moi pour vous souhaiter une excellente lecture. Patrice Bélie Directeur Général du Groupe Hub One 1

3 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Les Auteurs Lui écrire Lui écrire Lui écrire Lui écrire Hub One Soline Olszanski Éric Pivot François Munerot Pierre Dufour Directeur Stratégie & Innovation Responsable Innovation Responsable Ingénierie Radio Ingénieur Radio Lui écrire IDATE Frédéric Pujol Directeur de la Business Unit Wireless Création graphique et réalisation : Clémence Knaébel. Photos Hub One sauf pp. 27 et 42 : captures Google Earth. Droits réservés (copyright) : Hub One 2014 «Il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement sur quelque support que ce soit le présent ouvrage sans l autorisation de l auteur.» 2

4 Préface Si le très haut débit mobile connaît un décollage rapide pour le grand public et les entreprises avec la 4G/LTE, l écosystème est encore largement à développer. C est en particulier vrai pour les applications critiques telles que celles associées aux réseaux de sécurité (communications de terminal à terminal, fonction talkie-walkie, appels de groupe ). Il faut aussi prévoir des adaptations du standard LTE ainsi qu une implémentation spécifique pour atteindre les exigences de sécurisation en cas de crise. L examen de la situation internationale des réseaux critiques et professionnels montre différentes configurations techniques et économiques avec divers degrés de mutualisation d infrastructure, de spectre ou de location de capacité. Mais les expérimentations menées par Hub One sur la plate-forme de Roissy au début 2014 ont constitué une première en Europe avec des développements logiciels en avance sur la standardisation et une multiplicité de configurations testées. L ampleur de ces tests donne une idée d un «schéma cible» possible pour un réseau critique en France en permettant d appréhender la configuration de déploiement, la maturité des infrastructures et terminaux et d évaluer la question relative aux fréquences. Ce livre blanc propose un modèle de mutualisation d un réseau critique haut débit mobile entre plusieurs acteurs français qui permettrait d avancer rapidement, d optimiser l usage du spectre et d offrir une solution compatible avec les contraintes financières. Pour ces différentes raisons je me félicite de la collaboration entre Hub One et l IDATE pour la rédaction de ce livre blanc. J espère que vous y trouverez aussi un éclairage sur les développements en cours et une contribution utile dans le débat sur les réseaux critiques et professionnels. Yves Gassot Directeur général de l IDATE DigiWorld Institute 3

5 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Sommaire INTRODUCTION 5 1. RÉSEAUX CRITIQUES ET PROFESSIONNELS 7 Les besoins et usages 8 Les principaux utilisateurs de la radio professionnelle en France 11 Les spécificités des réseaux critiques et professionnels VERS LE HAUT DÉBIT MOBILE 17 La 4G / LTE et les apports du haut débit mobile 18 Première contrainte : la question du spectre 19 Seconde contrainte : optimiser l équation économique EXPÉRIMENTATION HUB ONE 25 Contexte expérimental 26 Première en Europe : LTE PMR 31 Performance de la technologie 4G / LTE en milieu contraint 33 Applications professionnelles de sécurité 38 Applications professionnelles critiques QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? 47 Les fondamentaux des réseaux critiques et professionnels 48 Les modèles économiques 50 Vers un nouveau modèle de mutualisation 53 Une avance technologique pour l industrie française 58 CONCLUSION 59 ANNEXES 60 I État des déploiements des réseaux d urgence 61 II Le MIMO dans l expérimentation Hub One 64 REMERCIEMENTS 70 À PROPOS DE HUB ONE 71 ABBRÉVIATIONS 72 4

6 Introduction Haut débit, voix, vidéo, capteurs : la technologie 4G / LTE transforme les usages et notre quotidien. Mais qu en est-il des réseaux critiques et professionnels? Quels apports pour leurs utilisateurs et la compétitivité de nos industries? Quelles possibilités de mutualisation et d économies peut-on envisager tout en garantissant la fiabilité et la sécurité des personnes? Quel rôle la France entend-elle jouer dans ce nouveau paradigme pour les Services de l État et ses industriels? La technologie 4G / LTE s impose comme le nouveau standard universel pour les échanges haut débit mobile. Ouvrant de nouvelles opportunités pour nos industries, cette rupture technologique soulève la question de son mode d application aux réseaux critiques et professionnels. Au-delà du seul enjeu technologique, garantir la disponibilité des services critiques en toutes circonstances nécessite de concevoir des modèles d ingénierie et d exploitation adaptés. Afin de contribuer à cette réflexion, Hub One a mené en 2014 une expérimentation de grande ampleur au cœur de l exploitation de l aéroport Roissy Charles-de-Gaulle. Cet ouvrage rapporte les principaux résultats et enseignements de ces travaux et propose un nouveau modèle de mutualisation des réseaux critiques et professionnels. 5

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8 1. RÉSEAUX CRITIQUES ET PROFESSIONNELS Quels enjeux? 7

9 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE La rupture technologique apportée par la 4G et les réseaux haut débit se traduit par une évolution majeure en termes d usage, de conception des réseaux, et d infrastructures. Ceci nécessite de repenser les principes de communication de façon globale pour la totalité des acteurs. Au cœur de ce nouveau paradigme, les réseaux critiques et de sécurité aujourd hui basés sur des infrastructures privées et bas débit doivent se réinventer afin d apporter à leurs utilisateurs des fonctionnalités nouvelles (haut débit, vidéo), des terminaux variés et évolutifs. Ceci tout en maintenant les exigences de sécurité et de fiabilité qui sont leur raison d être. Les besoins et usages Les réseaux de télécommunications critiques et professionnels regroupent différents types d usages et d utilisateurs. Ces derniers sont généralement répartis selon deux catégories : Les services dédiés aux forces de sécurité et de secours (dits PPDR, Public Protection & Disaster Relief), Les services destinés aux Opérateurs d Importance Vitale (OIV) et aux industriels (dits PMR, Professional Mobile Radio). Dans les deux cas, les utilisateurs disposent généralement de services et de solutions dédiés, caractérisés par des fonctionnalités spécifiques et une très forte fiabilité. Enfin, ces réseaux doivent être disponibles à tout moment et avoir la capacité de s adapter, en situation habituelle comme en période de crise. En mode nominal, les systèmes de communication permettent d assurer l exploitation des services de sécurité ou de répondre aux situations d urgence localisées. De même pour les professionnels auxquels les communications permettent d assurer la production de biens ou de services et de contribuer à travers cela à la compétitivité de l économie locale ou nationale. En situations de crise, et en particulier celles menaçant la sécurité et la protection des personnes, le système de communication devient crucial afin d être en mesure de piloter et d accompagner les situations d urgence sans aucun aléa. Or, il est important de noter que le basculement d une situation habituelle à une gestion de crise peut être extrêmement rapide et nécessite des outils et des procédures fiables et immédiatement opérationnels. 8

10 1. RÉSEAUX CRITIQUES ET PROFESSIONNELS Les usages peuvent alors être cartographiés en trois catégories : Les usages «métier» actuels Afin de répondre aux besoins et aux sollicitations des missions critiques et en particulier aux gestions de crises, les réseaux professionnels ont développé un certain nombre de fonctionnalités spécifiques. En premier lieu, il faut citer la fonction «Push to Talk» qui fournit un établissement de communication quasi instantané, évitant le temps de numérotation. L immédiateté des échanges est requise en situation critique car le temps est souvent déterminant pour le succès d une mission. Les «appels de groupes» répondent également à la complexité des situations mettant en œuvre des dispositifs de communication et de coordination entre équipes multidisciplinaires. Pour être efficace, différents domaines d expertises doivent se coordonner, ce qui peut nécessiter la synchronisation large des actions inter-équipe, ou des communications resserrées entre membres d une même équipe. La technologie permet dynamiquement de composer des groupes de communication en temps réel : un groupe vers un ensemble de groupes, ou vers tous les groupes. Par ailleurs, le renforcement de la sécurisation de la chaîne de communication a motivé le développement d un «mode direct». Cette fonctionnalité permet à plusieurs utilisateurs de communiquer entre eux, de poste à poste sans passer par une infrastructure centrale. Ainsi, les incidences d une panne de cœur de réseau pour des acteurs agissant dans une même zone sont minimisées. Afin de répondre aux spécificités métier, un certain nombre de fonctionnalités complémentaires a été développé telles que les appels d urgence, les appels généraux (à destination de tous les interlocuteurs), les fonctions d écoute discrète à distance ou encore la gestion de priorité des appels ou la préemption. Enfin, en complément des usages «voix», on peut citer les prémices «d échanges de données à faible volume» sur réseau dédié (via SDS) ou sur réseau commercial (via SMS). Le basculement d une situation habituelle à une gestion de crise peut être extrêmement rapide. Les besoins émergents Le partage de données - Avec l évolution des technologies, de nombreuses applications permettent de faciliter l intervention des forces 9

11 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE de sécurité ou de secours. En cas de situation critique, quel que soit le contexte, les actions prises lors des premières minutes vont conditionner le résultat final. Pour ce faire, le réseau de télécommunications permet alors de connaître rapidement les plans détaillés des lieux, de rassembler les informations permettant d assister les personnes, de disposer des manuels complets de fonctionnement d un système technique Ceci permet également de faire remonter un certain nombre d informations provenant du terrain (images haute définition, mesures de capteurs sur site) permettant de constater et d accompagner l évolution de la situation. La fiabilité du réseau même fréquemment sollicité entre les entités est déterminante. Le monde qui nous entoure est largement automatisé. Nous vivons les prémices d un environnement qui va s appuyer sur la technologie pour de nombreuses tâches ponctuant notre quotidien, dans des missions de production ou de sécurisation de notre environnement. Les forces de sécurité et de nombreux industriels utilisent des engins télécommandés pour mener à bien leurs missions (production optimisée, sécurisation d un site accrue). L ensemble de ces aides passe par la mise en place de systèmes de contrôles et d acquisitions de données (SCADA). Ces systèmes de télégestion ont pour caractéristique de couvrir un grand nombre d éléments et de pouvoir interagir avec ceux-ci de façon instantanée. Pour cela, le réseau de télécommunications sous-jacent doit offrir une couverture géographique large, tant en terme de surface que de densité et proposer des interfaces standards largement répandues apportant ainsi des économies d échelle. Enfin, la démocratisation de la vidéo a permis d augmenter la performance de nombreux secteurs d activité. La vidéo surveillance est devenue un outil crucial pour la sécurité et la protection des personnes dans des lieux à forte fréquentation (aéroports, centres commerciaux) ou les zones isolées. La vidéo embarquée appuie la prise en compte d un incident ou d une situation de crise en aidant les équipes d intervention à comprendre l environnement du sinistre. Depuis le centre de commande, les mesures et actions d urgence peuvent être prises avec une connaissance globale de la situation. De plus, face à une situation complexe, la vidéo permet de transmettre un support ciblé grâce à une expertise à distance et ce pour chaque type d intervention sur les lieux de secours. Pour les équipes sur les lieux du sinistre, les échanges de vidéo entre les différentes brigades d intervention apportent une connaissance complète de la situation prévenant et réduisant les effets collatéraux de certaines mesures. L efficacité de la vidéo est donc désormais améliorée par l intégration de caméras dans les équipements des forces d intervention ou sur des appareils miniaturisés et mobiles tels que les robots terrestres ou 10

12 1. RÉSEAUX CRITIQUES ET PROFESSIONNELS volants comme des drones. Ce dispositif permet d avoir un compterendu factuel de la situation et de son évolution. La vidéo apporte un gain important d efficacité au quotidien comme lors de situations exceptionnelles. Le réseau doit offrir pour ce type de service une bande passante large et un temps de réponse immédiat. Les besoins futurs L avènement des «smart technologies» ouvre un vaste champ d outils pour mieux appréhender les situations professionnelles ou de sécurité. Parmi les domaines prometteurs, nous relevons particulièrement : Les senseurs intelligents (Internet des objets), Les cartographies dynamiques de ressources, Les algorithmes prédictifs de situations complexes. Les principaux utilisateurs de la radio professionnelle en France Avec près d un million de terminaux sur le territoire national, les services de l État demeurent les premiers utilisateurs des réseaux critiques et professionnels. Ces services assurent la sécurité, le secours et la protection des personnes à travers la Police, la Gendarmerie, les Douanes, les Pompiers, le Samu Ils disposent aujourd hui de réseaux dédiés sécurisés. Toutefois leur solution fonctionnelle demeure très limitée du fait de technologies bas débit. En second lieu, les collectivités et les Opérateurs d Importance Vitale (OIV) utilisent considérablement les réseaux de communication de type TETRA ou PMR pour assurer leurs missions au quotidien. L Association des Grands Utilisateurs de Réseaux Radio (AGURRE) regroupe les grandes entreprises françaises et OIV dont l activité s appuie sur un réseau radio. Rassemblant les principaux acteurs du transport (Aéroports de Paris, Air France, RATP, SANEF, SNCF), de l énergie (EDF) ou de l industrie (PSA), les membres de l AGURRE étudient les modèles permettant de faire évoluer les réseaux radio critiques et professionnels indispensables à leur activité. Enfin, les milieux industriels et professionnels disposent de très nombreux réseaux radio privés mettant en œuvre des usages et des infrastructures radio très variés. 11

13 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Au global, le marché français des réseaux critiques et professionnels est estimé à plusieurs centaines de millions d euros par an, apportant d importantes retombées pour les fournisseurs d infrastructures, de terminaux et d applicatifs. Les spécificités des réseaux critiques et professionnels Face à ces enjeux, les infrastructures de communication des réseaux professionnels et critiques doivent proposer, en complément des services grand public, des services spécifiques afin de garantir des dispositifs de sécurité particulièrement élevés. Fiabilité et robustesse des réseaux critiques et professionnels Les réseaux critiques et professionnels sont conçus pour apporter une fiabilité maximale et reposent sur plusieurs fondamentaux : Couverture totale et dense des zones concernées. Sécurisation et redondance des infrastructures réseau. Doublement des infrastructures, des liens de transmission, des alimentations électriques, des locaux. Réseau privé. Nombre d utilisateurs connu et maîtrisé. Fréquence dédiée assurant la disponibilité du service. Support et exploitation 7 j/7, 24 h/24. Ces différents principes permettent aux réseaux critiques et professionnels de disposer d une très haute disponibilité de service. Le fait de reposer sur des réseaux spécifiques dédiés demeure un critère fondamental permettant de garantir la disponibilité du service en toutes circonstances. En cas de crise majeure, le réseau radio professionnel ne sera pas submergé de communications grand public, le prémunissant ainsi d un effondrement dû à un pic de trafic exceptionnel. 12

14 1. RÉSEAUX CRITIQUES ET PROFESSIONNELS Applications spécifiques : confidentialité et intégrité des données Tout service de communication professionnel doit intrinsèquement permettre : Un haut niveau de confidentialité dans les communications, L intégrité des données transmises jusqu au destinataire, L identification des interlocuteurs pour chaque communication, La gestion dynamique des profils des utilisateurs. Synthèse des principales technologies radio existantes Le terme «PMR» (Professional Mobile Radio) demeure communément utilisé afin de désigner la totalité des réseaux professionnels privés, indépendamment de la technologie mise en œuvre. Afin de garantir les différentes fonctionnalités, les réseaux critiques et PMR ont développé un certain nombre de technologies parmi lesquelles nous comptons : Les technologies dites conventionnelles, 3RP (Réseau Radioélectrique à Ressources Partagées) ou Trunk Ces technologies analogiques sont anciennes mais comprennent toutes les fonctions de base. Le mode analogique comporte des faiblesses d efficacité spectrale et de confidentialité qui ont conduit un grand nombre d acteurs à se tourner vers des technologies numériques. Les technologies DMR (Digital Mobile Radiocommunication) et dpmr (digital Private Mobile Radio) Ces technologies numériques sont toutes deux normalisées par l ETSI. Elles ont pour vocation de remplacer progressivement les anciens réseaux privés de taille plus modeste. Elles proposent différents niveaux d architectures et de fonctionnalités, du réseau simple au réseau à ressources partagées plus étendu. La technologie TETRA (TErrestrial Trunked RAdio) Datant du milieu des années 90, ce système numérique européen permet des communications phoniques mobiles bidirectionnelles, établies via une infrastructure centralisée ou de terminal à terminal. Cette technologie a été élaborée pour les forces de sûreté, de sécurité, d urgence, ou encore pour la gestion d infrastructures étendues (transport public). En particulier, le cryptage des communications de bout en bout est natif en TETRA. 13

15 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Les services TETRA forment la synthèse de toutes les fonctionnalités fondamentales des réseaux professionnels. La normalisation par l ETSI a permis notamment d interfacer les réseaux TETRA aux réseaux téléphoniques publics tout en conservant une indépendance sur son architecture. Les réseaux TETRA fonctionnent en Europe sur des fréquences basses (400 MHz) ce qui permet de disposer d une bonne propagation radio. L usage de la technologie TETRA est largement répandu dans le monde mais le marché spécialisé qu elle adresse rend les équipements relativement onéreux. La technologie TETRAPOL Relativement proche de la technologie TETRA, cette autre solution numérique est utilisée principalement par les forces de sécurité nationales. Diffusée principalement par un constructeur, elle est largement répandue en France et dans le monde depuis Différences majeures avec les réseaux grand public * Mécanisme permettant de différencier les flux de communication de chaque utilisateur et à travers cela de mettre en œuvre une gestion des priorités. Les opérateurs mobiles grand public disposent de missions et de modèles économiques différents. Leur principe consiste à déployer des réseaux sur un vaste territoire générant des revenus à partir de la vente d abonnements. L importance des investissements requis par ce modèle les incite aujourd hui à mutualiser certaines infrastructures et à limiter fortement la couverture de zones privées. Sur un certain nombre de zones professionnelles ou industrielles telles que les aéroports, les opérateurs mobiles assureront demain comme hier la fourniture du service à destination du grand public. Toutefois, certains types de clientèles et d usages nécessiteront des niveaux de garantie ou de qualité de service plus élevés. Avec le développement de la 4G, l introduction de mécanismes de Classes de Services* (COS) pourra permettre d améliorer ce modèle en apportant la gestion de priorités entre les clients des réseaux grand public. Ceci suppose que les réseaux grand public ne soient pas saturés ou effondrés, et que les utilisateurs prioritaires parviennent effectivement à se raccorder au réseau. 14

16 1. RÉSEAUX CRITIQUES ET PROFESSIONNELS Ces différences fondamentales en termes de mission et de modèle économique ont mené jusqu à présent les responsables de réseaux de sécurité ou professionnels à opter pour des infrastructures dédiées à leurs usages propres. En fonction de la particularité de chaque entité, de nombreux types de réseaux ont été déployés afin de disposer de la couverture géographique requise, de la robustesse et de la richesse fonctionnelle attendues. L évolution des réseaux haut débit mobile (4G) nous amène à nous interroger sur l apport que pourraient avoir ces technologies pour les réseaux critiques et professionnels en termes d usages et de coûts. Comment ces technologies très haut débit pourraient-elles renouveler les services professionnels? Comment concevoir l ingénierie des réseaux critiques et professionnels de demain afin qu ils répondent à leurs exigences spécifiques? Quels modèles économiques mettre en œuvre? 15

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18 2. VERS LE HAUT DÉBIT MOBILE Quelles opportunités? 17

19 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE l inverse de la 3G qui a tardé à tenir ses promesses, la 4G / LTE À «Long Term Evolution» connait une adoption massive à travers le monde et s impose comme le standard unique pour le très haut débit mobile. Ce constat se traduit par une technologie mature, un vaste écosystème et l intégration prochaine de fonctionnalités spécifiques aux réseaux critiques. La 4G / LTE et les apports du haut débit mobile Les gains technologiques apportés par la 4G provoquent une réflexion de fond sur les schémas opérationnels entre réseaux professionnels dédiés et réseaux commerciaux. Comment les réseaux critiques et professionnels peuvent-ils bénéficier de ces avancées technologiques? Comment opérer la mutation des réseaux historiques et sécurisés sans remettre en question la fiabilité et la disponibilité des réseaux critiques en toutes circonstances? Quel modèle économique adopter afin de disposer de réseaux modernes et denses à l échelle régionale ou nationale? À travers la 4G, les réseaux cellulaires commerciaux disposent d une nouvelle génération d infrastructures améliorant la bande passante, la propagation, l efficacité spectrale et permettant la mise en place de mécanismes de priorités. Une technologie universelle La 4G / LTE est la technologie universelle pour les services voix, data et vidéo : Réseau IP natif Efficacité spectrale 3 à 4 fois supérieure à la 3G+ Large bande passante Faible latence Classes de Services (gestion de priorités) Optimisation de la couverture radio en mobilité 18

20 2. VERS LE HAUT DÉBIT MOBILE La 4G, une modulation adaptative Comparaison des performances des différentes générations de technologies cellulaires Débit (en bits/s/hz) Limite théorique de Shannon QPSK 1/2 QPSK 3/4 16 QAM 1/2 16 QAM 3/4 64 QAM 2/3 64 QAM 3/4 2G 4G 3G Rapport signal/bruit (en db) La technologie 4G / LTE est fortement adaptative et reprend le meilleur des technologies. Elle permet d obtenir une performance supérieure grâce à la conjugaison de nombreux mécanismes. Source : Interne Hub One. Néanmoins, la mise en place de la technologie 4G / LTE pour les réseaux critiques et professionnels se heurte aux contraintes d attribution de spectre et à l optimisation de l équation économique. Première contrainte : la question du spectre Bandes de fréquence avec ou sans licence Les réseaux mobiles apportent des fonctionnalités avancées qui requièrent des besoins en bande de fréquence radio toujours plus importants. Les organismes réglementaires de chaque pays, l ARCEP ou l ANFR en France, tentent de gérer la rareté du spectre radio sous la forme d un droit d usage, appelé licence, qui se caractérise principalement par : Sa fréquence : pour les communications mobiles intérieures et extérieures, les fréquences en «Or» sont celles situées entre 300 MHz et 1 GHz. Elles offrent les meilleures caractéristiques physiques de propagation et de pénétration, notamment 19

21 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE à l intérieur des bâtiments, et donc les conditions les plus favorables aux problématiques technico-économiques des grands réseaux. La largeur de bande qui détermine le débit effectif disponible pour les transmissions. La zone d émission : nationale, régionale, locale. Ainsi, l ensemble du spectre radio est découpé en bandes, plus ou moins larges, affectées à des usagers dans un lieu donné. Il est à noter que certaines portions de cette bande sont dites «libre d usage», l organisme réglementaire jugeant la bande libre suffisamment large au regard des usages. Par exemple dans le cas du Wifi, des bandes de fréquences globales sont attribuées sans déterminer quels seront les utilisateurs. Si les bandes libres stimulent le développement de nombreux acteurs, elles ne permettent pas de garantir l accès aux ressources radio. Or, dans le cas des réseaux professionnels et de secours, la disponibilité et la confidentialité du réseau sont des besoins fondamentaux. En conséquence, un spectre avec licence est indispensable pour constituer un premier niveau de garantie dans la chaîne de communication. Ressources nécessaires aux réseaux critiques et professionnels En France métropolitaine, la bande de fréquence utilisée aujourd hui par les réseaux PMR (Private Mobile Radio) s étend des fréquences Une nouvelle bande disponible? Occupation des bandes de fréquence entre 350 MHz et 1 GHz. Diffusion audiovisuelle PMR Services Mobiles Bande 400 MHz : usage PPDR actuel Bande 700 MHz : disponibilité pour le PPDR à statuer au WRC2015 (World Radiocommunication Conferences 2015) VHF UHF GSM 100 MHz GHz IMT Source : IDATE. 20

22 2. VERS LE HAUT DÉBIT MOBILE 410 à 470 MHz. Elle offre des moyens de radiocommunication de courte distance essentiellement utilisés pour des usages téléphoniques et de très faibles échanges de données. Pour les réseaux TETRAPOL utilisés par les services régaliens, les bandes de fréquences utilisées sont : MHz. Suite à de nombreuses études, il apparaît que le spectre alloué à ce jour répond tout juste aux Le besoin minimal est de 2 x 10 MHz en dessous de 1 GHz. usages fondamentaux (téléphonie et courts messages) et interdit toute évolution vers des applications faisant intervenir des échanges haut débit, des images ou des vidéos. Un rapport de l ECC a conclu à un besoin minimal de 2 x 10 MHz en dessous de 1 GHz pour les différentes organisations PPDR, afin de couvrir les besoins en transmission de données dans les pays Européens. Vers un second dividende numérique Des ateliers relatifs à l attribution de fréquences pour les services de sécurité et de sûreté (dits PPDR) sont actuellement organisés au sein de l ITU (International Telecommunication Union). Dans le cadre de ces travaux, il apparaît qu un espace conséquent pourrait se libérer en Europe à la faveur de la migration de la diffusion audiovisuelle vers d autres Schéma d attribution des fréquences Scénario d attribution des bandes de fréquences aux usages critiques et professionnels («PPDR» et «PMR»). Diffusion audiovisuelle UL DL 2 x 30 MHz sont alloués aux opérateurs Grand Public, les utilisations PMR et PPDR seraient majoritairement positionnées sur les bandes adjacentes. PMR PPDR Opérateurs Grand Public PMR PPDR Opérateurs Grand Public Fréquences en MHz 21

23 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE technologies. Cette proposition portée par l Agence Nationale Française des Fréquences (ANFR) a été suivie par 8 pays Européens. Cette libération de bande, dite «Second Dividende Numérique», dans la bande des 700 MHz ( MHz) ouvre de nouvelles perspectives pour les usages commerciaux et régaliens. Afin de tirer les bénéfices de l harmonisation internationale et d un large éco système d équi pe ments, l Europe a choisi de structurer la bande 700 MHz à travers un plan compatible avec celui de la zone Asie Pacifique, qui s impose actuellement dans le monde. Un premier arbitrage devrait être réalisé par les instances de régulations lors du World Radio Communication Conference en Puis chaque état statuera définitivement quant aux modalités d usages des fréquences dans la bande 700 MHz. Reste à savoir comment ce spectre sera affecté aux utilisateurs commerciaux, aux différentes entités régaliennes ou aux organismes d importance vitale (OIV), ainsi que les modes de mutualisation du spectre qui pourraient être envisagés afin d optimiser cette ressource rare. Les critères de choix de cet arbitrage seront de disposer pour les services critiques et professionnels de spectre en quantité suffisante dans une bande de fréquence favorable afin de bénéficier d un vaste écosystème de terminaux. Un scénario envisageable en 700 MHz consisterait à exploiter les bandes de fréquences adjacentes à celles allouées aux opérateurs grand public. Possibilité de complément en agrégation de fréquences La technologie 4G / LTE permettant d agréger les bandes de fréquences non contiguës, nous pourrions imaginer compléter le spectre disponible en bande 700 MHz. La recherche de fréquences pour construire de nouveaux réseaux de sécurité pourrait également conduire à une réorganisation du spectre alloué aux réseaux exis tants en 400 MHz. Toute fois, le morcellement des fréquences dans la bande 400 MHz imposera un réaménagement long et complexe afin de dégager des espaces suffisants à l intérêt de l agrégation. L apport d un complément de fréquences dans la bande 400 MHz est envisageable. Il offrirait une ressource additionnelle précieuse, bien que la bande 400 MHz propose un écosystème restreint. 22

24 2. VERS LE HAUT DÉBIT MOBILE International : les premières réponses et orientations Face aux enjeux portés par les réseaux critiques et professionnels, certains pays ont choisi de leur attribuer des fréquences dédiées afin de répondre aux besoins actuels et futurs de ces activités. Parmi les arbitrages majeurs on note que les États-Unis prévoient d investir 7 milliards de dollars pour la construction d un réseau de sécurité dédié 4G / LTE dans la bande des 700 MHz (2 x 10 MHz avec un plan de canalisation spécifique). De même, le gouvernement australien a également décidé d allouer des fréquences dédiées, et un certain nombre de pays d Asie sont proches d un arbitrage (ex. : Corée du Sud). Un état du déploiement des réseaux d urgences est détaillé en Annexe I (p. 61). Seconde contrainte : optimiser l équation économique La transition vers le haut débit mobile offre de très belles perspectives pour les utilisateurs, tout en posant un grand nombre de questions en particulier sur le plan économique. Pour être pertinent, un réseau de communication critique dédié à l échelle régionale ou nationale doit disposer d une couverture spécifique et d une architecture fortement redondée. Ceci pose la question de l équation économique d un tel réseau s il était réservé à l usage d un acteur unique. La meilleure façon de procéder consiste donc à repartir d infrastructures 4G / LTE standards, matures et éprouvées, ainsi qu à adapter l ingénierie et les applications associées aux besoins spécifiques des réseaux professionnels et de sécurité. Les applications professionnelles comme les terminaux doivent donc fortement évoluer afin d être en mesure de s interfacer avec des infrastructures dérivées des opérateurs commerciaux, tout en conservant leur richesse fonctionnelle (Push to Talk, Appel Prioritaire) et un parc de terminaux adaptés (durcissement, bouton secours, scanner). Cette vision est partagée par les organes de normalisation internationale qui prennent en compte ces spécifications dans les prochaines versions du LTE. Ainsi, les versions 12 et 13 du consortium 3GPP proposent un cadre homogène pour les applications de radio professionnelles au niveau mondial et en collaboration avec le groupe TCCA issu de la normalisation TETRA. 23

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26 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Au cœur de l exploitation aéroportuaire 25

27 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Avec 90 millions de passagers par an et plus de 2 millions de tonnes de fret, Aéroports de Paris est le second groupe aéroportuaire européen. Aéroports de Paris est également un Organisme d Importance Vitale (OIV), en partie détenu par l État, qui contribue à la sécurité et à la sûreté de la nation (sécurité incendie, équipes de secours ). Mission spécifique de Hub One Filiale à 100 % d Aéroports de Paris, Hub One assure une double mission : Garantir le fonctionnement des réseaux des aéroports parisiens à travers la gestion d un réseau sécurisé et indépendant, apportant un niveau de couverture et de fiabilité adapté aux exigences de l aéroport. Rentabiliser les infrastructures mises en place en les mutualisant avec certains usages privés, contribuant ainsi à la performance des acteurs privés de l aéroport. À ce titre, Hub One assure un rôle central au sein des aéroports parisiens permettant la continuité de service, la sécurité des personnes et la performance économique des plateformes aéroportuaires parisiennes, tout en permettant la mutualisation des ressources télécom du groupe avec d autres acteurs des aéroports parisiens. Contexte expérimental Les avancées de l expérimentation Entre décembre 2013 et avril 2014, Hub One a réalisé une expérimentation 4G / LTE sur l aéroport de Roissy sur la base de licences provisoires en 400 MHz et 700 MHz (bandes 13 et 28) en coordination avec Air France et Aéroports de Paris. Ce projet a permis de valider la promesse technologique du LTE en termes d efficacité spectrale, d interférences, de débits et les cas d usages des utilisateurs, en particulier la gestion de la priorité pour des réseaux critiques. Les travaux entrepris ont également apporté des précisions sur les modalités de déploiement et de migration d un réseau radio très haut débit au cœur d un environnement industriel tel qu un aéroport, et en particulier de : Valider l adéquation de la technologie 4G / LTE aux environnements professionnels, 26

28 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Étudier les problématiques de migration des réseaux existants (TETRA, Voix, Wifi), Démontrer la compatibilité des réseaux d antennes existants. Enfin, l expérimentation a conduit à formaliser les besoins en matière de bandes de fréquence et à étudier les conditions de la mutualisation d activités critiques et non critiques afin d optimiser la gestion du spectre et le modèle économique de ces réseaux. Périmètre de l expérimentation L expérimentation a été menée au sein de l aéro port de Roissy, au cœur des opérations aéroportuaires entre les aérogares 2E et 2F. Elle a mis en œuvre les solutions et les cas d usages adaptés aux besoins aéroportuaires à travers le LTE PMR ainsi que des applications opérationnelles d Aéroports de Paris et d Air France. Cas d usages testés L ensemble des fonctions PMR (Voix / Data) Des échanges Vidéo sur des terminaux professionnels et smartphones Des applications professionnelles et de sécurité Des communications à haut débit entre l avion au parking et le sol Zone d expérimentation NLoS Apron LoS Apron Outdoor Radio Site F1 F2 Outdoor 2F Terminal Indoor Radio Site Indoor S3 Satellite S4 Satellite Deep Indoor Radio Site Deep Indoor 27

29 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Trois Environnements représentatifs des environnements industriels et professionnels «Outdoor» Routes et pistes En environnement extérieur, la zone Outdoor sélectionnée couvre les zones de parking avion (moyens et gros porteurs) et le taxiway. Les tests réalisés sont effectués sur des points fixes, mais également en situation de mobilité afin de refléter les différentes conditions d exploitation des aéroports. «Indoor» Aérogares L environnement Indoor testé correspond à la liaison IFU reliant les terminaux E et F, et mettant en œuvre de grands espaces ouverts, avec de fortes évolutions de densité de population et donc de terminaux. L environnement Deep Indoor de l aéroport Cet environnement est similaire aux environnements industriels denses. 28

30 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE «Deep Indoor» Trieur Bagage Est Les tests Deep Indoor ont été réalisés au cœur du Trieur Bagage d Aéroports de Paris. Il s agit d un environnement industriel confiné mettant en œuvre de très importantes masses métalliques, rendant très complexes les phénomènes de propagation radio. Le Trieur Bagage est représentatif de milieux industriels extrêmes au cœur desquels seuls les systèmes de radio robustes (type TETRA) sont aujourd hui disponibles. Au-delà des spécificités du monde aéroportuaire, l expérimentation menée est représentative de nombreux milieux industriels, disposant d une grande variété de dispositifs radio et soumis à de fortes contraintes de sécurité. Architecture et Interopérabilité Radio LTE L infrastructure de test Schéma synoptique Le réseau expérimental LTE a été interconnecté à différents réseaux existants. EPC FTP Applicatifs ADP Réseau TETRA Réseau Données Applicatifs Voix Air Applicatifs 29

31 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Un autre enjeu crucial de l expérimentation résidait dans l interopérabilité du futur réseau LTE avec les réseaux existants ou à venir. En d autres termes, les équipes d ingénierie et projet ont cherché à valider l interopérabilité d un réseau LTE avec un réseau voix grand public, un réseau voix type TETRA, un réseau de données ouvert comme Internet et les réseaux de données privés des partenaires Air France et Aéroports de Paris (voir schéma page précédente). Deux configurations de test Afin d être le plus représentatif possible, Hub One a choisi de tester les deux bandes de fréquences probables pour les futurs usages professionnels et critiques (400 MHz et 700 MHz), ainsi que deux constructeurs reflétant deux approches du marché différentes. Configuration 1 : «standard 3GPP» Solution suivant le standard 3GPP : Cœur de réseau LTE - version 9 du standard LTE, Smartphones «sur étagère», Intégration d applications PMR au cœur de réseau et sur les terminaux. Configuration 2 : «standard anticipé» Solution anticipant les versions 12 et 13 du standard LTE : Solution globale intégrée, conçue en prévision des releases 12 et 13 spécifiant le portage des fonctions PMR / PPDR sur LTE, Cœur de réseau LTE, Terminaux durcis, Intégration d applications PMR au cœur de réseau et sur les terminaux. 30

32 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Première en Europe : LTE PMR La radio professionnelle sur un réseau 4G C est une première en Europe : porter les fonctionnalités de radio professionnelle (dite PMR Private Mobile Radio) sur un réseau 4G / LTE. Avec ses partenaires, et en anticipation de la release 12 (3GPP) qui normalisera les premières fonctionnalités LTE PMR fin 2014, Hub One a mis en place une solution de Radio Professionnelle sur la base de la technologie 4G / LTE comprenant un cœur de réseau, une application de Radio Professionnelle, ainsi que des terminaux durcis et des smartphones du marché. L objectif de ce dispositif est de pérenniser les fonctionnalités utilisées dans le cadre des réseaux radio professionnels (appels de groupe, Push to Talk) sur un réseau 4G / LTE de dernière génération apportant de nouveaux usages à travers les applications haut débit ou la vidéo. Hub One est la première société européenne à avoir testé avec succès sur un même réseau la coexistence de fonctionnalités de radio professionnelle, de téléphonie, d échanges de données et de vidéo ; étant entendu que tous ces services sont disponibles sur un terminal unique, qui en fonction des usages sera un smartphone du marché ou un terminal durci. Des services de Radio PMR traditionnels, des applications haut débit et de la vidéo peuvent être offerts sur un même terminal. La mise en place sur un même terminal durci ou grand public de services de Radio PMR traditionnels, mais également d applications haut débit et de vidéo constitue un avantage concurrentiel significatif pour l industrie. Solution de radio professionnelle sur réseau 4G / LTE Hub One a testé de façon satisfaisante les usages PMR en environnement aéroportuaire en reprenant les fonctionnalités simples et avancées (appel de groupe, appel prioritaire, appel d urgence, écoute silencieuse, Push to Talk). Les services ont été testés sur les deux infrastructures («standard 3GPP» et «standard anticipé»), les deux types de terminaux (durcis et grand public), sur deux bandes de fréquences 400 et 700 MHz en environnement Outdoor, Indoor et Deep Indoor. 31

33 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Ces travaux ont permis de valider les fonctionnalités PMR, mais également les échanges de données haut débit et la vidéo sur les deux types de terminaux, y compris au sein du Trieur Bagage qui n est couvert à ce jour que par les réseaux TETRA traditionnels. Résultats significatifs obtenus lors de l expérimentation Fonctionnalité Appel de groupes Push to Talk Temps d établissement du 1 er appel Temps d établissement des appels suivants Appel prioritaire Appel d urgence Qualité auditive Échange de données Écoute / Vidéo passive Visioconférence Vidéo Résultats obtenus Mise en œuvre d appels de groupes. Mise en œuvre du Push to Talk grâce à des temps d établissement d appels très courts. Téléphone spécialisé : < 300ms Smartphone Android : < 500ms Téléphone spécialisé : < 20ms Smartphone Android : < 500ms Réalisation d appels prioritaires «prenant la priorité» sur les appels standards. Réalisation d appels d urgence «prenant la main» par-dessus les appels standards. Identique à celle constatée pour un appel standard. Echange de données et surf sur internet (60 Mbps) avec l application centrale, mais également de poste à poste. Déclenchement du micro du terminal et/ou de la caméra à distance. Possibilité d entendre et de visualiser un agent en situation de danger à partir de son propre terminal. Réalisation d une conférence téléphonique associant la voix et l image. Transfert de fichiers vidéo entre le terminal et l application centrale dans les deux sens, mais également de poste à poste. Source : interne Hub One. Sur le même terminal, la «Vidéo en Plus» L installation d une solution LTE de dernière génération combinant sur un même terminal de la téléphonie PMR, des échanges de données et de la vidéo constitue un avantage compétitif significatif pour tous les professionnels et industriels dont une grande partie des besoins est similaire. De nombreux cas d usages émergent pour la sécurité, l exploitation ou la maintenance aéroportuaire à travers l échange de fichiers haut débit, de photos ou de vidéos permettant une meilleure appréhension des situations. 32

34 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE La «Vidéo en Plus» Test des différentes solutions vidéo en HD. Des applicatifs centralisent les prises de vue des différents terminaux. Solution standard Solution anticipant les versions 12/13 Vidéo standard (640 x 380, h264, 8 fps) < 2 Mbps Vidéo haute definition (1 920 x 720) > 2 Mbps Vidéo standard (qcif) : 300 kbps Vidéo haute definition (720 x 480, 28 fps) : 1 Mbps La «Vidéo en Plus», c est la possibilité de suivre une action à distance à travers une vidéo retransmise en temps réel au centre de commandement ou vers n importe quel autre site ou autre poste mobile de la flotte. Au final, une meilleure coordination des acteurs dans tous les domaines (maintenance, diagnostics, situation de crise) permet de contribuer fortement à la performance collective. Performance de la technologie 4G / LTE en milieu contraint Propagation en milieu industriel Conformément à la norme, la technologie 4G / LTE permet de limiter les interférences et de maximiser la propagation des ondes, y compris en milieu contraint. Les tests ont été réalisés dans un trieur à bagages, un environnement Indoor extrêmement métallique avec de nombreux caillebotis. Dans cet environnement, les techniques de modulation des ondes du LTE ont permis de maintenir une haute qualité de service sur une distance de 80 mètres, contrairement à un service TETRA qui se trouve dégradé. 33

35 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Ceci signifie également qu un service data haut débit de qualité pourra être apporté avec un nombre de points d émission relativement limité. En Outdoor, autour des avions, les mécanismes adaptatifs du LTE compensent les dégradations du signal du fait de l environnement (masse métallique de l aéronef et présence de nombreux véhicules opérationnels). Pour ce type d usages, elle apporte ainsi un gain de performance par rapport au Wifi qui est utilisé actuellement. La technologie 4G / LTE permet une excellente propagation, y compris en milieu industriel, assurant une continuité de service optimale. La compatibilité de la technologie 4G avec des réseaux d antennes déjà déployés est démontrée. Évolutivité des infrastructures existantes : DAS et câble rayonnant Compte tenu de la complexité des bâtiments, la majorité des installations radioélectriques d intérieur utilisent des réseaux d antennes distribuées (DAS, Distributed Antenna Systems). Les DAS sont constitués de câbles rayonnants qui ont la particularité de diffuser le signal tout le long de leur parcours, ainsi que d antennes à relativement faible émission. Cette technologie permet d irriguer le signal dans de vastes zones, en offrant une couverture optimale avec des niveaux d émission faibles et répartis de manière uniforme. Ce type d infrastructures est très adapté aux architectures de bâtiments complexes, notamment en aérogares. Durant l expérimentation, les tests ont été notamment menés sur une infrastructure DAS existante et ont permis de démontrer la compatibilité de la technologie 4G avec des réseaux d antennes déjà déployés. Cette validation est particulièrement importante étant donné que de nombreux espaces aéroportuaires ou industriels sont aujourd hui dotés de ce type d infrastructures. Les réseaux d antennes distribués déjà déployés peuvent être réutilisés de façon efficace, limitant significativement les investissements de couverture à réaliser. Lors d une migration, la nouvelle architecture sera constituée de réseaux hétérogènes comprenant une reprise des réseaux existants et l ajout ponctuel de nouveaux points d émission (DAS hybride) ou de small-cells. 34

36 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Mise en œuvre du MIMO sur le câble rayonnant : doublement des débits Ces travaux sont extrêmement novateurs puisqu il s agit de mettre en œuvre les mécanismes de doublement des débits (dits MIMO) sur du câble rayonnant conçu pour des technologies plus anciennes. Ceci a été réalisé avec une ingénierie adaptée afin de montrer la possible mise en œuvre du MIMO sur les câbles existants des aérogares dans différentes dispositions et sans modification majeure. Les services LTE et TETRA coexistent sur un même réseau d antennes. Le MIMO peut être mis en place sur le câble rayonnant existant quelle que soit la configuration adoptée (câbles parallèles, perpendiculaires), permettant un doublement des débits. Mutualisation de technologies sur une même infrastructure antennaire Les tests réalisés par Hub One ont permis de démontrer la compatibilité électromagnétique de différentes technologies sur une même infrastructure antennaire. Durant l expérimentation en 400 MHz, nous sommes parvenus à faire coexister les services LTE et TETRA sur un même réseau d antennes avec une bande de garde de moins de 1 MHz à l aide d un système de filtrage spécifique. Ce résultat expérimental peut être encore amélioré. De même, en 700 MHz, les meilleures performances ont été obtenues sur tous les éléments du réseau d antennes distribué, c est-à-dire sur le câble rayonnant comme sur les antennes multi-bandes. La mutualisation de plusieurs réseaux mettant en œuvre des technologies différentes est possible sur une même infrastructure antennaire. Mutualisation des services et priorité de flux La mutualisation et la priorisation de flux ont été testées au sein de l aéro port avec différentes configurations de Classes de Services, selon les mécanismes présents dans la norme LTE. 35

37 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Les usages, les zones géographiques, les rôles et les situations déterminent l affectation des différentes Classes de Services. Cette fonctionnalité est essentielle afin d organiser le réseau et de différencier les usages vitaux qui ont besoin de pouvoir utiliser le réseau en permanence (comme les forces de sécurité ou de secours), des usages professionnels plus classiques (comme l échange de données ou de vidéo). La gestion des priorités au sein du réseau permet d envisager la mutualisation de services critiques et non critiques sur un même réseau sous réserve que ce dernier soit hautement sécurisé. Mécanismes de gestion de la qualité de service et des priorités La norme 4G / LTE permet une gestion des ressources réseau et des besoins utilisateurs à travers la conjugaison de 3 mécanismes : 1. Performance : neuf Classes de Services (QoS Class Identifier) permettent d offrir un débit et/ou une latence suivant l application utilisée et la disponibilité de la ressource. Les appels voix peuvent par exemple être prioritaires par rapports aux échanges de données. 2. Priorité : la mise en œuvre des critères de priorité est réalisée par le protocole ARP «Allocation Retention Priority» qui permet de distribuer les ressources dynamiquement aux utilisateurs en fonction des critères prédéfinis. Une échelle de 15 priorités est établie afin d assurer aux utilisateurs la disponibilité des ressources nécessaires en temps voulu. 3. Préemption : elle consiste à autoriser certains utilisateurs à prendre des ressources en cours d utilisation par d autres lorsque le réseau est saturé. Ainsi, l utilisateur de services critiques En cas d inci dent, les profils les plus critiques disposeront d un accès garanti au service à travers la ges tion des priorités, voire la préemption de res sources. pourra disposer d une qualité de service (QoS) garantie en toutes circonstances. Ce type de mécanisme n est appliqué aujourd hui que sur les réseaux radio PMR. 36

38 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Vers un réseau maîtrisé Les différents outils de gestion des ressources doivent être étudiés de façon à construire une politique d utilisation du réseau harmonieuse et cohérente, prenant en compte, en temps réel, les différents types d usages en mode nominal comme en cas de crise. Les profils les plus critiques disposeront d un accès garanti au service à travers la gestion des priorités, voire la préemption de ressources si nécessaire. Ceci est d autant plus important que les technologies larges bandes sont très gourmandes en bande passante, en particulier lors de l utilisation de vidéo. Toutefois, elles ne permettent pas de s affranchir totalement des règles de dimensionnement du réseau, ni de disposer d un réseau redondé et sécurisé. En effet, il est indispensable que le lien radio soit garanti en toutes circonstances. Priorité aux usages critiques Principe de la préemption Services Régaliens Service Professionnels Autres usages Bande Passante Dépassement de la bande disponible 100 % Situation nominale Trafic dense Crise sans préemption Crise avec préemption Comme le montre le schéma ci-dessus «Priorité aux usages critiques», en mode nominal, le réseau est principalement utilisé par les professionnels pour les opérations classiques. En mode dense, l exploitation par les professionnels pourra être restreinte, par exemple en limitant la vidéo pour les utilisateurs non critiques. En situation de crise, les ressources seront majoritairement allouées aux forces de sécurité et plus globalement aux services régaliens. En cas de surcharge du réseau malgré ces mécanismes, les profils les plus critiques pourront préempter la ressource réseau. Un exemple de configuration est présenté page suivante. 37

39 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Exemples de profiles de QoS testés Utilisateur QCI* Priorité Préemption Barring Force de secours d astreinte 3 (GBR**) 3 Oui Classe 15 Force de secours sur site 3 (GBR) 1 Oui Classe 15 Support déporté 1 (GBR) 4 Non Classe 15 Support sur site 1 (GBR) 2 Oui Classe 15 Utilisateur commercial (browsing) 8 (non GBR) 6 Non En cas de crise Utilisateur commercial (vidéo et trafic temps réel) 7 (non GBR) 5 Non En cas de crise * QCI : QoS Class Identifier **GBR: Guaranteed Bit Rate * Doublement des équipements et infrastructures radio, du back-hauling, des alimentations électriques et des sites. Les équipes sont prêtes à intervenir à tout moment. Applications professionnelles de sécurité Métiers et enjeux des aéroports L aéroport est un environnement sensible au cœur duquel les services radio permettent d assurer la fiabilité des échanges en temps réel, la performance du service et la sécurité des personnes. L exploitation aéroportuaire nécessite, en mode nominal comme en cas de crise, un réseau radio sécurisé et redondé*, un très haut niveau de disponibilité, ainsi qu une couverture adéquate des bâtiments, galeries techniques et pistes. Ces différents enjeux conduisent les acteurs aéroportuaires à développer des réseaux radio professionnels dédiés. Les réseaux critiques et professionnels des aéroports parisiens contribuent aux missions de service public d Aéroports de Paris en plusieurs points : Services de sûreté (ex : contrôles sécurité, services destinés à la navigation aérienne), Services de sécurité (ex : sécurité incendie), Protection des personnes (ex : médecins, SMUR), Gestion aéroportuaire (ex : bagages, passagers, assistance autour de l avion). 38

40 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Ces différents métiers partagent une même exigence liée aux taux de rotation rapide des avions. En mode nominal comme en cas d incident, les équipes sont mobilisées pour intervenir au plus vite et venir le cas échéant secourir les individus. Leurs moyens de communication doivent être performants en toutes circonstances. Exemples d applications de sécurité La croissance du trafic aérien se traduit par un accroissement du nombre de mouvements avions sur les principaux aéroports et par une plus forte densité d aéronefs et de véhicules sur les pistes, nécessitant des solutions d anticollision toujours plus performantes. Les aéroports parisiens disposent d applications de gestion du trafic permettant de suivre, tracer et orienter les véhicules (véhicules légers, déneigeuses, protection incendie ) y compris en cas d incident ou de difficulté météorologique. Apport de la radio pour les déneigeuses Durant l hiver, les déneigeuses participent à la sécurité et à la performance de l aéroport en permettant aux avions au sol de décoller mais également aux avions en vol d atterrir. Cette activité revêt un caractère tout à fait impérieux, l extrémité consistant à fermer l aéroport et à réacheminer les avions à l arrivée vers un autre site. Lors d intempéries, les déneigeuses fonctionnent en visibilité réduite. Les moyens de communication radio sont le seul média permettant de se repérer, d obtenir les instructions et de communiquer notamment grâce au réseau radio et à l application transmise. Enjeux des réseaux radio de sécurité Sur les plateformes aéroportuaires parisiennes, la totalité des véhicules en zone réservée est suivie et guidée à tout moment par la Navigation Aérienne. Le réseau radio professionnel de l aéroport permet de communiquer les données de positionnement des véhicules, de mettre à jour les cartographies de navigation et de transmettre les indications vocales aux équipes. Sa fiabilité et sa performance revêtent un caractère majeur pour le fonctionnement de l aéroport en toutes circonstances. 39

41 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Dans le cadre de l expérimentation réalisée par Hub One, l application d anticollision d Aéroports de Paris a été testée avec succès sur le réseau 4G / LTE sécurisé de l aéroport. Les principaux bénéfices constatés sont primordiaux pour les solutions de sécurité et plus globalement pour les services critiques et professionnels : Précision du positionnement de l ordre du mètre, Fiabilité, Fluidité du service de l ordre de la seconde, Continuité de service y compris en cas de crise. Solution d anti-collision Le système embarqué offre une localisation des engins se déplaçant dans les environs. 40

42 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Applications professionnelles critiques Sécurité et performance des acteurs de l aéroport La mise en place d un réseau 4G / LTE professionnel contribue fortement à la sécurité et à la performance des acteurs de l aéroport. L expérimentation a été conçue comme un pré-déploiement sur une zone de forte activité permettant ainsi de tester les besoins et les usages grandeur réelle. Les résultats obtenus démontrent l obtention de très haut débit (17 Mbps montant, 60 Mbps descendant pour 10 MHz de bande passante) y compris autour des avions ou dans les zones industrielles telles que le Trieur Bagage ou les «aires au large» ; mais également d excellents temps de réponse et une meilleure continuité de service à l intérieur de l avion. D un point de vue opérationnel, les dispositifs déployés démontrent la forte contribution de ces nouveaux outils à la performance de l industrie aéroportuaire à travers la maintenance à distance, la coordination des actions au pied de l avion (carburant, repas, nettoyage...), les échanges de données haut débit entre l avion et le sol, ou la gestion de crise grâce à la vidéo. Le débit maximal de 60 Mbps est atteint dans la majorité des zones. Applications au pied de l avion Un avion au sol doit pouvoir repartir le plus rapidement possible, en toute sécurité et en respectant le planning des vols. Cela nécessite que les opérationnels autour de l aéronef soient parfaitement organisés et disposent d outils efficaces pour résoudre les éventuelles difficultés. Pour ce faire, les compagnies utilisent des terminaux gérant des jalons : relevés d avitaillement, applications métier Les liaisons doivent être fiables et efficaces. L environnement radioélectrique est contraint et l espace chargé par de nombreux engins et masses métalliques (containers à bagages, passerelles...). Malgré ces contraintes, le débit maximal de 60 Mbps est atteint dans les zones les moins masquées et diminue au maximum de 15 % dans les zones les plus enfouies. Les niveaux de latence ne sont pas impactés et les communications sont maintenues en mobilité y compris sous un aéronef encombré. 41

43 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Toujours au moins 85 % du débit maximal Performance de la technologie 4G / LTE autour d un avion. Antenne Débit au maximum (60 Mbps) Perte maximum de débit : 15 % Les contraintes autour de l avion sont compensées par la technologie LTE. Débit constaté : 60 Mbps pour 10 MHz de bande passante, en conditions radioélectriques nominales. Perte maximale de 15 % à l arrière de l avion. Échanges de données entre l avion et le sol Les communications entre l avion au point de parking et le sol sont indispensables afin d assurer le transfert d informations de vol et d exploitation ainsi que des fichiers de divertissement pour les passagers. Or, la cabine, la soute avionique ou encore le cockpit sont des environnements très isolés du fait de la présence de métal et d isolant. La mise en œuvre de la technologie 4G / LTE accroît très fortement les performances dans ces environnements très difficiles. Dans l avion, les débits constatés sont de 40 Mbps dans la cabine (pour 10 MHz de bande passante en 700 MHz) et un minimum de 10 Mbps dans le cockpit (l endroit le plus isolé). Ces débits n ont jamais été atteints avec les technologies précédemment employées. 42

44 3. EXPÉRIMENTATION HUB ONE Des débits inégalés Performance de la 4G / LTE dans l avion. Cabine arrière : 50 Mbps DL / 19 Mbps UL Cabine avant : 36 Mbps DL / 15 Mbps UL Cockpit : 10 Mbps DL / 6 Mbps UL Soute avionique : 15 Mbps DL / 9 Mbps UL Soute bagage : 20 Mbps DL / 10 Mbps UL Sans antenne déportée hors de l avion les bandes passantes dépassent des débits jamais atteints à ce jour. Comparaison LTE / Wifi pour les environnements industriels Le Wifi est aujourd hui la principale technologie utilisée par les professionnels pour l échange de données. C est le cas par exemple sur l aéroport lors de la préparation de l avion ou pour la gestion des bagages et plus largement pour un grand nombre de zones industrielles ou logistiques. S appuyant sur des bandes de fréquences libres, le Wifi est une technologie qui a fait ses preuves grâce à sa performance, son coût raisonnable ainsi que sa relative simplicité de mise en œuvre. À l opposé, le 4G / LTE est une technologie cellulaire déployée principalement pour les réseaux commerciaux. L évolution de la norme permet d atteindre voire de dépasser les niveaux de performance du Wifi en termes de débit et de latence, tout en permettant une meilleure mobilité. Toutefois, ces performances s obtiennent au prix d une plus grande complexité et d un coût élevé, la 4G / LTE étant conçue pour fonctionner comme un réseau opérateur doté de fréquences dédiées, d un cœur de réseau et d antennes. 43

45 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Comparatif des performances Wifi et LTE Latence Débit Couverture radio Robustesse radio Wifi Environ 30 ms en moyenne. Nombreuses collisions lorsque beaucoup de terminaux. Forte variabilité. Jusqu à 54 Mbps en g et théoriquement 130 Mbps avec n (20 MHz de bande passante et MIMO 2 x 2). Bandes libres : puissance limitée. Fréquence élevée : mois bonne pénétration des ondes. Bonne couverture sur environ 100 m. Bandes libres : interférences nombreuses. 4G / LTE 300 ms pour la 1 re connexion puis < 20 ms. Pas de chute suivant le nombre d utilisateurs : stable. Jusqu à 60 Mbps avec 10 MHz de bande passante et MIMO (2 x 2). Puissance plus élevée possible : couverture plus étendue. Choix de la bande de fréquence suivant les besoins. Couverture homogène possible sur plusieurs kilomètres. Fréquences privées : pas d interférences. Gestion de la qualité de service intrinsèque. Adaptation automatique suivant les conditions radio. Mobilité Mobilité difficile. Prévu pour la mobilité inter-sites et inter-technos. Coût Pas de licence nécessaire. Infrastructure légère. Licence nécessaire et redevance associée. Nécessite un réseau complet (cœur, accès, interconnexions) mais compatible avec de nombreux standards. En conclusion, les performances de la 4G / LTE pourraient en faire une solution adaptée à un certain nombre de professionnels, sous réserve que cette technologie soit déployée selon les critères requis pour ce type d usage (couverture privée, niveaux de services garantis) ce qui nécessitera de réaliser des investissements complémentaires. Des solutions hétérogènes mêlant la 4G / LTE et le Wifi verront sans doute le jour afin de répondre à la grande diversité des besoins professionnels et des zones à couvrir. 44

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48 4. QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? Concilier performance, sécurité et économie 47

49 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Les réseaux de sécurité ne représentent que quelques dizaines de millions d utilisateurs dans le monde, très loin des réseaux mobiles commerciaux qui ont des milliards d abonnés. Ces faibles volumes se traduisent aujourd hui par des coûts élevés par utilisateur. L utilisation pour les réseaux critiques de la technologie 4G / LTE, amplement déployée pour les usages commerciaux, permettrait de bénéficier de technologies matures, largement éprouvées, et d une baisse significative des coûts d infrastructures et de terminaux. Ceci requiert toutefois d adapter l ingénierie des réseaux critiques afin de répondre aux besoins spécifiques des utilisateurs en termes de disponibilité et de continuité de service. Les utilisateurs disposeraient alors de services larges bandes et d un vaste écosystème de terminaux, améliorant ainsi la performance du service ainsi que son équation économique sous réserve que ces services soient mis en place dans des bandes de fréquences «non exotiques». Néanmoins, le coût de construction d un réseau national de sécurité 4G / LTE semble trop élevé pour être totalement supporté par un financement public dans de nombreux pays. Ceci nous conduit à renouveler notre réflexion relative à l architecture et aux modèles économiques envisageables. Les fondamentaux des réseaux critiques et professionnels Les réseaux critiques et de sécurité sont utilisés au quotidien comme en cas de crise afin de coordonner les actions des équipes, localement et à distance. L expérimentation menée par Hub One a permis de démontrer que la technologie 4G / LTE était adaptée aux besoins existants et futurs des réseaux critiques et professionnels. Toutefois, si les réseaux critiques et professionnels peuvent s appuyer sur la technologie 4G / LTE et avoir recours à des infrastructures, applications et terminaux du marché, ils doivent absolument être pensés et construits de façon radicalement différente afin de garantir la sécurité et la très grande disponibilité du service. 48

50 4. QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? Les prérequis des réseaux de sécurité Les activités critiques et professionnelles nécessitent d être en mesure de garantir à tout moment la continuité et la performance du service, ce qui se traduit par quelques exigences et prérequis sur le plan des réseaux : Couverture étendue et adaptée À tout moment l utilisateur doit disposer d une couverture performante, y compris dans les zones peu fréquentées. Ceci nécessite un certain nombre d ajustements par rapport aux réseaux commerciaux. Si l on considère par exemple les aéroports parisiens, les services critiques et professionnels doivent être accessibles sur la totalité des zones extérieures (pistes, parking avions, routes, entrepôts), mais également à l intérieur des bâtiments afin de couvrir les aérogares, les zones de bureau ou de fret, les galeries techniques, les trieurs à bagages et de nombreux sous-sols. Or, les modèles économiques des réseaux commerciaux traditionnels reposent principalement sur la vente d abonnements, ce qui se traduit par la couverture des zones publiques denses. Les zones moins attractives et les zones privées n apportant pas de rentabilité immédiate sont de ce fait peu ou mal desservies. La question de la couverture des sites demeure un des plus forts enjeux des réseaux critiques ; ce qui n est pas sans conséquence en termes d investissements. Sécurité et fiabilité : service 24/7 et gestion de crise Sécurité et fiabilité sont les prérequis majeurs des réseaux de sécurité. La sécurité et la fiabilité du réseau sont les prérequis majeurs des réseaux de sécurité, qui doivent être disponibles et opérationnels 24 h/24, 7 j/7, y compris en situation de crise. Ceci signifie que les réseaux critiques et professionnels doivent bénéficier d un service étendu, appuyé par des engagements de services, et garanti par une architecture appropriée et des équipes immédiatement disponibles en cas d incident. 49

51 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Architecture et ingénierie réseau Nécessité d un réseau dédié La nécessité d apporter une garantie de service totale impose de recourir à un réseau critique dédié. Ceci signifie que le service doit s appuyer sur une architecture réseau conçue pour les services de sécurité comprenant notamment une forte redondance des équipements, un doublement des transmissions (back-hauling), des alimentations électriques et des sites. De plus, le réseau doit être (sur)dimensionné pour un nombre d utilisateurs donné, présent sur le site en circonstance habituelle ou exceptionnelle. Les réseaux commerciaux actuels, par leur conception, ne répondent pas à ces niveaux d exigences et ne peuvent en conséquence constituer l épine dorsale d un réseau de sécurité. En effet, lors d un incident majeur, par exemple sur un aéroport, la totalité des voyageurs tenteront de joindre leurs proches, risquant l effondrement du réseau. Dès lors seuls les réseaux critiques et de sécurité pourront être utilisés pour gérer la crise et porter secours aux individus. Besoin de fréquence spécifique Afin de disposer d un réseau autonome et de garantir le niveau de service requis, une fréquence spécifique est nécessaire. Les fréquences permettent en effet de distinguer de façon certaine les réseaux entre eux. Les modèles économiques L utilisation du haut débit mobile par les services de sécurité peut être envisagée à travers différents modèles technico-économiques. Les différents modèles présentés ci-dessous peuvent être combinés en fonction des enjeux de densité de population et de sécurité. MVNO type Astrid (Belgique) En complément d un réseau TETRA existant, les services de transmission de données haut débit sont disponibles grâce à plusieurs accords de MVNO (opérateur mobile virtuel) qui permettent de bénéficier de l addition des couvertures des opérateurs commerciaux. Ce modèle présente l avantage de la relative simplicité de mise en œuvre 50

52 4. QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? et de son coût réduit mais sa principale faiblesse réside dans la probable non disponibilité des services commerciaux de données haut débit en cas de crise. Réseau national opéré par un acteur privé À l opposé, Airwave au Royaume-Uni est aujourd hui opéré par un acteur privé unique. Toutefois, ce service se limite à l exploitation d un réseau TETRA et n apporte à ce jour pas de solution pour le haut débit mobile. Le Royaume-Uni est en cours d appel d offre, et envisage de remplacer son service TETRA par des services haut débit sur réseau commercial opéré. Recours ponctuel aux réseaux mobiles commerciaux Cette solution peut être mise en œuvre dans les zones peu denses en complément de réseaux 4G / LTE de sécurité. Une autre option consiste à recourir aux réseaux mobiles commerciaux pour les services d usage courant (à faible criticité) mais n apporte aucune garantie de continuité de service en cas de crise ou sur des zones mal desservies. Agrégation de réseaux interopérables Exemple des États-Unis FirstNet aux États-Unis représente le premier projet national public constitué par l agrégation de réseaux locaux/métropolitains qui remplissent les critères d interopérabilité et de sécurité. Ce système, qui s appuie sur une bande de fréquences dédiée (2 x 10 MHz dans les 700 MHz) au niveau national, est coordonné par l entité FirstNet et permet d adapter l infrastructure et les coûts aux spécificités et rythmes de déploiement des différents acteurs des réseaux de sécurité. Aux États-Unis, un projet national agrège les réseaux métropolitains qui remplissent les critères d interopérabilité et de sécurité. 51

53 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Solution envisageable en France et en Europe Une solution consiste à permettre aux acteurs qui en ont la possibilité de déployer des infrastructures 4G / LTE de sécurité sur leurs emprises. Ce premier maillage du territoire pourrait servir de socle à un réseau national plus vaste. Dans ce cas de figure, il est clair qu une bande de fréquence dédiée est nécessaire afin de permettre le déploiement des infrastructures par les acteurs intéressés (Services de l État, Organismes d Importance Vitale). Le tableau ci-dessous présente les différentes options de construction et de recours à des réseaux tiers en vue de l utilisation de données mobiles haut débit pour les services professionnels et de sécurité. Quelles options pour les réseaux professionnels et de sécurité? Modèle Réseau utilisé pour voix & data bas débit Réseau utilisé pour données HD Garantie de service & disponibilité en cas de crise Terminal Bande de fréquence Infrastructure MVNO TETRA MVNO 3 opérateurs Oui sur services TETRA Terminaux TETRA et 3G / 4G distincts TETRA : dédiée 400 MHz, LTE : opérée par op. commerciaux Recours à 2 infrastructures (dédiée pour TETRA + commerciale pour data haut débit) Réseau unique opéré par un acteur privé TETRA Non disponible Oui sur services TETRA TETRA TETRA (400 MHz) Dédiée Mobile commercial LTE Non Unique Multiples Commerciale Firstnet LTE Oui Unique Dédiée : 700 MHz (bloc D) Dédiée, par agrégation de réseaux interopérables Réseau critique et Professionnel LTE Oui Unique Dédiée (à déterminer) Dédiée, sur les zones sensibles Source : interne Hub One. 52

54 4. QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? Vers un nouveau modèle de mutualisation Des besoins disparates sur le territoire national Le territoire national recouvre un grand nombre de zones pour lesquelles les besoins en matière de communications varient de façon très significative. Dans un souci de pertinence des investissements réalisés par les industriels comme par les États, il paraît opportun d adapter la réponse technologique à ces besoins. Dès lors, une solution mixte pourrait être envisagée comprenant : Une réponse «standard» gérée principalement par les réseaux commerciaux sur une grande partie du territoire. Cette dernière devrait permettre de prendre en charge les besoins du grand public et d un certain nombre de professionnels sur des zones peu denses en assurant les besoins de communication quotidiens. En cas de crise, les réseaux commerciaux pourraient être renforcés par des solutions tactiques locales. Un réseau «dédié» pour les zones denses et sensibles pour lesquelles une couverture et une architecture spécifiques sont requises. Ces réseaux réservés aux usages critiques et professionnels disposeraient d une couverture étendue et de moyens de communication viables en cas de crise majeure. Assurer l interopérabilité des systèmes et coordonner les acteurs, ceci afin d assurer la cohérence du service global. Vers une mutualisation des ressources et des investissements Le coût très significatif d un déploiement de réseau de sécurité nécessite d ouvrir la réflexion sur les champs de mutualisation et d économie possible. Mutualisation des infrastructures antennaires Hub One a démontré la possibilité de mutualiser les infrastructures antennaires et le service entre plusieurs types d acteurs critiques et professionnels sur un même réseau critique. Pour ce faire, Hub One a testé la compatibilité spectrale des installations afin de mutualiser différentes technologies (exemple TETRA et 4G / LTE). De cette manière, plusieurs acteurs pourraient partager une même infrastructure physique, tout en assurant l étanchéité entre les réseaux. 53

55 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Ces travaux sont déterminants afin d être en mesure d héberger, en toute sécurité, plusieurs acteurs utilisant différentes technologies sur une même infrastructure avec une étanchéité réelle des réseaux. Il s agit d un élément primordial pour la cohabitation d utilisations critiques et professionnelles sur une infrastructure antennaire unique. Mutualisation du service opéré Les mécanismes de gestion de priorité de la norme 4G / LTE permettent de pousser la mutualisation des ressources un peu plus loin que la seule infrastructure antennaire, notamment en mettant en œuvre des mécanismes de gestion des flux, des priorités et de préemption. En temps normal, le service serait en grande partie mis à la disposition des professionnels afin d assurer leurs missions quotidiennes. Les usages professionnels permettraient ainsi de financer un service télécom. Ce service serait également utilisé par les services régaliens en situation habituelle ou sous la forme d un service prioritaire et absolu en cas de crise. La condition indispensable pour un tel modèle demeure la mise en place d un réseau hautement sécurisé et disponible en toutes circonstances comprenant un système évolué d arbitrage entre les utilisateurs. Le réseau ne connaît ainsi jamais d effondrement. Ce schéma permettrait de garantir l accès absolu au service pour les forces de sécurité et les services prioritaires, en particulier en période de crise, tout en trouvant une équation économique à travers les usages commerciaux. Modèle de mutualisation du service Le principe consiste à développer des réseaux locaux dédiés, redondants et extrêmement denses sur certaines zones sensibles. Ces investissements seraient initialement réalisés pour répondre aux missions critiques des acteurs de ces zones. Toutefois, ce service pourrait être ouvert à d autres utilisateurs. Les services de l État seraient en mesure en fonction des zones et des besoins à couvrir, de choisir d utiliser un réseau commercial classique ou le réseau d un acteur spécialisé. Enfin, les opérateurs pourraient bénéficier des infrastructures de ces réseaux dédiés, limitant ainsi les investissements à réaliser pour couvrir ces zones, et sans être concurrents de ces acteurs spécialisés. Ce modèle de mutualisation des ressources est notamment promu par l AGURRE*, afin d allier les impératifs de sécurité et les enjeux économiques des différents membres. * Hub One, Air France et Aéroports de Paris sont membres de l Association AGURRE. Voir p

56 4. QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? Modèle de mutualisation du service Infrastructure radio Cœur de réseau Autres réseaux Réseau critique & professionnel Classes de services Gestion dynamique des ressources Réseau régalien Classes de services Services régaliens Services professionnels Services commerciaux RÉSEAU CRITIQUE ET PROFESSIONNEL Fréquences dédiées Réseau privé et étanche : sécurisé, dimensionné, redondant Zones de couverture étendue Gestion des priorités et profils utilisateurs Garantie de service 7 j/7, 24 h/24 Réseau commercial Classes de services RÉSEAU COMMERCIAL Mutualisation possible des infrastructures existantes Itinérance via les réseaux commerciaux nationaux 55

57 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Bénéfices du modèle Service très haut débit performant et garanti en toutes circonstances Le réseau est conçu pour couvrir les besoins actuels et futurs grâce à un réseau très haut débit fortement redondé et sécurisé. Les réseaux de sécurité doivent garantir des niveaux de couverture et de fiabilité très élevés. Ceci nécessite de mettre en œuvre une architecture et une ingénierie sensiblement différentes des réseaux commerciaux, et de disposer sur place des équipes opérationnelles pouvant intervenir immédiatement en cas d incident. Cohérence et optimisation des investissements L architecture du réseau est conçue de façon homogène et cohérente, permettant ainsi d optimiser la performance et la sécurité du service sans duplication inutile d équipements. Optimisation des ressources et du spectre La mutualisation des infrastructures et du spectre permet d exploiter de façon optimale les ressources disponibles en maximisant leur utilisation en situation classique comme en temps de crise. Ce partage des ressources en fonction des circonstances va clairement dans le sens du bien commun. Modèle économique viable Les usages régaliens doivent conserver la priorité absolue sur les usages commerciaux. Le modèle économique proposé permet de conserver la priorité absolue des usages régaliens sur les usages commerciaux, tout en limitant le coût associé. La mutualisation des infrastructures et du service permet en effet de financer les services critiques et de sécurité, particulièrement indispensables en situation de crise, par des services professionnels et commerciaux exploités de façon régulière. Limiter les investissements télécom de l État Le modèle économique décrit ci-dessus permet de faire porter une large part des investissements aux acteurs spécialisés. L État pourrait pour sa part conserver la gestion des réseaux tactiques, et plus généralement le pilotage du service global (réseaux, terminaux, applications, sécurité). 56

58 4. QUELS MODÈLES D ÉVOLUTION? Démarrage rapide et progressif La mise en œuvre de ce schéma pourrait commencer très rapidement à travers la mise en place des premiers réseaux, puis être complété progressivement en fonction des cycles d investissements des différents acteurs. Bénéficier des évolutions technologiques La solution étant bâtie sur des technologies standardisées et exploitées dans le monde entier, il sera beaucoup plus aisé d assurer l évolution des infrastructures, mais également des applications et des terminaux, sous réserve que la bande de fréquence choisie le permette. Conditions de mise en œuvre L interopérabilité et la coordination des acteurs sont les principales conditions de réussite de ce modèle. Interopérabilité des réseaux Sur le plan technique, les solutions mises en œuvre en 4G / LTE correspondent à des standards pour lesquels les opérateurs disposent d ores et déjà de systèmes interopérés. Les efforts à réaliser dans ce domaine sont donc circonscrits et ne représentent pas de très forts enjeux. Coordination des acteurs A contrario, la mise en œuvre de mécanismes de gestion de rôles et de priorités à plus grande échelle nécessitera de nouveaux modes de coordination entre les acteurs. Ceci nécessitera de définir au préalable les profils de chaque groupe d utilisateur en mode simple comme en cas de crise et de procéder aux nécessaires arbitrages. Lancement et réglage : expérimentation grandeur réelle La mise en place de ce type de schéma nécessitera une période d échanges et de réglages entre les différents acteurs. C est pourquoi la mise en place d une expérimentation grandeur réelle, par exemple sur une zone aéroportuaire, pourrait permettre de tester les différents principes et modes de fonctionnement et d identifier d éventuels ajustements. Le déploiement à l échelle nationale n en sera que plus sûr et plus rapide. 57

59 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Une avance technologique pour l industrie française Les travaux menés par Hub One ont permis de démontrer la contribution des technologies larges bandes à la performance de l industrie du transport aérien, et plus largement à l industrie française. La mise en place de solutions professionnelles adaptées, s appuyant sur les technologies 4G / LTE est nécessaire afin d apporter les outils indispensables à la compétitivité industrielle de la France. L expérimentation menée à Roissy constituant une première en Europe, la France dispose d une avance technologique qu il est souhaitable de valoriser, d entretenir et de faire évoluer. Ceci afin de créer les conditions nécessaires à la réussite de l industrie française sur son territoire comme à l international. 58

60 Conclusion Hub One a mené en 2014 une expérimentation de grande ampleur qui a permis de démontrer la contribution de la technologie 4G / LTE pour les environnements critiques et professionnels. Dans ce cadre, les fonctionnalités et les applications métiers aujourd hui assurées par des réseaux spécialisés bas débit ont été migrées avec succès sur un réseau 4G / LTE. Ceci signifie que les réseaux spécialisés critiques et professionnels bas débit pourront être avantageusement remplacés par des réseaux mobiles de dernière génération, apportant de nouveaux usages grâce au haut débit et à la vidéo. Les utilisateurs pourront ainsi bénéficier de services 4G professionnels et d un vaste écosystème de terminaux améliorant la performance de leur activité. Cette conclusion est le résultat de cinq mois de travaux et de tests réalisés en partenariat avec Air France et Aéroports de Paris, deux partenaires constructeurs, sur deux configurations distinctes, au cœur d environnements industriels complexes et variés. Toutefois, une telle évolution suppose de disposer de trois éléments : Un réseau hautement sécurisé et disponible en toutes circonstances. L ingénierie et l exploitation des réseaux critiques doivent être adaptées afin d assurer une fiabilité au niveau des réseaux de sécurité existants (couverture, redondance, service 24/7). Une bande de fréquence favorable. Un réseau de sécurité nécessite l attribution d un spectre dédié, en quantité suffisante et dans une bande de fréquence disposant d un vaste écosystème de terminaux. Un modèle de mutualisation des ressources. Afin d optimiser la gestion du spectre ainsi que l équation économique globale, un modèle de mutualisation pourrait être envisagé dans lequel les services professionnels et critiques partageraient une même infrastructure. Les activités professionnelles pourraient ainsi bénéficier d un service optimal et apporter une rentabilité économique à l ensemble, les services critiques bénéficiant pour leur part d une priorité absolue au service grâce à un système évolué d arbitrage entre les utilisateurs. Première en Europe, l expérimentation menée par Hub One et ses partenaires est innovante et apporte à la France une avance significative dans le domaine des réseaux critiques et professionnels, tant sur le plan technologique que dans l élaboration de modèles économiques et opérationnels. Au-delà du monde aéroportuaire, la déclinaison de cette expertise ouvrira des perspectives multiples en France comme à l international. 59

61 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE ANNEXES 60

62 ANNEXES ANNEXE I État des déploiements des réseaux d urgence Aux États-Unis À l heure actuelle, les réseaux d urgence «voix» aux États-Unis utilisent le standard APCO 25 ou P25 établi en 1989 par les autorités américaines en charge de la sécurité publique. FirstNet (First Responder Network Authority) constitue le premier déploiement au niveau mondial d un réseau très haut débit dédié aux services d urgence et supportant le LTE. Après le traumatisme du 11 septembre 2001, l entité FirstNet est devenue une entité indépendante au sein de la NTIA (National Telecommunications and Information Administration), qui gère le spectre alloué aux utilisateurs privés. FirstNet est chargée de construire, déployer, et exploiter le réseau national. Le réseau bénéficie de 7 milliards de dollars de financement et il utilisera du spectre dédié dans la bande 700 MHz (le bloc D de 2 x 10 MHz). En Europe En Europe, la majorité des réseaux d urgence ont pour vocation de transmettre des communications voix et données bas débit. Ils reposent sur plusieurs technologies dont TETRA qui est la plus déployée (standard européen depuis 1995). Ces technologies fonctionnent dans la bande 400 MHz ( MHz et MHz) dans la région 1 (dont l Europe fait partie) telle que définie par l UIT. Malgré les évolutions apportées au fil du temps, les transmissions supportées offrent d excellentes communications voix mais ne supportent pas de communications de données haut débit. La TCCA (TETRA and Critical Communications Association), l association qui promeut l utilisation de la technologie TETRA, recense plus de 250 réseaux TETRA en région 1 dont les plus significatifs sont présentés ci-après. BDBOS (Allemagne) Opérationnel depuis mars 2010, le réseau TETRA allemand BDBOS (Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) est, avec utilisateurs et plus de 4000 stations de base, le plus grand réseau d urgence européen. Toujours en déploiement, il couvre à fin juin 2014 approximativement 90 % du territoire national, les 10 % restants devant être mis en service prochainement. Le réseau est exploité par Alcatel Lucent depuis juillet

63 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Les principaux réseaux opérationnels TETRA/TETRAPOL en Europe Réseau Pays Surface (km 2 ) Population (million) Densité de population (par km 2 ) Nb de stations de base Nb hab./ station de base Airwave RU Virve Finlande BDBOS* Allemagne Astrid Belgique Nodnett Norvège Antarès- Acropol- Corail NG France Rakel* Suède DBK* Danemark C 2000 Pays-Bas Renita** Luxembourg , * Réseaux opérationnels les plus récents (après 2005). ** Réseau en projet (2015). Source : IDATE d après opérateurs. Emergency Services Network (ESN) d Airwave (Royaume-Uni) Opérationnel depuis 2005, le réseau Airwave, deuxième plus grand réseau d urgence européen, dispose de 3800 stations de base et compte environ utilisateurs. 1,4 milliard de livres (GBP) a été investi pour déployer le réseau et proposer une couverture géographique de plus de 99 %. En mars 2014, Airwave a lancé le service Smart Mobile avec Transatel, une société spécialisée dans l assistance aux opérateurs mobiles virtuels. Ce nouveau service permet via le réseau mobile LTE de Everything Everywhere au Royaume- Uni de faire transiter des communications data haut débit tout en assurant l interconnexion avec le réseau TETRA d Airwave. Les utilisateurs de Smart Mobile peuvent désormais accéder au réseau ESN avec un smartphone usuel (au lieu d un terminal dédié) équipé de l application de tchat vocal (Push to Talk) Enhance développée par l opérateur. Les utilisateurs occasionnels ou ceux qui n avaient pas accès au réseau peuvent être intégrés dans un groupe de discussion spécifique lors d un incident et peuvent converser à l aide de leur smartphone habituel. Cette nouvelle fonctionnalité ouvre la possibilité à une plus large palette de personnes de prendre part à des groupes de discussion afin de réduire les temps de réaction et d accélérer les prises de décision en situation d urgence. 62

64 ANNEXES Astrid (Belgique) ASTRID est l opérateur public du réseau national TETRA de Belgique. Il dessert quelque utilisateurs des services de sécurité publique ainsi que plusieurs entreprises privées proposant un service public, ainsi que des sociétés de transport. BlueLight Mobile, lancé en avril 2014, est le service mobile haut et très haut débit d Astrid. Il repose sur l accès aux trois réseaux mobiles nationaux belges via un roaming pour les données mobiles large bande. Toutefois, ce modèle repose sur le principe que les opérateurs grand public disposent d une couverture idoine, et seront opérants y compris en cas de crise majeure. Virve (Finlande) Créée en 1999, la société finlandaise Virve, détenue par l État finlandais, exploite un réseau TETRA national depuis Il compte utilisateurs (dont 57 % sont des services de secours et de police). Avec stations de base, il est, avec le réseau norvégien, l un des réseaux d urgence les plus maillés (3 901 habitants par station de base en moyenne). Les partenariats public-privé (PPP) Il y a quelques exemples de partenariats public-privé (PPP) en Europe pour la construction et l opération de réseaux de sécurité : le réseau d Airwave au Royaume-Uni a été lancé en l an 2000 pour les forces de police qui ont été par la suite rejointes par les ambulances et les pompiers. Dans ce modèle, les infrastructures appartiennent à Airwave et les utilisateurs paient à l opérateur des redevances annuelles. En Autriche, le PPP implique les gouvernements régionaux qui mettent à disposition des sites radio, le Ministère de l Intérieur qui fournit le backbone et l exploitant du réseau qui assure les fonctions techniques de commutation et la gestion opérationnelle du réseau radio. 63

65 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE ANNEXE II Le MIMO dans l expérimentation Hub One Définition du MIMO Le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) est une technologie de la norme LTE qui permet d obtenir une multiplication du débit à travers une duplication du nombre d antennes d émission et de réception. Le LTE définit différents modes de transmission (Transmit Mode) de TM1 (pas de MIMO) à TM4 (MIMO avec multiplexage spatial). Les tests réalisés lors de l expérimentation menée sur l aéroport ont permis de dégager des règles d ingénierie pour la mise en place du MIMO en LTE dans des environnements industriels. Ces travaux ont été réalisés sur les deux configurations mises en place (2 x 10 MHz FDD, 5 MHz TDD) et ont été mis en œuvre en environnement Indoor et Outdoor. MIMO en environnement Deep Indoor Configurations testées 400 MHz, bande de 5 MHz en TDD, configuration de trame en SA1 (4 TS DL et 4 TS UL) 700 MHz, bande de 10 MHz en FDD Les performances de débit mesurées étaient celles attendues soit : 10 MHz FDD à 60 Mbs avec du MIMO 2 x 2 et 30 Mbs sans multiplexage spatial 5 MHz TDD à 16 Mbs avec du MIMO 2 x 2 et 8 Mbs sans multiplexage spatial Performances constatées Il a été constaté que la mise en œuvre de MIMO apportait de la robustesse au signal radio c est-à-dire que, toute configuration identique par ailleurs, le rapport signal sur bruit (SINR) était sensiblement meilleur dans un mode TM2 et que dans un mode TM1. Toutefois cet écart demeure relativement faible (2 à 3 db d écart). La théorie concernant la dispersion angulaire a également pu être validée dans les zones Indoor : l utilisation de deux antennes séparées même très rapprochées a permis d obtenir un doublement du débit. Dans des zones très confinées («Deep Indoor») c est-à-dire avec une propagation radio constituée essentiellement de multitrajet, le MIMO (à partir d une antenne cross-polar) est actif partout à l exception des zones dans lesquelles le niveau de signal radio reçu était trop faible et ne permettait pas de discerner les deux signaux (rapport signal sur bruit inférieur à 15 db). 64

66 ANNEXES Un débit doublé Ces nouvelles performances ouvrent de nombreuses perspectives d optimisation. SINR moyen (antenne 0 et 1) SINR > 30 db 15 db < SINR < -30 db 0 db < SINR < 15 db SINR < 0 db Antenne Couverture radio dans le Trieur Bagage Pas de MIMO (débit simple) MIMO (débit doublé) Antenne 80 m Couverture MIMO 65

67 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE MIMO en Outdoor Configurations testées En Outdoor, Hub One a pu tester la différence de propagation entre une antenne cross-polarisée et deux antennes séparées (en polarisation V) avec différentes distances entre celles-ci. Fréquence : 700 MHz Puissance d émission : 5 dbm pour le signal de référence Distance entre le récepteur et les antennes d environ 150 mètres Mode de mesure : transfert FTP de fichier de 1 Go et moyenné sur une série de 10 transferts. Performances constatées Les débits constatés sont sensiblement identiques entre les différentes configurations. Ceci s explique par le fait que la distance entre l antenne et le récepteur demeure relativement faible. Cependant, une différence plus sensible a pu être constatée (9 %) entre une configuration mettant en œuvre 2 antennes côte à côte ou à plus de 2 mètres d écart. Ceci signifie notamment que le fenêtrage TCP est adapté plus rapidement, ce qui peut s expliquer par une meilleure communication UL (gain de diversité en réception non présent lorsque les antennes ne sont pas suffisamment décorrélées). Caractéristiques d installation des antennes utilisées pour l expérimentation Configuration antennaire Débit DL Commentaire Antenne cross-polar -6,2 % Deux antennes avec polarisation contraire -4,1 % Deux antennes côte à côte -9,3 % Montée en débit «lente» Deux antennes écartées de 1,5 m -3,1 % Deux antennes écartées de > 2m Maximum pour la bande passante Montée en débit «très rapide» Source : interne Hub One. Hub One a pu également tester la différence qui pouvait être perçue entre un système forcé en «Open loop» ou en «Closed loop». Ces tests ont permis de montrer qu il n y avait pas de gain significatif dans les conditions d expérimentation. 66

68 ANNEXES En synthèse, l expérimentation permet de dégager quelques règles d ingénierie simples concernant le MIMO : L écartement des antennes joue relativement peu sur les performances mesurées, à l exception des cas dans lesquels les antennes sont très éloignées des terminaux mobiles. L utilisation d une antenne cross-polar (installation de taille plus réduite) permet d obtenir des performances similaires. C est une solution à privilégier pour faire du MIMO. Dans le cas de solutions sans systèmes antennaires à double polarité (par exemple pour les câbles rayonnants), il est important que les signaux en provenance des 2 émetteurs soient équilibrés. Ceci signifie que les zones à couvrir doivent être situées à une distance similaire des 2 antennes voire si possible en ligne de vue directe. Pour bénéficier du MIMO et du doublement des débits, il faut s assurer que le signal sur bruit (SINR) reste supérieur à 15 db. Expérimentation des configurations antennaires Positionnement des antennes pour le test MIMO Outdoor 67

69 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Performance MIMO sur câbles rayonnants La réutilisation d infrastructure à base de câble rayonnant est possible avec la technologie MIMO. Dans la configuration à un seul câble unique (sans MIMO), le meilleur débit est observé (en jaune sur la figure ci-dessous). Dans la configuration à deux câbles (MIMO), le débit est doublé dans la zone de couverture des 2 câbles (en vert sur la figure ci-contre). Le MIMO fonctionne donc bien sur des câbles rayonnants et Hub One a pu tester différentes configurations de câbles (parallèle, perpendiculaire, etc.). Sans MIMO Câbles Débit doublé (avec MIMO) Débit référent (sans MIMO) Débit /2 Débit /4 Câble rayonnant Couverture du câble 68

70 ANNEXES Avec MIMO 69

71 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Remerciements Nous tenons à remercier tous ceux qui ont permis la réalisation de ces travaux expérimentaux et en particulier : Les services de l État L Agence Nationale des Fréquences L ARCEP Le CSA Air France L AGURRE Le Groupe Aéroports de Paris ALCATEL-LUCENT et HUAWEI, nos partenaires constructeurs Ces travaux se sont déroulés au cœur de l exploitation de l aéroport Roissy Charles-de-Gaulle entre décembre 2013 et avril

72 À propos de Hub One Hub One est opérateur et intégrateur, expert en technologies de l information. Filiale à 100 % d Aéroports de Paris, Hub One a pour mission première d assurer le bon fonctionnement des aéroports parisiens et plus globalement d apporter des services télécom et IT à la Communauté Aéroportuaire. S appuyant sur l expertise et le savoir-faire acquis en milieu aéroportuaire, Hub One apporte une réponse sur mesure aux besoins opérationnels des grands comptes et des PME sur le territoire national, en particulier dans le domaine du transport, de la distribution et de l industrie. Nos solutions agrègent les métiers d opérateur télécom, fixe, radio et mobile, d intégrateur en mobilité et traçabilité, et l ensemble des services associés. Nos collaborateurs assurent un service de bout en bout, du cœur de réseau au terminal, du déploiement en mode projet jusqu au maintien en conditions opérationnelles. En 2013, Hub One représentait plus de 130 millions d euros de chiffre d affaires, 9 agences en France, 430 collaborateurs et clients. 71

73 4G CRITIQUE ET PROFESSIONNELLE Abbréviations 3GPP 3RP 4G Access Classes AGURRE ARCEP ARP ANFR BW Backhauling Cell Barring COS DAS DL DMR ETSI ECC FDD GBR Hetnet IP ITU LTE MIMO MVNO OIV PPDR PMR QAM QCI QoS QPSK SDS SINR SMS SCADA TCCA TETRA TCP TDD UL WRCC 3G Partnership Project Réseau Radioélectrique à Ressources Partagées 4 e Génération de réseaux mobiles Classes d accès Association des Grands Utilisateurs de Réseaux Radio d Exploitation Autorité de Régulation des Communications Electroniques et des Postes Allocation Retention Priority Agence Nationale (Française) des Fréquences Bandwidth Bande passante Lien de transmission entre les lieux d émissions et le cœur de réseau Interdiction de service sur une cellule Class of Services - Classes de Services Distributed Antenna Systems Downlink, lien descendant c est-à-dire de l antenne relais vers le mobile Digital Mobile Radiocommunication European Telecommunications Standards Institute Electronic Communications Committee Frequency Division Duplex Guaranteed bit Rate Heterogeneous Network Internet Protocol International Telecommunication Union Long Term Evolution Multiple-Input Multiple-Output Mobile Virtual Network Operator Opérateurs d Importance Vitale Public Protection & Disaster Relief Professional Mobile Radio Quadrature Amplitude Modulation QoS Class Identifier Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Short Data Service Signal to Interference and Noise Ratio / Rapport Signal sur Bruit et interférence Short Message Service Supervisory Control and Data Acquisition TETRA and Critical Communications Association TErrestrial Trunked RAdio Transport Control Protocol. Protocole de transport classique en IP Time Division Duplex Uplink, lien montant c est-à-dire du mobile vers l antenne relais World Radio Communication Conference 72

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