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Le contexte. Les 25 dernières années de la connectivité de l’Afrique ont été principalement tirées par deux forces de l’industrie (1) les fournisseurs de services Internet (ISP) et (2) les opérateurs de réseau mobile (MNO). Les FAI ont conduit les entreprises d’un côté tandis que les ORM ont conduit les consommateurs. Le plus grand défi pour ces deux fournisseurs pour la croissance numérique a été la fibre optique capillaire et le spectre de fréquences électromagnétiques. Sans Spectre et ou Fibre capillaire, le prix des réseaux d’accès restait très cher. Dans un passé récent, l’Afrique est bien dotée en systèmes de câbles sous-marins océaniques ; cependant, à mesure que vous vous rendez dans les grandes et les petites villes, le réseau est plus mince. Nous l’appelons l’entonnoir.

Il y a un paradigme émergent alors que le monde adopte Edge Cloud d’un côté et les réseaux privés 5G de l’autre. Les régulateurs africains doivent considérer ces modèles commerciaux émergents comme un moyen d’aborder l’avenir numérique de l’Afrique. Presque tous les pays déploient désormais des réseaux privés 5G, à l’exception de ceux du continent africain. Il est important de noter que les réseaux 5G publics et les réseaux 5G privés ont un rôle à jouer. Les pilotes pour les réseaux privés 5G sont disponibles en Afrique, offrant de nombreuses raisons et opportunités pour les entreprises

Plus important encore, l’Afrique a des côtes avec des centres logistiques sous la forme de ports maritimes et d’aéroports. L’Afrique est également dotée de mines de ressources naturelles, d’installations de forage de pétrole et de gaz qui sont tous des cas d’utilisation privés possibles de la 5G. L’Afrique a sa part de capacité de fabrication et de centres commerciaux destinés aux consommateurs. Tous auront besoin de réseaux 5G privés pour connecter l’Internet des objets (IoT) et Edge Cloud.

Le succès de la connectivité machine à machine et/ou IoT reposera principalement sur les réseaux privés 5G. L’architecture et les modèles commerciaux de la 5G sont différents de ceux de la 2G, de la 3G et de la 4G pour les NMO, les MVNE et les MVNO. Le ou les nouveaux modèles de 5G offrent une opportunité de concevoir le réseau ou la plate-forme d’une manière qui puisse être découpée. Le découpage réseau est le moteur de la nouvelle architecture. De plus, le nouvel environnement 5G a accès à un spectre de fréquences électromagnétiques crucial dans la gamme des ondes millimétriques de 24 à 28 GHz et plus. Ceci s’appelle Stand-Alone ou New Radio (NR) et possède d’excellentes caractéristiques jamais vues dans les générations précédentes.

La question que beaucoup de gens se posent est de savoir si le spectre est disponible pour accueillir à la fois le réseau 5G privé et les réseaux 5G publics. La réponse est OUI, et l’UIT continuera à rendre le spectre disponible dans les gammes d’ondes millimétriques, inférieures à 6 GHz et inférieures à 1 GHz. Il convient de noter qu’avant même que les études de la CMR-15 ne soient réalisées pour permettre la disponibilité de davantage de spectre et lors de la CMR-19, l’UIT-R a pris des résolutions pour que davantage de spectre soit disponible pour les IMT 2020 et au-delà. La résolution ci-dessous est un excellent exemple du spectre supplémentaire qui doit être étudié par les pays et/ou les gouvernements avec des recommandations faites à la CMR-23 dans trois ans.

Résolution 245 (CMR-19) [1]

« de mener et d’achever à temps pour la CMR-23 les études de partage et de compatibilité1, en vue d’assurer la protection des services auxquels la bande de fréquences est attribuée à titre primaire, sans imposer de contraintes réglementaires ou techniques supplémentaires à ces services, et également, le cas échéant, sur les services dans les bandes adjacentes, pour les bandes de fréquences: — 3 600–3 800 MHz et 3 300–3 400 MHz (Région 2); — 3 300–3 400 MHz (modifier le renvoi dans la Région 1); — 7 025–7 125 MHz (à l’échelle mondiale); — 6 425–7 025 MHz (Région 1); — 10 000–10 500 MHz (Région 2), décide 1 d’inviter la CPM23–1 à définir la date à laquelle les caractéristiques techniques et opérationnelles nécessaires aux études de partage et de compatibilité doivent être disponibles, afin de garantir que les études visées au décide d’inviter L’UIT-R peut être achevée à temps pour être examinée à la CMR-23 ; 2 d’inviter la CMR-23 à envisager, sur la base des résultats des études ci-dessus, des attributions de spectre supplémentaires au service mobile à titre primaire et à envisager l’identification de bandes de fréquences pour la composante de Terre des IMT; les bandes de fréquences à considérer étant limitées à tout ou partie des bandes énumérées au décide d’inviter l’UIT-R 2,

Inviter les Administrations à participer activement à ces études en soumettant des contributions à l’UIT-R.”

Architecture de réseau privé 5G expliquée

Le concept de Private 5G est la capacité pour une organisation ou une industrie de déployer son réseau d’accès radio mobile pour des applications spécifiques plutôt que de s’appuyer sur les réseaux publics traditionnels des ORM.

Le réseau 5G privé permet aux industries et aux organisations de structurer le réseau en fonction de l’application pour laquelle il serait utilisé plutôt que de simplement créer un cadre pour le haut débit mobile, ce que font généralement les ORM. Ceci est facilité par le fait que la 5G a introduit le concept de découpage du réseau, où le même réseau peut être divisé en fonction des applications exécutées sur le réseau telles que l’IoT, les applications à faible latence, la mobilité véhiculaire ou la robotique.

Plusieurs industries sont maintenant à des stades avancés de déploiement massif de l’IdO, de la robotique, de l’IA et d’autres technologies de système de contrôle avancées. L’avènement du cloud signifie que les industries cherchent maintenant à tirer parti de la flexibilité du cloud avec les déploiements sur site des technologies de nouvelle génération. Les implémentations 5G privées sont le moyen le plus rentable de construire et de faire évoluer rapidement un réseau avec différentes exigences SLA. Les déploiements privés de la 5G permettront également aux employés d’accéder à Internet, à partir d’endroits qui auraient été un défi pour les réseaux mobiles traditionnels tels que les plates-formes pétrolières, les mines, les croisières de luxe, etc.

L’architecture du réseau privé 5G comprend les composants suivants

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L’architecture du réseau privé 5G

Réf : www.metaswitch.com/private5G [2]

1. Spectre 5G :

Tout d’abord, pour commencer à déployer un réseau 5G privé, il est nécessaire d’avoir un spectre compatible 5G soit dans le sous-6 GHz (3,4 GHz à 3,8 GHz) soit dans le spectre mmWave (26 à 28 GHz). Des pays comme l’Allemagne ont déjà mis en place le cadre réglementaire permettant aux industries de soumissionner pour le spectre localisé à un coût moindre par rapport à l’attribution régionale ou nationale. D’autres ORM comme Verizon proposent la 5G privée en tant qu’offre, où ils fournissent le déploiement complet de la 5G privée en utilisant leur spectre national.

2. Radio 5G

La radio 5G est le composant le plus crucial de la 5G privée. La radio 5G est appelée en termes 5G gNB (La nouvelle station de base ou nouvelle radio). Il existe deux types de radio 5G :

Radio intégrée : – Où l’unité de contrôle et l’unité de données de la radio sont intégrées avec l’antenne MIMO. Nokia, Samsung, Ericsson sont quelques-uns des acteurs qui déploient la radio intégrée.

Radio désagrégée : – Où l’unité de contrôle et de données est implémentée sous la forme d’une pile logicielle, qui fonctionne avec une antenne MIMO avec le facteur de forme logiciel de DU ou CU implémenté dans un Edge Cloud ou un Central Cloud. Les nouveaux fournisseurs tels que Mavenier, Radiysis, AirSpan, Altiostar sont ceux qui se concentrent sur la construction d’une radio désagrégée.

Dans une configuration plus petite telle qu’un réseau 5G privé, les radios désagrégées permettent aux opérateurs de déployer des stations de base rapidement et à moindre coût par rapport à la radio intégrée qui est beaucoup plus chère.

3. Milieu de parcours et backhaul

La radio a besoin d’une connexion vers un Edge Cloud hébergeant le DU ou un Central Cloud qui hébergera la base de données de l’abonné dans le cloud ou sur le cloud sur site. Alors que dans les réseaux 5G traditionnels, un backhaul sans fil peut être plus applicable, pour les réseaux Private-5G, la fibre est une approche plus préférée en raison des exigences de ligne de mire entre le fronthaul et le backhaul.

Dans une radio intégrée, la radio agit à la fois comme fronthaul et midhaul, dans la radio désagrégée, la communication entre la radio et l’unité de données est considérée comme une midhaul et de l’unité de données au cloud centralisé est appelée backhaul.

4. Noyau de paquet 5G

5G Packet Core peut être caractérisé comme le cerveau du réseau 5G. 5G Packet core se compose de diverses fonctionnalités qui aident au découpage du réseau et à la gestion et à l’authentification des abonnés.

Le cœur du paquet 5G se compose des éléments suivants :

une. AUFS et UDM : serveur d’authentification et gestion des abonnés

b. PCF : fonction de contrôle des politiques

c. Gestion de l’accès et de la mobilité pour permettre aux abonnés de se déplacer à partir de différentes stations de base

ré. SMF :- Fonctions de gestion de session

e. UPF : – Fonctions du plan utilisateur

En règle générale, le Packet Core des générations précédentes était principalement construit par des OEM et coûtait cher à déployer et à gérer. Dans la 5G, toutes les fonctionnalités principales de Packet sont distribuées à l’aide de microservices et également mises en œuvre sous forme de machines virtuelles ou de conteneurs avec la possibilité de déployer des micro ou Small 5G Packet Core économiques pour des cas d’utilisation industriels. Le noyau de paquets 5G peut être déployé sur du matériel COTS pour permettre l’évolutivité et réduire les coûts.

5. Cloud périphérique et central

Les clouds Edge et Central jouent un rôle essentiel dans les déploiements de la 5G privée car ils hébergent des contrôleurs radio désagrégés, des unités de données et le cœur de paquet. De plus, les applications 5G privées doivent être hébergées dans un cloud évolutif pour la robotique, l’IA, l’IoT, etc.

Les deux normes de l’industrie de déploiement pour la périphérie 5G et le cloud central sont :

a) Kubernetes

b) OpenStack

En règle générale, Edge Cloud et Kubernetes joueraient un rôle plus important, car la plupart des unités radio désagrégées 5G sont désormais disponibles pour être exécutées en tant que conteneurs. En outre, il existe divers micro-déploiements de la distribution Kubernetes disponibles pour déployer et mettre à l’échelle rapidement Kubernetes pour les applications sans état. MicroK8s de Canonical est l’une de ces distributions. Il existe également une version bêta de micro OpenStack appelée MicroStack qui peut être utilisée pour les déploiements en périphérie où les contrôleurs radio sont disponibles en tant que machines virtuelles.

Openstack est fondamentalement ciblé pour le déploiement de Central Cloud, où l’échelle du noyau de paquet et d’autres fonctions d’unité de contrôle sont déployées. Kubernetes et OpenStack sont OpenSource, permettant ainsi un coût/unité inférieur pour le déploiement de la 5G privée par rapport aux fournisseurs traditionnels.

6. Tranchage du réseau

Le découpage du réseau est une condition essentielle pour un déploiement réussi de la 5G privée en raison de la valeur ajoutée pour les utilisateurs. L’avantage des normes 5G est qu’elles permettent aux réseaux 5G privés de diviser leur réseau en fonction de diverses caractéristiques du réseau telles que la latence, la bande passante, la perte, la taille des paquets, etc.

Cette division permet aux réseaux 5G privés de créer divers packages réseau à appliquer à différentes applications telles que le haut débit de bureau, l’industrie IoT/Robotique, l’IA des caméras et plus encore, où chaque package se compose de différents types de qualités de réseau et de SLA.

Modèle commercial de réseau 5G privé

Les entreprises de services publics ont traditionnellement utilisé des réseaux privés, des chemins de fer ou des entreprises opérant dans des sites industriels éloignés hors de portée des réseaux cellulaires. De plus en plus, nous assistons à l’adoption de réseaux privés dans les grands campus, les bâtiments, les hôpitaux, les usines de fabrication, les immeubles à logements multiples, principalement en raison des caractéristiques uniques de la 5G. Le modèle commercial du réseau privé 5G aborde trois domaines, à savoir la couverture, le coût et l’efficacité opérationnelle.

Couverture – Dans certains cas, les ORM publics ne fournissent pas la couverture requise, en particulier dans les sites éloignés ou dans un espace trop vaste, en raison de considérations telles que le fait que leur modèle commercial est principalement axé sur le consommateur et qu’ils ne voient pas d’échelle, cela ne convient pas. dans leur modèle économique. De plus, les exigences sur mesure des réseaux privés sont exigeantes pour eux.

Coût — Le modèle de facturation des ORM publics de paiement à l’utilisation pour la connectivité ou de verrouillage pour les services qui peuvent, dans certains cas, être fournis de manière rentable via Capex plutôt que Opex, en particulier compte tenu de l’utilisation croissante des ressources open source et cloud pour la 5G. Cela permet à l’entreprise de posséder la connectivité et d’évoluer facilement pour réduire davantage le coût unitaire. L’industrie 4.0 et les usines intelligentes nécessitent des espaces de travail flexibles et adaptables sans qu’il soit nécessaire de recâbler les locaux.

Efficacité opérationnelle — Les réseaux 5G privés utilisent un spectre sous licence qui offre de meilleures performances et moins d’interférences. Cela offre aux entreprises une meilleure visibilité et une meilleure gestion des mesures critiques telles que la latence, le débit, etc. Les réseaux 5G privés offrent un meilleur contrôle de la sécurité et de la conformité grâce à la localisation des informations d’identification des données sensibles, de sorte qu’elles ne sortent pas du site. Le calcul et le stockage sur site facilités par les réseaux 5G conduiront à une utilisation plus rapide et plus efficace des ressources du réseau.

Modèle de réglementation du réseau privé 5G en Afrique

On s’attend à ce que la réglementation joue un rôle clé dans l’élaboration du déploiement de la 5G. Les régulateurs doivent mettre à disposition un spectre approprié dans les bandes appropriées en quantités suffisantes et avec des conditions de licence appropriées. Les gouvernements et les régulateurs des télécommunications en Afrique doivent encore élaborer des plans de déploiement de la 5G. L’Afrique du Sud a récemment publié une invitation à postuler (ITA) pour le spectre 5G tandis que d’autres grands pays comme le Kenya ont des essais en cours mais n’ont émis aucune offre d’attribution de spectre.

L’Afrique fait partie de la première région de la classification des régions de l’Union internationale des télécommunications (UIT) avec les pays européens. Il est essentiel que la stratégie et le cadre réglementaires de l’Afrique soient similaires à ceux de l’Europe afin que nous puissions tirer parti des économies d’échelle qui en résultent pour les équipements de réseau et les fabricants d’appareils. Si l’Afrique veut tirer pleinement parti de la 5G et stimuler l’innovation et la concurrence, les régulateurs doivent libérer rapidement le spectre. En plus de libérer un nouveau spectre, les régulateurs devraient réutiliser le spectre actuellement alloué que la 5G utilisera.

Il est essentiel que les régulateurs de la région publient un spectre similaire. L’Afrique devrait prendre en charge la gamme de spectre 5G 2600 MHz, 3,5 GHz, 26 GHz, 28 GHz. L’Allemagne (3,7–3,8 GHz, 24,5–27,5 GHz), le Royaume-Uni (3,8–4,2 GHz, 24,25–27,5 GHz), la Finlande (3,4–3,8 GHz), les Pays-Bas (3 ,5GHz).

Les performances des réseaux 5G privés dépendront de la quantité et des gammes de fréquences disponibles. Le spectre de la bande moyenne (1 à 6 GHz) fonctionne bien dans les environnements intérieurs, permettant une large couverture avec un nombre relativement restreint de points de transmission. Le spectre des ondes millimétriques (24–29 GHz, 37–43,5 GHz et 66–71 GHz) offre des vitesses plus élevées et une latence plus faible, et ses signaux sont plus faciles à contenir dans un bâtiment, réduisant ainsi le potentiel d’interférence avec d’autres réseaux.

La tarification du spectre pour la 5G privée devrait tenir compte du retour sur investissement, des contraintes financières et de l’impact sur les investissements futurs. Les gouvernements et les régulateurs doivent s’efforcer de trouver le bon équilibre. Le fiscus de la plupart des pays étant touché par le Covid 19, il est probable que les enchères du spectre soient considérées comme un moyen d’améliorer le fiscus et de les fixer à un prix trop élevé.

Réseau d’accès radio ouvert (ORAN) et réseaux privés 5G

Alors que l’industrie adopte la 5G, le composant central de la 5G est l’avènement de la virtualisation et l’utilisation des technologies OpenSource pour maintenir le coût des réseaux 5G à un niveau inférieur par rapport aux modèles de déploiement traditionnels. Le coût direct du déploiement de tout réseau 5G réside dans la capacité d’un fournisseur de services ou d’un opérateur 5G privé à construire rapidement des réseaux d’accès radio (RAN). Dans les déploiements traditionnels, les réseaux radio appartenaient généralement à un seul fournisseur et n’interopéraient pas avec d’autres fournisseurs.

Par exemple, une antenne spécifique pour un fournisseur ne fonctionnerait qu’avec l’unité de données et l’unité de contrôle du fournisseur. Cela a ralenti le rythme d’adoption car un fournisseur de services ou un opérateur 5G privé devrait s’en tenir à un fournisseur spécifique toute sa vie.

Par conséquent, pour faciliter l’adoption d’une véritable désagrégation, l’alliance ORAN a été formée pour les fournisseurs de services afin d’activer les normes ouvertes entre les différents composants d’un réseau d’accès radio. L’alliance ORAN a été initialement conceptualisée par AT&T, China Mobile, Deutsche Telekom, NTT DOCOMO et Orange en 2018. Aujourd’hui, l’alliance ORAN compte plus de 25 fournisseurs de services qui participent activement avec plus de 150 + logiciels, matériels, fournisseurs de radio qui font désormais partie de l’alliance.

Une 5G privée rentable nécessite ORAN et des normes ouvertes pour réduire le coût global de déploiement et d’échelle. Même les fournisseurs de RAN traditionnels tels que Nokia, Ericsson et Samsung se sont engagés envers ORAN.

Architecture de référence OpenRan [3]

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Opportunité pour les PME et les FAI

Plusieurs études de marché estiment que les entreprises et le secteur public seront les premiers clients de la 5G via les réseaux privés. Pour les FAI, cela offre des opportunités au-delà de la fourniture d’Internet grâce à la fourniture de services tels que le SD Wan et le stockage.

SD-WAN

La 5G accélérera l’adoption de l’IoT dans plusieurs industries à mesure qu’elles se transforment numériquement. Cependant, cette intégration et cette transformation peuvent ne pas être fluides pour les opérateurs de réseaux privés 5G. Pour faire face à l’évolution rapide des besoins du trafic et libérer la puissance de l’IoT, les entreprises tirent de plus en plus parti des réseaux étendus définis par logiciel ou SD-WAN. La 5G permettant aux applications de fonctionner dans différents environnements virtualisés, le SD-WAN empêche l’accès non autorisé aux informations sensibles de deux manières, grâce à l’isolation des chemins et aux contrôles de sécurité. Cela présente des opportunités énormes pour tout FAI fournissant des services SD Wan.

La 5G peut réduire considérablement les temps de transport des données, mais cet avantage est perdu si les appareils et les applications ne disposent pas des performances de calcul nécessaires pour traiter rapidement de gros volumes de données. Le SD-WAN permet aux organisations de déplacer les fonctions informatiques vers le cloud, où les ressources sont plus évolutives et peuvent être situées plus près des périphériques périphériques

Espace de rangement

La 5G générera des données à une vitesse et un volume sans précédent et alimentera une large gamme de services basés sur les données et de modèles commerciaux numériques. La demande de traitement en temps réel à volume élevé ne peut être satisfaite que par un traitement en périphérie. Les applications IoT 5G en temps réel nécessiteront des systèmes situés à la périphérie, traitant des données et connectés à des référentiels principaux. Cela nécessite deux types de systèmes de stockage, un pour la périphérie et un pour le référentiel principal. En périphérie, le système de stockage devra être un système de stockage hautes performances à faible coût capable de gérer de très gros volumes de données. Le FAI peut fournir ce stockage.

La sécurité, le calcul et le stockage des données augmenteront avec les réseaux 5G offrant d’énormes opportunités aux FAI.

L’innovation et la flexibilité sont des moteurs essentiels pour les solutions qui sous-tendront le développement de la 5G, et à l’échelle mondiale, nous observons des tendances où les capital-risqueurs et les grandes entreprises de télécommunications soutiennent et financent les PME pour développer des solutions dépendantes de la 5G. Les PME et les startups ont souvent la flexibilité et la rapidité d’action à exécuter, et ce sont des caractéristiques requises dans les technologies nouvelles et perturbatrices telles que la 5G. Le cadre réglementaire qui soutient la croissance des startups et des PME est celui qui réussira le mieux à concrétiser les bénéfices de la 5G.

Conclusion

Le monde dans lequel nous allons aura deux types de 5G, une offre 5G publique qui est destinée au marché grand public, offrant principalement un haut débit mobile amélioré et une offre 5G privée ciblant les entreprises. Cependant, il peut y avoir un réseau ouvert partagé à utiliser à la fois pour le haut débit mobile amélioré (orienté grand public) et pour une connexion ultra-fiable à faible latence, une communication massive de type machine (entreprise). Cette coexistence doit être autorisée au niveau réglementaire ; de la même manière, il y avait coexistence entre les FAI et les fournisseurs de services fixes. Les réseaux publics axés sur les consommateurs et les réseaux privés axés sur les entreprises devraient avoir une relation permettant un accès complet aux services.

Un exemple de fournisseurs de services comprenant et se concentrant sur leurs marchés cibles est vu dans l’espace Data Center. Les opérateurs de télécommunications pensaient qu’ils seraient des fournisseurs importants de centres de données car ils disposaient déjà d’une connectivité massive avec les clients, mais comme nous le savons aujourd’hui, les principaux fournisseurs de centres de données sont AWS, Google, Microsoft Azure. Il y a plusieurs raisons à cela : la principale étant qu’un modèle Telco typique est conçu pour évoluer en offrant des produits et des solutions standard. Cela ne fonctionne pas toujours pour certains clients comme les banques, la sécurité, les compagnies aériennes, etc. qui souhaitent intégrer pleinement les services dans leurs modèles commerciaux avec une grande flexibilité.

Un fournisseur de services qui ne leur permet pas cette flexibilité ne convient pas à leur modèle, et nous pensons que nous verrons la même chose se produire dans le domaine de la 5G, d’où notre prévision que l’offre publique 5G par les ORM sera destinée à un service de type consommateur de mobile amélioré le haut débit et le modèle 5G privé seront assurés par des fournisseurs de services cloud et numériques ciblant les entreprises

Glossaire

5G — Cinquième génération de communications mobiles

UIT — Union internationale des télécommunications

WRC — Conférence mondiale des radiocommunications

DU — Unité de distribution

Références:

[1] https://www.itu.int/en/ITU-R/conferences/wrc/2019/Pages/default.aspx

[2] metaswitch.com

[3] https://telecominfraproject.com/wp-content/uploads/OpenRAN-Reference-Architecture.png

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