Internet Industriel des Objets IIOT : Comment la 5G va révolutionner le contrôle industriel> ENGINEERING.com

(Image fournie par Ericsson.)

La première révolution industrielle, qui a eu lieu entre les années 1760 et les années 1840, a fait la transition vers une fabrication industrialisée avec la vapeur et l'égreneuse de coton. La deuxième révolution industrielle, qui a duré de la fin du 19e siècle au début du 20e siècle, a introduit l'énergie électrique et les téléphones. L'application de l'électricité aux processus de fabrication a donné naissance à des systèmes de contrôle industriels. Les combinaisons de composants de commande – électriques, mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques – agissent ensemble dans un système de commande industriel pour atteindre un objectif, tel que la production, le transport ou la génération de matière ou d'énergie.

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La troisième révolution industrielle a vu l'émergence des technologies de la communication et des énergies renouvelables, ainsi que de l'automatisation et de l'acquisition de données. Même avant la croissance explosive d'Internet, les industries critiques, telles que la distribution et la fabrication d'électricité et d'eau, ont commencé à s'appuyer sur des systèmes de contrôle industriels. L'avènement des réseaux publics ouverts a également permis la gestion et la maintenance à distance des machines et des équipements.
Un système de contrôle industriel typique se compose de boucles de contrôle, d'interfaces utilisateur qui interagissent avec les humains et d'outils de diagnostic et de maintenance à distance. Plusieurs types de systèmes de contrôle existent, y compris les systèmes de contrôle de supervision et d'acquisition de données (SCADA), les systèmes de contrôle distribués (DCS) et les automates programmables (PLC). Les systèmes SCADA se concentrent sur la collecte de données et un contrôle plus large et distribué, ce qui les rend prédominants dans la gestion des réseaux électriques et l'exploration pétrolière et gazière, par exemple. Contrairement aux systèmes SCADA, les DCS et les API sont orientés vers le contrôle local et se retrouvent généralement dans les applications de fabrication.
Comment l'IIoT change tout
Bien que la gestion à distance des actifs soit plus pratique et moins coûteuse que le travail du personnel sur place, la réponse aux problèmes peut être lente. Par conséquent, il est essentiel d'identifier et de résoudre les problèmes en temps réel.
L'Internet des objets (IoT) a une capacité énorme en matière de collecte de données, de stockage, d'intégration et d'analyse. En utilisant cette capacité, l'IoT industriel (IIoT) améliore l'interopérabilité et la coordination entre les différents systèmes de contrôle industriel, renforçant leur capacité à fonctionner dans des environnements difficiles et éloignés.
Les plates-formes pétrolières, les réseaux électriques, les éoliennes, les aéroports, les réseaux ferroviaires et même les villes se tournent vers l'IIoT pour réduire les coûts et améliorer l'efficacité. Par exemple, l'IIoT peut rendre possible la surveillance à distance des sites pour éviter les travaux à forte intensité de main-d'œuvre tout en augmentant la sécurité et l'efficacité. Cependant, les avantages que l'IIoT peut offrir dépendent de la vitesse et des performances du réseau.
La promesse de la 5G et de la 6G

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Les progrès des télécommunications sont susceptibles de créer une synergie avec l'IIoT dans de nombreux secteurs. 1G, la première génération de communication mobile, nous a apporté les téléphones portables. La 2G, la 3G et la 4G ont apporté des messages texte, la télémédecine, la vidéoconférence, le LAN sans fil et Bluetooth. Désormais, la 5G élargira et approfondira l'utilité de l'IIoT.
Bien plus rapide que la 4G, la 5G améliorera les télécommunications sur plusieurs fronts. La 5G réduira tellement la latence (temps de latence) que les temps de téléchargement et de téléchargement passeront de quelques minutes à quelques secondes. En conséquence, la 5G peut transmettre beaucoup plus de données par seconde. Enfin, la 5G peut connecter des millions d'appareils IoT à un seul réseau avec une communication efficace.
La 5G améliorera de nombreux grands systèmes pris en charge par la 4G, tels que les plates-formes pétrolières, les éoliennes, les aéroports et les réseaux ferroviaires. Plus important encore, la 5G permettra des avancées que les technologies de télécommunication antérieures ne pouvaient pas prendre en charge, telles que la communication rapide de machine à machine entre les voitures sans conducteur, les différentes machines d'une usine et les infrastructures de la ville.
Par exemple, au lieu d'accéder au cloud pour obtenir des informations géospatiales, les véhicules autonomes (VA) communiqueront entre eux. Une telle communication de véhicule à véhicule (V2V) permettra aux AV d'accélérer ou de décélérer en synchronisation les uns avec les autres pour éviter les accidents. Dans l'usine, les câbles Ethernet encombrants céderont la place à la communication sans fil 5G. De plus, la 5G peut apporter une aide indispensable à la gestion des réseaux et des infrastructures de services publics vieillissants. Lorsqu'une partie du réseau s'arrête, le déséquilibre électrique qui en résulte peut déclencher des pannes sur d'autres parties du réseau. Les pannes qui s'ensuivent peuvent alors continuer comme des dominos qui tombent pour affecter les feux de rue et de signalisation, les réseaux de télécommunications et informatiques, les lignes de transport en commun et même les pipelines qui fournissent de l'eau et du gaz. Avec la 5G, le réseau peut se rééquilibrer plus rapidement et éviter la propagation des pannes de courant.
La 5G a des applications de contrôle industriel plus larges et plus profondes que la 4G, et il est fort probable que la 6G verra une gamme d'applications encore plus étendue. L'utilisation et le transfert de données améliorés que la 6G entraînera peuvent améliorer la précision du positionnement en intérieur, la compatibilité globale et la connexion entre différents réseaux mobiles, ainsi que l'accessibilité du débit de données.
La 6G jouera également un rôle important dans des applications non conventionnelles telles que les communications holographiques, tactiles et humaines. La technologie holographique 3-D manipule les rayons lumineux, ainsi que les ondes sonores. La 6G sera en mesure de reconfigurer les aspects stéréo et audio d’un hologramme, rendant ainsi possible des images quasi réalistes de personnes, d’événements et d’environnements. Pour des applications telles que la chirurgie à distance, la conduite autonome et la communication interpersonnelle, les utilisateurs constateront que la 6G offre une expérience tactile améliorée. Le rôle de la 6G dans la communication des liens humains peut englober la détection à la fois des vapeurs organiques et des émotions. Par exemple, la 6G peut permettre à l'intelligence artificielle (IA) d'analyser l'expression du visage d'un conducteur, de détecter la fatigue ou la somnolence. L'IA compatible 6G peut également aider à détecter l'alcool sur l'haleine du conducteur. S'il détermine que le conducteur est trop en état d'ébriété pour conduire, il peut passer en pilote automatique, conduire la voiture en sécurité et même arrêter la voiture.
Défis technologiques
L'intégration d'un réseau de télécommunication plus rapide, de l'IIoT et de systèmes de contrôle industriels présente des avantages évidents. Moins de délais de transfert de données signifient une prise de décision accélérée et une automatisation accrue. Cependant, le succès de la 5G ou de la 6G dépendra de la gestion de plusieurs défis technologiques, tels que la cybersécurité et la construction d'infrastructures. En outre, la mise en œuvre de la 5G dépendra du soutien des gouvernements et des consommateurs individuels.
L'augmentation de la connectivité apportée par la 5G ou la 6G rendra les systèmes plus vulnérables aux menaces. Le piratage des grandes infrastructures n'est pas nouveau. Il y a eu de nombreuses attaques contre des systèmes et des infrastructures critiques dans plusieurs pays depuis le début des années 90, lorsque le monde était beaucoup moins connecté. Avec l'augmentation de la connectivité, les pirates peuvent pirater les systèmes à distance avec plus de facilité, endommageant des vies humaines, des systèmes et même des pays.
Les cyberattaques se divisent généralement en quatre catégories: le piratage par des individus; exécution de code pour modifier, ajouter ou supprimer des ressources sur un système; attaques par déni de service; et l'extraction de données pour voler des informations précieuses. Selon les statistiques gouvernementales, les attaques contre divers systèmes de contrôle industriel sont devenues plus fréquentes et plus importantes au cours des dernières décennies. Par conséquent, l'augmentation de la connectivité induite par la 5G et la 6G a le potentiel d'exacerber la vulnérabilité d'un système, rendant la propagation d'une attaque plus difficile à empêcher.
Un réseau plus rapide nécessitera également la construction d'infrastructures massives. Un réseau 5G nécessite l'installation de millions, voire de dizaines ou de centaines de millions de stations de base et de millions d'antennes, ce qui représente des coûts initiaux élevés.
De plus, le coût d'alimentation d'un réseau 5G sera considérable. Selon les données de Huawei, un site 5G typique a besoin de plus de 11,5 kilowatts, soit presque le double de ce dont une station de base 2G, 3G ou 4G a besoin. Cette demande d'énergie plus importante nécessite des améliorations significatives de l'efficacité énergétique des stations de base. Alternativement, nous pouvons essayer de récolter de l'énergie renouvelable, telle que le solaire, le vent ou les vagues océaniques pour alimenter le réseau 5G.
Le déploiement de la 5G doit être uniforme dans différents pays pour obtenir un effet maximal. À ce jour, 275 opérateurs dans plus de 120 pays testent les technologies 5G et font des progrès variables. Alors que la plupart des pays sont enthousiastes à l'idée d'adopter la 5G, la géopolitique entre la Chine et les États-Unis et leurs alliés respectifs a généré de nombreuses complications. Il y a peu d'accord sur la gravité de la menace pour la sécurité de l'utilisation d'appareils fabriqués à l'étranger. Au niveau national, alors que le gouvernement fédéral américain souhaite promouvoir la 5G, il se méfie également de l'influence étrangère potentielle. De plus, de nombreuses municipalités américaines sont sceptiques quant à l'infrastructure 5G et ont poursuivi le gouvernement fédéral en justice pour les installations 5G. Au niveau des consommateurs individuels, il s'avère que leur enthousiasme pour la 5G varie également, car beaucoup considèrent les antennes 5G installées sur des structures publiques comme des «horreurs» voire même dangereuses pour la santé publique.
Conclusion
Nul doute que la 5G plus rapide reprendra la plupart des fonctions offertes par les systèmes SCADA. Les capteurs de faible puissance peuvent être mis en service dans de nombreux endroits éloignés sans changer les piles pendant 10 ans. Malgré les divers obstacles, la 5G progresse à l'international.
Le projet de partenariat de 3e génération (3GPP), l'organisation à l'origine de la norme 5G, a achevé la version 16 du 3GPP en juillet 2020. Cette version définissait le mode «autonome» (SA) 5G. Cela signifie que la 5G commencera à fonctionner indépendamment de l'infrastructure commune 4G / 5G. Avec de tels progrès, on s'attend à ce que la 5G soit déployée plus rapidement à l'avenir.
Beaucoup de ces systèmes SCADA sont en place depuis de nombreuses années. Au fil du temps, on s'attend à ce que de plus en plus de tels systèmes passent à la 5G et à l'IIoT, mais le changement sera progressif.

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