Internet Industriel des Objets IIOT : Impact de COVID-19 sur le marché des semi-conducteurs

Ce n'est guère une nouvelle que nous sommes à l'aube de la quatrième révolution industrielle. L'Internet des objets (IoT), l'intelligence artificielle, la connectivité sans fil omniprésente, la réalité mixte, la blockchain, les véhicules autonomes, le cloud – ces éléments et d'innombrables autres développements récents changent le fonctionnement des industries. La promesse: la fusion entre les systèmes numériques et physiques dans l'Internet industriel des objets (IIoT) – un système cyberphysique qui est un élément fondamental de l'Industrie 4.0 (Fig. 1). 1. Un système cyberphysique est un élément fondamental de l'Industrie 4.0.
Sous les projecteurs et souvent polarisant est le 5G. Pour certains, la cinquième génération de technologie de communication cellulaire est surexcitée. D'autres se préparent à bouleverser leurs industries pour se lancer dans l'action en tant qu'adopteurs précoces. Quelque part entre les deux, les plus prudents investissent dans la 5G pour acquérir l'expérience nécessaire pour créer de nouveaux produits et solutions qu'ils peuvent offrir à leurs clients une fois la poussière retombée et la technologie arrivée à maturité. Précisément à cause de tout le battage médiatique, cette confusion n'est guère une surprise. Avec les facettes de la 5G pertinentes pour l'industrie à quelques années d'une adoption généralisée, les industries traditionnellement conservatrices seront tentées de suspendre les investissements dans l'IIoT jusqu'à ce que la nouvelle norme de la version 17 du 3GPP soit pleinement mise en œuvre. Après tout, pourquoi verser de l'argent dans la 4G LTE – une technologie qui semble sur le point de devenir obsolète – alors qu'une révolution technologique est en marche? Il n'y a qu'une seule chose: loin de l'obsolescence, la 4G LTE gagne encore du terrain et continuera à accroître son empreinte pour les années à venir, dominant encore plus le marché. En fait, les réseaux 4G LTE compléteront et même soutiendront les réseaux 5G à mesure qu'ils prennent racine. Un point qui a tendance à se perdre au milieu du bruit autour de la 5G est que bien au cours de cette décennie, la 4G LTE restera le concurrent le plus puissant pour les solutions IIoT (Fig.2). Dans cet article, nous expliquerons pourquoi. Nous examinerons également la meilleure façon de se préparer à la nouvelle ère de la 5G et explorerons les moyens de commencer à exploiter la valeur que la 5G apportera, en utilisant la technologie 4G LTE d'aujourd'hui. 2. Non seulement les réseaux LTE seront disponibles pendant encore une décennie ou plus, mais ils devraient continuer leur évolution jusque dans l'ère de la 5G.
Un Game-Changer … Finalement, il ne fait aucun doute que la 5G sera transformatrice et qu'une grande partie du battage médiatique qui l'entoure est justifiée. Il a même une chance de vivre son noble ambition de transformer fondamentalement le rôle des technologies de communication cellulaire dans la société, aboutissant à un «Internet de tout», construit sur plusieurs innovations perturbatrices: la 5G ajoute de nouvelles bandes de spectre, y compris sous 1 GHz et mmWave (> 24 GHz), pour augmenter la capacité.Il offre jusqu'à 1 GHz de bande passante dans les bandes mmWave pour atteindre des vitesses ultra-élevées à large bande.Il présente une nouvelle interface radio (5G NR) qui est suffisamment polyvalente pour répondre à divers besoins. nécessitera un nouveau réseau central avec de petites cellules, un découpage de réseau, une virtualisation de réseau, une informatique de bord, etc. pour répondre aux exigences et adapter les performances aux exigences spécifiques de l'industrie. Définies par 3GPP, l'organisme de normalisation chargé de définir les normes mondiales de communications cellulaires, les spécifications de la 5G répondent à divers nouveaux cas d'utilisation qui sont pertinents dans les applications industrielles. Allant d'une nouvelle génération d'interfaces homme-machine à la fabrication automatisée en passant par la détection omniprésente et la connectivité cloud, chaque cas d'utilisation peut être activé en utilisant le bon équilibre entre les trois piliers fondamentaux de la 5G: le haut débit mobile amélioré (eMBB) fournira des taux de transfert de données supérieurs à de 10 Gb / s tout en augmentant la capacité de trois ordres de grandeur.La communication ultra-fiable et à faible latence (URLLC) visera une fiabilité étonnante allant jusqu'à 99,9999% avec des latences en millisecondes.Enfin, une communication de type machine massive (mMTC ) étendra encore la promesse des réseaux étendus à faible puissance (LPWAN) d'aujourd'hui, fournissant des données sporadiques avec de faibles besoins en énergie et à faible coût. Un déploiement échelonné C'est beaucoup à attendre. Mais déployer la 5G dans le monde entier prendra du temps. Nous verrons les opérateurs de réseaux mobiles aligner leurs calendriers sur les analyses de rentabilisation qu'ils consultent sur leurs marchés respectifs, ainsi que sur leur volonté et leur capacité à effectuer les investissements requis. De plus, le 3GPP ne publie pas les spécifications 5G d'un seul coup pour toutes les industries. Au lieu de cela, chaque nouvelle version apporte des fonctionnalités supplémentaires à la technologie. La version 15 de 3GPP visait principalement à rendre possible l'eMBB et son transfert de données à haut débit, ciblant principalement les marchés de consommation. La version 15 a été divisée en trois sous-versions. Le premier, axé sur la mise en œuvre non autonome (NSA) de la technologie à l'arrière des réseaux 4G LTE, a été mis sur la bonne voie et livré fin 2017. Les principaux opérateurs de réseaux mobiles (ORM) ont depuis apporté la technologie à la clé marchés urbains. La deuxième sous-version, qui traite de la mise en œuvre autonome de la 5G, a été finalisée à la mi-2018. La sous-version finale a suivi début 2019, ajoutant plusieurs améliorations techniques. Étant donné que les ORM sont toujours occupés à déployer la NSA 5G, il faudra peut-être encore quelques années avant de voir des déploiements commerciaux de la variante autonome. La version 16 du 3GPP, prévue pour le premier semestre 2020, abordera enfin les deux piliers qui ont le plus d'impact sur l'industrie connectée: URLLC et, enfin, mMTC. URLLC, en particulier, nécessitera une mise en œuvre de réseau dédiée. La version 17, prévue pour le dernier trimestre de 2021, élargira encore ces piliers. Une transition en douceur pour les LPWAN Pour assurer la longévité des solutions LPWAN d'aujourd'hui, qui commencent à peine à se développer, le consortium 3GPP fait tout son possible pour assurer une migration en douceur des technologies 4G LTE vers 5G. Non seulement les réseaux LTE seront disponibles pendant encore une décennie ou plus, mais ils devraient également poursuivre leur évolution jusque dans l'ère de la 5G, en investissant pour l'avenir avec de nouvelles améliorations de la consommation d'énergie, des performances, de la taille de l'appareil, des fonctionnalités et des coûts. La rétrocompatibilité garantira que les solutions 4G LTE continueront de fonctionner même si la 5G se généralise. Et les appareils LPWAN «hérités», qui fonctionnent sur les réseaux 4G d'aujourd'hui, seront rendus compatibles avec les réseaux 5G. Cela explique pourquoi certaines industries adoptent les avancées fournies par la 4G LTE pour rationaliser leurs opérations, augmenter leur efficacité et accroître leur productivité. C'est une tendance qui ne fera que s'accélérer au moment où nous entrons dans l'ère de la 5G, changeant toute la logique dans l'usine, où un marché fortement fragmenté des technologies câblées domine encore aujourd'hui. Les sites de fabrication actuels, par exemple, sont constitués d'îlots de connectivité séparés par des passerelles sur le terrain. Étant donné que les normes technologiques existantes sont fragmentées et, par conséquent, manquent d'interopérabilité, le simple fait de connecter différentes technologies de mise en réseau industrielle nécessite une série de traductions de protocole. Comparez cela à la promesse d'Industrie 4.0 d'une transparence totale sur tous les processus et actifs à tout moment, avec une communication transparente entre les marchandises, les systèmes de production, les chaînes d'approvisionnement et de distribution, les personnes et les processus, le tout sur un support unifié, robuste et fiable. connectivité sans fil. Nouveaux modèles commerciaux émergents Mais ce ne sont pas seulement les opérations qui sont redéfinies. Des modèles commerciaux entiers sont ébranlés, entraînés par un accès facilité aux données (Fig. 3). Généré plus rapidement que jamais, dans les secteurs industriels, il gagne en valeur stratégique en tant que catalyseur du contrôle qualité en temps réel, de la maintenance prédictive, des chaînes d'approvisionnement et de distribution intégrées, de la surveillance des effectifs, etc. Cela change fondamentalement les modes de fonctionnement des industries. 3. Les données gagnent en valeur stratégique en tant que catalyseur du contrôle qualité en temps réel, de la maintenance prédictive, des chaînes d'approvisionnement et de distribution intégrées, de la surveillance de la main-d'œuvre, etc.
Un exemple concret: l'industrie 4.0 accélère la vitesse des affaires sous le slogan «La commande d'aujourd'hui est la livraison de demain». Cela inverse simultanément la tendance vieille de plusieurs décennies de la production de masse centralisée: la demande de produits de masse qui sont personnalisés jusqu'à l'unité individuelle ne peut être satisfaite à temps que si la capacité de production se rapproche des clients finaux. La traçabilité complète est tout aussi perturbatrice: grâce à l'industrie 4.0, les responsables des opérations peuvent connaître la source exacte de chaque pièce utilisée dans chaque appareil qu'ils produisent. Même lorsqu'ils sont déployés, les appareils peuvent être surveillés en permanence, révélant des faiblesses dans le processus de fabrication qui peuvent être corrigées pour améliorer la qualité des futurs produits. Et les clients bénéficient des avantages d'un nouveau niveau de service et d'assistance axé sur les données et les informations. De plus, en adoptant des technologies qui ne nécessitent pas de connectivité filaire, l'Industrie 4.0 rend la fabrication plus agile et plus polyvalente. Plus faciles à déployer que les solutions filaires du passé, les technologies LPWAN et 5G réduisent l'investissement nécessaire pour collecter d'énormes quantités de données détectées. Ils accélèrent la mise en œuvre dans les installations existantes et nouvelles. Ils fournissent des informations de meilleure qualité et améliorent la sécurité de l'opérateur. Enfin, ils sont beaucoup plus flexibles à mettre en œuvre et plus faciles à mettre à l'échelle. Relever l'automatisation industrielle vers de nouveaux sommets Pour exploiter ce pool de données et les traduire en avantages réels, il faudra une nouvelle façon plus globale de penser les flux de ressources, de marchandises et de personnes, ainsi que les chaînes d'approvisionnement, de production et de distribution. . Sans oublier le fonctionnement et l'entretien de toutes les machines et autres installations, ainsi que la sécurité et le bien-être des personnes impliquées. La mise en place et le fonctionnement de cette nouvelle façon de communiquer entre les biens, les systèmes de production et les processus nécessitera une réflexion et une supervision humaines approfondies et une compréhension plus approfondie de tous les aspects du processus de production. De même, la rationalisation des processus sur la bande transporteuse nécessitera une planification, une création et une gestion des processus plus sophistiquées, associées à une volonté de renforcer la capacité de production locale. Le point culminant de cette approche holistique – le mariage entre la technologie opérationnelle (OT) et la technologie de l'information (IT) – sera le jumeau numérique, une représentation virtuelle de toutes les informations pertinentes sur le processus de fabrication. À mesure que les jumeaux numériques mûriront, ils progresseront à la fois dans leur portée et leur profondeur. Ils rassembleront des données de plus en plus détaillées sur les ressources, les produits et les actifs, ainsi que des informations sur l'état et les performances de l'infrastructure opérationnelle, des machines et même des chaînes d'approvisionnement externes. Réseaux privés: un tremplin sur la voie de la 5G Il faudra toutefois des années avant que les facettes de l'industrie de la 5G soient déployées sur les réseaux publics. Dans l'intervalle, les réseaux non publics, détenus et exploités par des entreprises ou des prestataires de services professionnels, seront le moyen le plus rapide de résoudre les problèmes de fiabilité, de disponibilité, de temps de réponse réduits et de confidentialité des données. Déjà disponibles avec la 4G LTE, les réseaux non publics offrent aux entreprises la possibilité d'ajuster les paramètres du réseau et l'utilisation du spectre radioélectrique pour répondre aux besoins spécifiques de l'industrie. Ces réseaux privés peuvent permettre des applications stratégiques, des latences ultra faibles, des taux de transfert de données ultra élevés ou un niveau de sécurité supplémentaire qui rivalise avec ceux offerts par la 5G. Les sites de fabrication, les entrepôts, les chaînes d'approvisionnement et la logistique sont des bénéficiaires évidents des réseaux privés. Dans la mesure où ils exploitent la connectivité sans fil, les sites de fabrication sont généralement constitués d'un patchwork de technologies qui ne peuvent pas être intégrées dans une seule plate-forme, ce qui limite la complexité des applications qu'ils peuvent activer. Les réseaux privés 4G LTE et plus tard 5G offrent un nouveau niveau de polyvalence, d'évolutivité et de facilité de mise en œuvre. Plusieurs pays ont commencé à réserver le spectre spécifiquement aux réseaux cellulaires privés industriels. L'Allemagne a réservé un spectre dans la gamme de 3,7 à 3,8 GHz, la Suède étant susceptible de faire de même. Le Japon a réservé le spectre à 2,4, 4,5, 4,6 et 28,2-29,1 GHz, tandis que le Royaume-Uni a réservé le spectre à 1,8, 2,3, 3,8-4,2 et 24,25-26,5 GHz. Sur demande, l'Agence fédérale allemande des réseaux attribue des fréquences pour une période limitée pouvant aller jusqu'à 10 ans, avec des frais annuels dans les plages de quatre à cinq chiffres (euros) en fonction de la bande passante demandée, de la durée d'attribution et de la couverture. surface. C’est une offre attrayante qui n’a pas été universellement saluée par les opérateurs de réseaux mobiles, notamment parce qu’elle coupe une part importante du spectre des fréquences. Façonner l'avenir de l'industrie connectée Chez u-blox, nous nous engageons fortement à façonner l'avenir de l'industrie connectée. En tant que membres actifs du consortium 3GPP, nous participons et contribuons à la normalisation NB-IoT et mMTC. De plus, nous sommes engagés dans des études pilotes explorant les exigences et les performances de la technologie 5G dans les cas d'utilisation industrielle. 5G-SMART (Fig.4), financé par la Commission européenne, rassemble des partenaires de l'industrie (Bosch, ABB, Ericsson et u-blox entre autres) et de la recherche (Université de Lund, Universitat Politechnica de Valencia et Fraunhofer Institute), évaluer le potentiel de la 5G dans des environnements de fabrication réels. Et en tant que membre actif de 5G-ACIA, nous travaillons avec une équipe diversifiée de partenaires industriels IT et OT pour assurer la meilleure applicabilité possible de la technologie 5G et des réseaux 5G pour les industries connectées, en particulier les industries de fabrication et de transformation. 4. 5G-SMART, financé par la Commission européenne, rassemble des partenaires de l'industrie et de la recherche pour évaluer le potentiel de la 5G dans des environnements de fabrication réels.
Commencez dès aujourd'hui En élargissant le champ des applications possibles avec les technologies de communication cellulaire, la 5G est prête à faire passer l'industrie connectée au niveau supérieur. Mais il faudra encore plusieurs années avant que les facettes pertinentes de l'industrie de la norme soient mûres et que les opérateurs de réseaux mobiles déploient l'infrastructure nécessaire pour mettre en œuvre des solutions basées sur la 5G. La bonne nouvelle est que le 3GPP fait tout son possible pour assurer une transition en douceur des technologies 4G LPWA d'aujourd'hui à leurs successeurs 5G. Cela signifie que vous pouvez vous lancer dans votre aventure 5G aujourd'hui, profiter des possibilités que la 4G LPWA offre déjà pour permettre de nouveaux modèles commerciaux et prendre une longueur d'avance technologique sur vos concurrents qui rapportera des dividendes à long terme. Ludger Boeggering détient le titre de Senior Professional Market Development – Product Strategy, Product Center Cellular, chez u-blox.

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