FRMCS, une clé pour l’ERTMS et la numérisation du rail

(photo Infrabel)

Devenu obsolète, le GSM-R n’est plus l’avenir de la transmission des données ferroviaires. Le FRMCS devra le remplacer en tenant compte des dernières normes mondiales des transmissions de données.

Comme on le sait, le GSM-R, l’élément de télécommunications de l’ERTMS, a connu un grand succès avec son déploiement sur plus de 150.000 km de voies en Europe et 230000 km dans le monde. Le GSM-R fournit une connectivité 2G+ transparente entre le sol et le bord, mais cette technologie basée sur le GSM arrive en fin de vie tandis que les sous-systèmes du GSM-R sont confrontés à l’obsolescence. Le GSM-R n’a pas la capacité de transmettre les énormes quantités de données nécessaires aujourd’hui et à l’avenir. Bien que les fournisseurs aient garanti un soutien continu à la technologie GSM-R jusqu’en 2030, il est temps de passer à une nouvelle technologie de transmission de données.

C’est la raison pour laquelle l’Union internationale des chemins de fer (UIC) a lancé les premières études pour un successeur au GSM-R dès 2012.  Ces dernières années, l’UIC a réuni les principales associations et compagnies ferroviaires européennes ainsi que les organismes de normalisation des télécommunications ETSI Technical Committee for Rail Telecommunications (ETSI TC-RT) et les groupes de spécifications techniques du 3GPP. Le 3GPP est un consortium créé en décembre 1998 avec sept organismes de normalisation des télécommunications tels que l’UIT (Union internationale des télécommunications), ETSI (Europe), ARIB/TTC (Japon), CCSA (Chine), ATIS (Amérique du Nord) et TTA (Corée du Sud). Ce consortium produit et publie les spécifications techniques des réseaux mobiles de 3e (3G), 4e (4G) et 5e (5G) générations.

Ne pas oublier le rail
Les normes 3GPP sont structurées sous forme de versions. Les discussions sur le 3GPP font donc fréquemment référence à la fonctionnalité d’une version ou d’une autre. Chaque version comprend des centaines de documents individuels de spécifications techniques et de rapports techniques, dont chacun peut avoir fait l’objet de nombreuses révisions. Les normes 3GPP actuelles intègrent la dernière révision des normes GSM. Nous en sommes aujourd’hui à la 16e version, appelée R16. Une version R17 est en cours de développement et est prévue pour 2022.

(photo Global Rail review)

Lors de l’élaboration de normes à un niveau mondial aussi élevé, il est crucial de prendre en compte les exigences des chemins de fer, car les télécommunications touchent des secteurs très vastes, comme l’aviation, la marine marchande et l’industrie, avec le risque d’oublier le chemin de fer. Il a donc fallu beaucoup de lobbying pour que les spécifications normatives du 3GPP intègrent les exigences ferroviaires spécifiques. En fait, l’ETSI joue un rôle clé pour intégrer les technologies spécifiques au rail dans les normes de communication mobile mondiales dominantes. Les exigences ferroviaires ont donc été soumises aux groupes de travail du 3GPP, où une analyse avec les exigences existantes du 3GPP est effectuée, pour ensuite éliminer les écarts constatés par des exigences normatives supplémentaires ou nouvelles, qui seront incluses dans la R17.

(photo Global Rail Review)

Incontournable 5G
Ces évolutions ont conduit à développer pour le chemin de fer le Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) comme norme mondiale pour les télécommunications ferroviaires. Mais cela signifiait aussi que les opérateurs ferroviaires devaient commencer rapidement à planifier la manière dont ils prépareront et feront migrer leurs réseaux.

De par son faible débit (et ce malgré l’avancée majeure portée par l’arrivée du GPRS), le GSM-R 2G est souvent considéré comme le point limitant du système ERTMS. La question s’est alors posée de remplacer les protocoles GSM-R par un autre type de connectivité plus performant. Les dernières réflexions de l’UIC et de l’Agence ferroviaire européenne (ERA) ont montré une nette préférence pour la 5G, un choix soutenu – ce n’est pas une surprise -, par de nombreux fournisseurs de télécommunications et de grands opérateurs ferroviaires européens. En fait, la technologie 5G est la base de la nouvelle norme FRMCS, mais la 5G est nécessaire à la numérisation des chemins de fer. Cependant, les entreprises ferroviaires devront conserver leurs propres réseaux mobiles à part, car les opérateurs mobiles ont exclu l’utilisation de leurs réseaux commerciaux pour des raisons juridiques. L’usage de la 5G permet une augmentation du débit, une diminution de la latence, une standardisation des protocoles qui seront adaptés aux autres marchés et aussi une diversification de la concurrence. C’est surtout la promesse d’un réseau plus fiable avec un haut niveau d’engagement.

L’urgence de développer une norme basée sur les spécifications 3GPP telles que décrites plus haut (Release 16, ou supérieure), compatible avec la bande harmonisée mise à disposition du GSM-R (900 MHz), est requise par la révision du règlement européen (UE) 2016/919 de la Commission, prévue pour 2022 et qui doit inclure cette nouvelle norme ainsi que le FRMCS et d’autres fonctionnalités innovantes, pour actualiser et améliorer les performances de l’ERTMS et faciliter son déploiement.

(photo Unife)

L’introduction de la technologie 5G (version R16 ou R17) offre une série d’opportunités spécifiques (1) :

  • Efficacité spectrale améliorée – Le GPRS représente déjà une étape significative par rapport à la logique de commutation de circuits, multipliant jusqu’à quatre fois l’efficacité spectrale. D’autres améliorations significatives sont attendues avec la 5G;
  • Surmonter le double système voix-données actuellement utilisé, qui complique toute l’architecture et augmente considérablement les coûts embarqués. Cependant, la définition d’une architecture ERTMS et de radio embarquée pour la modernisation et pour les nouveaux véhicules sera cruciale pour saisir cette opportunité;
  • Nouvelles fonctionnalités avec l’introduction des « game-changers » pour les systèmes de commande, de signalisation et de contrôle des chemins de fer (notamment, mais pas exclusivement, pour l’ATO), y compris la communication vidéo pour les conditions dégradées;
  • Cyber-résilience élevée et obtention d’une technologie fiable pour la grande et la très grande vitesse (jusqu’à 500 km/h).

L’architecture FRMCS
Compte tenu de l’augmentation – encore inconnue – des demandes de communication mobile dans les chemins de fer, il est nécessaire que le concept FRMCS soit très flexible, en termes d’indépendance de technologie porteuse, de manière à être à l’abri de l’évolution spectaculaire du secteur des télécommunications, et qu’il soit aussi évolutif, extensible et enfin plus durable du point de vue économique. Pour ce faire, il fallait une architecture de pointe qui non seulement intègre les dernières technologies, mais permet également l’introduction de technologies futures. Alors que le GSM-R est un système peu flexible car il est traité comme un seul bloc, le FRMCS découplera les applications, les services et le transport pour permettre une plus grande indépendance et une plus grande flexibilité du support de transport. Cela signifie que l’on passera d’une approche centrée sur la voix à une approche centrée sur les données. C’est là que nous voyons l’importance de la 5G. Le découplage permet d’offrir davantage de services – il existe actuellement certaines restrictions à l’utilisation des réseaux publics – et la norme FRMCS offrira également une plus grande souplesse en matière d’interopérabilité. La définition et l’introduction des FRMCS permettront de faire face à ces tendances, en offrant une flexibilité suffisante en termes de fonctionnalité, de capacité et de performance, et en permettant une réduction des coûts grâce à l’utilisation de technologies, de produits et/ou de services de télécommunications commerciaux courants, tout en maintenant l’interopérabilité, qui est la clé d’un espace ferroviaire européen intégré.

Cette modularité permet de distinguer et de séparer les fonctions critiques (liées à la gestion du trafic et à l’intégrité des trains), des fonctions « non-critiques » annexes, comme les services à bord aux voyageurs.

Sécurité
Le FRMCS devra disposer d’un spectre dédié pour les applications critiques. Les besoins des chemins de fer en matière de performance des trains et d’infrastructure intelligente doivent également être couverts et s’avéreront bien plus importants en quantité que les besoins actuels. Les applications critiques FRMCS, ainsi que leurs options technologiques, sont principalement liées aux fonctions de communication (voix et données) strictement liées aux opérations ferroviaires avec des implications en matière de sécurité.

FRMCS est donc une architecture flexible et modulaire qui peut fonctionner avec une variété de technologies, notamment l’Ethernet (câble), le Wi-Fi, le réseau sans fil de point à point, ainsi que les radios cellulaires LTE/5G. La 5G utilisée pour FRMCS est une architecture dite « cloud-native », c’est à dire virtualisée et modulaire, et qui permet une meilleure évolution et peut fournir une gamme de services plus large. Le réseau 5G est piloté par logiciel et est programmable, ce qui le rend beaucoup plus automatisable et ce qui facilite l’introduction de nouvelles applications. Cela signifie que le rail peut tirer parti des investissements existants en matière de connectivité et qu’il sera en mesure d’évoluer avec l’arrivée de nouvelles évolutions technologiques. Les avantages pour les chemins de fer sont que le FRMCS fournit non seulement les mêmes fonctionnalités que le GSM-R – applications vocales radio pour les trains et données ETCS -, mais peut également changer la donne pour l’ERTMS, par exemple pour la numérisation des chemins de fer.

C’est un élément crucial pour faire du chemin de fer un transport d’avenir et durable.

(1) Tiré de cette page du Global Rail Review

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La Corée réussit un test de train autonome avec la 5G

Le Korea Railroad Research Institute a annoncé le succès des tests de la technologie de contrôle autonome des trains basée sur la 5G sur sa piste d’essai dédiée à Osong.

Le KRRI a été créé en 1996 en tant qu’organisme de recherche ferroviaire en Corée du Sud, dans le but de développer le transport ferroviaire et d’améliorer la compétitivité de l’industrie en déployant des activités stratégiques de R&D. Une piste d’essai sur sa nouvelle technopole de Osong fut achevée en 2019 et les tests avec deux véhicules de taille réduite ont commencé en avril dernier. Le 24 septembre dernier, KRRI a annoncé le succès d’un tout premier test de conduite autonome de train basé sur la 5G. De quoi s’agit-il au juste ?

Il est d’abord crucial de comprendre que, si la photo – la seule disponible -, montre des petits modules, ce n’est pas du tout le retour de idées des années 70, mais un concept destiné, plus tard, à être intégré sur trains lourds. Le système coréen s’écarte de la « méthode de contrôle centralisée » actuelle dans laquelle c’est le sol qui contrôle le train, pour mettre plutôt en œuvre la « méthode de contrôle distribuée », c’est à dire que le train contrôle lui-même sa propre sécurité. Chaque train détermine son propre profil de performance basé sur une communication directe de train à train qui rapporte les positions exactes de chaque convois. Une telle intégrité requiert dès lors la 5G pour absorber en temps réel la masse importante de données et réduire drastiquement le temps de latence. KRRI estime que cela pourrait réduire la quantité d’équipements de signalisation au sol jusqu’à 30%. 

Le délai de communication de la 5G est raccourci et la fiabilité de la transmission et la capacité de transmission des données sont améliorées jusqu’à 20 fois par rapport au système de signalisation existant. La technologie contrôle ainsi l’intervalle précis entre deux trains et peut de la sorte améliorer le débit en ligne.

Mais il y a encore mieux. Le système de conduite autonome permettra aux trains de partager des informations telles que l’itinéraire, les missions d’arrêt et les vitesses de circulation, et de reconnaître, d’évaluer et de répondre à des situations inhabituelles en temps réel. Des tests ont également été menés à l’aide d’une autre technologie qui permettra aux trains de définir leurs propres itinéraires dans les nœuds ferroviaires.

Ces essais sont donc d’un niveau assez poussé, car il n’y a ici de sol que les rails et quelques appareillages. Bien évidemment, ces premiers tests concernent des véhicules très légers, probablement à faible vitesse, et dont les distances de freinages doivent être risibles en regard à l’exploitation du « grand chemin de fer ». Il n’empêche ! Un train qui contrôle sa propre sécurité sans le besoin de circuits de voie – du moins en permanence -, est véritablement disruptif. Les coréens visent probablement à ce qu’un train choisisse lui-même à quelle voie il va stopper dans une grande gare, en fonction de l’occupation en temps réel, en fonction d’un planning-horaire continuellement mis à jour.

Science-fiction ? À voir. La question de l’hétérogénéité du réseau ne semble pas abordée dans cet exemple-ci, alors qu’il s’agit d’une question cruciale pour tous les opérateurs du monde, la (très) lente et douloureuse application de l’ETCS sur nos trains est là pour nous le rappeler.

Reste qu’en Asie, on avance. Il n’y a pas, là-bas, les tergiversations culturelles sur la 5G ni sur les technologies de demain. Les coréens avancent, reculerons peut-être un peu, mais un jour y arriveront.

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La 5G, une technologie clé pour l’avenir de nos chemins de fer

Il faut bien-sûr toujours s’interroger sur la finalité d’une nouvelle technologie. Or ce n’est pas le cas en ce moment, où beaucoup de personnes semblent vouloir remettre en cause notre monde moderne sous prétexte qu’on est arrivé « au bout des choses ». Le dossier 5G a migré dans le champ de l’irrationalité, grâce notamment aux réseaux sociaux où apparaissent soudainement des experts auto-proclamés. Pourtant, la 5G n’est pas un gadget « pour regarder des films dans l’ascenseur », mais notamment pour accélérer la modernisation, la fiabilité et la sécurité des trains. Remettons les choses à leur place…

La poussée technologique, qui accélère le développement numérique actuel, est motivée par le développement rapide de micro-puces toujours plus petites et plus puissantes. Celles-ci ouvrent constamment de nouvelles possibilités en matière de développement et d’optimisation des produits. Les principaux produits issus du développement technique sont les smartphones, les tablettes ainsi que les montres intelligentes, les lunettes de données et autres gadgets. L’objectif principal de la 5G est globalement le contrôle et la régulation sécurisés de la communication dans l’Internet des objets, en temps réel. Alors que la 2G, la 3G et la 4G étaient des systèmes de communication purement cellulaires dans lesquels les terminaux ne communiquent toujours qu’avec la station de base, la 5G sera fortement caractérisée par des architectures maillées dans lesquelles chaque nœud de réseau est relié à plusieurs (à tous) autres nœuds de réseau. Ces architectures maillées seront complétées par des concepts cellulaires.

La 5G est beaucoup plus rapide que les générations précédentes de technologie sans fil. Mais ce n’est pas seulement une question de vitesse. La 5G offre également une plus grande capacité, permettant de connecter en même temps des milliers d’appareils dans une petite zone, ce qui n’est pas possible actuellement avec la technologie 4G. La densité d’appareils connectés pourrait être ainsi dix fois supérieure : la 5G permettrait ainsi de gérer jusqu’à 2,5 millions d’appareils au km2, contre 250.000 pour la 4G. De quoi assurer l’essor de l’Internet des objets. La réduction de la latence (le temps entre le moment où l’on ordonne à un dispositif sans fil d’effectuer une action et celui où cette action est terminée) signifie que la 5G est également plus réactive, ce qui peut être intéressant pour les systèmes de sécurité, ce qui peut intéresser les systèmes de sécurité, qui demandent une réaction rapide à la milliseconde. Mais la plus grande différence est que la connectivité et la capacité offertes par la 5G ouvrent le potentiel de nouveaux services innovants. Et cela intéresse hautement l’industrie : la 5G, c’est en réalité un nouvel espace de vente, où on peut lancer des produits qui n’existent pas encore de nos jours. C’est aussi un nouvel espace de travail, avec des possibilités de surveillance et d’exploitation des objets et des actifs, comme les trains ou le comportement de la végétation le long des voies ferrées.

Au-delà de ces aspects industriels, il y a aussi l’aspect marketing. La 5G est considérée comme un formidable argument pour faire du train « un espace de vie comme à la maison ». Le défi : le streaming en continu à tout moment et en tout lieu pour les voyageurs. Faire des activités dans les transports publics qui ne peuvent pas être faites en conduisant une voiture. Offrir du « temps utile » en voyageant est quelque chose d’une grande importance, parce que cet argument permet de contrer le transport individuel, y compris d’ailleurs le vélo. Certains estiment alors que « ce temps utile » serait surtout « du temps inutilement gaspillé et contraire à la décroissance », car on risque « de passer du temps chez Amazon et d’accélérer la consommation ». Pour ces personnes, le trajet doit être « un temps de repos et de sobriété, pas un temps de consommation supplémentaire ». On s’immisce ici dans la vie privée des voyageurs et la 5G « grand public » est considérée comme un gadget de luxe. On entre alors dans le champs politique et social, où les détracteurs dénoncent des dépenses inconsidérées juste pour regarder un morceau de film durant les 20 minutes que vous passez dans le métro. Chacun jugera…

En s’opposant à la 5G « grand public », on s’oppose en réalité à la 5G industrielle, donc à l’avenir du rail, entre autres. Car il n’y a pas deux réseaux séparés. La 5G est pour tout le monde… ou pour personne. Mais il ne faut pas sous-estimer l’impact sur les entreprises. Paul Cuatrecasas, un banquier d’investissement qui conseille les entreprises technologiques, a écrit un livre dans lequel il dit « pour les opérateurs traditionnels, la technologie est soit un virus, soit une vitamine. Le digital est une épée à double tranchant – vous pouvez l’utiliser pour tuer vos concurrents, ou il peut être utilisé pour vous tuer. » C’est ce qui pourrait arriver aux chemins de fer…

À quoi sert la 5G ?
La 5G dans le secteur ferroviaire recouvre beaucoup de domaines. Cela va de l’occupation des trains en temps réel à la surveillance des talus le long de la voie, en passant par la maintenance prédictive, la sécurité des trains et les conduites semi-automatisées de type ATO. Nous avons déjà montrer de nombreuses applications de la 5G sur ce site. Il faut évidemment faire la part des choses entre ce qui sera rapidement possible à faire et des concepts qui ne deviendront réalité qu’à moyen terme.

>>> Voir notre section consacrée au rail digital

Il ne faut cependant pas sous-estimer les coûts de la 5G le long du réseau ferroviaire. La réalité montre qu’une expansion de 3,5 GHz le long des lignes ferroviaires, où la 5G est actuellement principalement utilisée, nécessiterait de nombreux nouveaux sites d’émission qui n’existent pas encore ou dont l’expansion serait très coûteuse. Le coût extrêmement élevé des licences est un argument massue qui a sensiblement freiné l' »appétit » des opérateurs de réseau. Selon le cabinet de conseil MM1 de Stuttgart, personne ne sait actuellement quand les débits de pointe de 10 GBit/s visés en champ libre seront effectivement atteints et comment cette largeur de bande pourra être introduite dans les trains. Grâce à de nouveaux types de vitres qui présentent moins d’atténuation ? Par de nouveaux répéteurs intérieurs à haute performance ? Par le WLAN embarqué, qui est déjà bien surchargé aujourd’hui ? Ces conclusions ne font pas l’unanimité et la bataille des experts fait rage. Il est aussi probable que les opérateurs ferroviaires préféreront d’abord se concentrer sur des domaines prioritaires, liés aux aspects industriels du chemin de fer.

Il y a pourtant des domaines où la 5G demeure essentielle dans le secteur ferroviaire. C’est le cas de l’exploitation des trains. Le risque d’obsolescence des systèmes 2G et 3G est réel, bien que l’industrie du GSM-R garantisse un cycle de vie allant jusqu’à environ 2030. Après cela, le manque de composants et de savoir-faire rendra la poursuite des opérations de plus en plus difficile et plus coûteuse. Ce problème concerne actuellement principalement le système ferroviaire ETCS, qui fonctionne toujours avec la 2G parce que ce format était suffisant pour la transmission voie-machine. La recherche d’un système à l’épreuve du temps implique le choix de la 5G, puisque les spécifications de la 4G sont désormais gelées et qu’elle est déjà dans la seconde moitié de son cycle de vie dans le secteur des réseaux mobiles publics. Cela pose un problème de spectre, mais ce n’est pas l’objet du présent document. Retenons simplement que la 5G est ici essentielle pour l’avenir de l’exploitation des trains, notamment en ce qui concerne l’ATO.

>>> À lire : Allemagne – Rail numérique, ERTMS et ATO pour les trains régionaux

Un autre facteur de progrès est la maintenance prédictive. Sébastien Kaiser, directeur Connectivité & Réseaux au sein de SNCF, nous explique que la SNCF a identifié 28 cas d’usages. « À Lyon, nous testons avec Bouygues Telecom, Ericsson et Samsung, la capacité à remonter les informations techniques des trains dès leur arrivée en gare. Transmettre rapidement ces données aux centres de maintenance afin de gagner en réactivité sur l’identification des pannes et la préparation des actes de maintenance est un enjeu de productivité et in fine de qualité de service.»

La DB vient d’inaugurer un nouvel atelier à Cottbus, à l’Est du pays, près de la frontière polonaise. Sabina Jeschke, membre du conseil d’administration de la DB pour la numérisation et la technologie : « nous saisissons l’opportunité de construire l’atelier de maintenance des trains le plus moderne d’Europe. Cet atelier sera plus automatisé et contrôlé numériquement que tout autre et constitue également une vitrine pour l’ingénierie allemande. Les robots, le ‘learning machine’ [ndlr : l’auto-apprentissage] et l’intelligence artificielle réduiront radicalement le temps que les trains ICE passent dans l’atelier. Les véhicules pourront retourner sur le réseau beaucoup plus rapidement – ce qui renforce la ponctualité. Avec ce nouvel atelier et deux fois plus d’emplois, nous augmentons considérablement nos capacités. Cela est indispensable car la flotte ICE passera à plus de 420 véhicules d’ici 2026. » Siemens, de son côté, a également construit sa vitrine technologique à Dortmund, pour en apprendre au maximum sur la disponibilité des trains régionaux du Nord-Westphalie.

L’exploitation des trains à distance et via le cloud est encore un autre défi qui nécessite la 5G. C’est ce Siemens a testé en Suisse en 2017, mais sur une petite ligne fermée. Le système Iltis de Siemens (utilisé par les CFF depuis plus de 20 ans), et les applications au sol et l’infrastructure informatique sont dorénavant exploitées à distance dans le cloud, depuis le centre Siemens de Wallisellen, à 170 km de la cabine de signalisation de Zermatt. Un des grands avantages du cloud computing est de pouvoir exploiter toutes les fonctions du système de télégestion ferroviaire par acquisition d’une licence, sans devoir se procurer les très lourds systèmes matériels et logiciels nécessaires. Cela évite bien évidemment des options coûteuses. Les ÖBB ont fait un test identique cet été, sur une distance de 55km.

>>> À lire : Dortmund – Siemens construit son propre atelier d’entretien à l’ère des datas

Un dernier exemple est la disponibilité des infrastructures. C’est crucial à la fois pour la circulation des trains, mais aussi parce que désormais, les opérateurs roulent sur le réseau sur une base contractuelle, ce qui suppose la résolution des litiges. Combien de fois n’avons-nous pas eu une ligne fermée plusieurs jours suite à accident, comme en ce moment entre Edimbourg et Aberdeen ? Mesurer le comportement de la voie, des ponts et des talus passe par les données, beaucoup de données. « Les données satellitaires pourraient nous être d’une aide énorme, même en cas de panne. Cette année (2020), nous prévoyons de tester si la technologie peut nous donner un aperçu plus rapide de la situation sur les lignes en cas de perturbation que ce qui est possible actuellement. L’objectif est de maintenir la phase d’incertitude pour les clients aussi courte que possible et de publier une prévision le plus tôt possible, » explique Sabina Jeschke. Les satellites permettent en effet de surveiller l’évolution de la végétation, par comparaison d’images, et retirer des arbres malades ou de consolider un sol qui aurait tendance à bouger. Autrement dit, avec des tonnes de données croisées.

>>> À lire : Comment les satellites et l’intelligence artificielle surveillent la végétation

Tout cela démontre que la 5G est une technologie importante pour l’avenir du chemin de fer et qu’il faut la prendre sur son côté « progrès ». La même remarque peut d’ailleurs être faite pour de nombreux autres secteurs, comme la surveillance des forêts, des glaciers ou encore dans le domaine de la santé, qui sont des éléments cruciaux pour notre propre avenir. Si, en plus, on peut regarder des films en streaming, c’est bien, mais ce n’est pas la priorité des chemins de fer…

Sources:

2016 – Eurailpress.de – 5G ermöglicht Bahn 4.0

2019 – Sabina Jeschke, Vorstand Digitalisierung und Technik Deutsche Bahn – 5G für die Schiene

2019 – Bahn und Fahrgast Kommunikation – Von 2G/GSM-R zu 5G/FRMCS aus SBB-Perspektive

2020 – L’Usine Nouvelle – 5G, mythes et réalités

2020 – Ofcom – What is 5G?

2020 – Christophe Leroy – Le Vif/L’Express – La 5G est-elle dangereuse pour la santé?

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Ce que la 5G peut offrir aux chemins de fer

Comme le transport ferroviaire augmente très rapidement un peu partout, il devient essentiel d’avoir des communications de haute qualité pour le contrôle et l’exploitation des trains, ainsi que des communications de grande capacité pour les voyageurs et pour l’exploitation des trains, comme la maintenance prédictive. Actuellement, les systèmes de communication ne sont pas capables de fournir ces services, ce qui impliquerait l’utilisation de la 5G pour remplacer les anciens systèmes GSM-R et les systèmes dédiés à la signalisation ferroviaire.

5G_03_Siemens

Pour faire en sorte que le chemin de fer puisse améliorer considérablement ses services, de nouvelles solutions informatiques et de communication reposant sur les flux de datas sont nécessaires. Ces solutions permettront de surveiller, d’analyser et d’exploiter les informations relatives à l’énergie et aux actifs pour l’ensemble du système ferroviaire, par exemple le réseau électrique, les gares, le matériel roulant et les infrastructures. Or, pour surveiller et gérer des quantités énormes de données, les technologies actuelles ne suffisent plus et la 5G semble offrir d’énormes possibilités.

Spécifications techniques

Les discussions autour de la 5G relèvent en gros de deux courants de pensée : une vision axée sur les services qui considère la 5G comme une consolidation des innovations 2G, 3G, 4G, Wi-Fi et autres, offrant une couverture bien plus étendue et une fiabilité permanente ; et une seconde vision qui prévoit un changement progressif de la vitesse des données et une réduction de l’ordre de grandeur de la latence de bout en bout.

Certaines des exigences identifiées pour la 5G peuvent encore être rencontrées par la 4G ou d’autres réseaux. Mais les exigences techniques qui nécessitent un véritable changement de génération sont une latence inférieure à 1 ms et une vitesse de liaison descendante supérieure à 1 Gbps. « Avec la 5G, nous augmentons le débit de données, nous réduisons le temps de latence de bout en bout et nous améliorons la couverture. Ces propriétés sont particulièrement importantes pour de nombreuses applications liées à l’internet des objets. Un exemple est celui des voitures autonomes et des transports intelligents, pour lesquels une faible latence est essentielle », explique Zhiguo Ding de l’université de Lancaster. En quoi est-ce une révolution pour le chemin de fer ?

On pense trop souvent que la 5G est un gadget destiné à satisfaire les téléchargements et le streaming des voyageurs dans le train. Cette vision est très réductrice. La technologie 5G peut fournir des possibilités techniques industrielles qu’il n’est pas possible d’obtenir actuellement. L’internet des objets, par exemple, n’est pas un gadget destiné à surveiller seulement votre frigo ou votre chauffage à la maison, mais bien à obtenir un état des lieux permanent de l’usure des éléments.

Dans l’ensemble, la 5G permet une exploitation en temps réels pour ces quelques exemples suivants :

  • suivi en temps réel des queues aux guichets;
  • personnalisation marketing des millions de clients;
  • taux de charge des trains en temps réel et diffusion d’information pour mieux répartir les voyageurs;
  • usure des essieux et des éléments techniques des trains;
  • usure de l’infrastructure, surveillance des pics de consommation d’électricité;
  • possibilité de faire entrer les trains en atelier que quand cela est strictement nécessaire;
  • fabrication de certaines pièces de rechange avec une imprimante 3D;
  • Prévisions de trafic avec l’intelligence artificielle.

Toutes ces possibilités requièrent des flux très important de données que la 4G actuelle n’est pas en mesure d’offrir.

5G_02_ticket

Du côté des voyageurs

Les voyageurs ont trois demandes essentielles :

  • rapidité d’achat des tickets et lisibilité simple des tarifs;
  • tickets sans papier;
  • un wifi gratuit fiable à bord sans coupures.

La tarification est une jungle nationale, parce que certains éléments ne concernent que les résidents locaux qui bénéficient d’une politique sociale locale, comme les étudiants ou les seniors. Il est essentiel malgré tout de présenter, pour un trajet X, une tarification la plus simple possible en un seul coup d’oeil, puis de pouvoir choisir la meilleure formule et d’obtenir un QR code en guise de billet, plutôt que d’avoir l’obligation de l’imprimer.

Du côté des opérateurs téléphoniques, la priorité a été donnée de placer les antennes dans tous les villages du pays afin d’avoir la couverture résidentielle maximale. Cependant, il existe encore beaucoup de « trous » le long des voies et la 4G est interrompue, tout comme parfois même la simple communication téléphonique. Il n’y a rien de plus frustrant pour les voyageurs, alors que le train est précisément vanté pour « faire autre chose que de conduire ».

Du côté des opérateurs ferroviaires

Les applications 5G peuvent être regroupées en trois zones , mais les deux premières sont les plus importantes pour les communications ferroviaires:

  • communications d’environnements critiques .
  • communications à bande passante augmentée et haute vitesse .
  • communications de masse et IoT.

Le premier point est très avantageux et utile pour les applications de contrôle et de maintenance des opérations critiques et d’un intérêt très spécifique pour les communications ferroviaires. Celles-ci peuvent être entreprises en établissant des communications sécurisées, ultra fiables (perte de paquets inférieure à 1 par 100 000 000 millisecondes) et à faible temps de latence (1 milliseconde).

Comme le souligne le Prof. Dr. Sabina Jeschke de la Deutsche Bahn, les données 5G des capteurs de trains et d’infrastructures ferroviaires peuvent être transmises de manière bien plus rapide : reconnaissance d’objets et géolocalisation, communication entre trains (Car2X) ou encore transmission de données techniques des trains vers les dépôts pour la maintenance conditionnelle.

La maintenance conditionnelle est d’une importance cruciale. Les autorités responsables des transports ne veulent plus que des dizaines de trains restent dans les ateliers pendant plusieurs jours. Comme le train est un actif qu’il faut faire rouler, le taux de disponibilité doit être nettement amélioré.

Le point le plus critique concerne la signalisation. Le poids d’un train et sa vitesse déterminent l’espace nécessaire entre deux convois afin d’éviter qu’ils n’entrent en collision. Avec la signalisation conventionnelle, cette distance est actuellement très élevée et impacte sur le flux disponible sur une ligne ferroviaire. Pour éviter de construire d’autres voies coûteuses, l’idée est de réduire l’espace entre deux trains et d’améliorer le débit. Or, le fait que les trains ne sont pas tous homogènes posent des problèmes que seule une forte quantité de données traitée très rapidement pourrait résoudre. Cela démontre l’importance de la 5G qui devrait être couplée avec la technologie ETCS niveau 3, qui n’est pas encore d’application à ce jour.

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Bataille des géants

La Commission et les pays de l’UE s’efforcent de créer un environnement favorable à la construction des écosystèmes et au développement du savoir-faire en Europe. À cet égard, l’Observatoire européen 5G rend compte des progrès réalisés dans le domaine du spectre et des feuilles de route nationales. Un nouveau rapport de l’Observatoire 5G de la Commission européenne montre que l’Europe montre la voie en matière de tests 5G avec 139 essais dans 23 États membres, créant de nouvelles opportunités commerciales pour la 5G. Comme le montre le rapport, les préparatifs s’intensifient en Europe alors que les premiers réseaux 5G sont prêts à être ouverts aux entreprises.

La 5G peut aussi être perçue comme un nouveau business pour les entreprises, alors que les ventes de 4G s’essouflent par le fait que le marché est devenu mature et saturé. Tous les « grands » du secteur data, Cisco, Siemens, IBM, Samsung, ainsi que le controversé Huawei se sont mis en ordre de bataille pour gagner des marchés dans le monde entier.

C’est une bataille qui n’est pas au goût de tout le monde. Les enjeux géopolitiques autour de la cinquième génération de téléphonie mobile se mêlent désormais aux défis financiers et concurrentiels. Mais il y a aussi d’autres enjeux qui inquiète le monde scientifique.

La 5G mauvaise pour la santé ?

Depuis sa création, l’un des principaux problèmes liés à la technologie 5G concerne ses effets potentiels sur le corps. Des études scientifiques révisées par des pairs indiquent déjà que les technologies sans fil actuelles 2G, 3G et 4G – utilisées de nos jours avec nos téléphones portables, ordinateurs et technologies portables – créent des expositions aux radiofréquences qui posent un risque grave pour la santé des êtres humains, des animaux et de l’environnement.

La 5G augmente l’exposition aux champs électromagnétiques de radiofréquence ont prévenu, en septembre 2017, plus de 170 scientifiques dans un moratoire commun. De leur côté, les grandes agences de santé tiennent des propos bien plus nuancés. Le lecteur intéressé pourra tenter de trouver une réponse à ce lien (en anglais), qui recense de nombreuses études sur cette question.

Au-delà de ces polémiques qui sortent du périmètre ferroviaire, il faut garder à l’esprit que la technologie et la réorganisation du chemin de fer est important pour le climat. Il s’agit de transférer vers le rail le plus de gens possible vers un transport décarboné. Or, pendant que le chemin de fer se modernise, d’autres secteurs accaparent la technologie de manière beaucoup plus rapide et pourraient démontrer aux décideurs politique que, décidément, le train est toujours en retard. Entre les ondes et les déplacements sans carbone d’un maximum de citoyens, il va falloir choisir…

Sources :

2014 – GSMA Intelligence – Understanding 5G: Perspectives on future technological advancements in mobile

2015 – IEEE Spectrum / Alexander Hellemans – Will 5G become the backbone of the Internet of Things?

2016 – Mitsubishi Electric / David Mottier – How 5G technologies could benefit to the railway sector: challenges and opportunities

2017 – Cisco / Stephen Speirs – Why Wait for 5G? The Challenges of Railway Connectivity

2018 – Computer Weekly.com / Alex Scroxton – Trackside network to bring 5G to UK rail travellers by 2025

2018 – Railtech.com – Network Rail va commencer les essais avec la 5G

2018 – Teldat / Fransisco Guerrero – Will 5G solve the railway dilemmas?

2018 – Eurescom – The 5G-PICTURE approach for future railway systems

2019 – Intelligent Transport – Automotive and transport among most-tested use cases for 5G technologies

La 5G pour le rail allemand

Mediarial.be dispose ici d’une rubrique : le billet invité. Vous avez envie de donner votre point de vue sur un sujet de ce blog, vous êtes le bienvenu sous conditions de sérieux et d’argumentations. Exclusivement ferroviaire et mobilité. Politique, idéologie et promos sont exclues. 

Les opinions des billets invités n’engagent pas la rédaction de ce blog.

Une opinion du Prof. Dr. Sabina Jeschke
Vorstand Digitalisierung und Technik Deutsche Bahn – publié le 08 février 2019
Article original : 5G für die Schiene, paru sur LinkedIn (traduit en français avec l’autorisation de l’auteure)

La cinquième génération de téléphones mobiles, la 5G, est dans les starting-blocks. Au printemps 2019, les licences de radio mobile pour le futur réseau 5G seront vendues aux enchères en Allemagne. À la fin de l’année dernière, l’Agence fédérale des réseaux (BnetzA) en a défini les conditions-cadres. Cela a ouvert la voie à l’avenir – pour l’Allemagne dans son ensemble, en tant que terrain commercial et numérique, mais également pour la Deutsche Bahn.

La 5ème génération de mobiles marque une étape importante dans la numérisation du transport ferroviaire et offre davantage de qualité et de capacité: avec la 5G, nous jetons les bases d’un formidable élan technologique pour les chemins de fer et nous élevons la connectivité ferroviaire à un niveau supérieur. Les exigences formulées par l’Agence fédérale des réseaux constituent la base des débits de transmission radio qui permettent à long terme l’analyse de grandes quantités de données, l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle dans les opérations ferroviaires. Par exemple, les données 5G des capteurs de trains et d’infrastructures ferroviaires peuvent être transmises de manière bien plus rapide. Les mots clés sont  : reconnaissance d’objets et géolocalisation, communication entre trains (Car2X) ou encore transmission de données techniques des trains vers nos ateliers pour la maintenance conditionnelle.

Découpage de réseau dans le transport ferroviaire

Par conséquent, il est crucial que nous identifiions les besoins du chemin de fer déjà au stade du développement de la nouvelle technologie et que nous les intégrions dans la normalisation et le développement du produit. C’est pourquoi nous nous sommes associés à l’initiative « 5G ConnectedMobility » – un consortium soutenu par le ministère fédéral des Transports et de l’Infrastructure numérique (BMVI).

Le « découpage en réseau » joue un rôle clé dans le domaine des essais 5G sur la ligne à grande vitesse entre Nuremberg et Greding. Sur ce tronçon, nous testons avec Ericsson les antennes 5G et la fonction de découpage en réseau pour le trafic ferroviaire allemand. Avec cette technologie, différentes applications peuvent être contrôlées différemment dans un réseau mobile. Les applications opérationnelles reçoivent la hiérarchisation nécessaire, car elles doivent être extrêmement robustes et sécurisées. D’autres applications, telles que l’infotainment à bord d’un train, bénéficient d’un temps de réponse garanti et d’une capacité de données élevée. Globalement, les réseaux mobiles 5G peuvent ainsi être utilisés selon les besoins.

Pour la première fois, le champ de test du consortium permettra trois fonctionnalités différentes avec des exigences différentes pour le réseau mobile via une seule infrastructure de communication : le contrôle des trains, la surveillance des trains et l’infotainment à bord.

Nous traitons de manière responsable tous les aspects de la neutralité du réseau: notre objectif est que les paquets de données soient traités de la manière la plus égale possible et qu’ils soient transmis le plus rapidement possible, tout en tenant compte des aspects liés à la sécurité. Enfin, il est clair que les pompiers ou la police ont priorité sur la bande passante.

Le « laboratoire le plus rapide sur rails »

Les tests portent sur la diffusion et la stabilité du réseau 5G, ainsi que sur la transmission de données d’un véhicule à l’autre, de même que sur la numérisation de l’infrastructure ferroviaire. Nous utilisons pour cela notre nouveau train test appelé « Advanced TrainLab« . Avec ce « laboratoire le plus rapide sur rails » disposant d’une vitesse maximale de 200km/h, la DB offre à l’ensemble du secteur ferroviaire la possibilité de tester les technologies futures indépendamment des opérations ferroviaires normales mais dans des conditions réelles.

On peut ainsi tester tous les composants possibles du véhicule et de l’informatique, qu’il s’agisse d’antennes, de capteurs ou de caméras. Dans les mois à venir, l’Advanced TrainLab sera utilisé pour des essais dans le domaine de la technologie des capteurs pour la détection d’objets et d’obstacles, ainsi que pour la détection des signaux et de reconnaissance de l’environnement. La détermination de la position des trains en temps réel est également fournie. En outre, des tests sont prévus pour l’échange de données entre train, véhicules et infrastructure, par exemple aux passages à niveau, ainsi que l’utilisation de carburants neutres pour l’environnement pour les véhicules ferroviaires à moteur diesel.

Surfer à bord sans interruption

La 5G est un levier important non seulement pour la numérisation des opérations ferroviaires, mais aussi pour l’amélioration de la qualité et de la capacité du rail. La 5G nous permet de répondre aux besoins et aux demandes de nos passagers en termes de téléphonie et de fourniture de données dans le train. La stabilité des offres de téléphonie mobile et de données pour les clients du rail est une exigence fondamentale de nos jours, tant pour le trafic longue distance que pour le trafic domicile-travail.

Depuis longtemps, nous entretenons des relations étroites avec l’Agence fédérale des réseaux et les opérateurs mobiles afin d’améliorer la connectivité du chemin de fer. Les conditions fixées par l’Agence fédérale des réseaux pour la diffusion autour des voies ferrées jusqu’en 2024, dans le cadre des enchères de fréquences 5G, assureront un service universel et sont donc importantes. Nous mettons tout en œuvre pour créer les conditions techniques préalables afin que nos passagers soient aussi « connectés » que possible durant leur voyage.

Prof. Dr. Sabina Jeschke