Stratosphere-First Telecoms #2 - RAN stratosphérique : conception d'un gNB dans le ciel

Note d'information

• Considérez HAPS comme une couche RAN de première classe que votre cœur peut voir et contrôler comme n’importe quel autre RAT.

• Concevoir autour de quatre priorités :

  (1) mission critique en premier,

  (2) pile de charge utile simple,

  (3) souverain/sécurité par conception,

  (4) KPI que vous pouvez piloter et vérifier.

• Conçu pour une couverture quotidienne et une capacité de pointe, mais prouvez votre valeur même dans les pires jours (inondations, incendies, coupures de fibre, panne de courant).

Présentation de l'architecture

Charge utile (segment aérien)

• LTE/5G eNB/gNB avec système d'antenne multifaisceaux à gain élevé

• MEC aéroporté en option (edge computing) pour MCX, vidéo, SIG et analyse

• Passerelle d'interfonctionnement LMR/TETRA pour l'intégration radio héritée

• Agent de diffusion cellulaire interfaçant avec le CBE national/d'entreprise

Backhaul (choisissez-en deux pour la diversité)

• Micro-ondes vers un terrain élevé ou un hub métropolitain

• Le satellite Ka/Ku se téléporte

• Relais LEO pour la redondance des chemins

Intégration de base (segment terrestre)

• Interfaces EPC/5GC standard

• Règles de politique (PCF) pour le pilotage et la préemption des HAPS

• Analyses NWDAF alimentées par la télémétrie HAPS pour une assurance en boucle fermée

Sécurité et conformité

• Segment terrestre à confiance zéro, garde des clés dans le pays , SBOM signés, alignement d'interception légale

Conception radio et faisceau

• Bandes : privilégiez les bandes LTE/5G sous licence existantes pour la compatibilité des téléphones ; ajoutez une bande moyenne pour la capacité, une bande basse pour la portée.

• Faisceaux : Un parapluie macro pour le commandement/contrôle plus des faisceaux sectorisés pour les villes, les couloirs de transport, les ports ou les hôpitaux.

• Bilan de liaison : réseaux à gain élevé, formation de faisceaux, codage adaptatif ; en mode catastrophe, polariser le planificateur vers la voix/PTT et la messagerie pour protéger le plan de contrôle et les services de sécurité publique.

• Mobilité : fenêtres d'avance temporelle plus grandes ; seuils de transfert conservateurs ; empreintes de faisceau précalculées pour les AOI probables.

Backhaul et passerelles (la résilience avant tout)

• Chemin principal : Micro-ondes vers un site renforcé avec alimentation électrique protégée.

• Chemin secondaire : relais satellite/LEO ; basculement automatique du routeur avec préservation de la qualité de service.

• Résidence et LI : Placer des passerelles orientées vers le cœur de métier dans le pays ; appliquer la résidence des données et l'interception légale.

• Cartographie QoS : maintenez les mappages QCI→5QI de bout en bout afin que le trafic de sécurité publique conserve sa classe tout au long du backhaul.

Contrôle du cœur et des politiques — Faire du HAPS « juste un autre RAT »

• Enregistrement : Annoncez les cellules HAPS avec des TAC/TAI distincts pour cibler précisément la politique et les tranches.

• Politique (PCF) :

  • Opérations normales → privilégier les opérations terrestres ; diriger uniquement les UE prioritaires vers HAPS.

  • Panne/catastrophe → anticiper les classes de consommateurs et promouvoir automatiquement les tranches de sécurité.

• Découpage (5G) : définir les S-NSSAI pour (1) la sécurité publique MCX, (2) les opérations de santé et d'urgence, (3) les services publics/SCADA, (4) le grand public.

• Analyse : alimentez les KPI HAPS dans NWDAF ; déclenchez des actions (baisse des débits vidéo, extension des PRB pour MCX, décalage des faisceaux).

Plan directeur de la sécurité publique (mission critique d'abord)

Services cibles : MCX (PTT/vidéo/données), repli vocal, messagerie sécurisée, localisation.

Conception

• S-NSSAI dédié avec PRB garantis et préemption .

• Contrôle d'admission : liste blanche des SIM/eSIM des répondeurs ; limite d'UE par cellule pour l'intégrité MCX.

• QoS : Perte/gigue serrée ; vidéo résiliente à faible débit binaire pour les caméras corporelles ; latence PTT ≤ 300 ms (95e) .

• Itinérance inter-agences : IMSI/eSIM temporaires pour l'entraide ; provisionnement rapide au centre des opérations d'urgence.

Bord (facultatif)

• MEC aéroporté pour les communications de groupe, le transcodage vidéo, la détection d'objets (fumée/feu/personne) et les couches SIG locales pour réduire la charge de liaison.

Interopérabilité LMR/TETRA

• Passerelle (aérienne ou terrestre) reliant les groupes de discussion MCX ↔ LMR/TETRA hérité.

• Cartographiez les groupes de discussion et les clés via le répertoire EOC ; enregistrez-les pour une révision après action.

• Repli : si MCX se dégrade, maintenez l’interopérabilité vocale uniquement .

Diffusion cellulaire et avertissement public

• Connectez le CBE national/d'entreprise à la diffusion cellulaire HAPS.

• Modèles multilingues pré-construits : inondation, incendie, tempête, évacuation, abri, médical.

• La diffusion est hors bande par rapport au trafic utilisateur ; planifiez des alertes même lorsque le trafic consommateur est limité.

• Géo-cible avec polygones de faisceau ; livraison de journaux pour conformité.

Sécurité et souveraineté par conception

• Zero-trust : mTLS partout, racines matérielles de confiance, journalisation immuable.

• Garde des clés : KMS/HSM dans le pays pour SIM/eSIM et clés réseau ; flux de travail d'identification d'urgence stricts.

• Chaîne d'approvisionnement : micrologiciel signé (SBOM), attestation au démarrage, pipelines de mise à jour sécurisés.

• Interception légale : points d’interception aux portes d’entrée du pays ; processus vérifiables.

Manuel de gestion des catastrophes (Tech Flow)

1. Pré-événement

   • Packs de politiques de chargement (règles de préemption, tables de limitation).

   • Liste blanche des UE répondants ; modèles de diffusion bilingues de scène.

   • Tester le double backhaul ; confirmer l'autonomie du générateur et les pièces de rechange.

2. Activation (H+0 → H+6)

   • Lancement ; attacher le faisceau parapluie ; enregistrement automatique sur le noyau.

   • La sécurité publique est d'abord coupée en deux ; poussez la diffusion cellulaire initiale.

   • Activer l'interopérabilité LMR/TETRA ; vérifier les groupes de discussion MCX.

3. Stabilisation (H+6 → H+72)

   • Ajoutez des poutres pour les hôpitaux, les ports, les dépôts, les EOC.

   • Exécutez des analyses MEC pour la vidéo situationnelle ; limitez le trafic public si nécessaire.

   • Réacheminer le retour au fur et à mesure de la restauration.

4. Transfert et retrait

   • Déchargez vers des sites terrestres réparés ; conservez les HAPS comme garde-fou.

   • Exportez les journaux, l'historique CB et les KPI vers l'enregistrement de l'incident.

Indicateurs clés de performance en cas de catastrophe (tableau de bord exécutif)

Disponibilité et rapidité

• Temps de mise en vol (TTA) : lancement → premier accrochage (cible : heures)

• Délai d'alerte (T2A) : déclenchement CBE → diffusion sur le combiné (cible : minutes)

Performances critiques pour la mission

• Latence PTT (95e) : ≤ 300 ms

• Réussite de l'établissement de l'appel MCX ; réussite du transfert sous charge

• Taux de réussite des vidéos Bodycam/terrain à 256–512 kbps

Couverture et capacité

• Population sous-couverte (estimation dynamique)

• Utilisation du PRB par tranche ; faisceaux à pleine capacité

Continuité et impact

• Sites restaurés avec le support HAPS

• Crédits de service évités (devise)

• Succès de la connexion du répondeur ; densité des périphériques prise en charge

Nomenclature du pilote

• Air : plateforme HAPS ; eNB/gNB ; antennes à gain élevé ; MEC en option ; télémétrie et contrôle de vol

• Backhaul : Kit micro-ondes ; modem et antenne satellite/LEO ; routage avec basculement automatique ; crypto

• Noyau : intégration EPC/5GC ; politiques PCF ; hooks NWDAF ; définitions de tranches ; pile IMS/MCX

• Interopérabilité et alertes : passerelle LMR/TETRA ; connecteur CBE ; modèles multilingues

• Sécurité : HSM/KMS ; médiation LI ; flux SIEM ; chaîne d'outils de vérification SBOM

• Opérations : équipement au sol ; pièces de rechange ; appareils de test ; kits de vol/d'essai

Plan de test de 90 jours

Phase 1 — Mise en place

• Fixer la poutre parapluie ; vérifier l'enregistrement et l'application du PCF.

• RSRP/RSRQ/SINR de base ; temps de connexion ; latence inactive → connectée.

Phase 2 — Mission critique

• Liste blanche des UE répondants ; mesure de la latence PTT , de la configuration des appels MCX et du temps de diffusion de la diffusion cellulaire .

• Valider la qualité vocale LMR/TETRA et le mappage de groupe.

Phase 3 — Stress et basculement

• Charger le trafic consommateur ; anticiper pour protéger MCX ; vérifier l'intégrité de la qualité de service.

• Backhaul primaire coupé en dur ; confirmez le basculement automatique avec la stabilité des KPI.

Phase 4 — Rapport

• Tableau de bord exécutif avec les KPI ci-dessus ; recommandations de déploiement.

Risques et atténuations

Risque	Atténuation
Espace aérien / météo	Planification saisonnière ; sites de lancement doubles ; couloirs préalablement autorisés ; règles d'interruption en cas de vent fort
Conflits de spectre	Études d'interférence précoces ; coordination avec le régulateur ; contrôle dynamique de la puissance/inclinaison
Fragilité du backhaul	Chemin double ; relais LEO ; marquage QoS de bout en bout
Incident de sécurité	Zero-trust ; HSM ; SBOM ; surveillance continue ; exercices d'équipe rouge
Complexité de l'interopérabilité	Intégration de laboratoire pour MCX + LMR ; manuels d'exploitation de bout en bout ; exercices opérateur/EOC

Conclusion : Ingénieur pour le pire jour

Un RAN stratosphérique, privilégiant par défaut la sécurité publique , diffusant sur commande et basculant selon les politiques, transforme les HAPS de nouveauté en nécessité. Construisez la charge utile et l'intégration autour de ces principes, mesurez les indicateurs clés de performance (KPI) en cas de catastrophe et vous disposerez d'une plateforme capable d'assurer une couverture quotidienne et de prouver son efficacité lorsque tout le reste échoue.