La Naval Postgraduate School (NPS) et le bureau FutureG du bureau du sous-secrétaire à la Défense pour la recherche et l'ingénierie ont récemment franchi une étape importante vers l'avancement des capacités de réseau sans fil de nouvelle génération pour le ministère de la Défense (DOD) et le développement de la main-d'œuvre pour les déployer. .

Le 22 avril, le Dr Tom Rondeau, directeur principal de FutureG, a officiellement approuvé un investissement de 1,8 million de dollars dans NPS au cours des cinq prochaines années pour le développement de la main-d'œuvre et l'éducation, en plus de la recherche sur les applications expéditionnaires des réseaux ouverts 5G et au-delà.

Le projet, intitulé Active-Duty Open-Source Development (ADOSD), vise à établir un programme formel et soutenu d'enseignement et de recherche de niveau supérieur au NPS pour développer une expertise avancée en 5G (cinquième génération) et FutureG (génération future) dans le secteur actif. force de service. Ceci est particulièrement important pour le personnel qui peut être chargé de planifier, d’installer, d’exploiter et d’entretenir les réseaux 5G/FutureG dans des environnements expéditionnaires.

« FutureG a poursuivi ce partenariat parce que NPS comprend le contexte de mission dans lequel la technologie 5G/FutureG prendra effet », a déclaré Rondeau. « Cela s'étend au-delà des étudiants en service actif, mais aussi aux professeurs et au personnel qui sont devenus hautement qualifiés dans l'application de leur expertise aux défis dynamiques des combattants. L'expertise qu'ils acquièrent nous aidera à comprendre comment acheter, déployer et gérer des réseaux sans fil avancés comme la 5G et la 6G. Associé à leurs expériences antérieures au sein de la flotte, cela nous aidera à innover et à déployer des technologies qui soutiennent les opérations futures et la vision stratégique du département.

Tirant parti de partenariats avec l'industrie et le monde universitaire, le bureau FutureG est chargé de développer des solutions innovantes dans les systèmes et technologies de réseaux cellulaires 5G et FutureG qui amélioreront les capacités militaires de communication sans fil et de transport de données. Les technologies sans fil de la future génération sont l’un des « domaines d’émergence d’opportunités émergentes » identifiés dans la stratégie scientifique et technologique de la défense nationale 2023 comme étant essentiels pour le ministère de la Défense.

« Ce partenariat avec NPS fournira à FutureG un flux constant d'étudiants en service actif expérimentés dans les opérations et désireux de travailler sur des problèmes pertinents », a déclaré le lieutenant-colonel Ben Pimentel, Ph.D. du Corps des Marines des États-Unis, responsable technique de FutureG. pour un usage expéditionnaire et tactique (ETU) et un ancien élève du NPS. « L’expérience pratique que les étudiants acquièrent au cours de leurs recherches et cours en tirant parti du logiciel open source 5G/FutureG jettera les bases de la main-d’œuvre qui fera proliférer cette technologie dans l’ensemble de la force. »

La 5G est devenue la norme technologique mondiale pour les réseaux cellulaires sans fil : elle est beaucoup plus rapide, plus fiable et flexible, et a une capacité supérieure à celle de ses prédécesseurs. Son utilisation est devenue omniprésente dans le monde, principalement via les téléphones portables commerciaux, mais de plus en plus via une multitude d'appareils connectés à l'Internet des objets.

Pour l’armée, cela ouvre de nouveaux horizons en matière de communications sur le champ de bataille : un « réseau dans une boîte » évolutif, déployable et sécurisé, capable de prendre en charge les opérations maritimes en zone grise et les opérations de base expéditionnaire avancées (EABO), permettant une présence avancée et une résilience des communications même dans des environnements dégradés ou refusés.

Selon le capitaine de la marine américaine Chad Bollmann, directeur du Center for Cyber ​​Warfare (CCW) du NPS et co-chercheur principal du projet ADOSD, cela rend l'éducation et la recherche sur les télécommunications 5G/FutureG d'une importance cruciale.

« Il existe deux différences vraiment radicales à propos de la 5G », a-t-il déclaré. « L’une des idées fondamentales du projet ADOSD est l’idée selon laquelle tout va être virtualisé. Il y aura de nombreux services virtuels qui feront fonctionner votre téléphone portable au lieu de nécessiter beaucoup d'équipement personnalisé. Ces services virtuels permettent au DOD de construire un réseau adapté à ses objectifs et à ses besoins, plutôt que d'utiliser un réseau construit, par exemple, pour AT&T, pour vendre des services aux civils. Désormais, nous pouvons réellement réaliser des tâches DOD avec le réseau sans avoir à payer pour adapter le réseau de quelqu'un d'autre.

« L'autre chose est que la 5G va être omniprésente, y compris dans l'espace », a poursuivi Bollmann. « La mise en œuvre de la technologie n'est pas encore tout à fait au point, mais nous testons actuellement la 5G pour les communications par satellite en utilisant Starlink et toutes les constellations de satellites (Proliferated Low Earth Orbit (pLEO)). »

Combiné à une profusion de capteurs laissés derrière – des véhicules aériens sans pilote et des systèmes aériens sans pilote, par exemple – à mesure que l'Internet des objets passe du Wi-Fi à la 5G, l'espace de combat s'éclaire soudainement avec un besoin considérablement réduit de tours de téléphonie cellulaire commerciales traditionnelles.

« L’idée de pouvoir se déplacer rapidement d’île en île et d’établir des bases d’observation et de ciblage et des plateformes de collecte de renseignements, ce type de réseau omniprésent à la demande, est essentielle à cette vision de prédominance dans les conflits de la zone grise maritime », a ajouté Bollmann.

Cependant, le ministère de la Défense ne dispose actuellement d'aucun programme d'études supérieures formel ou soutenu pour développer une expertise avancée en matière de 5G/FutureG au sein des forces en service actif. Le projet ADOSD cherche à combler cette lacune.

Pour ce faire, le projet sera exécuté en trois phases distinctes. La première, d'une durée de deux à trois ans, consistera à permettre des recherches de niveau master et doctorat qui s'alignent principalement sur le portefeuille ETU de FutureG ou sur d'autres priorités de FutureG. Cette recherche s’appuiera sur un banc d’essai de réseau 5G privé aux normes ouvertes en cours de construction dans le cadre de l’effort ADOSD, le DOD Open Testbed for Expeditionary FutureG (.EFG).

Le NPS est déjà bien avancé dans ce domaine, dit Bollman. Le CCW a des années d’expérience dans l’instanciation, l’enquête et l’expansion des réseaux 5G privés open source, engageant actuellement six thèses, trois professeurs et 10 étudiants. Deux autres mémoires, quatre thèses et quatre professeurs explorent de nouvelles implémentations de sécurité et de confidentialité de la 5G. Au fur et à mesure que .EFG sera construit et amélioré, NPS tirera parti des connaissances, de l'expérience et des solutions développées par les acteurs du programme OPS-5G, un programme de recherche de la DARPA explorant les applications des réseaux 5G open source.

Le centre concentrera ses recherches .EFG sur sept axes d'effort, notamment les réseaux 5G privés à longue portée pour les opérations en zone grise, la 5G industrielle pour les EABO et les communications en streaming EABO 5G en temps réel pour les applications du DOD.

Cette recherche est renforcée par les relations solides qu’entretient NPS avec l’industrie. L'institution a conclu des accords de coopération en matière de recherche et de développement (CRADA) avec Qualcomm, AT&T et Microsoft, et est actuellement engagée dans des conversations avec NVIDIA et T-Mobile, entre autres.

« Les CRADA que nous avons signés sont énormes et importants : ces entreprises sont à la pointe de la 5G », a déclaré Bollmann. « Ils ont facilité la recherche sur la 5G ici dans le passé et nous allons continuer à collaborer avec eux. »

Le plus grand atout de recherche du NPS, a-t-il poursuivi, ce sont les étudiants eux-mêmes : des praticiens expérimentés sur le plan opérationnel qui viennent au NPS de tous les services militaires, apportant avec eux une curiosité inhérente pour l'avenir et ce qui va suivre.

« Nos étudiants sont vraiment intéressés à comprendre la 5G et sont enthousiastes à l'idée d'utiliser la technologie avec laquelle ils interagissent presque quotidiennement et de l'intégrer dans des cas d'utilisation de déploiement sur le champ de bataille », a noté Darren Rogers, professeur associé au département de génie électrique et informatique (ECE) et co-chercheur principal du projet ADOSD avec Bollmann.

Le capitaine du Corps des Marines Lucas Vancina, par exemple, a entamé depuis un an ses études en vue d'une maîtrise en informatique. Chargé de communication, il apporte à ses études au NPS une riche expérience de terrain dans le domaine des réseaux de communication.

Sa thèse d'études supérieures explorera l'utilisation de l'extensibilité et de la flexibilité de l'architecture de réseau définie par logiciel fournie par les réseaux d'accès radio 5G open source pour les rendre plus utilisables et plus sécurisés pour les applications tactiques, en particulier dans les environnements expéditionnaires.

« C'est vraiment excitant de voir tout ce qu'on peut faire avec cela ; nous ne faisons encore qu'effleurer la surface », a déclaré Vancina. « Il y a tellement de choses à faire avec le cadre 5G. La technologie offre de nombreuses capacités.

« Pour mes recherches, je pense que la chose la plus significative qui en ressortira est que je commence à repousser les limites de ce qui est possible dans le cadre des spécifications actuelles de l'architecture de réseau », a-t-il poursuivi. « J'espère que cela commencera à ouvrir de plus en plus d'opportunités pour ajouter des fonctionnalités en plus de ce qui est déjà fourni dans la 5G. »

La deuxième phase, d'une durée d'un à deux ans, se concentrera sur l'élaboration de programmes d'études fondés sur l'expérience des recherches menées au cours de la première. Il mettra en œuvre une progression de cours sanctionnée par un certificat académique. Parallèlement, les recherches individuelles destinées aux étudiants à la maîtrise et au doctorat continueront d'être financées.

Ici aussi, NPS a une longueur d'avance, proposant actuellement une profusion de cours et d'études dirigées qui introduisent et couvrent des sujets liés à la 5G dans un large éventail de six programmes académiques différents, dont l'ECE, l'informatique (CS), le Master of Science in Applied. Cyber ​​Opérations (MACO), Cyber ​​Sécurité Opérations (CSO), le programme Modélisation, Environnements Virtuels et Simulation (MOVES) et le département Sciences de l'Information (SI).

« Ce que nous cherchons maintenant, c'est comment rendre ces projets à grande échelle et accessibles plutôt que ponctuels », a déclaré Bollmann. « L'idée serait de proposer un certificat 5G empilable ainsi que de construire un banc d'essai de recherche sur le campus que n'importe qui pourrait utiliser. »

Un certificat empilable offrirait une connaissance de base interdisciplinaire de la 5G qui pourrait ensuite être appliquée sous différents angles de différents départements pour explorer l'art du possible.

« Les professeurs et les étudiants de MOVES examinent comment utiliser la 5G ; ils sont définitivement en train de donner un coup de pied dans les pneus et de se demander ce que cela apporte au combat », a déclaré Rogers. « Au sein du département ECE, nous aimons pénétrer en profondeur et explorer comment cela fonctionne réellement et comment les choses fonctionnent ensemble : comment accéder à ce réseau ? Comment le provisionner ? Comment gères-tu ça? À quoi ressemble la couche RF d’un point de vue technique ? »

Les première et deuxième phases étant fermement établies, la phase finale cherchera à faire évoluer continuellement le programme cellulaire pour garantir sa pertinence technique et opérationnelle et continuer à soutenir la recherche de maîtrise et de doctorat. Cette troisième phase se poursuivra indéfiniment sur la base d'un accord mutuel entre FutureG et NPS.