5G L3 : Le rôle clé de la couche réseau (Layer 3)

5G L3 : Le rôle clé de la couche réseau (Layer 3)

Aujourd’hui, on va explorer en détail la couche 3 (Layer 3) dans le contexte de la 5G, autrement dit la couche réseau. Cette couche est essentielle pour la gestion des communications et la mobilité, garantissant que les données voyagent efficacement entre les utilisateurs et les services dans un réseau 5G.

Définition et fonction de la couche 3 (L3) en 5G

La couche 3, souvent appelée couche réseau, s’occupe du routage, de la gestion de la mobilité et de la signalisation dans un réseau 5G. Elle établit, maintient et termine les connexions entre les terminaux et le réseau, en s’assurant que les paquets de données atteignent leur destination correcte.

Dans la 5G, cette couche est particulièrement complexe en raison des nombreux services à faible latence et haut débit, ainsi que de la mobilité élevée des utilisateurs.

Principaux composants et protocoles de la couche 3 5G

• NAS (Non-Access Stratum) : Gère la signalisation entre le terminal (UE) et le cœur réseau 5G (AMF – Access and Mobility Management Function). Il permet notamment l’authentification, la gestion des sessions et la mobilité.
• RRC (Radio Resource Control) : Bien que lié à la couche 3, le RRC contrôle les ressources radio entre l’UE et la station de base (gNB). Il est responsable de l’établissement, de la maintenance et de la libération des connexions radio.
• IP (Internet Protocol) : La couche réseau repose sur l’IP pour le routage des paquets de données à travers le réseau 5G et au-delà.
• GTP-U (GPRS Tunneling Protocol – User plane) : Utilisé pour transporter les données utilisateur encapsulées entre le gNB et les fonctions du cœur réseau.

Gestion de la mobilité et de la session

La couche 3 en 5G gère deux aspects critiques : la mobilité de l’utilisateur et la gestion des sessions.

1. Mobilité : Le réseau doit suivre l’utilisateur lorsqu’il se déplace entre différentes zones de couverture, garantissant une continuité de service. L’AMF joue un rôle central en suivant la localisation et en coordonnant le changement de cellule (handover).
2. Gestion des sessions : Cela implique l’établissement, la modification et la libération des sessions IP, qui transportent les données utilisateur. Le SMF (Session Management Function) supervise la configuration des ressources réseau pour chaque session.

Processus d’établissement de la connexion Layer 3 en 5G

Le déroulement principal comprend plusieurs étapes clés, de la requête initiale à l’établissement complet de la session :

• Initial Access Request : L’UE envoie une demande pour accéder au réseau, incluant des informations d’identification.
• Authentification : La couche 3 gère la sécurité via des échanges NAS pour authentifier l’UE.
• Configuration IP : Attribution d’une adresse IP dynamique ou statique à l’UE, en lien avec le protocole IP.
• Établissement de la session : Le SMF configure la session, en définissant les paramètres QoS (Quality of Service) pour garantir des performances adaptées.

Tableau synthétique des fonctions clés L3 5G

Exemple d’échange NAS lors de l’attachement

Lorsqu’un terminal se connecte, il échange des messages NAS avec l’AMF pour :

• Déclarer son identité
• Recevoir une authentification
• Obtenir les informations nécessaires pour établir la session

Ces échanges garantissent que la couche 3 établit une connexion fiable et sécurisée avant la transmission des données utilisateur.

Importance du Layer 3 dans les services 5G avancés

La couche 3 est le fondement des capacités avancées de la 5G, notamment :

• Le support de la mobilité ultra-rapide pour les véhicules connectés
• La gestion dynamique des sessions pour la réalité augmentée et la réalité virtuelle
• L’allocation flexible de ressources pour l’Internet des objets massifs

Sans un contrôle efficace au niveau Layer 3, les performances du réseau 5G seraient compromises, ce qui limiterait l’expérience utilisateur et les cas d’usage industriels.

Pour approfondir, découvrez comment le plan utilisateur (User Plane) complète les fonctions du Layer 3 dans la 5G.