F1AP : protocole d’application F1 en 5G

F1AP : protocole d’application F1 en 5G

Aujourd’hui, on va voir en détail le F1AP, ou F1 Application Protocol, un protocole clé pour la communication entre le gNodeB centralisé (CU) et le gNodeB décentralisé (DU) dans l’architecture 5G. Ce protocole joue un rôle fondamental pour garantir la gestion efficace des ressources radio et la coordination entre les différents composants du réseau d’accès 5G.

Contexte et rôle du F1AP dans la 5G

Dans le cadre de la 5G, le gNodeB est souvent divisé en deux entités : le Central Unit (CU) et le Distributed Unit (DU). Le protocole F1AP assure la communication entre ces deux unités via l’interface F1, facilitant le contrôle, la gestion des sessions, et le transfert d’information nécessaire pour le fonctionnement harmonieux du réseau.

Cette séparation CU/DU permet de déployer des architectures flexibles, répondant aux besoins de faible latence et de gestion optimisée des ressources radio, tout en offrant une modularité importante pour les opérateurs réseau.

Fonctions principales du protocole F1AP

• Gestion de la connexion F1 entre CU et DU
• Contrôle des ressources radio, notamment allocation et libération
• Gestion des contextes UE (User Equipment) sur le DU
• Signalisation liée à la mobilité, comme le handover
• Transmission d’informations de configuration et contrôle

Le protocole F1AP s’appuie sur une structure de messages codés en ASN.1, permettant une communication fiable et structurée entre CU et DU. Ces messages sont échangés sur la couche SCTP (Stream Control Transmission Protocol), garantissant la livraison ordonnée et sans erreur.

Structure des messages F1AP

Les messages F1AP se divisent en plusieurs catégories selon leur fonction :

1. Messages de gestion de la connexion F1 : mise en place, modification, libération de la connexion F1 entre CU et DU.
2. Messages de gestion UE : création, modification, suppression du contexte UE sur le DU, déclenchés par le CU.
3. Messages de gestion des ressources radio : allocation et libération des ressources pour les transmissions radio.
4. Messages liés à la mobilité : contrôle des procédures de handover, synchronisation, et transfert de contexte.

Chaque message contient des informations codées en éléments d’information (IE), spécifiques à chaque procédure. Ces IE définissent les paramètres techniques nécessaires, comme l’identifiant UE, les configurations radio, les paramètres de mobilité, etc.

Processus de gestion de connexion F1

La première étape dans l’utilisation de F1AP est l’établissement de la connexion F1 entre CU et DU. Ce processus comprend :

• Initialisation : Le DU initie une demande de connexion vers le CU en envoyant un message « F1 Setup Request ».
• Réponse du CU : Le CU répond avec un « F1 Setup Response » confirmant la disponibilité.
• Finalisation : Une fois la connexion établie, les échanges réguliers de messages F1AP peuvent commencer.

Cette étape est cruciale pour garantir que le CU et le DU sont synchronisés et prêts à échanger des informations de contrôle radio et de gestion des UE.

Gestion des contextes UE via F1AP

Le CU contrôle le contexte UE dans le DU via des messages spécifiques. Lorsqu’un nouvel UE arrive dans la cellule, le CU demande la création d’un contexte UE sur le DU avec le message « UE Context Setup Request ». Ce message inclut :

• Identifiant UE (UE ID)
• Configuration radio spécifique
• Paramètres de sécurité et mobilité

Une fois que le DU a créé le contexte, il répond par un « UE Context Setup Response ». De même, les modifications ou suppressions de contexte sont gérées par des messages dédiés, garantissant une synchronisation constante entre CU et DU.

Signalisation liée à la mobilité

Le F1AP supporte les procédures de mobilité, comme le handover intra-gNodeB, où un UE passe d’une DU à une autre sous le même CU. Le protocole gère le transfert du contexte UE et la mise à jour des ressources radio pour maintenir la continuité de service.

Les messages de handover incluent :

• Demande de préparation de handover
• Réponse de préparation
• Notification d’exécution du handover
• Confirmation ou annulation

Ces échanges garantissent la fluidité et la rapidité de la mobilité dans le réseau 5G, réduisant la latence et évitant les interruptions de service.

Codage et transport des messages

Les messages F1AP sont codés en ASN.1 selon les règles PER (Packed Encoding Rules) pour minimiser la taille des données échangées. Le transport est assuré via SCTP, qui offre plusieurs avantages :

• Multiplexage de plusieurs flux indépendants
• Fiabilité et retransmission en cas de perte
• Ordonnancement des messages

Cette architecture garantit la robustesse des échanges entre CU et DU, nécessaire dans un environnement radio dynamique comme la 5G.

Exemple simplifié d’un échange F1AP

Ce schéma illustre les échanges essentiels lors de la mise en place d’une communication entre CU, DU et UE via F1AP.

Pour approfondir la compréhension des interactions entre les unités réseau dans la 5G, vous pouvez consulter notre article sur le protocole NGAP, qui décrit la gestion entre gNodeB et le cœur 5G.