Fonctionnement et rôles de l’interface SGW-PGW en LTE

Fonctionnement et rôles de l’interface SGW-PGW en LTE

L’interface entre le Serving Gateway (SGW) et le Packet Data Network Gateway (PGW), appelée interface S5/S8, joue un rôle central dans le transport des données utilisateur au sein du réseau EPC (Evolved Packet Core) en LTE. Elle assure la connectivité entre les éléments de commutation de paquets, en maintenant la continuité des sessions IP et le routage efficace du trafic de données. Cette interface est utilisée à la fois dans les scénarios intra-PLMN (S5) et inter-PLMN (S8), en fonction de l’architecture du réseau et de la localisation des entités SGW et PGW.

Définitions des entités impliquées

• SGW (Serving Gateway) : il agit comme point d’ancrage pour l’interface radio lorsqu’un utilisateur se déplace entre les eNodeB. Il gère le routage et le transfert des paquets entre l’eNodeB et le PGW.
• PGW (PDN Gateway) : il constitue la passerelle entre le réseau LTE et les réseaux de données externes (Internet, IMS, VPN, etc.). Il attribue les adresses IP et applique les politiques de QoS et de facturation.

Architecture de l’interface S5/S8

La structure logique de l’interface S5/S8 repose sur deux couches : le plan de contrôle et le plan utilisateur. Le plan de contrôle utilise le protocole GTP-C (GPRS Tunneling Protocol – Control) pour la gestion des tunnels, tandis que le plan utilisateur utilise GTP-U pour le transport des données réelles.

Fonctions principales de l’interface SGW-PGW

1. Gestion de la session PDP : elle permet de créer, maintenir et supprimer des sessions PDN avec les informations de contexte nécessaires (QoS, adresse IP, tunnels).
2. Mobilité IP : elle garantit la continuité des sessions lors des handovers intra- ou inter-eNodeB.
3. Routage IP : elle assure l’acheminement correct du trafic vers les PGW ou les SGW en fonction de la topologie du réseau.
4. Application des règles de facturation : elle permet l’interception et le comptage des paquets pour la facturation basée sur l’usage.

Comparaison entre S5 et S8

Exemple concret de fonctionnement

Lorsqu’un abonné LTE active une session de données, une demande est envoyée à travers le MME vers le SGW pour établir une session PDN. Le SGW, en coordination avec le PGW, établit un tunnel GTP-U via l’interface S5 (ou S8 en cas de roaming). Une fois le tunnel mis en place, les paquets IP sont encapsulés et transmis via GTP-U, assurant ainsi une communication fluide entre l’utilisateur et les services externes. Si l’utilisateur se déplace dans une zone de couverture différente, le SGW peut être modifié tout en conservant le PGW, ce qui illustre l’importance de cette interface dans la gestion de la mobilité.

Interaction avec les autres interfaces LTE

• S1-U : relie l’eNodeB au SGW pour le transport de données utilisateur.
• Gx : relie le PGW au PCRF pour les règles de politique et de tarification.
• S11 : connecte le MME au SGW pour le plan de contrôle.

Dans cette architecture, l’interface SGW-PGW agit comme un point de pivot entre le plan de mobilité (géré par le SGW) et le plan de services (géré par le PGW), assurant ainsi la cohérence de bout en bout du flux de données.

Enjeux de performance et de qualité de service

La performance de l’interface S5/S8 a un impact direct sur la latence et le débit des sessions utilisateur. Elle doit prendre en charge :

• La priorisation du trafic en fonction des profils QoS définis pour chaque session
• La mise en cache efficace des données pour optimiser le transport
• Le support de fonctionnalités avancées comme le buffering, le redémarrage de session, ou le relai de paquets en cas de perte de liaison

La configuration fine de cette interface est essentielle dans les scénarios de mobilité avec interruption minimale, notamment grâce au support du handover indirect SGW-to-SGW avec maintien du tunnel GTP-U vers le PGW.

Différences clés SGW vs PGW

Conclusion

L’interface SGW-PGW représente un axe fondamental de l’architecture LTE, garantissant un transport de données fiable, évolutif et conforme aux exigences de qualité. Elle se distingue par ses mécanismes d’encapsulation GTP, sa gestion dynamique des sessions et sa capacité à s’adapter à la mobilité de l’utilisateur, que ce soit en itinérance ou en réseau local.

Pour mieux comprendre la place du PGW dans la gestion des sessions PDN, il est utile d’étudier son interaction avec le PCRF via l’interface Gx.