Interfaces N1, N2, N3 en 5G : définition et fonctions

Interfaces N1, N2, N3 en 5G : définition et fonctions

Les interfaces N1, N2 et N3 sont des éléments clés de l’architecture 5G, chacune jouant un rôle distinct dans la communication entre les composants du réseau. Elles structurent l’échange d’informations entre l’équipement utilisateur (UE), la fonction d’accès radio (gNB), le cœur de réseau (5GC), et les fonctions de signalisation et de transport. Une compréhension précise de leur rôle permet d’optimiser le déploiement et l’interopérabilité des réseaux 5G SA (Standalone).

Interface N1 : lien entre UE et AMF

L’interface N1 relie l’équipement utilisateur (UE) à la fonction d’accès de gestion (AMF – Access and Mobility Management Function) dans le cœur 5G. Elle transporte principalement la signalisation NAS (Non-Access Stratum), c’est-à-dire la gestion de la mobilité, de l’authentification, et des sessions PDU. N1 fonctionne au-dessus d’une couche de sécurité IPSEC ou TLS selon l’implémentation.

• Supporte l’attachement, l’enregistrement, l’identification de l’UE
• Gère les procédures NAS de mobilité et session
• Permet l’établissement, la modification et la libération des sessions PDU

Le canal N1 ne transporte pas le trafic utilisateur mais uniquement la signalisation, ce qui le différencie fondamentalement de N3, comme expliqué plus loin.

Interface N2 : communication entre gNB et AMF

L’interface N2 connecte la station de base 5G (gNB) au cœur 5G via l’AMF. Elle est responsable de la signalisation de contrôle pour la mobilité, la gestion des connexions, et les procédures d’établissement du plan de données. N2 est un canal purement de signalisation, utilisant des protocoles comme NGAP (Next Generation Application Protocol).

L’interface N2 joue un rôle fondamental dans les mécanismes de mobilité, particulièrement lors des handovers intra- et inter-gNB, sans transporter de données utilisateur.

Interface N3 : transfert du trafic utilisateur

N3 assure le transport des données utilisateur entre le gNB et l’UPF (User Plane Function) dans le cœur 5G. Ce canal s’appuie sur le protocole GTP-U (GPRS Tunneling Protocol – User Plane), identique à celui utilisé dans les réseaux LTE, ce qui facilite l’interopérabilité.

• Transporte le trafic IP, y compris les flux voix, vidéo, données
• Utilise GTP-U encapsulé sur UDP/IP
• Responsable de l’acheminement vers Internet ou réseaux privés

Contrairement à N1 et N2, N3 concerne exclusivement le plan utilisateur (User Plane), ce qui en fait un lien critique pour la performance des services finaux perçus par l’utilisateur.

Comparaison des interfaces N1, N2 et N3

Exemple concret de fonctionnement

Lorsqu’un utilisateur initie un appel vidéo sur un réseau 5G SA :

1. L’UE envoie une requête de session via N1 à l’AMF.
2. L’AMF contacte le SMF (Session Management Function) pour autoriser la session.
3. Le SMF configure une route via l’UPF, et demande au gNB via N2 d’établir les tunnels.
4. Le trafic vidéo est ensuite transmis via N3 entre gNB et UPF vers Internet.

Cet enchaînement met en évidence la séparation stricte entre la signalisation (N1/N2) et le transport de données (N3).

Interopérabilité et évolutivité

L’architecture basée sur N1, N2 et N3 permet une grande flexibilité pour le découplage des plans de signalisation et de données. Cela favorise le slicing réseau, les déploiements hybrides avec des architectures LTE (option 3x), et la migration progressive vers le 5G Core complet. Par exemple, l’interface N3 reste compatible avec les tunnels GTP-U existants, facilitant l’évolution des réseaux EPC vers 5GC.

De plus, la séparation claire des interfaces permet une meilleure évolutivité : les fonctions AMF et UPF peuvent être déployées indépendamment, optimisant les ressources selon la charge de signalisation ou de données.

Conclusion

Les interfaces N1, N2 et N3 structurent l’échange d’informations dans l’architecture 5G selon une logique fonctionnelle claire : signalisation utilisateur, signalisation réseau, et trafic utilisateur. Leur conception modulaire permet de répondre efficacement aux exigences de performance, de sécurité et de scalabilité propres aux cas d’usage 5G.

Pour mieux comprendre comment ces interfaces interagissent avec les fonctions comme SMF et UPF, explorez l’architecture du plan de données 5G Core.