Mécanismes de Handover en 5G : Définition et Fonctionnement
Le handover en 5G désigne le processus de transfert d’une connexion active d’un point d’accès à un autre, sans interruption de service. Il est fondamental pour assurer la continuité des communications mobiles, notamment dans les cas de haute mobilité (train, véhicule, etc.) ou lors d’une variation de charge entre cellules. Ce mécanisme repose sur une architecture 5G spécifique, avec la séparation du plan de contrôle (CP) et du plan utilisateur (UP), et sur l’utilisation du protocole XnAP ou NGAP selon le type de handover.
Types de handover dans la 5G
La 5G introduit plusieurs types de handover, adaptés à différentes architectures réseau et cas d’usage :
- Intra-gNB handover : se produit entre deux cellules contrôlées par le même gNB.
- Inter-gNB handover : entre deux gNB différents, avec signalisation via l’interface Xn ou via l’interface NG.
- Inter-RAT handover : entre la 5G et une autre technologie (ex : LTE), indispensable pour la couverture en mode NSA (Non-Standalone).
Comparaison entre Xn-based et NG-based Handover
Étapes du processus de handover
- Mesures effectuées par l’UE (User Equipment) sur les cellules voisines.
- Rapport de mesure envoyé au gNB source.
- Décision de handover par le gNB source ou l’AMF selon le contexte.
- Préparation du handover : allocation de ressources sur la cellule cible.
- Commande de handover envoyée à l’UE.
- Synchronisation et attachement à la nouvelle cellule.
- Libération des ressources sur la cellule source.
Rôle de l’UE et des fonctions réseau
L’UE joue un rôle passif dans la décision mais actif dans la mesure de la qualité radio. Les fonctions réseau suivantes participent à la procédure :
- gNB source : initie la procédure sur la base des rapports reçus.
- gNB cible : prépare la réception de l’UE (allocation de ressources).
- AMF : impliqué pour le contrôle du contexte utilisateur dans un NG-based handover.
Différences avec le handover en LTE
| Aspect | Handover en LTE | Handover en 5G |
|---|---|---|
| Architecture | eNB, EPC | gNB, 5GC avec séparation CP/UP |
| Protocoles | X2, S1 | XnAP, NGAP |
| Gestion de la mobilité | Centralisée par le MME | Flexible, distribuée ou centralisée selon les interfaces |
| Temps de latence | Plus élevé | Optimisé pour faible latence |
Handover avec UPF anchoring
Un des aspects spécifiques à la 5G est le concept de UPF anchoring. Lors d’un changement de gNB, l’UPF (User Plane Function) peut rester inchangé si le nouvel ancrage reste dans la même zone. Cela permet de réduire les interruptions et de maintenir la QoS. Dans certains cas, un changement d’UPF est nécessaire, appelé « Session continuity with UPF relocation ».
Exemple concret : handover Xn-based en mobilité urbaine
Prenons un utilisateur dans un tramway traversant plusieurs cellules gérées par un même opérateur. L’UE détecte une baisse du signal de la cellule actuelle et une meilleure qualité dans la cellule voisine. Le gNB source reçoit ce rapport, réserve les ressources sur la cellule voisine via l’interface Xn, puis déclenche la commande de handover. L’UE se connecte à la cellule cible sans perte de session. Cette procédure se répète dynamiquement tout au long du parcours.
Optimisation du handover : critères et algorithmes
- Critères RSRP/RSRQ : niveaux de puissance reçue et qualité du signal.
- Hystérésis et délai de temporisation : pour éviter les handovers trop fréquents (ping-pong).
- Charge de cellule : prise en compte de la congestion pour équilibrer la charge réseau.
- Mobility Robustness Optimization (MRO) : ajustement automatique des paramètres de handover.
Enjeux liés au handover 5G
Le bon fonctionnement du handover en 5G est critique pour des cas d’usage comme la conduite autonome, la vidéoconférence en mouvement ou les services critiques (santé, industrie). Les interruptions, même de quelques millisecondes, peuvent impacter fortement la qualité perçue. Les opérateurs doivent donc dimensionner leur réseau, configurer finement les seuils de déclenchement, et surveiller en temps réel les KPI de mobilité.
Conclusion
Le handover en 5G repose sur des mécanismes complexes mais hautement optimisés, intégrant des interfaces flexibles (Xn, NG), une séparation des fonctions, et des algorithmes adaptatifs. Ces caractéristiques permettent d’assurer la continuité de service dans des environnements dynamiques, tout en garantissant une qualité d’expérience stable pour l’utilisateur final.
Pour approfondir, vous pouvez ensuite explorer comment la gestion de session dans le 5G Core interagit avec la mobilité pour optimiser la latence et la QoS.