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RÉSUMÉ
L'élaboration des systèmes 5G a débuté par la définition de différents critères de performance. Un système 5G a plusieurs déclinaisons qui peuvent être instanciées sur une même infrastructure matérielle et évoluer au cours du temps en fonction des demandes. Cet article présente les critères de performance, les objectifs visés pour chaque mode et les services offerts par un système 5G. Il présente ensuite le découpage du système en fonctions réseaux en se concentrant sur le réseau cœur. Il expose les principes d'organisation des échanges de signalisation en s'appuyant sur des exemples et explique les concepts clés qui permettent de disposer d'un réseau protéiforme et qui s'adapte aux demandes.
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Xavier LAGRANGE : Professeur - IMT Atlantique/IRISA, Rennes, France
INTRODUCTION
Les réseaux 5G ont été déployés à partir de 2019 et représenteront pendant la décennie 2020-2030 la technologie dominante de réseau mobile. Par rapport à la génération précédente 4G qui était focalisée sur le transport de flux IP, le plus souvent sans garantie de qualité de service, la 5G a pour objectif de favoriser des nouveaux scénarios de déploiement pour couvrir des segments de marchés très divers et répondre ainsi aux besoins d’une société ultra-connectée. Cela est rendu possible en déclinant un système 5G en de multiples formes, chacune visant à se spécialiser sur quelques critères de qualité de service dans une liste bien définie.
Bien que le transport des flux de données en 5G reste calqué sur les principes de la 4G, la principale rupture en ce qui concerne le réseau cœur est l'utilisation poussée des technologies web pour l'échange de signalisation. Le réseau est constitué d'un ensemble de fonctions réseaux, chacune spécialisé sur un nombre restreint de tâches. Tous les dialogues se font en mode client-serveur et sont sans état. Couplé avec les principes de virtualisation, cela permet de disposer d'un réseau flexible et qui peut s'adapter aux variations de charges ou de types des services utilisés. Il est possible de démarrer et d'éteindre des instances de fonctions réseaux et toute instance peut découvrir les instances actives répondant à certains critères en interrogeant une fonction répertoire. Par ailleurs, un réseau 5G offre un accès à des prestataires externes qui peuvent développer des services à valeur ajoutée en interagissant avec les terminaux des utilisateurs. L'ensemble de ces éléments est exposé dans cet article.
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Architecture des réseaux 5GArticle inclus dans l'offre
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1. Présentation générale de la 5G et des services
1.1 Cadre de spécification
Les spécifications techniques de la 5G sont élaborées et publiées, comme pour la 3G et la 4G, par le 3rd Generation Partnership Project (3GPP) par vagues successives. L’ensemble des documents d’une même vague correspond à une Release (Rel). C'est à partir de la Rel 15, publiée de façon officielle en juin 2018, que les spécificités de la 5G sont introduites.
HAUT DE PAGE1.2 Indicateurs de performance et familles de réseau
Depuis l’apparition des réseaux de 2ème génération, l’effort de recherche et de spécification s’est principalement concentré sur l’augmentation des débits crêtes disponibles sur les réseaux mobiles. Les travaux préliminaires de réflexion sur la 5ème génération dans le cadre du projet européen METIS ont conduit la définition de différents indicateurs de performance ou Key Performance Indicators (KPI) dont les principaux sont les suivants :
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le débit crête en Gbit/s, comme évoqué précédemment, c’est-à-dire le débit maximal qu’un terminal seul dans une cellule peut obtenir avec d’excellentes conditions radios ;
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le débit perçu en Mbit/s par un utilisateur, défini comme le débit au niveau IP du 5ème percentile dans un réseau en fonctionnement ; en d'autres termes, dans 95 % des cas, le débit est supérieur à cette valeur ;
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l’efficacité spectrale en bit/s/Hz/TRxP où TRxP désigne un point de transmission/réception (par exemple une station de base) ;
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la vitesse maximale en km/h qu’un...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KUSUME (K.), FALLGREN (M.) - Summary of Deliverable 1.5 : Updated scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system with recommendations for future investigations METIS (2015). - https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/deliverables/METIS_D1.5_Summary.pdf (2015).
-
(2) - AKBARZADEH (S.), SCHWOERER (J.), BAILLY (B.), LABIDI (W.) - Les réseaux 5G, Architectures système, radio et cœur, coexistence 4G, mise en œuvre opérationnelle. - Éditions Eyrolles (2020).
-
(3) - ROMMER (S.), HEDMAN (P.), OLSSON (M.) et al - 5G core networks : powering digitalization. - Elsevier (2020).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Core Network and Terminals ; Numbering, addressing and identification (Release 15). - 3GPP TS 23.003 - 2020/10
-
3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Services and System Aspects ; System Architecture for the 5G System ; Stage 2 (Release 15). - 3GPP TS 23.501 - 2020/10
-
3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Core Network and Terminals ; 5G System ; Technical Realization of Service Based Architecture ; Stage 3 (Release 15). - 3GPP TS 29.500 - 2017/09
-
3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Core Network and Terminals ; 5G System ; Principles and Guidelines for Services Definition ; Stage 3 (Release 15). - 3GPP TS 29.501 - 2017/09
-
IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond. - ITU-R M.2083-0 - sept 2015
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