Introduction
« Sans couture » (seamless) est l’un des mots les plus utilisés dans les présentations 5G, et l’un des moins définis. Derrière l’adjectif se cachent pourtant des mécanismes normalisés très précis, répartis sur plusieurs couches du système.
L’idée commune est simple : la discontinuité existe dans le réseau, mais elle reste invisible pour l’application. L’UE change de cellule, de gNB, d’ancre dans le cœur, voire de technologie d’accès ou de satellite, sans que la session ne soit perçue comme coupée.
L’IMT-2020 (ITU-R M.2410) chiffre cette ambition : un mobility interruption time de 0 ms. Cet article passe en revue les mécanismes 3GPP qui s’en approchent, de la couche radio jusqu’au cœur de réseau et au NTN.
Seamless ou lossless : une distinction 3GPP souvent oubliée
Dans les spécifications, seamless et lossless ne sont pas synonymes. La distinction remonte au LTE (TS 36.300) et se retrouve en NR (TS 38.300).
- Seamless : on minimise le temps d’interruption, quitte à perdre quelques paquets pendant la bascule. C’est le choix pour les flux temps réel portés en RLC-UM (voix, vidéo interactive), où un paquet en retard est un paquet inutile.
- Lossless : on garantit zéro perte de paquets, quitte à ajouter un peu de latence. La source transfère les PDCP SDU non acquittés vers la cible (data forwarding sur Xn), la numérotation PDCP (SN) est conservée et l’UE envoie un PDCP status report. C’est le choix pour les bearers RLC-AM (données).
Un handover peut donc être lossless sans être seamless, et inversement. Les mécanismes Rel-16 et suivants cherchent à obtenir les deux à la fois.
Côté radio : réduire l’interruption du handover
Dans un handover classique (break-before-make), l’UE coupe le lien avec la cellule source, puis se synchronise et fait un accès aléatoire sur la cible. Cette fenêtre, typiquement de l’ordre de quelques dizaines de millisecondes, est le « trou » que la 5G cherche à refermer. Trois mécanismes y contribuent.
DAPS : garder deux liens en parallèle (Rel-16)
Le Dual Active Protocol Stack handover est un vrai make-before-break. À réception de la commande de handover, l’UE conserve sa liaison avec la source pendant qu’il accède à la cible.
- L’UE crée une seconde pile (MAC/RLC/PHY) vers la cible ; chaque DRB DAPS possède une entité PDCP commune, avec des clés de sécurité distinctes pour la source et la cible.
- En voie descendante, il reçoit des deux côtés pendant la transition ; le PDCP réordonne et élimine les doublons.
- Une fois l’accès aléatoire réussi sur la cible, la voie montante bascule vers la cible, puis la source est relâchée.
L’interruption tend vers 0 ms, au prix d’une capacité terminal accrue (deux chaînes actives) et d’une contrainte de puissance en UL.
CHO : préparer avant d’en avoir besoin (Rel-16)
Le Conditional Handover traite une autre cause de coupure : la commande de handover qui arrive trop tard, quand le lien source est déjà dégradé. Le réseau envoie à l’avance une liste de cellules candidates préparées, chacune associée à une condition d’exécution (événements de type A3 ou A5).
L’UE évalue lui-même ces conditions et exécute le handover dès qu’une est remplie, sans attendre de commande. Le CHO réduit surtout les échecs de handover (RLF, ping-pong), ce qui compte autant que la durée d’interruption pour la perception de continuité. Il peut être combiné au DAPS.
LTM : un changement de cellule piloté en L1/L2 (Rel-18)
La L1/L2 Triggered Mobility pousse la logique plus loin. Les configurations des cellules candidates sont envoyées à l’avance en RRC ; la décision repose ensuite sur des mesures L1 et la bascule est déclenchée par un simple MAC CE.
L’UE peut acquérir à l’avance la synchronisation DL et l’avance temporelle (TA) des candidates, ce qui permet un changement de cellule sans accès aléatoire (RACH-less). La reconfiguration L3 disparaît du chemin critique. Le Rel-18 cible la mobilité intra-CU (entre DU), le Rel-19 étend l’approche à l’inter-CU.
Côté cœur : la continuité de session (SSC modes)
Un handover radio parfait ne suffit pas si l’ancre IP change. En 5GC, la session de données (PDU session) est ancrée sur un UPF appelé PSA (PDU Session Anchor). Avec le MEC, on veut parfois déplacer cette ancre au plus près de l’utilisateur. Le 3GPP (TS 23.501) définit trois modes de continuité de session et de service (SSC modes) :
| Mode | Comportement de l’ancre | Adresse IP | Usage typique |
|---|---|---|---|
| SSC 1 | Le PSA est conservé pendant toute la session | Inchangée | Continuité stricte (IMS, voix) |
| SSC 2 | L’ancienne session est relâchée, puis une nouvelle est établie (break-before-make) | Change | Applications tolérantes à une reconnexion |
| SSC 3 | Une nouvelle session (ou un nouveau préfixe IPv6) est établie avant de relâcher l’ancienne (make-before-break) | Change, avec recouvrement | MEC, relocalisation d’application |
Le mode 3 est le plus intéressant pour le « sans couture » : pendant une fenêtre de temps, l’UE dispose des deux ancres et l’application migre ses flux. La coupure perçue dépend alors de la capacité de l’application à gérer un changement d’adresse.
Entre accès : 5G et Wi-Fi dans la même session (ATSSS)
Le « sans couture » ne concerne pas que la mobilité entre cellules 5G. Depuis le Rel-16, ATSSS (Access Traffic Steering, Switching and Splitting) permet à une même session de s’appuyer simultanément sur un accès 3GPP et un accès non-3GPP, typiquement du Wi-Fi raccordé au 5GC via un N3IWF.
L’UE établit une MA PDU session (Multi-Access) : une seule session logique, deux chemins. Des règles fournies par le réseau (ATSSS rules côté UE, N4 rules côté UPF) décident, flux par flux, comment répartir le trafic :
- Active-Standby : un accès principal, l’autre en secours ;
- Smallest Delay : le trafic suit l’accès de plus faible latence mesurée ;
- Load-Balancing : répartition selon des pourcentages ;
- Priority-based : un accès prioritaire, débordement sur l’autre en cas de congestion.
La bascule d’un accès à l’autre se fait sans changer d’ancre ni d’adresse IP. Le transport repose sur MPTCP, ATSSS-LL pour le trafic non-TCP, puis MPQUIC à partir du Rel-18.
En NTN : quand c’est la cellule qui bouge
Avec les satellites LEO, le problème s’inverse : ce n’est plus seulement l’utilisateur qui se déplace, c’est la cellule qui défile à environ 7,5 km/s. Un UE immobile subit des handovers à intervalles réguliers, et en masse : tous les UE d’une même cellule basculent au même moment.
Le 3GPP a adapté les outils terrestres à cette situation prévisible :
- CHO temporel et géographique (Rel-17) : les conditions d’exécution peuvent dépendre de l’heure (fenêtre de visibilité du satellite) ou de la distance entre l’UE et le centre de la cellule, et non plus seulement du niveau reçu, peu discriminant en NTN.
- Changement de satellite avec resynchronisation (Rel-18) : en cellule quasi fixe au sol, quand un nouveau satellite reprend la même empreinte, la cellule (même PCI) est conservée. L’UE se resynchronise sur le nouveau lien de service sans procédure de handover complète.
- Handover RACH-less (Rel-18) : l’UE, qui connaît sa position (GNSS) et les éphémérides, précompense délai et Doppler et évite l’accès aléatoire sur la cible.
- Mobilité TN–NTN : à partir du Rel-18, des améliorations de la mobilité en mode connecté et en mode veille entre réseau terrestre et satellite visent une couverture sans couture, le satellite prenant le relais là où le terrestre s’arrête.
Le seamless NTN est donc surtout une affaire d’anticipation : la géométrie orbitale étant connue, le réseau peut préparer les bascules avant qu’elles ne deviennent critiques.
En résumé
« Sans couture » ne désigne pas un mécanisme unique, mais une propriété de bout en bout. Une session ne l’est réellement que si chaque couche traversée l’est aussi.
| Couche | Discontinuité masquée | Mécanismes clés | Release |
|---|---|---|---|
| PDCP | Perte ou désordre des paquets | Data forwarding Xn, continuité des SN, status report | LTE / Rel-15 |
| Radio (RRC/MAC) | Interruption pendant le handover | DAPS, CHO, LTM | Rel-16 à Rel-19 |
| Cœur (5GC) | Changement d’ancre UPF/PSA | SSC modes 1, 2, 3 | Rel-15 |
| Inter-accès | Passage 5G ↔ Wi-Fi | ATSSS, MA PDU session | Rel-16 et suivantes |
| NTN | Défilement des satellites LEO, passage TN ↔ NTN | CHO temporel, satellite switch, RACH-less | Rel-17 / Rel-18 |
Lorsqu’on lit « sans couture » dans une présentation, la bonne question est donc : à quel niveau, et pour quel type de trafic ? Une interruption nulle n’est pas une perte nulle, et une radio parfaite ne protège pas d’un changement d’adresse IP. La 6G, qui vise l’intégration native terrestre–satellite, devra traiter ces couches ensemble plutôt que les empiler.
Références : ITU-R M.2410 ; 3GPP TS 38.300 (NR, architecture et mobilité) ; TS 36.300 (LTE) ; TS 23.501 (5GC, SSC modes et ATSSS).
