ATTENTION : Cet article suit une recommandation et non une spécification. C’est donc seulement une étude et rien de spécifié.

Pour rappel, le satellite et l’UE communique via le lien de Service. Le satellite est connecté au coeur de réseau via une passerelle terrestre.

Dans l’article précédent, l’architecture NTN est dite regénératice. La station de base est embarquée dans le satellite. La connexion avec la passerelle terrestre, le lien feeder transporte l’interface NG (vers l’AMF ou vers l’UPF).

Dans l’article précédent, nous avons vu comment suspendre cette interface lorsque le satellite survole une zone ou l’on sait que la connexion avec la passerelle n’est pas possible : l’AMF suspend sa connexion avec le gNB puis le reprend ultérieurement.

L’avantage de suspendre l’interfaca (au lieu de la déconnecter) permet de conserver les informations de connexion des UE au lieu de supprimer les contextes au niveau de l’AMF.

Nnous allons présenter ici une autre solution pour sauvegarder les données (Store) et les transmettre plus tard (Forward) mais en apportant des fonctionnalités du MME au niveau du satellite. C’est un point crucial à comprendre car dans la suite, le lien Feeder transporte une nouvelle interface entre le MME non terrestre (MME-NT) et le MME-T

La spécification 3GPP propose dans la TR 23.700-29 d’intégrer au niveau du satellite des fonctionnalités MME en plus du gNB.

Le MME est séparé en deux parties :

• MME-NT : Non Terrestrial embarqué dans le satellité
• MME-T : Le point d’ancrage au sol.

Le standard propose cette solution pour tout message transmis au MME, cela concerne la signalisation NAS, les SMS et les données IoT dans le cas de l’optimisation de contrôle EPC. Dans ce cas, les données sont sauvegardées dans le SGW et transmis au MME-T lorsque le lien MME-T <-> MME-NT est construit.

La solution proposée est de découper les fonctions du MME en deux parties, nous allons dans un premier temps rappelé ses fonctions.

I –  Le Rôle Traditionnel du MME

Pour bien comprendre la division, il faut d’abord rappeler le rôle du MME (Mobility Management Entity) dans un réseau terrestre classique (LTE/4G) :

• Gestion de la Mobilité : Il suit la localisation de l’UE (User Equipment – votre smartphone) et gère les procédures de « handover » (transfert d’une antenne à une autre).
• Point d’ancrage du plan de contrôle : C’est le point fixe dans le réseau cœur pour la signalisation. Même si l’UE se déplace, son point d’attache pour la gestion de la mobilité reste le MME.
• Sécurité : Il est responsable de l’authentification de l’UE et gère le contexte de sécurité (clés de chiffrement, algorithmes).
• Gestion des Sessions : Il établit les tunnels (bearer / canaux de données) en interagissant avec le SGW (Serving Gateway).
• Signalisation NAS : Il traite les messages Non-Access Stratum (NAS), qui sont les messages de signalisation de haut niveau entre l’UE et le réseau cœur (ex: requêtes d’attachement, requêtes de service).

2 – L’Intégration Satellite

Les liaisons satellite introduisent des défis majeurs :

• Latence Très Élevée : Un aller-retour entre la Terre et un satellite en orbite basse (LEO) peut prendre plusieurs dizaines de millisecondes.
• Liaisons Intermittentes : L’UE n’est pas toujours en vue d’un satellite ; la connexion peut être coupée fréquemment.
• Bande Passante Limitée : La capacité de liaison radio est une ressource précieuse et chère.

Faire transiter tous les messages de signalisation (NAS) jusqu’au sol pour être traités par un MME terrestre classique aggraverait considérablement la latence et rendrait le réseau inefficace.

3 –  Le découpage du MME « Split MME »

La proposition consiste à « diviser » les fonctions du MME traditionnel en deux entités pour s’adapter aux contraintes du satellite :

Figure 1 : Découpage du MME (extrait : TR 23.700-29h 06/2024)

3-1. MME-NT (MME on board satellite – « Non Terrestre »)

C’est la partie du MME qui est embarquée sur le satellite ou dans une station proche du satellite.

Fonctions détaillées

• Maintenance de la Connexion S1 vers le RAN : Il gère la connexion S1-AP (le protocole entre la station de base – eNodeB/gNodeB – et le réseau cœur) pour le nœud d’accès radio (RAN) du satellite.
• Proxy NAS (Encodeur/Décodeur) : Il ne déchiffre pas le message NAS
  • Vers le RAN : Il reçoit les messages NAS déjà chiffrés et préparés par le MME-T, et les encapsule simplement dans un message S1-AP pour les envoyer à l’UE via le RAN.
  • Vers le MME-T: Il reçoit les messages S1-AP du RAN, en extrait la payload NAS (chiffrée), et la transmet au MME-T pour traitement.
• Store and Forward (Stockage et Transmission)** : C’est une fonction cruciale. Comme la liaison entre le satellite et le MME-T au sol peut être intermittente, le MME-NT peut stocker temporairement les messages en attente de les « transmettre » vers le sol dès que la liaison est rétablie. Il fait de même dans l’autre sens (du sol vers l’UE). C’est la « combinaison de deux steps not concurrent in time » (stockage puis transmission, pas simultanément).

3-2. MME-T (MME Terrestrial – « Terrestre »)

C’est la cheffe d’orchestre. L’entité MME est située au sol dans le réseau cœur traditionnel. Elle détient toute l’intelligence pour le contrôle des flux.

Fonctions détaillées :

• Gestion Contexte UE : C’est le maître des données. Il stocke tout le contexte de l’UE (son état, ses abonnements, ses capacités).
• Gestion de la Sécurité :
  • Contexte de Sécurité : Il génère et stocke les clés de sécurité racines.
  • Chiffrement/Déchiffrement NAS : Il est le seul à pouvoir déchiffrer les messages NAS entrants de l’UE et à chiffrer les messages NAS sortants. Le MME-NT ne fait que passer des messages opaques.
  • Protection d’Intégrité : Il vérifie que les messages NAS n’ont pas été altérés.
  • Authentification de l’UE : Il interagit avec le HSS (Home Subscriber Server, la base de données des abonnés) pour authentifier l’UE.
• Gestion de la Mobilité « Macro »: Bien que le MME-NT gère la mobilité entre satellites, le MME-T est responsable des changements de « pool » MME ou de mobilité à plus grande échelle.

3-3) Pour comprendre par analogie :  Le Courrier Diplomatique

Imaginez un ambassadeur (l’UE) dans un pays éloigné qui communique avec son gouvernement (le réseau cœur).

Le MME-T est le ministère des Affaires étrangères au siège. Il comprend le contenu sensible, prend les décisions, et détient tous les dossiers.
Le MME-NT est l’ambassade locale. Elle fournit un point de contact stable pour l’ambassadeur. Elle reçoit les messages chiffrés du ministère, les met dans une enveloppe officielle (S1-AP) et les remet à l’ambassadeur. Inversement, elle reçoit les messages de l’ambassadeur, retire l’enveloppe externe, et envoie le message chiffré interne au ministère.

L’ambassade ne peut pas lire le message, elle ne fait que relayer le paquet scellé. Si la ligne de communication est coupée, l’ambassade stocke les messages en attendant de pouvoir les envoyer.

4- Avantages de cette Architecture

1. Réduction de la Latence quand le lien Feeder fonctionne : En ayant une ancre de mobilité (MME-NT) proche de l’UE, les procédures de handover entre satellites sont beaucoup plus rapides.
2. Resilience aux Intermittences : La fonction « Store and Forward » du MME-NT compense les périodes où le satellite n’est pas connecté à sa station sol.

La fonction S&F Store and Forward permet de conserver des messages du plan utilisateurs lorsque le circuit Feeder (Satellite/Station terrestre) est coupée. L’entité MME-NT gère la sauvegarde des données et la transmission lorsque le lien est à nouveau rétabli.

FIgure 2 : Couverture du satellite

Dans le mode Store & Forward (S&F), le MME-NT situé dans le satellite gère la fonction de stockage et retransmission.

• T1 (10h00 – 10h20), le satellite blanc couvre Rennes et il est connecté à la station terreste

• T2 (10h40 – 11h00)  Le satellite blanc couvre Châtellerault , l’UE et le satellite communique mais il n’y a plus de lien Feeder. Les données UL sont conservées par la fonctoin S&F

• T3 : Le satellite blanc se synchronise avec le MME-T à Orléans et transmets les données qui ont été sauvegardées.