Un même réseau 5G doit prendre en charge simultanément des univers de services très différents. Un utilisateur peut regarder une vidéo haute définition, un autre utiliser une connexion massive de capteurs IoT, tandis qu’un client industriel peut exiger une latence ultrafaible et une fiabilité supérieure pour un processus de production local. Ces services n’attendent pas du réseau le même débit, le même délai, le même niveau de sécurité, la même densité d’appareils ni le même comportement de couverture.

Construire un réseau mobile physique séparé pour chaque type de service n’est pas réaliste. Le coût serait trop élevé, les ressources seraient difficiles à gérer et le déploiement serait lent. Le découpage réseau 5GC résout ce problème en créant des réseaux privés logiques sur une infrastructure physique partagée. Chaque tranche peut être conçue avec ses propres caractéristiques de service tout en réutilisant des ressources communes d’accès, de transport, de calcul et de cœur de réseau.

En termes simples, une tranche réseau est un réseau logique personnalisé pour un groupe de services, un client industriel ou une catégorie d’applications donnée. Ce n’est pas seulement un concept 5GC interne au cœur de réseau. Il s’agit d’une approche de bout en bout pouvant impliquer le réseau d’accès 5G, le réseau de transport ou le réseau porteur, ainsi que le cœur 5G. Sa valeur repose sur l’équilibre entre deux objectifs : le partage des ressources physiques pour réduire les coûts et l’isolation logique pour différencier les services.

Pourquoi les tranches existent

Le découpage réseau 5GC trouve son origine dans les différences importantes entre les scénarios de service 5G. Les catégories courantes sont eMBB, mMTC et uRLLC. Le haut débit mobile amélioré vise un débit élevé et une expérience utilisateur riche. Les communications massives de type machine visent un très grand nombre d’appareils à faible débit. Les communications ultrafiables à faible latence visent des exigences strictes de délai, de fiabilité et de garantie de service.

Ces catégories créent des priorités de conception différentes. eMBB peut nécessiter un débit élevé ou très élevé par appareil et une large couverture. mMTC peut exiger une densité massive d’appareils, un faible débit de données et un faible coût par bit. uRLLC peut exiger une latence très faible, une fiabilité accrue et un contrôle plus strict du comportement du service. Traiter tous ces services comme un simple trafic best effort reviendrait à gaspiller le potentiel de la 5G.

Le découpage permet à l’opérateur de répondre à ces besoins grâce à une séparation logique. Une tranche haut débit grand public, une tranche de contrôle industriel et une tranche IoT peuvent partager l’infrastructure physique, mais leurs politiques de service, fonctions cœur, comportements QoS et règles d’exploitation peuvent être différents. Cela offre une manière plus souple de commercialiser et d’exploiter les capacités du réseau mobile.

Ce que contient une tranche

Une tranche réseau est un réseau logique fournissant des capacités et des caractéristiques déterminées. Une instance de tranche réseau, ou NSI, correspond à la version déployée de cette tranche. Elle contient un ensemble d’instances de fonctions réseau et les ressources nécessaires à leur fonctionnement, notamment des ressources de calcul, de stockage et de réseau.

Dans un déploiement 5GC, certaines fonctions peuvent être partagées entre plusieurs tranches, tandis que d’autres peuvent être dédiées à une seule tranche. Par exemple, plusieurs tranches peuvent partager des fonctions communes du plan de contrôle telles qu’AMF dans certaines conceptions. Parallèlement, chaque tranche peut utiliser ses propres SMF et UPF afin que la gestion des sessions et le trafic du plan utilisateur suivent ses exigences spécifiques.

Cette organisation établit une distinction claire entre les parties communes et celles propres à chaque tranche. La partie commune réduit les duplications et économise les ressources. La partie spécifique donne à chaque service son propre comportement, son chemin de données et son traitement. Dans de nombreux modèles, un même UE peut aussi accéder à plusieurs tranches, différentes sessions PDU utilisant des chemins liés à des tranches différentes.

Le découpage réseau n’impose pas que chaque fonction s’exécute sur un serveur physiquement séparé. Les fonctions de différentes tranches peuvent fonctionner sur le même cluster de serveurs X86 tout en restant isolées grâce à la virtualisation, KVM, aux espaces de noms des conteneurs, aux mécanismes VPN et aux politiques de gestion. C’est l’une des raisons pour lesquelles le découpage est plus pratique que la construction de réseaux physiques séparés.

Fonctionnement de l’identité des tranches

La sélection des tranches repose sur des identifiants. L’identifiant principal est S-NSSAI, ou information d’assistance à la sélection d’une tranche réseau unique. Il identifie de manière unique une tranche réseau. NSSAI est une collection de plusieurs S-NSSAI et représente donc un groupe de tranches plutôt qu’une seule.

S-NSSAI contient deux parties principales. SST, ou type de tranche/service, identifie le type de tranche. Les valeurs SST courantes comprennent 1 pour eMBB, 2 pour URLLC, 3 pour MIOT et 4 pour V2X. SD, ou différenciateur de tranche, sert à distinguer plusieurs tranches du même type. Il est utile lorsque deux tranches appartiennent à la même classe de service mais desservent des clients, des régions ou des politiques commerciales différents.

Plusieurs termes NSSAI sont importants dans les procédures réelles. Configured NSSAI peut être préconfiguré dans l’UE ou fourni par AMF et aide l’UE à générer ses informations de tranche demandées. Subscribed NSSAI correspond aux données d’abonnement aux tranches stockées pour l’utilisateur. Requested NSSAI est transporté par l’UE dans la demande d’enregistrement. Allowed NSSAI est l’ensemble des tranches auxquelles l’UE est autorisé à accéder dans la zone d’enregistrement actuelle. Rejected NSSAI indique à l’UE quels accès aux tranches ont été refusés.

L’ensemble de tranches autorisé n’est pas décidé par l’UE seul. Il dépend de la politique NSSF, des données d’abonnement UDM, des capacités de prise en charge d’AMF et des conditions de la zone d’enregistrement. Le résultat final est transmis par AMF à l’UE dans le message d’acceptation d’enregistrement. Un UE peut être autorisé à accéder simultanément à huit tranches au maximum, ce qui signifie qu’Allowed NSSAI peut contenir jusqu’à huit S-NSSAI.

Comment la sélection est décidée

La 5G introduit NSSF, la fonction de sélection des tranches réseau, pour aider à sélectionner une instance appropriée, choisir un point d’entrée AMF pour la tranche et déterminer Allowed NSSAI. La sélection se déroule en deux grandes étapes. La première intervient lors de l’enregistrement initial : le réseau sélectionne l’AMF associé à la tranche et détermine l’ensemble de tranches autorisé pour l’UE. La seconde intervient lors de l’établissement de la session PDU, lorsque SMF, UPF et le traitement associé du plan utilisateur sont sélectionnés.

Pendant l’enregistrement, l’UE peut choisir un Requested NSSAI à partir de son Configured NSSAI ou d’un Allowed NSSAI enregistré précédemment. Lorsque le gNB doit sélectionner un AMF, il peut utiliser 5G-S-TMSI ou GUAMI s’ils sont disponibles. Si ces identifiants ne sont pas disponibles, le gNB peut utiliser Requested NSSAI pour orienter la sélection. Si aucune de ces conditions n’est utile, le message peut être envoyé vers un AMF par défaut.

Requested S-NSSAI améliore la première tentative de sélection d’AMF. Au lieu de choisir sans information, le gNB dispose d’éléments liés à la tranche qui augmentent la probabilité de sélectionner un AMF approprié. Si l’AMF choisi peut servir la tranche demandée et si l’UE possède l’autorisation d’abonnement, AMF peut envoyer l’acceptation d’enregistrement avec l’Allowed NSSAI approprié.

Si l’AMF ne peut pas servir la tranche demandée ou si l’UE n’y est pas abonné, l’AMF peut devoir interroger NSSF. NSSF peut renvoyer un Allowed NSSAI différent et un AMF adapté. La demande d’enregistrement peut ensuite être reroutée directement ou indirectement vers le bon AMF. Ce mécanisme maintient la souplesse de la sélection tout en la plaçant sous le contrôle de l’abonnement, de la politique et des capacités du réseau.

Pourquoi l’isolation est importante

L’isolation est l’une des principales raisons pour lesquelles les entreprises et les clients industriels s’intéressent au découpage. Chaque tranche doit se comporter comme un réseau privé logique, même si les ressources physiques sont partagées. Les différentes tranches ne doivent pas pouvoir se voir ou s’influencer librement. Cela favorise la sécurité, l’indépendance opérationnelle et le contrôle du niveau de service.

L’isolation peut être mise en œuvre à plusieurs niveaux. La sélection de tranche sépare le chemin d’accès au service. Les machines virtuelles ou les conteneurs séparent les environnements de calcul. Les mécanismes d’espace de noms peuvent isoler les ressources au niveau des conteneurs. Les VPN et la séparation du transport peuvent protéger les chemins de trafic. Le contrôle de politique peut définir des règles QoS et de service différentes. Les systèmes de gestion peuvent également séparer la visibilité des clients et les autorisations opérationnelles.

Sur le plan commercial, l’isolation facilite la fourniture de services personnalisés. Une tranche d’usine peut nécessiter une fiabilité supérieure et une latence plus faible. Une tranche vidéo haut débit peut exiger un débit élevé. Une tranche IoT peut nécessiter une grande capacité d’appareils et un faible coût de signalisation. Chaque tranche peut être configurée selon des besoins différents, tout en évitant le coût d’un réseau physique entièrement séparé.

La gestion du cycle de vie est essentielle

Les tranches réseau ne sont pas des objets statiques. Comme les fonctions réseau, elles ont un cycle de vie. Une tranche peut être préparée, instanciée, configurée, activée, surveillée, mise à l’échelle, modifiée, désactivée et supprimée. Cette gestion est essentielle, car le découpage n’a d’intérêt commercial que si les tranches peuvent être créées, modifiées et retirées efficacement.

Le cycle de vie peut être divisé en quatre étapes. La première est la préparation, qui comprend la conception du modèle de tranche, le préprovisionnement et la préparation de l’environnement réseau. La deuxième est l’instanciation, la configuration et l’activation, au cours desquelles la tranche est créée, la configuration du service chargée et la tranche mise en service. La troisième est l’exploitation, durant laquelle les KPI, alarmes, rapports et performances sont surveillés. Selon les résultats, le système peut déclencher une autoréparation ou une mise à l’échelle automatique. La quatrième est le retrait, avec éventuellement la migration des utilisateurs, la désactivation de la tranche et la libération des ressources.

Ce processus est généralement géré par un gestionnaire de tranches avec MANO. MANO comprend l’orchestration, la gestion des VNF et la gestion de l’infrastructure virtuelle. Les fonctions EMS ou NMS prennent en charge la gestion des éléments réseau, la configuration, les alarmes, les performances et les opérations liées à la sécurité. Ensemble, ces systèmes transforment une conception de tranche en un service réseau déployé et administrable.

Les modèles rendent NSaaS possible

Un modèle de tranche décrit les fonctions réseau, spécifications, ressources, connexions et paramètres de service nécessaires. Pour les clients externes, il peut apparaître comme un modèle de tranche. Dans l’environnement de l’opérateur, il peut devoir être converti en modèle de service réseau compréhensible par MANO. Des formats tels que HOT, OVF et TOSCA peuvent être utilisés selon l’environnement d’orchestration.

La conception du modèle commence par les exigences du client. L’opérateur doit comprendre les besoins QoS, la bande passante, le nombre d’utilisateurs en ligne, la redondance, la sécurité et la couverture. Ces besoins sont ensuite traduits en ressources réseau et en paramètres 5GC, tels que 5QI et le contrôle de politique associé. Le modèle peut alors être chargé dans le gestionnaire de tranches ou l’orchestrateur pour gérer son cycle de vie.

Cela donne naissance au concept de Network Slice as a Service, ou NSaaS. Dans un modèle idéal, un client industriel peut choisir en ligne un modèle de tranche, soumettre ses exigences, finaliser une commande et recevoir les paramètres après création automatique. La place de marché des tranches ou le portail client envoie la commande à BOSS et à l’orchestrateur. Celui-ci travaille avec VNFM, VIM et EMS ou NMS pour instancier la tranche, attribuer les ressources, configurer les fonctions réseau et confirmer que le service est prêt.

Il en résulte un nouveau modèle commercial. Au lieu de longues négociations hors ligne et d’une activation manuelle, le client peut disposer d’un portail d’autogestion, d’un approvisionnement plus rapide et d’une extension élastique. Un petit client pourrait commencer avec une tranche pour 500 utilisateurs, l’exploiter pendant un an puis l’étendre à 1000 utilisateurs. Si le service prend fin, la tranche peut être supprimée et les ressources libérées. C’est la valeur concrète du découpage : un service personnalisé, un délai de commercialisation plus court et une meilleure réutilisation des ressources.

FAQ

Une tranche réseau peut-elle exister sans matériel physique dédié ?

Oui. Une tranche est un réseau logique. Elle peut partager des serveurs physiques, des ressources de transport et une infrastructure d’accès, tout en utilisant la virtualisation, les conteneurs et le contrôle de politique pour maintenir la séparation.

Pourquoi un UE a-t-il besoin de plusieurs tranches ?

Un UE peut exécuter différents types de services en même temps. Par exemple, une session PDU peut utiliser une tranche de service d’entreprise tandis qu’une autre utilise une tranche Internet générale ou liée à IMS.

Qu’est-ce qui détermine l’acceptation d’une demande de tranche ?

L’acceptation dépend des données d’abonnement, des capacités d’AMF, de la politique NSSF, des conditions de la zone d’enregistrement et de la prise en charge du S-NSSAI demandé dans le contexte réseau actuel.

Pourquoi SD est-il nécessaire si SST identifie déjà le type de tranche ?

SST identifie le type de service, tandis que SD distingue plusieurs tranches du même type. Cela permet à plusieurs tranches eMBB, URLLC ou IoT ayant des significations commerciales différentes de coexister.

Comment le découpage réduit-il le délai de déploiement commercial ?

Les modèles, l’orchestration et la gestion automatisée du cycle de vie réduisent les tâches manuelles de conception et de déploiement. La mise à l’échelle, l’activation et la libération des ressources peuvent être réalisées beaucoup plus rapidement qu’avec la construction traditionnelle d’un réseau dédié.

Le découpage réseau 5GC n’est pas seulement une architecture technique. C’est un moyen de regrouper les capacités du réseau mobile dans des réseaux logiques, isolés et propres à chaque service. En combinant infrastructure partagée, identité de tranche, sélection contrôlée, gestion du cycle de vie et orchestration fondée sur des modèles, les opérateurs peuvent répondre aux besoins de différents secteurs et services sans construire un réseau physique séparé pour chaque client.