Comment établir une nouvelle norme pour la réduction de la latence des équipements

Ces dernières années, les appareils sans fil tels que les smartphones ont existé sous la forme de deux états principaux : l’état inactif et l’état connecté. La transition entre ces deux états - d’inactif à connecté et vice-versa – est actuellement  l'un des événements de signalisation de haute couche les plus fréquents sur les réseaux 4G LTE, se produisant environ 500 à 1 000 fois par jour dans chaque appareil. En d'autres termes, il s'agit d'un processus plutôt lourd.

Une séquence de signalisation aussi étendue est acceptable lorsque le système est conçu pour les appels vocaux. Ici, le comportement typique d’une interaction - lorsque vous passez du temps au téléphone avant de raccrocher –signifie que l’on peut parfaitement tout effacer et tout recommencer lors de chaque appel passé ; le rapport utilisation/signalisation est rentable et justifié.

Néanmoins, à une époque où les connexions et les transmissions de données sont plus rapides, plus courtes et plus fréquentes, c’est tout l’inverse ! La signalisation risque de devenir plus importante que les données actuellement transmises. À l’origine, nous étions principalement inquiets à l’idée que cela pouvait ralentir le développement et le déploiement des cas d’utilisation dans l’IoT, en raison de la latence et de la consommation de l’appareil.

Tout a commencé avec une idée simple 

L'idée clé de l'état inactif consiste à réduire la quantité de signaux émis pendant la transition d'état d'un appareil. Les caractéristiques techniques qui permettent d'atteindre cet objectif sont sophistiquées, mais l'idée de base est en fait vraiment simple.

La meilleure analogie que je peux évoquer est la comparaison avec le mode « veille » que l’on retrouve sur nos ordinateurs. Mon poste de travail comporte très souvent de nombreux dossiers, de mails et d’applications ouvertes, et comme souvent, lorsque je quitte un instant mon bureau, je constate à mon retour que mon ordinateur s’est mis en mode veille et que tous ces dossiers, mails et applications sont restés dans l’état exact où je les ai laissés, ce qui est très pratique. L’alternative consisterait à sauvegarder et fermer chaque application au préalable, puis de toutes les rouvrir à mon retour, et cela inlassablement, ce qui serait un processus bien trop fastidieux.

Avec cette idée d’état inactif, nous voulions donc reproduire le comportement de nos ordinateurs. Et c’est exactement ce que nous avons fait. Nous avons trouvé un moyen de stocker la configuration du terminal sans fil dans le réseau radio pendant la transition entre l'état connecté et le nouvel état inactif, et vice-versa. Ce faisant, nous avons réduit la quantité de signalisation qui se produit pendant une transition d'état, ce qui a permis de réduire considérablement la latence des appareils ainsi que la consommation de batterie. Il s'agit d'exigences essentielles pour de nombreux cas d'utilisation de l’IoT et de la 5G, y compris le haut débit mobile amélioré.

Image 1 : Un concept similaire à l’état inactif est le mode veille que l’on retrouve chez les ordinateurs.

Les avantages, en résumé

Il est beaucoup plus rapide de récupérer quelque chose que de créer quelque chose dès le début, ce qui favorise les faibles latences. Pensez à votre smartphone et à la façon dont il est perçu par un utilisateur final : La plupart du temps, nos smartphones sont dans une forme d'état de veille pour économiser de la batterie, ce qui est similaire à l'état inactif. Si vous avez besoin de vous connecter, vous n’avez qu’à appuyer sur un bouton pour ouvrir une application, afin que le terminal puisse établir une connexion. Le fait d'accélérer cette procédure avec l'état inactif rend le processus d'appui sur le bouton d'une application et de réception des données beaucoup plus rapide.

La quantité de signaux échangés dans cette procédure est réduite parce que nous restaurons et réutilisons. Cela présente un avantage en termes d'économies d'énergie, car plus vous échangez de signaux, plus vous dépensez d'énergie.

Les avantages pour les cas d'utilisation de l'IoT étaient clairs, et lorsque nous nous sommes lancés dans ce processus, nous avons commencé à réaliser à quel point il serait également pertinent pour les smartphones, car de nombreuses applications reposent sur une transmission de données faible et fréquente.

Si vous voulez en savoir plus sur les fonctions techniques, je vous recommande de lire notre article sur l’état inactif que vous pouvez retrouver dans l’Ericsson Technology Review.

Notre voyage se poursuit dans le 3GPP

Cette étape a commencé chez Ericsson Research bien avant son arrivée au 3GPP. Grâce à une collaboration précoce en matière de recherche avec divers acteurs du monde universitaire et industriel européen, nous commencions déjà à dresser le plan de l'architecture de l'état inactif. En fait, nous avons même publié un article de recherche avant que celui-ci fasse partie d’un plus grand consensus. Les expériences précédentes du 3GPP avec les systèmes 3G et 4G dans le domaine des états de protocole ont également aidé à construire ce nouveau concept.

Cependant, cela n’était qu’une première étape du processus. Pour que cette fonction puisse être utilisée par l'ensemble de l'industrie et par les consommateurs dans les cas où elle peut avoir un réel impact, elle devait faire partie de la nouvelle norme 3GPP. Cette prochaine étape, peut-être la plus importante du voyage, a exigé un énorme effort collectif, à la fois en interne chez Ericsson, mais aussi en externe avec nos pairs du secteur et nos collègues du 3GPP.

Comprendre la normalisation 3GPP

Comme c'est souvent le cas, le processus de passage au 3GPP a été long et délicat. Après des mois de discussions techniques, tous les opérateurs et vendeurs se sont mis d'accord sur la meilleure proposition technique.

Concernant l’état inactif, nous étions tous d’accord pour la plupart des propositions mises en avant. Il s'agissait notamment de questions fondamentales, même à la suite de discussions controversées et de points de vue différents de ceux des autres parties. Le cadre de sécurité en est un exemple, comme la possibilité de crypter le message de réponse (reprise ou suspension/libération) à partir du réseau. À l'époque, il s'agissait d'un nouveau concept dans le 3GPP, qui diffère de la messagerie de reprise non cryptée de la 4G LTE. Il montre également un autre avantage de l'état inactif, à savoir qu'il permet de construire de futures fonctionnalités par-dessus. Pour donner un exemple, les futures fonctionnalités du 3GPP (comme la transmission de petites données dans le Rel-17) en bénéficient. L'adoption de ce nouveau dispositif de sécurité peut être attribuée au travail de nos nombreux chercheurs et délégués experts.

Image 2 : Ericsson a joué un rôle majeur dans le développement de la nouvelle norme 3GPP 5G.

L’impact de l’état inactif 

Le développement de l’état inactif sera un outil fondamental pour la plupart des cas d'utilisation les plus passionnants et les plus importants de la 5G, tels que le transport connecté et le contrôle d’équipements à distance. Nos premières activités de recherche approfondies sur les nouveaux modèles d'état de contrôle des ressources radio (CRR) ont fait que nous avons été parmi les premiers dans l'industrie à relever les défis techniques et à façonner la nouvelle norme 5G.

Ce faisant, nos équipes de recherche et de développement ont apporté un concours essentiel à l’établissement des bases du prochain chapitre de l'innovation.

Ecrit par Icaro Leonardo Da Silva, Master Researcher in Radio Network Architecture and Protocols