GUAMI / AMF Region / AMF Set / AMF Pointer — AMFをどう識別・選択するのか¶

学習目標¶

この章を読み終えると、次のことができるようになります。

• GUAMI を MCC / MNC / AMF Region ID / AMF Set ID / AMF Pointer に分解し、各ビット長と役割を説明できる
• AMF Region → AMF Set → AMF の階層と、「AMF Pointerは1台または複数台のAMFを指し得る」というニュアンスを説明できる
• NG-RAN が GUAMI / 5G-S-TMSI / Relative AMF Capacity を使ってAMFを選ぶ流れを説明できる
• NG Setup Response の Served GUAMI List / Relative AMF Capacity をWiresharkで確認し、Network Designと照合できる
• 「AMF間でUE数が極端に偏る」事象を、RAN・NGAP・GUAMI・AMF Set・AMFの順に切り分けられる

前提知識¶

• SUPI / SUCI / 5G-GUTI — 5G-GUTI = GUAMI + 5G-TMSI であること
• Registration — AMFが最初に選ばれる手続き
• 補助: AMF / N2 / N14 / NRF / Identifier辞典

Why — なぜAMFに「住所」が必要なのか¶

AMFが1台だけなら、gNBは迷わずそこへ送れます。しかし商用網では、スケール・冗長化・負荷分散のために 多数のAMF を並べます。すると次の問題が生じます。

• UEがIdleから戻ってきたとき、そのUEのContextを持つAMF へ届けたい
• AMFが故障・撤去されたとき、同じ役割を引き継げるAMF へ振り替えたい
• 新規UEは、AMFの処理能力に比例して 振り分けたい
• 別AMFに移ったUEについて、新AMFが 旧AMFを特定して Contextを取りに行きたい

これらを実現するには、AMFを 階層的に 識別する「住所」が必要です。それが GUAMI（Globally Unique AMF Identifier） です。

例え話: GUAMIは「国（PLMN）→ 都道府県（AMF Region）→ 支店（AMF Set）→ 窓口番号（AMF Pointer）」という住所です。番号札（5G-GUTI）に窓口の住所が印字されているので、客（UE）が戻ってきたとき案内係（gNB）は同じ窓口へ案内できます。窓口が閉まっていても、同じ支店（AMF Set）の別窓口なら書類（UE Context）を共有しているので対応できます。

What — GUAMIの構造¶

定義とビット長¶

GUAMIは TS 23.501 §5.9.4 と TS 23.003 §2.10.1 で次のように定義されます。

<GUAMI>          = <MCC><MNC><AMF Identifier>
<AMF Identifier> = <AMF Region ID><AMF Set ID><AMF Pointer>

AMF Identifier は合計 24 bit です（TS 23.003 §2.10.1）。

Region → Set → AMF の階層¶

flowchart TD
    PLMN["PLMN 001-01"] --> R1["AMF Region ID = 0x01"]
    PLMN --> R2["AMF Region ID = 0x02"]
    R1 --> S1["AMF Set ID = 1
(Region 0x01内で一意)"]
    R1 --> S2["AMF Set ID = 2"]
    R2 --> S3["AMF Set ID = 1
(Region 0x02内で一意。
Region 0x01のSet 1とは別物)"]
    S1 --> P1["AMF Pointer = 1"]
    S1 --> P2["AMF Pointer = 2"]
    S2 --> P3["AMF Pointer = 1"]
    S3 --> P4["AMF Pointer = 1"]

図の値はテスト用PLMN（001-01）を使った架空の例です。AMF Set IDはRegion内でのみ一意 なので、AMF Setをグローバルに特定するには PLMN + Region ID + Set ID の組が必要です。

AMF Region / AMF Set とは何か¶

• AMF Region は1つ以上のAMF Setから構成されます。「Region」という名前ですが、物理的な地理区分である必要はなく、オペレータのNetwork Designで論理的に決まります（Regionの切り方は運用依存。仕様は「AMF Regionは1つ以上のAMF Setから成る」と規定し、地理区分であることは求めていない。TS 23.501 §5.21.2.1 / §5.9.4、要確認）。
• AMF Set は、同じエリア（TA群）と同じNetwork Slice群を担当するAMFの集まり です（TS 23.501 §5.21.2.1、要確認）。AMF Setは、Set内の別AMFがUEを引き継ぐこと（UDSF経由のContext共有、またはAMF間のContext転送）を想定した単位です。共有の有無・方式は構成依存です（TS 23.501 §5.21.2 配下、枝番は要確認）。

5G-GUTI の中の GUAMI¶

5G-GUTI
┌──────────────────────────────────────────┬──────────────┐
│                  GUAMI                   │   5G-TMSI    │
│  MCC │ MNC │ Region(8) │ Set(10) │ Ptr(6) │    (32)      │
│              AMFを指す部分               │ AMF内のUE    │
└──────────────────────────────────────────┴──────────────┘

UEが5G-GUTIを持っている限り、ネットワークは 「このUEを最後に担当したAMF（群）」 を識別子から逆引きできます。これがAMF選択・Context転送の起点になります。

How — GUAMIはどう使われるか¶

1. NG Setup — AMFが自分の「住所」をgNBへ告知する¶

gNBとAMFがN2を確立する NG Setup 手続き（TS 38.413 §8.7.1）で、AMFは自分が担当するGUAMIをgNBへ通知します。

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant AMF
    gNB->>AMF: NG Setup Request (Global RAN Node ID, Supported TA List, Default Paging DRX 等)
    AMF-->>gNB: NG Setup Response (AMF Name, Served GUAMI List, Relative AMF Capacity, PLMN Support List)
    Note over gNB: GUAMI ⇔ AMF(TNL接続) の対応表と
各AMFの相対容量を保持
    AMF-->>gNB: AMF Configuration Update (Served GUAMI List / Relative AMF Capacity の変更)
    gNB-->>AMF: AMF Configuration Update Acknowledge

メッセージ定義は TS 38.413 §9.2.6.1（NG Setup Request）/ §9.2.6.2（NG Setup Response）、変更通知は AMF Configuration Update（§8.7.3）です。

2. gNBによるAMF選択¶

UEが接続してきたとき、gNB（NG-RAN）は次の考え方でAMFを選びます（TS 23.501 §6.3.5）。

flowchart TD
    Start["UEからRRC接続
(RRCSetupRequest / RRCSetupComplete)"] --> Q1{"UEが 5G-S-TMSI または
GUAMI(registeredAMF) を提示?"}
    Q1 -- "Yes" --> Q2{"そのGUAMIのAMFへ
接続済み・利用可能?"}
    Q2 -- "Yes" --> A1["そのAMFを選択
(Contextを持つAMFへ戻す)"]
    Q2 -- "No" --> A2["同じAMF Set内の別AMF
(またはBackup AMF) を選択"]
    Q1 -- "No (新規UE)" --> A3["Requested NSSAI 等で候補を絞り、
Relative AMF Capacity に比例して選択"]

• UEが既存の識別子を持つ場合 — RRCSetupRequest の ng-5G-S-TMSI-Part1 と RRCSetupComplete の ng-5G-S-TMSI-Part2 を組み合わせた 5G-S-TMSI（Part2 = 上位9 bit〔AMF Set ID の上位9 bit〕、Part1 = 下位39 bit〔AMF Set ID の最下位1 bit・AMF Pointer・5G-TMSI〕。TS 23.003 §2.10.1、TS 38.331 §6.2.2）、あるいは RRCSetupComplete の registeredAMF（AMF Identifier と、必要に応じてPLMN）から、gNBは前回のAMFを識別します（TS 38.331 §6.2.2）。5G-S-TMSIにはAMF Set IDとAMF Pointerが含まれるため、短縮形だけでもAMFを特定できます（gNBが接続するAMF群でSet ID＋Pointerが一意となる構成が前提。運用依存）。
• 新規UEの場合 — AMFごとの Relative AMF Capacity（Weight Factor） に比例した確率で振り分けます（TS 23.501 §5.19.3 AMF Load Balancing、節番号は要確認）。

3. AMF障害・撤去時 — GUAMIの切替¶

AMFを計画撤去する場合、当該AMFは AMF Status Indication（TS 38.413 §8.7.6）で Unavailable GUAMI List をgNBへ通知できます。突発障害時は当該AMF自身が通知できない場合があり、NG-RAN側の検知方法や同一Set内AMFによる扱いは TS 23.501 の AMF Management（§5.21.2 配下、枝番は要確認）と実装に依存します。gNBは、そのGUAMIを持つUEの以後のシグナリングについて、NG Setup Response / AMF Configuration Update（または AMF Status Indication の Unavailable GUAMI Item）で通知された Backup AMF Name のAMF、または同じAMF Set内の別AMFを選ぶことが期待されます（TS 38.413 §8.7.6、TS 23.501 §5.21.2.2 / §5.21.2.3、枝番は要確認。具体的な選び方はNG-RANの実装依存）。

sequenceDiagram
    participant UE
    participant gNB
    participant AMF1 as AMF-1 (撤去予定)
    participant AMF2 as AMF-2 (同一Set / Backup)
    AMF1->>gNB: AMF Status Indication (Unavailable GUAMI List = GUAMI-1)
    Note over gNB: GUAMI-1 を Unavailable として記録
    UE->>gNB: RRC接続 (5G-S-TMSI → GUAMI-1 を示す)
    gNB->>AMF2: Initial UE Message（Backup AMF / 同一Set内AMFへ）
    Note over AMF2: 同一Set内でContext共有があれば
UEを継続して扱える（構成依存）

これが、AMF Setが 冗長化の単位 として重要な理由です。

4. AMF Re-allocation — 最初のAMFが適切でなかった場合¶

gNBが選んだ初期AMFが、UEの要求スライス等を扱えないと判明した場合、別のAMF（またはAMF Set）へ振り直す AMF Re-allocation が行われます（TS 23.502 §4.2.2.2.3）。振り直し方には、初期AMFが target AMF へ直接転送する方法と、NGAPの Reroute NAS Request（TS 38.413 §8.6.5）でgNBに AMF Set ID を指定してNASメッセージの再送先を指示する方法があります。後者では「AMF Set」が転送先の単位になっています。

5. SBIの世界でのAMF Set¶

AMF SetはN2だけの概念ではありません。SBA（Service Based Architecture）では、AMFはNRFに登録する NF Profile の中で、自分の AMF Set ID / AMF Region ID / GUAMI List を公開します（TS 29.510、AmfInfo型。節番号は要確認）。他のNFはこれを使って「このGUAMIのAMF」や「このAMF SetのAMF」をNRFで検索できます。

また、NF Set の識別子として、AMF Setは次の形式で表されます（TS 23.003 §28.12）。

set<AMF Set ID>.region<AMF Region ID>.amfset.5gc.mnc<MNC>.mcc<MCC>

flowchart LR
    subgraph RAN["RAN / NAS の世界"]
        G["GUAMI
Region / Set / Pointer"]
    end
    subgraph SBA["SBI の世界"]
        N["NF Profile (AmfInfo)
amfSetId / amfRegionId / guamiList"]
        F["NF Set ID
set..region..amfset.5gc..."]
    end
    G <-- "同じAMF Setを別表現で指す" --> N
    N --- F

Packet Analysis (Wireshark)¶

Display Filter¶

NGAPの procedureCode の数値はディセクタ・版により表示が異なる場合があるため、本ページでは断定しません。GUIのプロトコル階層表示でメッセージ名を確認するのが確実です。

Decode例（概念表現）¶

以下は表示構造の概念表現です（要キャプチャ）。値はテスト用PLMNでの架空例です。

NGAP NGSetupResponse
 ├─ AMFName: amf-1.example
 ├─ ServedGUAMIList
 │   └─ ServedGUAMIItem
 │       ├─ GUAMI
 │       │   ├─ PLMN Identity: 001-01
 │       │   ├─ AMFRegionID: 0x01
 │       │   ├─ AMFSetID: 1
 │       │   └─ AMFPointer: 1
 │       └─ BackupAMFName: amf-2.example   (任意)
 ├─ RelativeAMFCapacity: 100
 └─ PLMNSupportList

見るべきポイント¶

1. Served GUAMI List — 設計書どおりのRegion / Set / Pointerか。設計にない重複告知（意図しない同一GUAMIの重複）がないか
2. Relative AMF Capacity — 意図しない値（0や極端な差）になっていないか
3. AMF Status Indication の有無 — 撤去・障害でGUAMIが Unavailable にされていないか
4. UEの5G-GUTI内のGUAMI — そのUEが「どのAMFへ戻ろうとしているか」。存在しないGUAMIなら、旧構成の5G-GUTIが残っている可能性

Trouble Shooting — AMF間の負荷偏り¶

例えば次のような極端な偏りがあったとします。

AMF-1 : UE 9000
AMF-2 : UE  100

すぐに「AMFのバグ」と決めつけず、外側から順に確認します。

flowchart LR
    A["① gNB⇔各AMFの
N2(SCTP)接続"] --> B["② NG Setup
成功しているか"]
    B --> C["③ Served GUAMI List
の告知内容"]
    C --> D["④ AMF Set / Region
設定"]
    D --> E["⑤ Relative AMF
Capacity"]
    E --> F["⑥ UEの既存
5G-GUTI"]
    F --> G["⑦ RAN側の
AMF選択実装"]

3GPP仕様とVendor実装の境界¶

EPC（4G）との比較¶

5G-GUTI ⇔ 4G GUTI の対応（Interworking）¶

4G⇔5G Interworkingでは、5G-GUTIと4G GUTIを相互に マッピング します（TS 23.003 §2.10.2、枝番は要確認）。ビット長が合うように設計されています。

4G GUTIから写像された値をUEが提示する場合、RRCでは guami-Type（native / mapped） で区別されます（TS 38.331 §6.2.2）。詳細は 4G-5G Interworking を参照してください。

3GPP Specification¶

Summary¶

• GUAMI = MCC + MNC + AMF Region ID(8) + AMF Set ID(10) + AMF Pointer(6)。「どのPLMNの、どのRegionの、どのSetの、どのAMF（群）か」を表す
• AMF Set IDはRegion内で一意、AMF PointerはSet内の1台以上のAMF を指す。1台のAMFが複数GUAMIを持つこともある
• AMFは NG Setup Response の Served GUAMI List / Relative AMF Capacity で自分の住所と容量をgNBへ告知する
• gNBは UEの5G-S-TMSI / GUAMI で前回AMFへ戻し、新規UEは Relative AMF Capacity に比例して振り分ける
• AMF障害・撤去時は Unavailable GUAMI List / Backup AMF / 同一AMF Set で引き継ぐ。AMF Setは冗長化の単位で、Set内の別AMFによる引き継ぎを想定する（Context共有・転送の方式は構成依存）
• AMF Setは3GPPの論理グルーピングであり、Kubernetes Cluster・LB・DCとは別概念

理解度チェック¶

Next Step¶

• 識別子の前提に戻る → SUPI / SUCI / 5G-GUTI
• N2とNG Setupの全体像 → NG Setup Procedure / N2 / NGAP辞典
• 旧AMF⇔新AMFのContext転送 → N14 / Mobility Registration Update
• 4G GUTIとのマッピングが効く場面 → 4G-5G Interworking
• AMFというNFの全体像 → AMF