PDU Session Modification / Release — PDUセッションの変更・解放¶

学習目標¶

このページを読み終えると、次のことができるようになります。

• PDU Session Modification（確立済みセッションの QoS 変更・QoS Flow 追加/削除）と PDU Session Release（解放）という2つの手続きを、目的の違いとともに説明できる。
• 各手続きが UE-requested（UE 起点）と Network-requested（NW 起点）の両方で起こり得ることを説明できる。
• Modification が QoS Flow 単位（QFI/5QI/GBR 等）の追加・変更・削除として実現されることを説明できる。
• 制御（PCF/SMF）→適用（UPF は N4/PFCP、gNB は N2/NGAP、UE は N1/5GSM NAS）という 制御と適用の分離の流れを説明できる。
• PCF のポリシー変更が Network-requested Modification の主要な契機になることを説明できる。
• **AMF は仲介（N1/N2 の窓口）**であり、SM の実処理は SMF が主体である役割分担を説明できる。
• 4G の Bearer Modification / Bearer Deactivation（EPS Bearer 単位） と、5G の PDU Session / QoS Flow 単位の変更・解放を比較して説明できる。

前提知識¶

• PDU Session Establishment — 必須前提。確立済みセッションが本章の出発点。
• QoS — QoS Flow / QFI / 5QI / GBR の詳細モデル。
• Service Request — CM-IDLE の UE をユーザプレーン復帰させる手続き（NW 起点 Command 配送に関連）。
• N1 / N2 / N4 / N7 — 各インタフェース。
• SMF / UPF / PCF / AMF — 登場 NF。

この章で学べること¶

• 範囲: 確立済み PDU セッションの Modification と Release。それぞれ UE-requested / Network-requested の両起点。制御→適用の流れ。
• 範囲外:
• 確立手順そのもの → PDU Session Establishment。
• QoS モデルの詳細（5QI 特性、AMBR、DRB マッピング等）→ QoS。
• 無線側 DRB の内部処理・RRC 再設定の詳細。

Why — なぜ Modification / Release が必要なのか¶

PDU セッションは「確立して終わり」ではありません。通信中にアプリケーションが切り替わり、映像通話が始まって高い品質保証（GBR）が要る、逆に不要になって Non-GBR に戻す、あるいはセッション自体が不要になり資源を返したい——こうした動的な状態変化が常に起こります。

• 通信中に QoS を変える（QoS Flow の追加・変更・削除）ための手続きが Modification。
• セッションが不要になり 資源を返す（UPF セッション・TEID・IP・無線リソースの解放）ための手続きが Release。

これらを行わないと、品質が実態に合わないまま固定され、あるいは使われないリソースが滞留してネットワーク容量を圧迫します。

例え話: 賃貸契約に例えると、Modification は「同じ部屋に住み続けたまま契約内容（間取り追加・オプション変更）を書き換える」こと、Release は「退去して鍵と部屋を返す」ことに相当します。どちらも入居後（確立後）に発生する運用です。

Overview — 概要¶

flowchart TD
    A["確立済み PDU Session (ACTIVE)"] --> B{"契機"}
    B -->|"QoS を変えたい"| M["Modification (QoS Flow 追加/変更/削除)"]
    B -->|"不要になった"| R["Release (資源解放)"]
    M --> A
    R --> Z["削除 (INACTIVE 相当)"]

Basic Concept — 初心者向け説明¶

1. Modification とは（QoS Flow の変更）¶

Modification は、確立済みセッションを保ったまま、その中身の QoS Flow を書き換える手続きです。QoS Flow は 5G QoS の最小粒度で QFI で識別され、5QI（品質特性）や GBR（帯域保証）などのパラメータを持ちます。Modification では QoS Flow を追加・変更・削除します。詳細な QoS モデルは QoS を参照してください。

適用先は3方向です。UPF には N4(PFCP) の Session Modification で PDR/FAR/QER を更新、gNB には N2(NGAP) の PDU Session Resource Modify で DRB を再設定、UE には N1(5GSM NAS) の Modification Command を届けます。

2. Release とは（解放）¶

Release は、セッションそのものを削除し、関連リソースを返す手続きです。UPF は N4 Session Deletion でセッション・TEID を解放、gNB は N2 PDU Session Resource Release で DRB/N3 を解放、UE には N1 の Release Command を届けます。SMF は Nsmf のコンテキストを解放し、課金停止・IP アドレス返却も行います。

3. UE-requested と Network-requested¶

同じ Modification / Release でも誰が起動するかで2系統あります。UE-requested は UE が Request を送って始まり、Network-requested は PCF のポリシー変更・SMF の判断・障害・課金などネットワーク側の事情で始まります。Network-requested の場合、UE が CM-IDLE だと Command を届けるために Service Request（paging によるユーザプレーン復帰）が先行することがあります（要確認：条件は版・実装依存）。

Architecture¶

flowchart LR
    UE["UE (5GSM)"]
    gNB["gNB / NG-RAN"]
    AMF["AMF (仲介)"]
    SMF["SMF (SM 主体)"]
    UPF["UPF (適用)"]
    PCF["PCF (ポリシー契機)"]
    DN["DN"]

    PCF -->|"N7 (ポリシー変更)"| SMF
    SMF -->|"N4 (PFCP) 適用"| UPF
    SMF -->|"SM NAS + N2 SM 情報"| AMF
    AMF -->|"N2 (NGAP) 適用"| gNB
    AMF -->|"N1 (NAS) 中継"| UE
    gNB -.->|"DRB 再設定/解放"| UE
    UPF --- DN

    classDef core fill:#c8e6c9,stroke:#2e7d32,color:#000;
    class AMF,SMF,UPF,PCF core;

制御経路（PCF → SMF）で「何を変えるか」が決まり、適用経路（SMF → UPF は N4、AMF → gNB は N2、AMF → UE は N1）で実際に反映されます。この 制御と適用の分離が 5GC の設計思想です。

Network Function（登場NF）¶

Interface / Protocol¶

Procedure — Call Flow¶

(A) PDU Session Modification（Network-requested を主軸）¶

sequenceDiagram
    participant UE
    participant gNB
    participant AMF
    participant SMF
    participant UPF
    participant PCF

    Note over PCF,SMF: 契機: PCF のポリシー変更
(UE 起点は差分注記参照)
    PCF->>SMF: Npcf_SMPolicyControl_UpdateNotify
(PCC ルール変更・要確認)
    Note over SMF: SMF が変更内容を判断
(QoS Flow 追加/変更/削除)
    opt 任意・条件付き: N2/N1 の前の N4 更新 (step 2 付近・要確認)
        SMF->>UPF: N4 Session Modification (PFCP)
        UPF-->>SMF: N4 Modification Response
    end
    SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer
(N1: Modification Command + N2 SM 情報)
    AMF->>gNB: N2 PDU Session Resource Modify Request (NGAP)
(NAS: Modification Command を同梱)
    gNB->>UE: RRC 再設定 (NAS: Modification Command)
    gNB-->>AMF: N2 PDU Session Resource Modify Response
    AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext (N2 SM 情報)
    SMF->>UPF: N4 Session Modification (PFCP)
PDR/FAR/QER 更新 (step 8 付近・要確認)
    UPF-->>SMF: N4 Modification Response
    UE->>AMF: PDU Session Modification Complete (5GSM/N1、gNB 経由)
    AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext (N1 SM 情報)
    Note over SMF,UPF: 必要に応じ追加の N4 更新 (step 12 付近・要確認)

ステップ解説（Modification） — TS 23.502 §4.3.3.2（UE or network requested PDU Session Modification）に沿った代表例です。step 番号は版により異なるため要確認です。

1. 契機: PCF が PCC ルール変更を SMF に通知（Npcf_SMPolicyControl_UpdateNotify・オペレーション名要確認）。UE 起点の場合は UE が PDU Session Modification Request(5GSM) を送出（差分は下記）。
2. SMF 判断: SMF が QoS Flow の追加/変更/削除を決定。この段階で N4 更新を先に行うことは任意・条件付きです（仕様上の条件・step 番号は要確認。先に事前設定するかは実装依存）。
3. N1N2 配送: SMF → AMF に Namf_Communication_N1N2MessageTransfer（N1 = Modification Command、N2 SM 情報を同梱）。
4. N2 適用: AMF → gNB に N2 PDU Session Resource Modify Request(NGAP)（N1 の Modification Command を同梱）→ gNB が DRB を再設定し、NAS を UE へ渡す → Modify Response を AMF へ返す。
5. SMF へ反映: AMF → SMF に Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext（N2 SM 情報）。
6. N4 適用: SMF → UPF に N4 Session Modification(PFCP) で PDR/FAR/QER を更新（N2 の応答を受けた後。step 8 付近、要確認）。
7. NAS 完了: UE の Modification Complete が gNB・AMF 経由で SMF に届く（Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext）。必要に応じて SMF は再度 N4 を更新（step 12 付近、要確認）。
8. UE 状態は ACTIVE を維持（QoS だけが更新される）。

UE 起点との差分: UE が最初に PDU Session Modification Request(5GSM) を AMF 経由で SMF へ送り（Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext）、SMF が可否を判断（必要なら PCF に確認）します。SMF は N1N2MessageTransfer ではなく UpdateSMContext の応答で N1/N2 SM 情報を返し得ます（要確認）。以降は上記 4 以降と同様。SMF が要求を認可できない場合は Modification Reject（原因の 5GSM cause 値は要確認）を返す。PCF 起点の同じ流れは PCF / SM Policy Association / PCC Rule でも扱っています。

(B) PDU Session Release¶

sequenceDiagram
    participant UE
    participant gNB
    participant AMF
    participant SMF
    participant UPF
    participant PCF

    Note over UE,PCF: 契機: UE Release Request
または NW 起点 (SMF/PCF/AMF)
    SMF->>UPF: N4 Session Deletion (PFCP)
セッション/TEID 解放
    UPF-->>SMF: N4 Deletion Response
    SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer
(N1: Release Command + N2 SM 情報)
    AMF->>gNB: N2 PDU Session Resource Release (NGAP)
    Note over gNB,UE: gNB が DRB/N3 解放
    gNB-->>AMF: N2 Release Response
    AMF->>UE: PDU Session Release Command (5GSM/N1)
    UE->>AMF: PDU Session Release Complete (5GSM/N1)
    AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext
    SMF->>PCF: Npcf_SMPolicyControl_Delete (要確認)
    Note over SMF: 課金停止・IP アドレス返却
Nsmf コンテキスト解放

ステップ解説（Release）

1. 契機: UE が PDU Session Release Request(5GSM) を送出、または NW 起点（SMF/PCF/AMF の判断、ポリシー・課金・障害・登録解除等）。
2. N4 削除: SMF → UPF に N4 Session Deletion(PFCP) → UPF がセッション・TEID・転送ルールを解放。
3. N1N2 配送: SMF → AMF に N1N2MessageTransfer（N1 = Release Command、N2 SM 情報を同梱）。
4. N2 解放: AMF → gNB に N2 PDU Session Resource Release(NGAP) → gNB が DRB/N3 を解放。
5. NAS 完了: UE ↔ AMF ↔ SMF で Release Command / Complete を交換。
6. 後処理: SMF が PCF/課金へ解放を通知（Npcf_SMPolicyControl_Delete・要確認）、割当 IP を返却、Nsmf コンテキストを解放。
7. セッション状態は ACTIVE → 削除（INACTIVE 相当）。

Signal Flow¶

State Machine¶

stateDiagram-v2
    [*] --> INACTIVE
    INACTIVE --> ACTIVE: PDU Session Establishment (別章)
    ACTIVE --> ACTIVE: Modification (QoS 変更・状態維持)
    ACTIVE --> INACTIVE: PDU Session Release
    INACTIVE --> [*]

• Modification は ACTIVE を維持したまま QoS Flow のパラメータだけを更新します（自己遷移）。
• Release は ACTIVE → INACTIVE（削除）へ遷移します。

Packet Analysis (Wireshark)¶

主要 Display Filter¶

Decode の見どころ¶

• Modification: 変更される QFI / 5QI、追加/削除される QoS Flow、更新される PDR/FAR/QER（PFCP）。
• Release: 解放される TEID（PFCP/GTP-U）、削除される PFCP セッション、N2 で解放される PDU Session Resource。

SM NAS のネスト構造¶

5GSM（SM NAS）は 5GMM（MM NAS）の中にネストされて運ばれます（5GMM > 5GSM）。AMF はこのコンテナを透過的に扱い、5GSM の中身は SMF が解釈します。Wireshark では nas-5gs.mm の内側に nas-5gs.sm が入れ子で現れます。

Configuration¶

構造レベルの観点のみ示します（具体値は記載しません）。

• 動的な QoS 変更は PCF の PCC ルールが主契機。静的構成では DNN/スライスに紐づく既定 QoSが使われる（キー名は実装依存）。
• Release 時は UPF のセッション削除に伴い IP プールへアドレスを返却、TEID を解放。
• Modification/Release の可否は加入者データ・ポリシー・認可に依存する。

Trouble Shooting¶

EPCとの比較¶

Release差分¶

• Rel-15: PDU Session Modification / Release の基礎手続きが規定。
• Rel-16 / Rel-17 以降: 追加機能・拡張（例: 特定機能に伴う手続き差分）は版により異なる。

3GPP Specification¶

FAQ¶

Summary¶

• 確立済み PDU セッションには、通信中の QoS 変更（Modification）と解放（Release）という運用手続きがある。
• どちらも UE-requested / Network-requested の両起点で起こり、Network-requested Modification は PCF のポリシー変更が主契機。
• Modification は QoS Flow 単位の追加/変更/削除で、状態は ACTIVE 維持。Release は セッション削除で ACTIVE → INACTIVE 相当へ。
• 制御（PCF/SMF）→適用（UPF は N4/PFCP、gNB は N2/NGAP、UE は N1/5GSM NAS） という流れが共通。
• AMF は仲介・SMF が SM 主体。4G の Bearer Modification/Deactivation（EPS Bearer 単位）に対し、5G は PDU Session/QoS Flow 単位。
• 根拠 Spec（枝番要確認）: TS 23.502 §4.3.3/§4.3.4、TS 24.501 §6.4 系、TS 23.501 §5.6/§5.7、TS 29.244、TS 29.502、TS 29.512、TS 38.413。

Practice — 理解度チェック¶

理解度チェック¶

Next Step¶

• PDU Session Establishment — 前提。確立手続き。
• QoS — QoS Flow / 5QI / GBR の詳細モデル。
• Network Slicing — スライスと PDU セッションの関係。
• Service Request — CM-IDLE UE のユーザプレーン復帰。
• 関連 NF: SMF / UPF / PCF / AMF
• 関連 IF: N1 / N2 / N4 / N7
• 辞典: Message辞典 / Timer辞典 / Cause辞典 / Protocol辞典 / NF辞典 / Interface辞典