Service Request — サービスリクエスト¶
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。
- Why(なぜ Service Request が必要か)を、省電力で待機(CM-IDLE)に落ちたUEが通信再開時に接続とユーザプレーンを張り直す仕組みとして説明できる。
- UE-triggered(UE起点) と Network-triggered(NW起点) の Service Request の違い(起動のきっかけ・Paging の先行有無)を対比して説明できる。
- CM-IDLE → CM-CONNECTED の状態遷移と、逆方向の AN Release(CM-CONNECTED → CM-IDLE) を図で説明できる。
- PDU Session のユーザプレーン再アクティブ化(AMF→SMF の Nsmf UpdateSMContext → N4 で UPF の N3 トンネル/FAR 再設定 → gNB との N3 パス再確立)の流れを追える。
- Service Request の主役が AMF(NAS/N2制御) と SMF/UPF(U-Plane再確立) であることを、コア観点で説明できる。
- Wireshark の Display Filter を使って、NAS Service Request / NGAP Initial Context Setup / PFCP Session Modification を解析する着眼点を挙げられる。
- 4G(EPC) の Service Request(MME起点 / UE起点、S1AP、ECM-IDLE→CONNECTED)と 5G の Service Request の違いを対比できる。
前提知識¶
先に以下を理解しておくとスムーズです。まだの人は カリキュラム から始めてください。
- UEが登録済みであること — Service Request は登録済み(5GMM-REGISTERED)のUEが対象です。登録の流れは Initial Registration を参照。
- PDU Session が確立済みであること(再アクティブ化する対象のユーザプレーンが過去に張られていること) → PDU Session Establishment
- Paging の理解(NW起点 Service Request は Paging への応答として起動する) → Paging
- N1 / N2 / N3 / N4(UE⇔AMF の NAS、gNB⇔AMF の NGAP、gNB⇔UPF のU-Plane、SMF⇔UPF の PFCP) → N1 / N2 / N3 / N4
- 主役NFの役割 → AMF / SMF / UPF
この章で学べること¶
本章は Service Request 手続き に焦点を絞ります。CM-IDLE(待機)状態のUEが、無線接続とUEコンテキストを再確立し、CM-IDLE → CM-CONNECTED へ遷移する手続きです。次の2つの起点を扱います。
- UE-triggered(UE起点)Service Request — UEが発信・UL(上り)データ送信・NW起点シグナリングへの応答のために、自発的に接続を再開する。
- Network-triggered(NW起点)Service Request — DL(下り)データ到来時に Paging で起こされたUEが、応答として起動する。これは paging.md の続きに相当します。
本章はコア(5GC)の関与に焦点を当てます。 とくに AMF が受ける NAS Service Request(N1/N2) と、その後の PDU Session のユーザプレーン再アクティブ化(AMF→SMF→UPF の N3/N4 連携)を中心に解説します。次のものは本章の範囲外です(触れますが詳細には立ち入りません)。
- RRC Resume / 無線(RRC)側の詳細手続き — 無線接続の再開手順(RRC Setup/Resume、無線リソース割当)は概念にとどめ、コアの関与に焦点を当てます(無線側・実装依存)。
- AKA 再認証の詳細 — Service Request 中に再認証が起きる場合がありますが、認証の詳細は別章(Security/Authentication)へ誘導します。
- Handover の詳細 — 移動中の接続切替は本章の対象外です(Handover を参照)。
- RRC Inactive / Small Data Transmission — Rel-16 以降の拡張は Release差分 で概要のみ触れます。
Why — なぜ Service Request が必要なのか¶
Why(なぜ必要か)から始めます。 登録済み(5GMM-REGISTERED)のUEでも、通信していない間は無線の個別接続を握りっぱなしにはしません。無線接続を常時維持すると、UE側の電池がすぐに尽き、ネットワーク側の無線リソースも枯渇するからです。そこでUEは、通信が無い間は無線の個別接続を解放した待機状態(CM-IDLE)に入り、電池を節約します(この「接続を解放して待機に落とす」逆方向の手続きが AN Release です)。
ところが待機中(CM-IDLE)のUEが、いざ通信を再開しようとすると問題があります。CM-IDLE では次の2つが切れているからです。
- シグナリング接続 — UE⇔AMF の NAS 接続と、gNB⇔AMF の N2 UE関連接続が無い。制御メッセージをすぐには送れない。
- ユーザプレーン経路 — PDU Session は論理的には維持されているが、実データが流れる N3(gNB⇔UPF)トンネル が非活性(deactivated)になっている。このままでは上り/下りデータが流れない。
Service Request とは、この待機中のUEが「また通信します。接続とデータの通り道を張り直してください」と申告し、シグナリング接続を再確立し、PDU Session のユーザプレーンを再アクティブ化して、CM-CONNECTED へ戻る手続きです。
例え話: 玄関を開けて荷物を受け取る/電話をかけ直す
Service Request は、留守番中の人が用事のために「もう一度動き出す」瞬間に似ています。省電力のためにドアを閉めて休んでいた(CM-IDLE)人が、自分から荷物を出しに行こう(UE起点:発信・UL data)とするとき、あるいは呼び鈴(Paging)で呼ばれて荷物を受け取りに行こう(NW起点:Pagingへの応答)とするとき、まず玄関を開けて通り道を作ります。玄関を開ける=シグナリング接続の再確立、荷物が通る廊下を確保する=ユーザプレーン(N3)の再アクティブ化です。廊下(N3トンネル)を張り直さないと、呼び鈴に出ても荷物(データ)が家の中まで届きません。だから Service Request では「接続」と「データの通り道」の両方を張り直すのです。
Overview — 概要¶
Service Request は、2つの起点から起動します。どちらも結果は同じ——UEが CM-CONNECTED へ遷移し、PDU Session のユーザプレーン(N3)が再アクティブ化されて上り/下りデータが流れ始めます。
- UE-triggered(UE起点) — UEが自発的に起動。発信、UL(上り)データの送信、NW起点シグナリングへの応答などがきっかけ。UEが NAS Service Request を送る。
- Network-triggered(NW起点) — DLデータ到来を UPF/SMF/AMF が検知し、AMF が Paging でUEを呼ぶ。Paging を受けたUEが起動する Service Request。つまり NW起点は Paging が先行する点が UE起点との最大の違いです。
| 観点 | UE-triggered(UE起点) | Network-triggered(NW起点) |
|---|---|---|
| きっかけ | UEの発信 / UL data 送信 / NW起点シグナリングへの応答 | DLデータ到来 → Paging で呼ばれる |
| Paging の先行 | 無し(UEが自発的に起動) | 有り(Paging への応答として起動) |
| 最初の起動主体 | UE(NAS Service Request 送信) | UPF/SMF/AMF(Paging起動)→ 応答は UE |
| 対象UEの状態 | CM-IDLE の登録済みUE | CM-IDLE の登録済みUE |
| 主役NF | AMF(受付・制御)/ SMF/UPF(U-Plane再確立) | 同左(+ Paging 起動時の SMF/UPF/AMF) |
| 使うInterface | N1(NAS)/ N2(NGAP)/ N3(U-Plane)/ N4(UPF再設定)/ N11相当(Nsmf) | 同左(+ Paging: N2/N4/N11相当) |
| 結果 | CM-CONNECTED へ遷移+ U-Plane(N3) 再アクティブ化 | 同左 |
flowchart LR
UEtrig["UE起点
(発信 / UL data)"] --> SR["Service Request
(NAS)"]
DL[("DLデータ到来")] --> PG["Paging
(NW起点の先行手続き)"]
PG --> SR
SR --> ACT["U-Plane 再アクティブ化
(AMF→SMF→N4→UPF, N3再確立)"]
ACT --> CONN(("CM-CONNECTED
データ疎通"))
classDef pg fill:#eef,stroke:#66a,stroke-width:1px;
class PG pg;
Paging との関係(paging.md の続き)
Paging は「CM-IDLE のUEを呼び出す」手続きでした。呼ばれたUEがどう応答して接続とU-Planeを張り直すかが、この Service Request です。したがって NW起点 Service Request は Paging の直接の続きであり、paging.md と本章は「Paging → Service Request」という一続きの流れを分担して解説する関係にあります。UE起点は Paging を伴わず、UEが自発的に同じ Service Request を起動します。
Basic Concept — 初心者向け説明¶
Service Request を理解するには、3つのキーワードを押さえます。
1. なぜ CM-IDLE から復帰が要るのか¶
CM = Connection Management(接続管理)。登録済みのUEは、UE⇔AMF の N1(NAS)シグナリング接続 と、gNB⇔AMF 間の N2 UE関連接続 の有無で、主に2つの状態を持ちます(詳細は Paging と厳密に揃えています)。
- CM-IDLE(待機)— UEとネットワークの間に、そのUE用のシグナリング接続が無い状態。UEは無線の個別接続を解放し電池を節約。PDU Session のユーザプレーン(N3)も非活性。
- CM-CONNECTED(接続中)— そのUE用のシグナリング接続が確立している状態。データ/シグナリングをすぐにやり取りできる。
通信が無くなると、ネットワークは AN Release(無線接続の解放)でUEを CM-CONNECTED → CM-IDLE に落とします。省電力のためです。ところが再び通信したくなったら、切れた接続とU-Planeを張り直す必要があります。この復帰手続きが Service Request で、CM-IDLE → CM-CONNECTED へ戻します。なお RM状態(Registration Management: REGISTERED / DEREGISTERED)とは別軸で、Service Request の対象は「RM=REGISTERED かつ CM=IDLE」のUEです。
2. UE起点と NW起点の違い¶
同じ Service Request でも、誰が最初に動くかが違います。
- UE起点 — UE自身が「これから発信する」「上りデータを送りたい」ときに、自発的に NAS Service Request を送ります。Paging は要りません(自分で気づいて動くから)。
- NW起点 — ネットワーク側にUE宛ての用事(DLデータ)が来たとき、UEは待機中でそれに気づけません。そこでネットワークが Paging で「起きてください」と呼び、呼ばれたUEが応答として Service Request を起動します。
起点が違っても「張り直す中身」は同じ
起点(自発 or Paging応答)は違っても、その後に接続を再確立し、PDU Session のU-Plane(N3)を再アクティブ化して CM-CONNECTED へ戻るという中身は共通です。だから本章では UE起点を主軸に手順を示し、NW起点は「Paging が先行する差分」として扱います。
3. PDU Session のアクティブ化(なぜU-Plane再確立が要るか)¶
CM-IDLE の間、PDU Session 自体は論理的には維持されています(UEのIPアドレスや PDU Session ID は消えない)。しかし、実データが流れる N3(gNB⇔UPF)のユーザプレーントンネルは非活性にされています。理由は、UEが待機中で無線接続が無いのに N3 トンネルだけ維持しても下りデータの届け先(gNB)が定まらず無駄だからです。
したがって Service Request では、シグナリング接続の再確立に加えて、PDU Session のユーザプレーンを再アクティブ化します。具体的には次を張り直します。
- gNB⇔UPF の N3 トンネル — 上り/下りデータが流れる N3(GTP-U) の経路。gNB側・UPF側の TEID/アドレスを新たに設定・更新する。
- UPF の転送ルール — SMF が N4(PFCP) で UPF の FAR(Forwarding Action Rule) 等を更新し、下りデータを新しい gNB の N3 TEID へ向ける。
このとき、UEがどの PDU Session を再アクティブ化するかは、Service Request に含める情報(後述の List Of PDU Sessions To Be Activated 相当、IE名は要確認)で示され得ます。全PDU Session を一度に起こすとは限らず、必要なものだけを起こす設計です(詳細・条件は要確認)。
RRC Resume(無線側の再開)は範囲外
UEが無線接続を張り直す具体手順(RRC Setup / RRC Resume)は RRC/RAN の領域です。本章はコアの関与(AMFがNASを受け、SMF/UPFがN3を再確立する部分)に焦点を当て、無線側は概念どまりとします(実装・RAN依存)。
Architecture¶
Service Request に関わる要素と、それらを結ぶInterfaceです。UEの NAS Service Request が gNB→AMF に届き、AMF が SMF を介して UPF の N3(U-Plane)を再確立する経路を強調しています。
flowchart LR
UE(("UE
(CM-IDLE→CONNECTED)"))
RAN["(R)AN / gNB"]
AMF["AMF
(NAS/N2 制御)"]
SMF["SMF
(PDU Session活性化)"]
UPF["UPF
(N3再設定)"]
DN[(Data Network)]
UE -- "N1 (NAS): Service Request" --> AMF
UE -. "RRC (無線・範囲外)" .- RAN
RAN -- "N2 (NGAP): Initial UE Message / InitialContextSetup" --> AMF
AMF -- "N11相当 (Nsmf UpdateSMContext)" --> SMF
SMF -- "N4 (PFCP): Session Modification" --> UPF
RAN == "N3 (GTP-U 再確立)" ==> UPF
UPF == "N6" ==> DN
classDef core fill:#efe,stroke:#3a3,stroke-width:2px;
class AMF,SMF,UPF core;
各要素の役割は次の通りです。
- UE — 復帰する端末。UE起点では自発的に、NW起点では Paging 応答として NAS Service Request を送る。無線側の RRC 再開は範囲外。
- (R)AN / gNB — 無線アクセス。UEの NAS を Initial UE Message(NGAP) で AMF へ運び、AMF からの InitialContextSetup でUEコンテキスト/AS security/無線リソースを設定し、N3(GTP-U) をUPFへ再確立する。
- AMF — 制御の司令塔。N1(NAS)/N2(NGAP)を終端し、Service Request を受け付け、再アクティブ化すべき PDU Session について SMF へ指示する。
- SMF — セッション管理。AMFの依頼を受け、N4(PFCP) で UPF のU-Plane(N3/FAR)を再設定し、PDU Session を再アクティブ化する。
- UPF — ユーザプレーンの転送実体。SMFの指示で N3 トンネル(gNB側 TEID/アドレス)と FAR を再設定し、上り/下りデータを流す。
- DN(Data Network) — 外部データ網。再確立後、U-Plane を通じてUEと疎通する。
Interfaceの詳細は Interface辞典 を参照してください。
Network Function(登場NF)¶
Service Request に登場するコア側NFの役割です。gNB は無線アクセス側であり、コアNFではありません(本表はコアNFに限定)。
| NF | この手順での役割 | 保持/取得する情報 | この手順で使う主なAPI/手続き | 障害時の影響 |
|---|---|---|---|---|
| AMF | Service Request の受付・制御主体。NAS(N1)/NGAP(N2)を終端し、再アクティブ化すべき PDU Session を SMF へ通知。UEコンテキスト/AS security を gNB と設定 | UEコンテキスト、CM状態、5G-GUTI、セキュリティ鍵、再アクティブ化対象 PDU Session | NGAP(Initial UE Message 受領 / Initial Context Setup)/ Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(消費、要確認: オペレーション名) | Service Request が処理されず、接続再確立・データ疎通不可 |
| SMF | AMFの通知を受け、対象 PDU Session のユーザプレーンを再アクティブ化。N4 で UPF の N3/FAR を再設定 | PDU Session コンテキスト、UPF情報、gNB側/UPF側 N3 TEID | Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(提供)/ N4(PFCP) Session Modification | U-Plane が再確立されず、上り/下りデータが流れない |
| UPF | 下り/上りの N3 トンネル(gNB側 TEID/アドレス)と FAR を再設定。NW起点ではバッファ済みDLデータを配送 | PDR/FAR/QER、N3 TEID、UE IP、(NW起点時)バッファDLパケット | PFCP Session Modification Request(N4/TS 29.244) | N3 パスが張れず/FAR未更新でデータ配送されない |
Interface / Protocol¶
この手順で使うInterfaceとProtocolです。
| Interface | Protocol | Transport | 相手 | この手順での用途 |
|---|---|---|---|---|
| N1 | NAS(5GMM) | (NGAP/N2上でトンネル) | UE ⇔ AMF | UE→AMF の Service Request(Service type 等)、AMF→UE の Service Accept 等 |
| N2 | NGAP | SCTP(port 38412) | gNB ⇔ AMF | NAS の運搬(Initial UE Message)、Initial Context Setup Request/Response 等でUEコンテキスト/U-Plane情報を設定 |
| N3 | GTP-U | UDP(port 2152) | gNB ⇔ UPF | ユーザプレーンの再確立。gNB/UPF 側 TEID を設定し上り/下りデータを流す |
| N4 | PFCP | UDP(port 8805) | SMF ⇔ UPF | UPFの U-Plane(N3/FAR)再設定(PFCP Session Modification) |
| N11相当(Nsmf) | SBI(HTTP/2, TLS, JSON) | TCP/TLS | AMF → SMF | AMF→SMF の PDU Session 再アクティブ化要請(Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext を想定) |
N11 と SBI の表記について
3GPPアーキテクチャでは、AMF⇔SMF 間の参照点は N11 と呼ばれますが、実体は SBI(Service Based Interface, HTTP/2) 上の Nsmf_PDUSession サービスを介したやり取りです。ここでは「N11相当(SBI)」と表記します。AMF→SMF の具体的オペレーション名(Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext を想定)は代表例であり、正確な適用条件は TS 23.502 の該当手順で要確認です。
Protocolの詳細は Protocol辞典、Interface一覧は Interface辞典 を参照してください。
Procedure — Call Flow¶
このページの心臓部です。 Service Request の主要手順を、Mermaid の sequenceDiagram で示します。根拠は 3GPP TS 23.502 §4.2.3系(UE Triggered / Network Triggered Service Request) および TS 24.501 §5.6系(NAS Service Request)、TS 38.413(NGAP) です(章番号の細部は要確認)。UE-triggered(UE起点)を主軸に示し、NW起点は「Paging が先行する差分」として補足します。
前提: UEは登録済みで CM-IDLE、PDU Session は確立済み
UEは 5GMM-REGISTERED かつ CM-IDLE であり、再アクティブ化する対象の PDU Session は過去に確立済み(ただしU-Plane(N3)は非活性)であるとします。CM-CONNECTED なら既に接続があるため Service Request は不要です。
UE-triggered Service Request(主軸)¶
sequenceDiagram
autonumber
participant UE as UE (CM-IDLE)
participant RAN as (R)AN / gNB
participant AMF
participant SMF
participant UPF
Note over UE,RAN: 発信 / UL data 送信の必要が発生
Note over UE,RAN: RRC接続の確立/再開(無線側・概略/範囲外)
UE->>RAN: Service Request (NAS) を運ぶ
Note right of UE: TS 24.501 §5.6.1。Service type(mo-signalling/mo-data 等)
RAN->>AMF: Initial UE Message (NGAP) に NAS を載せる
Note right of RAN: N2 / TS 38.413
opt セキュリティ再確立/再認証(条件付き・状況依存)
Note over UE,AMF: 既存セキュリティコンテキスト検証。必要時のみ再認証(詳細は別章)
end
Note over AMF: 再アクティブ化すべき PDU Session を判断
AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(U-Plane活性化要請)
Note right of AMF: N11相当(SBI)。要確認: オペレーション名/条件
SMF->>UPF: PFCP Session Modification Request(N4)
Note right of SMF: N3/FAR 再設定(gNB側 N3 TEID 反映は後続で確定し得る)
UPF-->>SMF: PFCP Session Modification Response
SMF-->>AMF: UpdateSMContext Response(U-Plane情報)
AMF->>RAN: Initial Context Setup Request (NGAP)
Note right of AMF: UEコンテキスト/AS security/PDU Session の N3 情報を設定
RAN->>UE: RRC 設定(AS security/無線リソース・概略/範囲外)
UE-->>RAN: RRC 設定完了(概略/範囲外)
RAN-->>AMF: Initial Context Setup Response (NGAP)
Note right of RAN: gNB側 N3 TEID を通知
opt gNB側 N3 TEID を UPF へ反映(実装/手順依存)
AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(gNB N3 情報)
SMF->>UPF: PFCP Session Modification(下りFARを gNB N3 TEID へ)
UPF-->>SMF: PFCP Session Modification Response
end
Note over UE,UPF: N3(GTP-U) 再確立 → 上り/下りデータ疎通
Note over UE: CM-CONNECTED へ遷移
Network-triggered との差分(Paging が先行)¶
NW起点では、上図の手前に Paging が入るのが最大の違いです。DLデータ到来を UPF がバッファ・通知し、SMF→AMF を経て AMF が NGAP Paging を送出、Paging を受けたUEが上図の Service Request を起動します。
sequenceDiagram
autonumber
participant UE as UE (CM-IDLE)
participant RAN as (R)AN / gNB
participant AMF
participant SMF
participant UPF
Note over UPF: 宛先UEへのDLデータ到来(N3未活性)→ バッファ
UPF->>SMF: PFCP Session Report (Downlink Data Report)
SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer(DL通知)
Note right of SMF: 詳細は Paging 章参照(paging.md)
AMF->>RAN: NGAP Paging(Registration Area のgNB群へ)
RAN-->>UE: エア Paging(RRC, DRX)
Note over UE: 以降は上の「UE-triggered」と同じ Service Request を起動
UE->>RAN: Service Request (NAS)
Note over UE,UPF: 接続再確立・U-Plane再アクティブ化(上図と共通)
Note over UPF,UE: 再確立後、バッファ済みDLデータを配送
ステップ解説(番号は UE-triggered 図に対応)¶
- UE→(R)AN: 発信・UL data 等の必要が生じ、UEは(無線側で)RRC接続を確立/再開し(概略/範囲外)、Service Request(NAS) を運ぶ。NAS には Service type(例: mo-signalling / mo-data 等、値は要確認)や再アクティブ化対象の PDU Session 情報が含まれ得る。参照: TS 24.501 §5.6.1(章番号要確認)。
- (R)AN→AMF: gNBは Initial UE Message(NGAP) に NAS を載せて AMF へ送る(N2 / TS 38.413)。
- (条件付き)セキュリティ/再認証: AMFが既存セキュリティコンテキストを検証。必要な場合のみ再認証・Security Mode を行う(状況依存、詳細は Security/Authentication 章の対象)。
- AMFの判断: AMFがどの PDU Session を再アクティブ化するかを判断し、対象について SMF へ通知する。
- AMF→SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext で U-Plane 活性化を要請(N11相当のSBI)。具体的オペレーション名・条件は要確認。
- SMF→UPF: PFCP Session Modification Request(N4) で UPF の N3/FAR を再設定する。この時点で gNB側 N3 TEID が未確定なら、後続(ステップ10-11)で確定・反映され得る(手順・実装依存)。参照: TS 29.244。
- SMF→AMF: UpdateSMContext Response で U-Plane 情報(UPF側 N3 TEID 等)を返す。
- AMF→(R)AN: Initial Context Setup Request(NGAP) で UEコンテキスト・AS security・PDU Session の N3 情報を gNB に設定する。
- (R)AN⇔UE(無線側・概略/範囲外): gNB が RRC で AS security/無線リソースを設定し、UEが完了を返す。
- (R)AN→AMF: Initial Context Setup Response(NGAP) で gNB側 N3 TEID 等を通知する。
- (実装/手順依存)gNB N3 TEID の反映: gNB側 N3 TEID を UPF の下り FAR へ反映するため、AMF→SMF→UPF で再度 N4 更新が行われ得る(手順・実装依存、上記ステップ6 と統合される実装もある=要確認)。
- 疎通・状態遷移: N3(GTP-U) が再確立され、上り/下りデータが流れる。UEは CM-CONNECTED へ遷移する。NW起点の場合は、UPFにバッファされていたDLデータが配送される。
手順の一部は状況・実装依存
U-Plane 再アクティブ化に伴う N4 更新の回数・順序(gNB側 N3 TEID をいつ UPF に反映するか)は、仕様の記述と実装で差があります。上図は理解のための代表的な流れであり、N4 Modification が1回か2回か、どのメッセージで gNB N3 TEID を確定するか等は実装依存・一部要確認です。再認証の有無(ステップ3)も 状況依存です。
参照: TS 23.502 §4.2.3系(UE Triggered / Network Triggered Service Request、章番号要確認)、TS 24.501 §5.6系(NAS Service Request)、TS 38.413(NGAP)、TS 29.244(PFCP)。
Signal Flow¶
主要Message/サービスオペレーションを表で整理します。IEは Message辞典 と整合させています。IE名・オペレーション名の一部は版・実装依存のため要確認としています。
| Message / Operation | Protocol | 送信元→先 | 目的 | 主要IE(要確認あり) | 結果 |
|---|---|---|---|---|---|
| Service Request | NAS(5GMM) | UE→AMF | 接続再開・U-Plane再アクティブ化要求 | Service type(mo-signalling/mo-data 等)、5GS mobile identity(5G-S-TMSI 等)、再アクティブ化対象 PDU Session 情報(IE名要確認) | AMFが Service Request 処理を開始 |
| Initial UE Message | NGAP | gNB→AMF | NAS(Service Request)の運搬 | NAS-PDU、User Location 等 | AMFがNASを受領 |
| Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext | SBI(HTTP/2) | AMF→SMF | 対象 PDU Session のU-Plane活性化要請 | PDU Session ID、活性化指示、(後続で)gNB N3情報 | SMFがN4更新をトリガ |
| PFCP Session Modification Request | PFCP | SMF→UPF | UPFの N3/FAR 再設定 | 更新FAR(下り宛先=gNB N3 TEID)等 | UPFがN3再設定 |
| Initial Context Setup Request | NGAP | AMF→gNB | UEコンテキスト/AS security/PDU Session N3情報の設定 | UE Security Capability、PDU Session Resource(N3情報)等 | gNBがコンテキスト/無線設定 |
| Initial Context Setup Response | NGAP | gNB→AMF | 設定完了・gNB N3 TEID通知 | gNB側 N3 TEID/アドレス等 | U-Plane情報が確定 |
| Service Accept | NAS(5GMM) | AMF→UE | Service Request 受諾(必要時) | 受諾情報、(必要に応じ)PDU Session ステータス | UEが受諾を認識 |
Service Accept は常に送られるとは限らない
Service Request が成功した場合、明示的な Service Accept が必ず返るとは限らず、条件によります(要確認・状況依存)。失敗時は Service Reject が Cause 値付きで返り得ます(Cause辞典 参照)。各Messageの詳細IE・参照Specは Message辞典 を参照してください。
State Machine¶
UE側の CM(Connection Management)状態 遷移です。Service Request は CM-IDLE のUEを CM-CONNECTED へ戻し、逆方向の AN Release が CM-CONNECTED を CM-IDLE へ落とします(根拠: TS 23.501 §5.3系、章番号要確認)。
stateDiagram-v2
[*] --> CM_IDLE: 登録済み・接続解放後
CM_IDLE --> CM_CONNECTED: UE起点 Service Request(発信・UL data)
CM_IDLE --> CM_CONNECTED: NW起点 Service Request(Paging 応答)
CM_CONNECTED --> CM_IDLE: AN Release(無線接続解放・U-Plane非活性化)
CM_CONNECTED --> [*]
- CM-IDLE — 待機。UE用のシグナリング接続が無く、PDU Session のU-Plane(N3)も非活性。ここで Service Request を起動(UE起点 or Paging応答)すると CM-CONNECTED へ。
- CM-CONNECTED — 接続中。データ/シグナリング可能。一定時間無通信等で AN Release により CM-IDLE へ戻る(U-Plane が非活性化される)。
Service Request と AN Release は表裏の関係
Service Request(CM-IDLE→CONNECTED) と AN Release(CM-CONNECTED→IDLE) は、接続とU-Planeを「張る/畳む」双方向のペアです。省電力のために AN Release で畳み、通信再開時に Service Request で張り直す、というサイクルを繰り返します。RM状態(REGISTERED / DEREGISTERED)とは別軸で、この CM-IDLE ⇔ CM-CONNECTED を行き来しても RM=REGISTERED は維持されます。状態定義の詳細は TS 23.501 §5.3系を要確認。
Packet Analysis (Wireshark)¶
Service Request を Wireshark で解析するときの要点です。コア側では NAS Service Request / NGAP Initial Context Setup(N2) と PFCP Session Modification(N4) が主な観測対象です。
主要 Display Filter¶
| Filter | 意味 |
|---|---|
ngap |
NGAP メッセージ全般(Initial UE Message / Initial Context Setup を含む) |
nas-5gs |
5GS NAS メッセージ全般(Service Request を含む) |
pfcp |
PFCP メッセージ全般(Session Modification を含む) |
sctp.port == 38412 |
N2(NGAP) の SCTP ポート |
udp.port == 8805 |
N4(PFCP) の UDP ポート |
gtp |
N3(GTP-U)(U-Plane 再確立前後の TEID 変化) |
フィルタ値・IE名・message type は環境依存・要確認
NAS の message type 値や ngap.procedureCode の数値、各IEの名前は 3GPP の割当に基づきますが、Wireshark のバージョンやディセクタ実装で表示・照合方法が異なる場合があります。本ページでは架空の数値を断定しません。具体的な procedureCode / message type 値は要確認とし、実機では GUI のプロトコル階層表示で確認するのが確実です。
Decode の見どころ(主要IE)¶
- NAS Service Request(UE→AMF) — 次のIEに注目(IE名は代表表記、要確認)。
- Service type — 何のための Service Request か(mo-signalling / mo-data 等。列挙値は要確認)。
- 5GS mobile identity — 典型的に 5G-S-TMSI(Paging/接続再開用の短縮ID)。
- 再アクティブ化対象 PDU Session 情報 — どの PDU Session を起こすかの指示(List Of PDU Sessions To Be Activated 相当、IE名要確認)。
- NGAP Initial Context Setup Request/Response(AMF⇔gNB) — UEコンテキスト設定と PDU Session Resource(N3 TEID 情報)。Response で gNB側 N3 TEID が確定する。
- PFCP Session Modification Request(SMF→UPF) — 下り FAR の宛先が 新gNBの N3 TEID へ更新される(U-Plane 再確立の要)。
メッセージのネスト構造(NGAP に NAS がネスト)¶
Service Request の NAS は、NGAP メッセージ(Initial UE Message)の中に NAS-PDU として入ります(Registration と同じ入れ子構造)。パケット詳細ペインでは次のように階層表示されます(表記は概念、実際の名称はディセクタ依存=要確認)。
NGAP-PDU
└─ InitialUEMessage
└─ NAS-PDU
└─ 5GS NAS Message
└─ Service Request(Service type / 5G-S-TMSI 等)
実際のpcapは環境依存(実装依存)
本ページのフィルタ・IE名は解析の指針です。実際のパケットは無線・コアの実装や設定に依存します。Open5GS や free5GC のテストベッドで、UEを一度アイドルに落としてから発信/着信させると、N2区間の NAS Service Request / NGAP Initial Context Setup や N4区間の PFCP Session Modification を実際にキャプチャして学習できます。
Configuration¶
Service Request を成立させるための設定の構造レベルの要点です。具体値・ベンダー固有(Cisco 等)は実装依存であり、ここでは架空の値を書きません。CM-IDLE への遷移(AN Release)の判定や RRC 再開の多くは無線アクセス側(gNB)であり、コア(5GC)側の設定は限定的です。
CM-IDLE 遷移(AN Release)関連¶
- 非活性化タイマ / インアクティビティ判定 — 無通信がどれだけ続いたら AN Release で CM-IDLE に落とすか。判定の主体・しきい値は無線側/実装依存(gNB のインアクティビティタイマ等)。
- コア(AMF)側は、AN Release を受けて UEコンテキストの CM状態を IDLE に更新し、SMF/UPF に U-Plane 非活性化を反映できる構成であること。
U-Plane 再確立関連(コア AMF/SMF/UPF 側)¶
- AMF — N2(NGAP) が確立され、Service Request(Initial UE Message / Initial Context Setup)を処理できること。対象UEのコンテキスト(CM状態、PDU Session 一覧)を保持していること。
- SMF/UPF — PDU Session が確立済みで、N4(PFCP) アソシエーションが確立され、N3/FAR を再設定できる構成であること。
具体値・ベンダー固有は実装依存
設定ファイルのキー名・階層・必須項目・インアクティビティタイマの具体値は、Open5GS / free5GC / 商用ベンダー(Cisco 等)で異なります。上記は構造レベルの要点であり、実際のキー名や値は各実装のドキュメントで確認してください(実装依存)。架空の設定値は本ページには記載しません。
Trouble Shooting¶
代表的な Service Request 失敗の切り分けです(一般論)。Cause値の詳細は Cause辞典 を参照してください。
| 症状 | 想定原因 | 確認ポイント | 関連ログ/Packet | 対処の方向性 |
|---|---|---|---|---|
| (a) Service Request が処理されない(Reject) | セキュリティコンテキスト不整合、UEコンテキスト不在、5G-GUTI/5G-S-TMSI 解決不可 | AMFのUEコンテキスト、必要時の再認証、GUTI/TMSI マッピング | NAS Service Request/Reject、AMFログ | UEコンテキスト整合・再認証の要否、AMF再選択/再登録を確認 |
| (b) 接続は張れるがU-Plane(N3)が再確立しない | Nsmf UpdateSMContext / N4 Modification 失敗、gNB N3 TEID 未反映 | AMF→SMF→UPF の連携、N4 の FAR 更新 | Nsmf/UpdateSMContext、PFCP Session Modification、SMF/UPFログ | AMF→SMF→UPF 疎通、下りFARの gNB N3 TEID 反映を確認 |
| (c) NW起点でPagingに応答しない | UE在圏外/DRXタイミング不一致/Registration Area 設計ミス | UEの在圏TAとRegistration Area整合、DRX設定(Paging 参照) | NGAP Paging、gNBのエアPagingログ | TAI設計・DRX整合・在圏(Mobility Reg Update)を確認 |
| (d) 再確立後もデータが配送されない | 下り FAR が旧gNB N3 TEID のまま/UPFバッファ未配送 | UPFの下りFAR宛先、N4 Modification の完了、バッファ配送 | PFCP Session Modification、GTP-U(gtp)の宛先TEID、UPFログ | N4 Session Modification 完了確認、SMF-UPF疎通・FAR更新を確認 |
EPCとの比較¶
4G(EPC) 経験者が 5G へ橋渡しできるよう対比します。「アイドルから復帰し、ベアラ/セッションのユーザプレーンを張り直す」という基本思想は4Gと5Gで共通です。4Gにも UE起点/NW起点(Paging応答)の Service Request があります。
| 観点 | 4G / EPC | 5G / 5GC |
|---|---|---|
| 復帰手続き | Service Request(UE-triggered / Network-triggered) | Service Request(UE-triggered / Network-triggered) |
| 制御NF | MME | AMF |
| 無線ノード制御 | S1AP(Initial Context Setup 等, TS 36.413) | NGAP(Initial Context Setup 等, TS 38.413) |
| 待機状態 | ECM-IDLE | CM-IDLE |
| 接続状態 | ECM-CONNECTED | CM-CONNECTED |
| U-Plane再確立の単位 | EPSベアラの再アクティブ化(S1-U ベアラ確立) | PDU Session / QoS Flow のU-Plane再アクティブ化(N3 再確立) |
| U-Plane転送 | GTP-U(S1-U) | GTP-U(N3) |
| U-Plane再設定の制御 | MME→S-GW/P-GW(GTP-C 等) | AMF→SMF→UPF(Nsmf/N4 PFCP、制御・転送分離) |
| NW起点の先行手続き | Paging(S1AP, S-GW バッファ) | Paging(NGAP, UPF バッファ) |
考え方は4Gから連続、分離設計が進化
「アイドルから復帰してU-Planeを張り直す」という二起点(UE起点/NW起点)の枠組みは4Gから連続しています。5Gの主な進化は、制御NFが MME → AMF、無線ノード制御が S1AP → NGAP に置き換わり、制御(AMF)・セッション管理(SMF)・転送(UPF)が分離されたことで、U-Plane 再確立が AMF→SMF→UPF(Nsmf/N4 PFCP) の連携で行われる点です。EPSベアラの再アクティブ化が PDU Session/QoS Flow のU-Plane再アクティブ化 に対応します。
Release差分¶
Service Request 関連の主なトピックです。不確かなものは要確認とし、断定しません。
- Rel-15 — 5GC の基本 Service Request(UE-triggered / Network-triggered、CM状態、PDU Session のU-Plane再アクティブ化)の基礎が確立。
- RRC Inactive(RRC_INACTIVE) — Rel-15 で導入されたUE状態。UEが RRC_INACTIVE のときは、フルな Service Request ではなく RRC Resume による軽量な接続再開が使われ得る(無線側の仕組み。コアから見た CM 状態の扱い・詳細は要確認)。本章はコア起点の Service Request に焦点を当て、RRC Resume の詳細は範囲外。
- Small Data Transmission(SDT) — Rel-16 以降で議論・導入された、少量データを接続をフル確立せずに送る省シグナリング拡張(無線主体。適用範囲・コア影響は要確認)。本章の Rel-15 基礎の範囲外。
- Rel-17 / Rel-18(5G-Advanced) — 省電力・省シグナリングのさらなる拡張が継続(Service Request 手続き本体への具体差分は要確認)。
Release差分は要確認
各Releaseで「Service Request 手続き自体」にどの機能がどこまで織り込まれたかは、対象TSの版差分を個別に確認する必要があります。特に RRC Inactive / RRC Resume / Small Data Transmission の位置づけと、コア(CM状態・U-Plane)への影響範囲は概観であり、具体項目は要確認です。
3GPP Specification¶
| Spec | 章 | 内容 |
|---|---|---|
| TS 23.502 | §4.2.3系 | UE Triggered / Network Triggered Service Request(本章Call Flowの根拠。細目章番号は要確認) |
| TS 23.501 | §5.3系 | CM状態(CM-IDLE / CM-CONNECTED)・接続管理(章番号要確認) |
| TS 24.501 | §5.6系 | NAS 側 Service Request procedure(Service type 等。章番号要確認) |
| TS 38.413 | (NGAP各章) | NGAP(Initial UE Message / Initial Context Setup 等。個別章番号要確認) |
| TS 29.244 | (PFCP各章) | PFCP(N4:U-Plane(N3/FAR)再設定=PDU Session 再アクティブ化) |
| TS 29.518 | — | Namf(AMFのサービスAPI) |
| TS 29.502 | — | Nsmf(SMFのサービスAPI、Nsmf_PDUSession) |
章番号の扱い
TS 23.502 §4.2.3系(UE/Network Triggered Service Request)/ TS 23.501 §5.3系(CM状態)/ TS 24.501 §5.6系(NAS Service Request)は本章の骨格として参照しています。ただし細かな章番号(§4.2.3.2 / §4.2.3.3 等の枝番)は版により異なる場合があり、一部は要確認としています。TS 38.413 の NGAP 個別章番号、各IE名(Service type / List Of PDU Sessions To Be Activated 等)も要確認です。
FAQ¶
Q1. UE起点(UE-triggered)と NW起点(Network-triggered)はどう違うのか?
誰が最初に動くかが違います。UE起点は、UE自身が発信・上りデータ送信などのために自発的に NAS Service Request を送ります(Paging は不要)。NW起点は、UE宛てのDLデータが来たときにネットワークが Paging でUEを呼び、呼ばれたUEが応答として Service Request を起動します(Paging が先行)。起点は違っても、その後の「接続再確立+U-Plane再アクティブ化+CM-CONNECTED への遷移」という中身は共通です。
Q2. なぜ U-Plane(N3)を再確立する必要があるのか?
CM-IDLE の間、PDU Session 自体は論理的に維持されますが、実データが流れる N3(gNB⇔UPF)トンネルは非活性にされているからです。UEが待機中は無線接続が無く、下りデータの届け先(gNB)が定まらないため、N3 を張りっぱなしにしても無駄だからです。通信を再開するには、SMF→UPF(N4)で N3/FAR を再設定し、gNB との N3 を張り直す必要があります。これが「PDU Session のU-Plane再アクティブ化」です。
Q3. UEが CM-IDLE に落ちるのはいつか?
通信が一定時間無いと、ネットワークが AN Release(無線接続の解放)を行い、UEを CM-CONNECTED → CM-IDLE に落とします。目的は省電力と無線リソース節約です。判定(インアクティビティのしきい値等)は主に無線アクセス側(gNB)で行われ、しきい値は実装依存です。Service Request はこの逆方向(IDLE→CONNECTED)の復帰手続きにあたります。
Q4. RRC Inactive の RRC Resume と、この Service Request は何が違うのか?
本章の Service Request は、UEが CM-IDLE のときにコア(AMF)を含めて接続とU-Planeをフルに張り直す手続きです。一方 RRC_INACTIVE 状態(Rel-15 導入)では、コアから見るとUEは接続中扱いのまま無線側で軽い待機に入り、RRC Resume というより軽量な無線再開で復帰します。呼び出し・復帰の主体(コアを含むか無線内か)と重さが異なります。RRC Resume の詳細は無線側であり本章の範囲外です(詳細は要確認)。
Q5. Service Request で必ず再認証(AKA)が走るのか?
いいえ。既存のセキュリティコンテキストが有効に再利用できる場合、再認証は省略されます。セキュリティコンテキストの検証に失敗する等の条件でのみ再認証が起き得ます(状況依存)。認証(5G-AKA)の詳細は Security/Authentication 章の対象で、本章では再認証は条件付きステップとして扱います。
Summary¶
- Service Request は、CM-IDLE の登録済みUEが無線接続とUEコンテキストを再確立し、CM-IDLE → CM-CONNECTED へ遷移する手続き。
- 起点は2つ。UE起点(UE-triggered)=発信/UL data のためUEが自発的に起動。NW起点(Network-triggered)=DLデータ到来で Paging に呼ばれ応答として起動(Paging が先行)。
- コア観点の主役は AMF(NAS/N2制御) と SMF/UPF(U-Plane再確立)。RRC Resume 等の無線詳細は範囲外。
- 大きな流れは NAS Service Request(N1/N2) → AMF が SMF へ Nsmf UpdateSMContext → SMF が N4 で UPF の N3/FAR 再設定 → NGAP Initial Context Setup でUEコンテキスト/N3情報設定 → N3 再確立 → 上り/下り疎通。
- PDU Session のU-Plane再アクティブ化(N3 トンネル/FAR の再設定)が要。逆方向の AN Release が CM-CONNECTED → CM-IDLE に畳む(表裏のペア)。
- 4Gの Service Request(MME / S1AP / ECM-IDLE→CONNECTED / EPSベアラ再アクティブ化)に対応し、5Gは AMF / NGAP / CM-IDLE→CONNECTED / PDU Session のU-Plane再アクティブ化。
- 根拠は TS 23.502 §4.2.3系 / TS 23.501 §5.3系 / TS 24.501 §5.6系 / TS 38.413 / TS 29.244(章番号・IE名の一部は要確認)。
Practice — 理解度チェック・演習¶
理解度チェック¶
Q1. Service Request の対象となるUEのCM状態はどちらか?(解答)
CM-IDLE。CM-CONNECTED なら既に接続があるため Service Request は不要。
Q2. UE起点と NW起点の最大の違いは何か?(解答)
Paging が先行するか否か。UE起点は Paging 無しでUEが自発的に起動、NW起点は Paging に呼ばれた応答として起動する。
Q3. Service Request で「U-Plane再アクティブ化」として最終的に何を張り直すか?(解答)
gNB⇔UPF の N3 トンネル(gNB/UPF側 N3 TEID)と、UPFの下り FAR。SMF が N4(PFCP) で UPF を再設定する。
Q4. U-Plane 再確立で AMF→SMF に使うオペレーション(想定)は?(解答)
Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(N11相当のSBI、要確認)。SMF がこれを受けて N4 で UPF を再設定する。
Q5. Service Request の逆方向(CM-CONNECTED→CM-IDLE)の手続きは?(解答)
AN Release。無線接続を解放しU-Plane(N3)を非活性化して省電力のため CM-IDLE に落とす。Service Request と表裏のペア。
演習¶
問: 次の UE-triggered Service Request 主要ステップを正しい順に並べ替えてください。
A. AMF → gNB: Initial Context Setup Request(NGAP)
B. UE → gNB: Service Request(NAS)(RRC接続確立後)
C. SMF → UPF: PFCP Session Modification(N3/FAR 再設定)
D. gNB → AMF: Initial UE Message(NGAP) で NAS を運搬
E. N3(GTP-U) 再確立 → 上り/下りデータ疎通(CM-CONNECTED)
F. AMF → SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext(U-Plane活性化)
G. gNB → AMF: Initial Context Setup Response(NGAP)(gNB N3 TEID)
解答
B → D → F → C → A → G → E
- B: UEが NAS Service Request(RRC確立は無線側・概略)
- D: gNB→AMF Initial UE Message で NAS 運搬(N2)
- F: AMF→SMF UpdateSMContext(U-Plane活性化要請)
- C: SMF→UPF N4 Session Modification(N3/FAR 再設定)
- A: AMF→gNB Initial Context Setup Request(コンテキスト/N3情報)
- G: gNB→AMF Initial Context Setup Response(gNB N3 TEID 通知)
- E: N3 再確立・データ疎通 → CM-CONNECTED
※ gNB N3 TEID を UPF へ反映する N4 更新の回数・順序は実装依存(C と G 後の追加N4更新が統合される実装もある=要確認)。NW起点では B の手前に Paging が先行する。
Next Step¶
理解を深めるための次の一歩です。
- 直接の上流: Paging(NW起点 Service Request が応答する呼び出し手続き)
- 手順の前提: Initial Registration / PDU Session Establishment
- 姉妹手順: Handover(移動中の接続切替)
- Mobility Registration Update 章(Registration Area をまたぐ登録更新=4GのTAU相当)
- RRC Resume / Small Data Transmission(RRC Inactive からの軽量復帰、無線主体)
- 関連NF: AMF / SMF / UPF
- 関連Interface: N1 / N2 / N3 / N4
- 辞典: Message辞典 / Timer辞典 / Cause辞典 / Protocol辞典 / NF辞典 / Interface辞典