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AMF — Access and Mobility Management Function

難易度: 中級 ／ 想定学習時間: 20分 ／ 関連NF: AUSF, UDM, SMF, PCF ／ 関連Interface: N1, N2, N8, N11, N12

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。

  • AMFが5GCで果たす役割（登録・接続・モビリティ管理）を一言で説明できる。
  • AMFがどのInterface（N1/N2 ほか）を終端し、どのNFと連携するかを図示できる。
  • Registration手続きの中でAMFがどう動くかを説明できる。
  • 4G(EPC)のMMEとの違い（セッション管理がSMFへ分離）を説明できる。

前提知識

先に以下を理解しておくとスムーズです。

この章で学べること

まずWhy（AMFが無いと何が困るか）から入り、What（AMFの役割・保持情報・API）を表とMermaid図で整理し、最後にHow（Registrationでの登場、EPC比較、参照Spec）へと進みます。

Why — なぜ必要なのか

スマホの電源を入れると、まずネットワークに「私はここにいます。使わせてください」と申告します。この申告を受け付け、本人確認（認証）の段取りをし、「今この端末はどのエリアにいて、接続中か待機中か」を常に把握し続ける受付・案内係が必要です。これがAMFです。

AMFが無いと、ネットワークは「誰が」「どこに」「どんな状態でいるか」を管理できません。着信（呼び出し）を届ける先も分からず、移動しても追従できません。つまり端末がネットワークに存在すること自体を成立させるのがAMFです。

例え話: AMFは大きなオフィスビルの総合受付です。来訪者（UE）の入館手続き（登録）をし、社員証（5G-GUTI）を発行し、本人確認は警備室（AUSF/UDM）に依頼し、実際の仕事部屋（SMF/UPF）への案内は別部署に取り次ぎます。受付が止まればビルに誰も入れなくなります。

Overview — 概要

AMF（Access and Mobility Management Function）は、UEとネットワークの間の制御シグナリングの入口です。無線側の基地局(gNB)からのN2(NGAP)と、UEからのN1(NAS)を終端し、登録管理・接続管理(CM)・到達性管理・モビリティ管理を担います。認証そのものはAUSFへ、セッション管理はSMFへ委ね、AMFはそれらを取りまとめて橋渡しする司令塔として機能します。

Basic Concept — 初心者向け説明

AMFを電話交換の交換手に例えます。あなた（UE）が電話局に「加入したい」と電話をかけると、交換手（AMF）が応対します。交換手は本人確認を専門部署（AUSF/UDM）に確認し、確認が取れたら「あなたの番号はこれです」と控え（UEコンテキスト）を作ります。以後あなたが移動しても、交換手はどの地域局にいるかを追跡し、着信をつなげられるようにします。ただし実際の通話回線を引くのは別の担当（SMF/UPF）で、交換手は取り次ぐだけ、という分業になっています。

Network Function 詳細

項目 内容
役割 N1(NAS)とN2(NGAP)を終端。UEの登録管理・接続管理(CM)・到達性管理・モビリティ管理。NAS暗号化/完全性保護の終端。SMFへのセッション管理メッセージのリレー(N11)。
保持情報 UEコンテキスト（5G-GUTI, 登録状態5GMM, 接続状態CM, セキュリティコンテキスト, allowed NSSAI 等）
利用する主なAPI（他NFへ呼ぶ） Nausf（UEAuthentication）, Nudm（UECM/SDM）, Nsmf（PDUSession）, Npcf（AMPolicyControl）, Nnrf（Discovery）
提供するAPI（自分が公開） Namf（Communication, EventExposure, MT, Location）— 3GPP TS 29.518
関連Interface N1, N2, N8（UDM）, N11（SMF）, N12（AUSF）, N14（AMF間）, N15（PCF）
障害時の影響 配下UEの登録・セッション確立・モビリティが不可となる（重大）

SEAF（Security Anchor Function）について: SEAFはセキュリティのアンカー（拠り所）となる機能で、AMFに同居（co-located）しています。AUSFが認証成功時に導出した鍵 KSEAF を受け取る主体がこのSEAFであり、SEAFはそこから KAMF 以降の鍵を導出します。つまりAMFは、SEAFを内包することで5Gセキュリティの鍵階層の起点を担います（根拠 TS 33.501 §6）。

Architecture

AMFは5GC制御プレーンの中心に位置し、UE・gNBと各制御NFを結ぶハブです。

flowchart LR
  UE(("UE"))
  gNB["gNB (基地局)"]
  AMF["AMF"]
  AUSF["AUSF"]
  UDM["UDM"]
  SMF["SMF"]
  PCF["PCF"]

  UE -- "N1 (NAS)" --> AMF
  gNB -- "N2 (NGAP)" --> AMF
  UE -.無線.- gNB
  AMF -- "N12 (Nausf)" --> AUSF
  AMF -- "N8 (Nudm)" --> UDM
  AMF -- "N11 (Nsmf)" --> SMF
  AMF -- "N15 (Npcf)" --> PCF

図の読み方: UEからのNASとgNBからのNGAPはどちらもAMFで終端します。AMFはそこから右側の各NFのサービス（Nausf/Nudm/Nsmf/Npcf）を呼び出して認証・データ取得・セッション管理・ポリシー制御を進めます。

Interface

AMFが終端する主なInterfaceと役割です。

Interface 両端 役割
N1 UE ⇔ AMF NAS（Non-Access Stratum）シグナリングの論理路。登録要求などを運ぶ
N2 gNB ⇔ AMF NGAP。基地局とAMF間の制御シグナリング
N8 AMF ⇔ UDM 加入者データ取得・UEコンテキスト登録（Nudm）
N11 AMF ⇔ SMF セッション管理メッセージのリレー（Nsmf）
N12 AMF ⇔ AUSF UE認証（Nausf）
N14 AMF ⇔ AMF AMF間のUEコンテキスト移送
N15 AMF ⇔ PCF アクセス・モビリティポリシー（Npcf）

詳細は N1 / N2 を参照してください。

Procedure での登場

Registration（初期登録）では、AMFが手続き全体の起点かつ司令塔になります。UEからのRegistration Request(NAS)をgNB経由で受け取り、AUSFへ認証を依頼し（N12）、UDMから加入者情報を取得・UEコンテキストを登録し（N8）、必要ならPCFへポリシーを問い合わせ（N15）、最後にRegistration AcceptをUEへ返します。

詳しい流れは Registration を参照してください。

EPCとの比較

  • 4Gでは: MME（Mobility Management Entity）が、認証・登録・モビリティ管理に加えてセッション管理（ベアラ制御）まで担っていました。
  • 5Gでは: MMEの役割のうちアクセス/モビリティ管理をAMFが引き継ぎ、セッション管理はSMFへ分離しました。これにより「接続性の管理」と「セッションの管理」を独立にスケールできます。認証機能もAUSF/UDMへ整理されています。
4G (EPC) 5G (5GC)
MME（モビリティ管理部分） AMF
MME（セッション管理部分） SMF
S1-MME N2

Release差分

  • Rel-15: AMFの基本機能（登録・接続・モビリティ管理、N1/N2終端）を規定。
  • Rel-16: 機能拡張（例: eNPN/NPN対応の強化 等）。具体的な章番号は要確認。
  • Rel-17: さらなる拡張。具体項目・章番号は要確認。

3GPP Specification

  • 3GPP TS 23.501 §6.2.1 — AMFの機能定義（Network Function の役割）
  • 3GPP TS 29.518 — Namf サービス（Communication / EventExposure / MT / Location）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 33.501 — 5Gセキュリティ／認証手続き（AMFはSEAFを内包しKSEAFを扱う）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 23.502 — 手続き（Registration 等）でのAMFの動作。個別章番号は要確認

Summary

  • AMFはN1(NAS)とN2(NGAP)を終端する制御プレーンの司令塔。
  • 役割は登録管理・接続管理(CM)・到達性管理・モビリティ管理、そしてNASセキュリティの終端。
  • 認証はAUSF、セッション管理はSMFへ委任し、AMFは橋渡し役に徹する。
  • 保持情報の要はUEコンテキスト（5G-GUTI, 5GMM状態, セキュリティコンテキスト, allowed NSSAI）。
  • EPCのMMEに相当するが、セッション管理はSMFへ分離された。

Next Step