目次
1. エグゼクティブサマリー
1.1. 5GモビリティとVoNRハンドオーバーの概要
5Gシステムにおけるモビリティ管理は、ユーザーエクスペリエンス、特にアクティブな音声通話（VoNR）中のサービス継続性にとって極めて重要です。ユーザーが移動する際、UE（User Equipment）はカバレッジとサービス品質を維持するために、異なる基地局（gNB）間でシームレスにハンドオーバーする必要があります。このプロセスは、UEが近隣セルの無線環境を継続的に測定し、その結果をネットワークに報告することから始まります。ネットワークはこれらの測定報告に基づいてハンドオーバーを決定し、UEを新しいgNBに引き継ぎます。
VoNRサービスは、5G無線アクセスネットワーク（RAN）、5Gコアネットワーク（5GC）、およびIPマルチメディアサブシステム（IMS）を介して音声サービスを提供します[^1]。VoNR通話中のハンドオーバーは、音声パケットの途切れのない伝送を保証するために、厳格なQoS（Quality of Service）要件を満たす必要があります。これには、音声トラフィックに特化したQoSフロー（QoS Flow）の維持が含まれます。本報告書では、UEが音声通話中に測定報告を送信し、それに続いてXnインターフェースを介したハンドオーバーが実行される際の、メッセージシーケンスと関連するネットワーク機能間の相互作用を解説します。
1.2. 手順の主なハイライト
本報告書で詳述されるXnベースのハンドオーバー手順は、ソースgNBとターゲットgNBがXnインターフェースを介して直接通信し、AMF（Access and Mobility Management Function）が変更されず、UPF（User Plane Function）の再割り当てが行われない一般的なシナリオに焦点を当てています[^2]。このシナリオは、RAN内でのモビリティを効率的に管理するために広く採用されています。
この手順の主要な側面は以下の通りです。
-
測定報告のトリガーと内容:
UEは、設定された基準（例：近隣セルの信号強度がサービングセルよりも良好になるイベントA3）に基づいて、サービングgNBに測定報告を送信します。この報告には、RSRP（Reference Signal Received Power）やRSRQ（Reference Signal Received Quality）などの信号品質情報が含まれます[^6]。 -
Xnインターフェースを介したハンドオーバー準備: ソース
gNBは測定報告を評価し、ターゲットgNBとの間でXnAP（Xn Application Protocol）メッセージを交換してハンドオーバーを準備します。この段階で、UEのコンテキスト情報とPDUセッション（VoNRのQoSフローを含む）に関する詳細が転送されます[^3]。 -
RRC再構成と無線ベアラの確立: ソース
gNBはUEにRRC再構成メッセージを送信し、ターゲットgNBへのアクセスに必要な無線設定を指示します。UEはターゲットgNBと同期し、新しい無線ベアラ（DRB）を確立して、VoNR音声およびSIPシグナリングトラフィックの継続性を確保します[^3]。 -
ユーザープレーンパスの切り替えとリソース解放: ハンドオーバーが無線区間で完了した後、ターゲット
gNBはAMFにパス切り替えを要求します。AMFはSMFに通知し、SMFはUPF内のユーザープレーンパスをターゲットgNBに切り替えます。これにより、ダウンリンクトラフィックが新しいパスを介してルーティングされ、旧gNBのリソースが解放されます[^3]。 -
VoNR QoSの維持:
VoNR通話のQoS要件（5QI=1のGBRフローと5QI=5の非GBRフロー）は、ハンドオーバー全体で維持されます。これは、新しいgNBがこれらのQoS特性に対応する適切な無線リソースを割り当てることによって実現されます[^1]。 -
NASセキュリティの継続性:
UEとネットワーク間のNAS（Non-Access Stratum）セキュリティコンテキスト（認証と暗号化）は、ハンドオーバーを通じて維持されます。これにより、UEの移動中も制御プレーンのメッセージが保護されます[^10]。
これらの手順は、5Gネットワークがユーザーに提供するシームレスで高品質なモビリティ体験の基盤を形成します。
2. 5Gシステムコンテキストの紹介
2.1. UEの状態: RRC_CONNECTEDとアクティブな音声通話（VoNR）
UEは、NR無線アクセスネットワーク（RAN）との間でRRC（Radio Resource Control）接続が確立されているRRC_CONNECTED状態にあります[^12]。この状態では、UEは専用のシグナリングおよびユーザープレーンデータ転送を行うことができ、ネットワークはUEのモビリティを詳細に制御します。
現在のシナリオでは、UEはVoNR（Voice over New Radio）通話を行っています。VoNRは、5G RAN、5Gコア（5GC）、およびIPマルチメディアサブシステム（IMS）を使用して音声サービスを提供する技術です[^1]。VoNRサービスは、従来の回線交換（CS）サービスと比較して、高速な通話セットアップ時間（平均0.25〜2.5秒）を提供します[^14]。
VoNRサービスは、特定のQoSフローを利用して、音声トラフィックとシグナリングトラフィックの異なる要件に対応します。
-
SIPシグナリングメッセージ用QoSフロー:
VoNRは、SIP（Session Initiation Protocol）シグナリングメッセージに5QI=5のQoSフローを使用します。このQoSフローは非GBR（Non-Guaranteed Bit Rate）ですが、SIPシグナリング手順が最小限の遅延と高い信頼性で完了することを保証するために、高い優先度で扱われます[^1]。 -
音声パケット転送用QoSフロー: 通話確立後、音声パケットの転送には
5QI=1のQoSフローが使用されます。これはGBR（Guaranteed Bit Rate）フローであり、音声のようなリアルタイムトラフィックに必要な保証された帯域幅と低い遅延を提供します[^1]。 -
RLCモードとDRB:
gNBは、SIPシグナリング用のDRB（Data Radio Bearer）にRLC-AM（Radio Link Control - Acknowledged Mode）を使用し、音声トラフィック（RTP）用のDRBにはRLC-UM（Radio Link Control - Unacknowledged Mode）を使用します[^1]。RLC-AMは信頼性の高いデータ転送に適しており、SIPシグナリングの正確性を保証します。一方、RLC-UMは低遅延でオーバーヘッドが少ないため、リアルタイムの音声トラフィックに適しています。
VoNRに対するQoSフローの二重要件（音声用GBRの5QI=1とSIP用高優先度非GBRの5QI=5）は、5Gにおける高度なQoS管理の能力を示しています。これは単に帯域幅を提供するだけでなく、トラフィックのリアルタイム感度と信頼性のニーズに基づいてトラフィックを区別することに重点を置いています。このアプローチは、従来の「ベストエフォート」や単純な「保証型」サービスを超えて、5Gのきめ細かなQoS機能がどのように進化しているかを明確に示しています。オペレーターは、この機能を利用して、ネットワークリソースを特定のアプリケーション要件に合わせて微調整し、パフォーマンスとリソース利用の両方を最適化できます。これは、拡張モバイルブロードバンド（eMBB）以外の多様な5Gユースケースを実現するための重要な基盤となります。
2.2. モビリティに関与する5Gネットワーク機能の概要
5Gシステムは、サービスベースドアーキテクチャ（SBA）に基づいて構築されており、各ネットワーク機能（NF）が明確な役割と責任を持っています。ハンドオーバー手順に関与する主要なNFは以下の通りです。
-
UE (User Equipment): スマートフォンなどのユーザーデバイスであり、無線測定の実行、
RRCメッセージの送受信、およびNAS（Non-Access Stratum）メッセージの処理を担当します[^16]。 -
5G Modem:
UE内に組み込まれたハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントで、5G NRの無線インターフェース、RRCプロトコル、およびNASプロトコルを処理します。 -
gNB (Next Generation NodeB): 5G基地局。無線リソース管理（
RRM）、測定構成の提供、およびハンドオーバーの実行を担当します[^3]。-
Source gNB:
UEが現在接続しているサービング基地局です。 -
Target gNB:
UEがハンドオーバーされる先の基地局です。
-
Source gNB:
-
AMF (Access and Mobility Management Function):
5GCの主要なコントロールプレーン機能であり、UEの登録、接続管理、到達性管理、およびモビリティ管理（ハンドオーバーを含む）を処理します。UEが5GCに最初に接続する際の窓口となります[^2]。 -
SMF (Session Management Function):
PDUセッション（Packet Data Unit Session）の管理を担当します。これには、PDUセッションの確立、変更、解放が含まれます。IPアドレスの割り当て、UPFの選択と制御、およびポリシー適用に関するPCFとの連携を行います[^16]。 -
AUSF (Authentication Server Function):
UEの認証を実行するNFです。4GのHSS（Home Subscriber Server）から認証機能が分離されました[^16]。 -
UDM (Unified Data Management): ユーザーのサブスクリプションプロファイル、認証資格情報、ポリシー情報などの加入者データを格納します。4Gの
HSSの主要なデータ管理機能に相当します[^16]。 -
UDR (User Data Repository): ユーザーデータを格納するデータベースであり、
UDMやPCFによってアクセスされます。ステートレスなUDMアーキテクチャでは、UDRはUDMから分離された外部データベースとして機能します[^17]。 -
PCF (Policy Control Function):
QoSや課金ポリシーを含むネットワーク動作を制御するためのポリシー規則を提供します。SMFおよびAMFと連携してこれらのポリシーを適用します[^16]。 -
UPF (User Plane Function): ユーザーデータトラフィックを処理するコアネットワーク機能です。パケットルーティングと転送、パケット検査、
QoS処理を行い、データネットワーク（DN）への相互接続ポイントとして機能します。ユーザープレーンデータのアンカーポイントです[^16]。 -
DN (Data Network):
UEが接続する外部ネットワーク（例：インターネット、IMS）です[^16]。
5GCネットワーク機能（AMF,SMF,PCF,UDM,AUSF,UPF）間における役割の明確な分離とサービスベースドアーキテクチャ（SBA）の採用は、モノリシックな4GEPC要素と比較して、モジュール性とスケーラビリティを向上させます。このSBAは、5Gの基本的な設計パラダイムであり、従来のポイントツーポイントインターフェースではなく、NFがAPIを介して他のNFにサービスを公開します。このアプローチは、Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext（SMFサービス）、Npcf_SMPolicyControl_UpdateNotify（PCFサービス）、Nudm_DM_Query（UDMサービス）、およびNausf_auth（AUSFサービス）などのメッセージ交換に表れています[^17]。これらのサービスは通常、HTTP/2プロトコルをTCP上で使用し、JSON/YAMLをデータシリアライゼーションに利用します[^20]。このアーキテクチャの変更は、ネットワークサービスの展開と管理において、より高い柔軟性、スケーラビリティ、および俊敏性を可能にします。各NFの独立した進化を可能にし、クラウドネイティブな展開（NFV）をサポートし、異なるスライスが異なるNFのセットやインスタンスを活用できるネットワークスライシングを促進します。これは、5Gおよびそれ以降の多様で動的なサービス要件を実現するための重要な要素です。
2.3. 関連する3GPP仕様
本報告書で詳述される手順は、以下の主要な3GPP技術仕様（TS）によって規定されています。これらの仕様は、5Gシステムの動作における基盤を形成します。
表1：5Gモビリティと音声サービスに関する主要3GPP仕様
| 仕様番号 | タイトル | 本報告書における主な焦点 | 最新リリース |
|---|---|---|---|
| 38.331 | NR; Radio Resource Control (RRC); Protocol specification |
UEとgNB間のRRCメッセージ、測定報告、無線ベアラ設定 |
Release 17 (v17.7.0, 2024-01-15)[^24] |
| 24.501 | Non-Access-Stratum (NAS) Protocol for 5GS |
UEとAMF/SMF間のNASメッセージ、5GMM、5GSM、セキュリティ手順 |
Word version 19.3.0[^11] |
| 23.501 | System architecture for the 5G System (5GS) | 5Gシステムアーキテクチャ、ネットワーク機能の役割、QoSモデル |
Word version 19.4.0[^9] |
| 23.502 | Procedures for the 5G System | 5Gシステムの手順、特にハンドオーバー手順（Xnベース、N2ベース） | Word version 19.4.0[^4] |
| 29.507 | 5G System; Access and Mobility Policy Control Service; Stage 3 |
PCFとAMF/SMF間のポリシー制御サービス（SBI） |
Release 19 (v19.3.0, 2025-06-16)[^25] |
これらの仕様は、5Gネットワークの設計、実装、および運用において不可欠な参照資料となります。
3. 測定報告手順
UEは、RRC_CONNECTED状態にある間、ネットワークによって設定された測定構成に従って測定を実行し、報告します[^12]。この測定は、UEがカバレッジを維持し、サービス品質を最適化するために、適切なタイミングでハンドオーバーを実行できるようにするために不可欠です。
3.1. 測定構成 (Measurement Configuration)
測定構成は、専用のRRCシグナリングメッセージ、具体的にはRRCReconfigurationまたはRRCResumeメッセージを介してgNBからUEに提供されます[^12]。この構成は、UEが測定すべき内容と報告すべき方法を定義します。
測定構成の主要なパラメータは以下の通りです。
-
測定オブジェクト (Measurement Objects):
UEが測定を実行すべき対象のリストです。NRでは、各測定オブジェクトは、SS/PBCHブロック（SSB）やCSI-RSなどの参照信号の周波数/時間位置およびサブキャリア間隔を示します[^12]。 -
報告構成 (Reporting Configurations):
UEが測定報告を送信するトリガーとなる基準を定義します。これには、イベントトリガー型報告（例：特定のイベントが発生した場合）や周期型報告（例：定期的に報告）があります[^12]。 - 測定識別子 (Measurement Identities): 各測定識別子は、1つの測定オブジェクトと1つの報告構成をリンクします。複数の測定識別子を設定することで、複数の測定オブジェクトを同じ報告構成にリンクしたり、同じ測定オブジェクトに複数の報告構成をリンクしたりすることが可能です[^12]。
- 数量構成 (Quantity Configurations): 測定イベントの評価と関連する報告、および周期的な報告に使用される測定フィルタリング構成を定義します[^12]。
-
測定ギャップ (Measurement Gaps):
UEが測定を実行するために使用できる期間です。UEは、サービングセルからのデータ送受信を一時的に中断し、他の周波数やRAT（Radio Access Technology）のセルを測定するためにこれらのギャップを利用します[^6]。
UEは、RRC_CONNECTED状態において、単一の測定オブジェクトリスト、報告構成リスト、および測定識別子リストを維持します[^12]。これらのリストは、UEが効率的に無線環境を監視し、必要に応じてネットワークに情報を提供するための基盤となります。
3.2. 測定イベントと報告のトリガー
ハンドオーバーの決定は、UEからの測定報告に基づいてgNBによって行われます[^3]。測定報告は、特定の「測定イベント」がトリガーされたときに送信されます。これらのイベントは、サービングセルと近隣セルの信号品質を比較する基準を定義します。
本シナリオでは、UEの移動によりサービングセルの信号品質が低下し、近隣セルの信号品質が向上する状況を想定します。この状況でハンドオーバーをトリガーする典型的なイベントは**「イベントA3」**です[^6]。
-
イベントA3 (Event A3): 「近隣セルが
PCell/PSCellよりもオフセット量だけ良好になる」という条件でトリガーされます[^6]。- トリガー条件:
Mn + Ofn + Ocn – Hys > Mp + Ofp + Ocp + Off - キャンセル条件:
Mn + Ofn + Ocn + Hys < Mp + Ofp + Ocp + Off
- トリガー条件:
ここで、Mnは近隣セルの測定結果（RSRP, RSRQ, RS-SINR）、MpはNR SpCell（Serving Primary Cell）の測定結果、Ofnは近隣セル固有のオフセット、Ocnは共通オフセット、Hysはヒステリシス、Offはオフセットです[^7]。
UEは、サービングセルおよび近隣セルのRSRP、RSRQ、SINRを継続的に測定します[^7]。これらの測定結果が設定されたイベントA3のトリガー条件を満たすと、UEはMeasurementReportメッセージを送信します。このメッセージには、UEが測定したサービングセルおよび候補となる近隣セルの信号品質（RSRP, RSRQ, SINR）が含まれます[^7]。
このイベントトリガー型の測定報告の仕組みは、ネットワークがUEの移動状況をリアルタイムで把握し、不必要なハンドオーバーを避けつつ、必要なモビリティを迅速に実行するための効率的な方法を提供します。
4. Xnベースハンドオーバー手順のメッセージシーケンス
ここでは、UEが音声通話中に測定報告を送信し、それに続いてXnベースのハンドオーバーが実行される際の、メッセージシーケンスを示し、各ステップを具体的に説明します。このシナリオでは、AMFの変更やUPFの再割り当ては発生しないものとします。
4.1. メッセージシーケンスチャート
4.2. シーケンス図の説明と推測
このシーケンス図は、UEがアクティブなVoNR通話中に、弱い信号強度を経験し、より良好なカバレッジを提供する近隣セルにハンドオーバーするシナリオを示しています。
初期状態
-
説明:
UEは現在Source gNBに接続されており、RRC_CONNECTED状態にあります。UEはVoNR通話を行っており、これには2つの主要なPDUセッションが関与しています。1つは音声トラフィック用のGBRQoSフロー（QFI=1,5QI=1,RLC-UM,DRB ID 1）であり、もう1つはSIPシグナリング用の非GBRQoSフロー（QFI=5,5QI=5,RLC-AM,DRB ID 2）です。これに加えて、一般的なインターネットアクセス用のデータセッション（QFI=6,5QI=6-9,RLC-AM,DRB ID 3）もアクティブであると仮定します。UEとSource gNBの間には、専用の無線ベアラ（DRB）が確立され、ユーザープレーンデータが流れています。また、制御プレーンのメッセージはSRB（Signaling Radio Bearer）を介して交換されます。UEとネットワーク間のNASセキュリティコンテキスト（認証と暗号化）は既に確立されており、すべてのNASメッセージは保護されています。
測定報告手順 (Measurement Reporting Procedure)
** UE_Modem -> Source_gNB: RRC:MeasurementReport (TS 38.331) **
-
説明:
UEは、Source gNBによって以前に設定された測定構成に従って、サービングセル（Source gNB）および近隣セル（Target gNB）の無線信号品質を継続的に測定しています[^6]。UEが移動し、Target gNBの信号品質がSource gNBの信号品質よりも特定のオフセットだけ良好になるという「イベントA3」のトリガー条件を満たすと、UEはMeasurementReportメッセージをSource gNBに送信します[^6]。このメッセージは、RRCプロトコルの一部として、専用制御チャネル（UL-DCCH）上のSRB3（Signaling Radio Bearer 3）を介して送信されます。SRB3は、RRC_CONNECTED状態のUEとネットワーク間の高優先度シグナリングに使用されます。 -
内容:
MeasurementReportメッセージには、measId（測定識別子）と、サービングセルおよびTarget gNBを含む候補近隣セルのmeasResultsが含まれます[^7]。measResultsには、通常、RSRP（Reference Signal Received Power）、RSRQ（Reference Signal Received Quality）、およびRS-SINR（Reference Signal - Signal to Interference plus Noise Ratio）などの測定値が含まれます。これらの測定値は、ネットワークがハンドオーバーの決定を下すための重要な情報となります。 -
推測:
UEは、物理レイヤー（Physical Layer）で参照信号（SSBやCSI-RS）を測定し、その結果をMAC（Medium Access Control）およびRLC（Radio Link Control）レイヤーを介してRRCレイヤーに渡します。RRCレイヤーは、これらの測定結果をMeasurementReportメッセージにカプセル化し、PDCP（Packet Data Convergence Protocol）およびRLCを介してUL-DCCH論理チャネル、UL-SCHトランスポートチャネル、およびPUSCH物理チャネルを介してSource gNBに送信します[^12]。
Xnハンドオーバー準備フェーズ (Xn Handover Preparation Phase)
** Source_gNB -> Target_gNB: XnAP:Handover Request (TS 38.423) [Xn-C] **
-
説明:
Source gNBは、UEから受信したMeasurementReportを評価し、自身の負荷、UEのモビリティ制限、無線能力などの他の要因を考慮して、ハンドオーバーを実行することを決定します[^3]。最適なターゲットセルとしてTarget gNBを選択した後、Source gNBはXnAP（Xn Application Protocol）プロトコルを使用してXn-C（Xn Control Plane）インターフェースを介してHandover RequestメッセージをTarget gNBに送信します。 -
内容: このメッセージには、Handover Preparation Information（
RRCコンテナとしてTarget gNBに透過的に渡されるRRCメッセージ）、targetCellID、UEが保持するPDUセッションのリスト（VoNR音声、SIP、インターネットのPDUセッションを含む）、各PDUセッションのQoSフロー情報（QFI、5QI、DRB情報）、およびUEコンテキスト情報が含まれます[^3]。QoSフロー情報には、VoNR通話のQoS要件（例：QFI=1のGBR特性、QFI=5の高優先度非GBR特性）が反映されます。 -
推測: このメッセージは、
Target gNBにハンドオーバーの準備を促し、UEの現在のサービス状態と無線能力に関するすべての必要な情報を提供します。Target gNBは、この情報に基づいて、UEのPDUセッションに必要な無線リソースとコアネットワーク接続を準備します。
** Target_gNB -> Source_gNB: XnAP:Handover Request Acknowledge (TS 38.423) [Xn-C] **
-
説明:
Target gNBは、Handover Requestメッセージを受信すると、UEのPDUセッション（VoNR音声、SIP、インターネット）に対するアドミッション制御を実行し、必要な無線リソース（DRB）を割り当て、ユーザープレーンパスをUPFに確立します。リソースの割り当てに成功すると、Target gNBはXn-Cインターフェースを介してHandover Request AcknowledgeメッセージをSource gNBに送信します[^3]。 -
内容: このメッセージには、
UEに送信されるHandover Command（RRCコンテナとしてSource gNBに透過的に渡されるRRCメッセージ）、targetCellID、Target gNBで割り当てられたnewC-RNTI（UEの新しい無線ネットワーク一時識別子）、選択されたセキュリティアルゴリズム識別子（例：5G-EA1,5G-IA1）、QoSFlowsAcceptedList（Target gNBが受け入れたQoSフローのリスト）、およびDRB-configurations（Target gNBで確立されたDRBのIDと設定、例：QFI=1にDRB ID 1、QFI=5にDRB ID 2、QFI=6にDRB ID 3）が含まれます[^3]。
Xnハンドオーバー実行フェーズ (Xn Handover Execution Phase)
** Source_gNB -> UE_Modem: RRC:RRCReconfiguration (TS 38.331) **
-
説明:
Source gNBは、Target gNBからのHandover Request Acknowledgeメッセージを受信すると、UEにハンドオーバーをトリガーするためにRRCReconfigurationメッセージを送信します[^3]。このメッセージは、RRCプロトコルの一部として、専用制御チャネル（DL-DCCH）上のSRB1またはSRB3を介して送信されます。 -
内容: このメッセージには、
Target gNBから受信したHandover Commandがカプセル化されています。Handover Commandには、targetCellID、newC-RNTI、UEがTarget gNBに接続するために必要な無線リソース設定（例：DRB ID 1, 2, 3の構成）、およびAS（Access Stratum）セキュリティ設定（例：暗号化アルゴリズム5G-EA1、完全性保護アルゴリズム5G-IA1）が含まれます[^3]。UEは、このメッセージを受信すると、Target gNBへの接続を確立するために必要な無線設定を適用します。 -
推測:
UEは、このRRCメッセージを受信すると、Source gNBとの無線リンクを維持しながら、Target gNBの無線パラメータ（物理シグナル、物理チャネル、トランスポートチャネル、論理チャネル）に再同期を開始します。これは、ハンドオーバー中のサービス中断を最小限に抑えるための重要なステップです。
** Source_gNB -> Target_gNB: XnAP:SN Status Transfer (TS 38.423) [Xn-U] **
-
説明:
Source gNBは、RRCReconfigurationメッセージをUEに送信した後、ユーザープレーンのデータ転送の継続性を確保するために、SN Status TransferメッセージをXn-U（Xn User Plane）インターフェースを介してTarget gNBに送信します[^3]。 -
内容: このメッセージは、アクティブなすべての
DRB（VoNR音声、SIP、インターネット）のPDCP（Packet Data Convergence Protocol）シーケンス番号（SN）とハイパーフレーム番号（HFN）のステータスを転送します。これにより、Target gNBはUEとの新しい無線リンク上で、Source gNBから転送された未送信のダウンリンクパケットと、UEがSource gNBに送信したがまだ受信されていないアップリンクパケットの再送を正確に処理できます。Source gNBは、この時点でダウンリンクデータをUPFからバッファリングし始め、Target gNBに転送します。 -
推測: このステップは、ハンドオーバー中のパケットロスを最小限に抑え、
VoNR通話のようなリアルタイムサービスにおいて途切れのないユーザーエクスペリエンスを保証するために不可欠です。
** UE_Modem -> Target_gNB: RRC:RRCReconfigurationComplete (TS 38.331) **
-
説明:
UEは、Target gNBとの新しい無線リンクへの同期に成功し、RRCReconfigurationメッセージで受信した設定を正常に適用した後、Target gNBにRRCReconfigurationCompleteメッセージを送信します[^3]。このメッセージは、RRCプロトコルの一部として、UL-DCCH上のSRB1またはSRB3を介して送信されます。 -
内容: このメッセージは、
UEがハンドオーバー手順を完了し、Target gNBに完全に接続されたことをTarget gNBに通知します。UEは、この時点からTarget gNBを介してアップリンクデータを送信し始めます。 -
推測: このメッセージは、無線区間でのハンドオーバーが成功したことを示します。
Target gNBは、このメッセージを受信すると、UEが新しいセルで完全に機能していることを認識し、コアネットワークへのパス切り替え手順を開始します。
パス切り替えとリソース解放フェーズ (Path Switch and Resource Release Phase)
** Target_gNB -> AMF: NGAP:Path Switch Request (TS 38.413) [N2] **
-
説明:
UEからのRRCReconfigurationCompleteメッセージを受信した後、Target gNBは、UEが新しいターゲットセルに移動したことをAMFに通知するために、NGAP（NG Application Protocol）プロトコルを使用してN2インターフェースを介してPath Switch RequestメッセージをAMFに送信します[^3]。 -
内容: このメッセージには、切り替えられる
PDUセッションのリストが含まれます。各PDUセッションには、Target gNBのN3インターフェースのAN Tunnel Info（アクセスネットワークトンネル情報）が含まれます。これには、QoSフロー識別子（QFI）と対応するDRB IDも含まれます。これにより、AMFはSMFにユーザープレーンパスの更新を指示できます。
** AMF -> SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext Request (TS 29.502) **
-
説明:
AMFは、Path Switch Requestメッセージを受信すると、各PDUセッション（VoNR音声、SIP、インターネット）に関連するSMFに対して、N11インターフェース（サービスベースドインターフェース）を介してNsmf_PDUSession_UpdateSMContext Requestサービス操作を呼び出します[^4]。このサービス操作はHTTP/2プロトコルを使用します[^20]。 -
内容: この要求は、
SMFにTarget gNBの新しいN3トンネル情報（IPアドレスとGTP-Uトンネルエンドポイント識別子）を通知します。これにより、SMFはユーザープレーンパスを更新できます。
** SMF -> UPF: N4 Session Modification Request (TS 29.244) [N4 / PFCP] **
-
説明:
SMFは、AMFから新しいN3トンネル情報を受信すると、UPF（PDU Session Anchor）に対してN4インターフェースを介してN4 Session Modification Requestメッセージを送信します[^5]。このメッセージはPFCP（Packet Forwarding Control Protocol）を使用します。 -
内容: この要求は、
UPF内のダウンリンク転送パスをTarget gNBの新しいN3トンネルに更新します。これにより、UPFはUE宛てのダウンリンクパケットを新しいgNBにルーティングするようになります。
** UPF --> SMF: N4 Session Modification Response (TS 29.244) [N4 / PFCP] **
-
説明:
UPFは、N4セッション変更要求を処理し、ダウンリンクパスを更新した後、SMFにN4 Session Modification Responseメッセージを送信して確認応答します[^5]。 -
推測: この応答を受信すると、
UPFは直ちにUE宛てのダウンリンクパケットをTarget gNBに送信し始めます。これにより、ユーザープレーンの切り替えが完了します。
** UPF -> Source_gNB: GTP-U:End Marker Packet (TS 29.281) [N3 (Old Path)] **
-
説明:
UPFは、ダウンリンクパスをTarget gNBに切り替えた直後、再順序付け機能を支援するために、古いパス（Source gNBへのN3トンネル）を介して1つ以上の「エンドマーカーパケット」を送信します[^5]。 -
推測:
Source gNBはこれらのエンドマーカーパケットを受信すると、それらをTarget gNBに転送します。Target gNBは、エンドマーカーパケットを受信することで、Source gNBから転送されるべきデータがすべて受信されたことを認識し、パケットの再順序付けを適切に行うことができます。これは、ハンドオーバー中のデータロスや重複を避けるために重要です。
** SMF --> AMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext Response (TS 29.502) **
-
説明:
SMFは、UPFとのN4セッション変更が完了した後、AMFにNsmf_PDUSession_UpdateSMContext Responseサービス操作を送信して、PDUセッションの更新が成功したことを確認します[^4]。
** AMF -> Target_gNB: NGAP:Path Switch Request Acknowledge (TS 38.413) [N2] **
-
説明:
AMFは、すべての関連するSMFからの応答を受信した後、Target gNBにPath Switch Request AcknowledgeメッセージをN2インターフェースを介して送信します[^3]。 -
内容: このメッセージは、コアネットワークがユーザープレーンパスの切り替えを完了し、
UEのモビリティを認識したことをTarget gNBに確認します。
** AMF -> PCF: Npcf_AMPolicyControl_UpdateNotify (TS 29.507) **
-
説明:
AMFは、UEの移動が完了したことを認識すると、PCFに対してNpcf_AMPolicyControl_UpdateNotifyサービス操作をN15インターフェース（サービスベースドインターフェース）を介して呼び出す場合があります[^21]。 -
推測: この通知は、
PCFがUEのアクセスおよびモビリティ関連ポリシーを更新するために使用されます。例えば、UEの新しい地理的位置やアクセスタイプに基づいて、サービスエリア制限やモビリティポリシーを調整する可能性があります。PCFは、ポリシー決定のためにUDRからサブスクリプション関連情報を取得することもあります[^22]。
** SMF -> PCF: Npcf_SMPolicyControl_UpdateNotify (TS 29.502) **
-
説明: 同様に、
SMFもPDUセッションのユーザープレーンパスが切り替わったことをPCFに通知するために、Npcf_SMPolicyControl_UpdateNotifyサービス操作をN7インターフェース（サービスベースドインターフェース）を介して呼び出す場合があります[^21]。 -
推測: この通知により、
PCFはPDUセッションに関するポリシー（例：QoSルール、課金ルール）を更新できます。VoNR通話の場合、QoSフロー（QFI=1とQFI=5）の継続的なポリシー適用が保証されます。
** PCF -> UDR: Nudr_DM_Query (TS 29.504) **
-
説明:
PCFは、ポリシー決定を行うために、UDRからサブスクリプション関連情報やポリシーデータを取得する必要がある場合があります。このために、Nudr_DM_Queryサービス操作をN36インターフェース（サービスベースドインターフェース）を介してUDRに送信します[^22]。 -
推測:
UDRは、ユーザーの永続的なサブスクリプションデータとポリシー情報を格納しており、PCFはこれらの情報に基づいてUEの現在のコンテキストに最適なポリシーを適用します。
** UDR --> PCF: Nudr_DM_Query Response (TS 29.504) **
-
説明:
UDRは、PCFからのクエリに応答して、要求されたポリシーデータをPCFに返します[^22]。
** PCF -> UDM: Nudm_DM_Query (TS 29.503) **
-
説明:
PCFは、UDRから直接取得できない場合、または特定のポリシー情報がUDMに格納されている場合に、UDMに対してNudm_DM_Queryサービス操作をN8インターフェース（サービスベースドインターフェース）を介して送信する場合があります[^16]。 -
推測:
UDMは、加入者データの一元的な管理を行い、認証資格情報やUEのサービングNF登録管理などの機能を提供します[^17]。
** UDM --> PCF: Nudm_DM_Query Response (TS 29.503) **
-
説明:
UDMは、PCFからのクエリに応답して、要求されたポリシーデータをPCFに返します[^22]。
** Target_gNB -> Source_gNB: XnAP:UE Context Release (TS 38.423) [Xn-C] **
-
説明:
Target gNBは、AMFからのパス切り替え確認応答を受信した後、Source gNBにUE Context ReleaseメッセージをXn-Cインターフェースを介して送信します[^3]。 -
推測:
Source gNBは、このメッセージを受信すると、UEに関連するすべての無線リソース（無線ベアラ、コンテキスト情報など）を解放します。これにより、リソースが効率的に再利用され、ネットワークの全体的な容量が最適化されます。
このメッセージシーケンスは、5Gネットワークが
UEのモビリティをいかにシームレスに管理し、特にVoNRのようなリアルタイムサービスにおいて、ユーザーエクスペリエンスを損なうことなくサービス継続性を維持しているかを示しています。SBAの採用とHTTP/2ベースのサービス間通信は、5GCの柔軟性とスケーラビリティを大幅に向上させています。
5. 結論
本報告書では、5G NRネットワークにおけるUEの測定報告からXnベースのハンドオーバー手順に至るまでのメッセージシーケンスを、特にUEがアクティブなVoNR通話中であるというコンテキストで分析しました。この分析を通じて、5Gシステムが高度なモビリティ管理とQoS保証をどのように実現しているかが明らかになりました。
UEは、RRC_CONNECTED状態において、MeasurementReportメッセージを通じて近隣セルの信号品質を能動的に監視し、ネットワークに報告します。この報告は、イベントA3のような特定のトリガー条件に基づいて行われ、gNBがハンドオーバーの決定を下すための重要な情報を提供します。このプロセスは、無線環境の変化に迅速に対応し、サービス品質の低下を防ぐために不可欠です。
Xnベースのハンドオーバー手順は、Source gNBとTarget gNB間の直接的なXnインターフェース通信に大きく依存しており、これによりハンドオーバーの遅延が最小限に抑えられます。XnAP:Handover RequestおよびXnAP:Handover Request Acknowledgeメッセージの交換により、UEの無線コンテキストとPDUセッション情報が効率的に転送され、Target gNBがUEの着信に備えることができます。RRCReconfigurationメッセージによる無線設定の更新と、SN Status TransferによるPDCPシーケンス番号の状態転送は、ハンドオーバー中のユーザープレーンデータロスを実質的に排除し、VoNR通話のようなリアルタイムサービスに不可欠なシームレスな移行を可能にします。
ハンドオーバーの実行後、NGAP:Path Switch Requestメッセージを介したコアネットワークへの通知と、それに続くSMFおよびUPFにおけるユーザープレーンパスの切り替えは、ダウンリンクトラフィックの新しいgNBへの迅速なルーティングを保証します。このプロセスは、UPFからの「エンドマーカーパケット」の送信によってさらに強化され、Target gNBでのパケットの再順序付けを支援し、データ整合性を維持します。
VoNR通話のコンテキストでは、QoSフロー（音声用の5QI=1 GBRフローとSIPシグナリング用の5QI=5高優先度非GBRフロー）の維持が最も重要です。ハンドオーバー手順全体を通じて、これらのQoS要件は、Target gNBでの適切なDRB割り当てと、SMFおよびPCFによるポリシーの継続的な適用によって保証されます。これは、5Gが多様なサービスタイプに対してきめ細かなQoS制御を提供できる能力を明確に示しています。
また、5Gコアネットワークのサービスベースドアーキテクチャ（SBA）は、HTTP/2ベースのサービス間通信を介して、AMF、SMF、PCF、UDM、UDR、AUSFなどのネットワーク機能間の柔軟で効率的な相互作用を促進します。このアーキテクチャは、ネットワークのスケーラビリティ、回復力、および新しいサービス導入の俊敏性を高める上で極めて重要です。
全体として、本報告書で詳述された手順は、5Gネットワークが複雑なモビリティシナリオを管理し、特に要求の厳しいリアルタイムアプリケーションであるVoNRにおいて、ユーザーに高品質で途切れのないサービスを提供するための堅牢な基盤をどのように提供しているかを強調しています。これらのプロトコルとアーキテクチャの進化は、5Gが単なる高速データネットワークではなく、多様なユースケースをサポートする包括的な通信プラットフォームであることの証です。
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