21. 生成AIで作成する5Gシステムのサンプルメッセージシーケンス概要 : UEのエリア移動登録(RRC_INACTIVE:位置登録) 編

Last updated at 2025-07-09Posted at 2025-07-09

1. 5Gモビリティ管理とRRC_INACTIVE状態の概要
2. 関与する主要な5Gネットワーク機能
- 2.1. サービスベースアーキテクチャ（SBA）における機能間の連携
3. モビリティ登録更新のトリガー
4. メッセージシーケンスチャート：RRC_INACTIVEモビリティ登録更新
5. モビリティ登録更新手順の詳細分析
6. 推論と主要な意味合い
7. 結論
8. 引用文献

1. 5Gモビリティ管理とRRC_INACTIVE状態の概要

5G New Radio (NR)は、ユーザーエクスペリエンスのシームレス化、消費電力の削減、ネットワークリソースの最適化を目指し、LTEを上回る高度なモビリティ管理機能を導入しています。この進化の核心にあるのが、無線リソース制御（RRC）状態の改善です。従来のRRC状態（IDLEとCONNECTED）は、電力節約と応答性のバランスにおいて限界がありました。LTEのRRC_IDLE状態では、RRC接続の完全な確立とNAS（Non-Access Stratum）シグナリングが常に必要であり、データ転送が頻繁でない場合に高い遅延と過剰なシグナリングオーバーヘッドを招いていました。

1.1. RRC_INACTIVE状態の特性と利点

RRC_INACTIVE状態は、3GPPリリース15以降の5G NRで導入された新しい状態であり、RRC_CONNECTED状態とRRC_IDLE状態の間に位置します [1]。

目的: この状態は、LTEにおけるアイドルモード遷移がもたらす課題に対処するために導入されました。RRC_INACTIVE状態では、接続は一時停止されていますが、より応答性の高い状態を維持します [2]。
主要な機能：コンテキスト保持: RRCコンテキストと5Gコア（5GC）ネットワーク接続（CNの観点からはCM-CONNECTED状態）の両方が、UE（User Equipment）とgNB（next-generation NodeB）の両方に保持されます [2]。これはRRC_IDLE状態との重要な差別化要因です。
電力節約: UEはIDLE状態に似たスリープモードで動作し、消費電力を大幅に削減できます [2]。
遅延の削減: RRCコンテキストが既に一時停止されているため、データ転送やシグナリングが必要になった際に、RRC_CONNECTED状態へのより高速な遷移が可能になります [2]。これにより、完全なRRCセットアップ手順が不要になります。
モビリティ処理: RRC_INACTIVE状態でのモビリティは、主にセル再選択によって処理されます。これにより、定義されたエリア（RAN通知エリア - RNA）内でのセル変更ごとに明示的なネットワークの関与は不要になります [2]。
RAN通知エリア（RNA）: 5G基地局（gNB）によって定義される地理的エリアであり、RRC_INACTIVE状態のUEは、ネットワークに位置情報を更新することなく移動できます [2]。この概念は、効率的なモビリティにとって不可欠です。

1.2. UEの初期状態

本レポートのシナリオにおけるUEの初期状態は、電源がオンになり、SIB（System Information Block）の受信と初期登録が完了し、現在はRRC_INACTIVE状態での待機中であると想定されます。これは、UEが5G-GUTI（Globally Unique Temporary Identifier）を取得し、サービス中のAMF（Access and Mobility Management Function）との間で5G NASセキュリティコンテキストを確立していることを意味します [3]。また、セルアクセスに必要なSIB1（System Information Block 1）およびその他のSIBを受信しています [5]。UEは現在RRC_INACTIVE状態にあり、RRC接続は一時停止され、RNA内でページング機会を監視しています。アクティブなPDUセッション（ユーザープレーン接続）はなく、したがって進行中のデータ通信もありません。

1.3. RRC_INACTIVE状態がもたらす効率性

RRC_INACTIVE状態は、RRC_IDLE状態（最大の電力節約、最大の遅延）とRRC_CONNECTED状態（最小の遅延、最小の電力節約）の間のバランスを実現するように設計されています。この設計は、現代のモバイル利用パターン（例えば、インスタントメッセージングやバックグラウンドアプリの更新など、短時間のバースト的な活動とそれに続く非活動期間）に最適化されており、電力消費を抑えつつ応答性を維持することを可能にします。この特性は、多数のIoTデバイスやスマートフォンアプリケーションが「常時接続」の感覚を維持しながら、バッテリー消費を過度に増やしたり、ネットワークをシグナリングで過負荷にしたりしないために不可欠です。これは、接続管理の哲学における4Gからの根本的な変化を示しています。

1.4. 分散型モビリティ管理による負荷軽減

RRC_INACTIVE状態でのモビリティが、RNA内ではネットワークの関与なしにセル再選択によって処理されるという事実は [2]、モビリティシグナリングの負荷がコアネットワーク（AMF）からRAN（gNB）へと大幅にオフロードされることを意味します。UEがRNA外に移動した場合にのみ、NAS更新がトリガーされます。この設計は、AMFおよびN2インターフェースのシグナリング負荷を軽減し、特にセル変更が頻繁に発生する都市部において、5GCのスケーラビリティと効率に直接貢献します。これにより、マイクロモビリティの「負担」がRANに移行され、CNはマクロモビリティとセッション管理に集中できるようになります。

特性	RRC_IDLE状態	RRC_INACTIVE状態	RRC_CONNECTED状態
コンテキスト保持	RRCコンテキストなし	RRCコンテキスト一時停止	RRCコンテキストアクティブ
消費電力	低	中	高
接続再開までの遅延	高	低	非常に低
モビリティ処理メカニズム	セル再選択（TA変更時にNAS関与）	セル再選択（RNA/TA変更時にNAS関与）	ハンドオーバー/セル更新
コアネットワーク接続状態	CM-IDLE	CM-CONNECTED	CM-CONNECTED
RAN通知エリア（RNA）	該当なし	あり	該当なし

表1: RRC状態の比較

2. 関与する主要な5Gネットワーク機能

本モビリティシナリオには、UEと5Gコアネットワーク（5GC）の複数の機能エンティティが関与します。これらの機能は、サービスベースアーキテクチャ（SBA）の原則に基づいて相互作用し、モビリティ管理の効率性と柔軟性を保証します。

User Equipment (UE): モバイルデバイスであり、通信の開始、セル再選択の実行、およびNASメッセージの送信を担当します。
gNB (Next Generation NodeB): NG-RAN（Next Generation Radio Access Network）の一部である5G基地局です。無線リソース、RRC状態を管理し、UEと5GC間のインターフェースとして機能します。このシナリオでは、UEが以前RRC_INACTIVE状態にあったSource gNBと、UEが移動した新しいセルであるTarget gNBを区別します。
Access and Mobility Management Function (AMF): 5GCにおける中央制御プレーン機能です。UEの登録、接続管理、到達性、およびモビリティ管理を処理します [6]。UEが5GCに最初に接触するポイントであり、UEの5GMMコンテキストを維持します。
Unified Data Management (UDM): サブスクライバーデータ（サブスクリプションプロファイルや認証資格情報など）を格納します [6]。AMFと連携してUEコンテキスト情報を登録および更新します [8]。
Policy Control Function (PCF): QoS（Quality of Service）や課金ポリシーを含む、ネットワークの動作を制御するためのポリシー規則を提供します [6]。AMFはPCFと連携してポリシー情報を取得および更新します。
Authentication Server Function (AUSF): UEの認証を実行し、UDMと連携してキーマテリアルを提供します [3]。
Security Anchor Function (SEAF): サービスネットワークにおけるセキュリティアンカーとして機能する論理機能であり、通常はAMFと併置されます。AUSFと連携して認証を行い、AMFキー（KAMF）を導出します [4]。

2.1. サービスベースアーキテクチャ（SBA）における機能間の連携

上記で列挙されたネットワーク機能間の相互作用、例えばAMFとUDM間のNudm_UECMサービス、AMFとPCF間のNpcf_AMPolicyControlサービス、AMFとAUSF間のNausf_UEAuthenticationサービスなどは、5GCのモジュール性とサービスベースの性質を明確に示しています。各ネットワーク機能は、他のネットワーク機能が利用できるサービスを公開しています。このモジュール性は、柔軟性とスケーラビリティを向上させ、ネットワーク機能の独立した進化を可能にします。これは5Gの主要な設計原則であり、以前の世代のより密結合なインターフェースとは対照的です。明示的なサービス操作（例: Nudm_UECM_Registration）は、この設計の重要性を強調しています。

ネットワーク機能	モビリティ管理における主要な役割
UE	モビリティを開始し、セル再選択を実行し、NASメッセージを送信する
gNB (Source/Target)	無線リソース、RRC状態、RANコンテキストを管理し、N2インターフェースを介してUEとAMF間の通信を中継する
AMF	UEの登録、接続、モビリティ、到達性を処理し、UEの5GMMコンテキストを維持する
UDM	サブスクライバーデータを格納し、AMFと連携してUEコンテキスト情報を更新する
PCF	モビリティおよびアクセスに関するポリシー規則を提供し、ポリシー更新に応じてAMFと連携する
AUSF/SEAF	UE認証を実行し、セキュリティキーを導出し、NASシグナリングのセキュリティを確立する

表2: モビリティ管理における主要な5Gネットワーク機能とその役割

3. モビリティ登録更新のトリガー

3.1. モビリティの検出

RRC_INACTIVE状態のUEは、設定されたRAN通知エリア（RNA）内にとどまる限り、ネットワークシグナリングなしで自律的にセル再選択を実行し、セル間を移動します [2]。しかし、UEが現在のRNAの外（例えば、新しいトラッキングエリア - TA、または新しいTAの集合）に移動した場合、NASモビリティ登録更新手順を実行する必要があると検出します [19]。これは、位置更新の基本的なトリガーとなります。UEは、新しいセルのTAI（Tracking Area Identity）と、保存されている許可されたTA/RNA情報のリストを比較することで、これを検出します。新しいTAIが現在のRNAの一部でない場合、登録更新が必要となります。

3.2. 「通信なし」の重要性

本クエリでは、「UEが、１つの通信も持たないまま」という条件が明示的に指定されています。これは、UEがユーザーデータの送受信を試みていないこと、またPDUセッションを確立したり変更したりしていないことを意味します。この条件により、モビリティ更新手順は、PDUセッションのアクティベーションやユーザープレーンパスの更新のためにSMF（Session Management Function）やUPF（User Plane Function）を関与させることなく、位置登録の制御プレーン側のみに焦点を当てて簡素化されます。UEの目的は、ネットワークとの位置情報を更新して到達性を維持することであり、データ転送を再開することではありません。

3.3. 自律性とネットワーク制御のバランス

RNAの概念は、UEがネットワークの常時監視なしにモビリティ（セル再選択）においてかなりの自律性を持つことを可能にし、UEの電力とネットワークリソースを節約します。しかし、RNAの外に移動すると、すぐにネットワークが関与するNAS手順がトリガーされます。この設計は、ローカルモビリティにおけるUEの自律性と、マクロモビリティおよび到達性におけるネットワーク制御との間の慎重に設計されたバランスを示しています。このバランスは、すべてのセル再選択が完全なネットワーク更新を必要とする場合に発生するシグナリングの嵐を防ぎつつ、着信呼やデータのためにネットワークがUEを特定できるようにすることで、効率的なネットワーク運用に不可欠です。

3.4. 「サイレント」モビリティの利点

「通信なし」という制約は、主に休止状態にあるが到達可能である必要があるUEにとってのRRC_INACTIVE状態の効率性を強調しています。モビリティ更新は、ユーザーデータによって駆動されるのではなく、制御プレーンイベントです。この特性は、「常時接続」のユーザーエクスペリエンスを、それに伴うバッテリー消費や、常時RRC_CONNECTED状態であることによるネットワークオーバーヘッドなしに実現することに直接貢献します。これは、頻繁ではないが小規模なデータ交換（例：IoTセンサー、プッシュ通知）を伴うアプリケーションにとって特に有益です。

4. メッセージシーケンスチャート：RRC_INACTIVEモビリティ登録更新

5. モビリティ登録更新手順の詳細分析

このセクションでは、メッセージシーケンスの各フェーズを詳細に解説し、各メッセージの目的と関与するネットワーク機能の役割を強調します。シナリオは、UEが同じAMFサービスエリア内の新しいセルに移動するが、以前のRNAの外に移動し、RNA更新がモビリティ登録更新としても機能するケースを想定しています。

5.1. RRC接続再開フェーズ

UEによるモビリティ登録更新の必要性の検出:
- UEは新しいセル（Target gNB）に移動すると、Target gNBからシステム情報ブロック（SIB）を受信します。SIB1には現在のトラッキングエリア（TA）に関する情報が含まれています [5]。
- UEは新しいセルのTAIを、保存されているRAN通知エリア（RNA）情報と比較します。新しいTAIがRNAの範囲外である場合、またはRNAタイマーが期限切れになった場合、UEはモビリティ登録更新手順を実行する必要があると判断します。
- UEはRRC_INACTIVE状態にあり、NASメッセージ（Registration Request）を送信する必要があるため、まずRRC_CONNECTED状態に遷移する必要があります。これは、完全なRRCセットアップよりも高速なRRC接続再開手順によって実現されます。
UEがTarget gNBにRRCResumeRequestを開始:
- メッセージ: RRCResumeRequest [5]。
- 送信者: UE。
- 受信者: Target gNB。
- 主要な情報要素（IEs）:
  - Resume ID: 以前ネットワークによってRRC_INACTIVE状態のUEに割り当てられた短い識別子で、gNBがUEの一時停止されたコンテキストを迅速に特定できるようにします。
  - 5G-S-TMSI: UEが初期アクセスに使用する一時的な識別子です。
  - Selected PLMN ID: UEが接続しようとしているPLMN（Public Land Mobile Network）です。
  - RRC establishment cause: 「mo-Signalling」（Mobile Originating Signalling）に設定され、UEがNASメッセージを送信する必要があることを示します [20]。
- 目的: NASモビリティ登録更新メッセージを送信するために、一時停止されたRRC接続の再開を要求します。
Target gNBによるUEコンテキストの取得の役割:
- RRCResumeRequestを受信すると、Target gNBはUEのRRCコンテキストの取得を試みます。
- Target gNBがUEをRRC_INACTIVE状態にしたのと同じgNBである場合、既にコンテキストを保持しています。
- Target gNBが異なっていても同じRAN通知エリア（RNA）内にある場合、Xnインターフェースを介してSource gNBからコンテキストを取得しようとする可能性があります（本シナリオではNAS更新に焦点を当てているため、この部分は簡略化されています）。
- Target gNBがUEのコンテキストを保持していない場合（例：新しいRNA/TAでの最初の接続、またはコンテキストの期限切れ）、AMFに要求します。
NGAP: Target gNBからAMFへのUE CONTEXT RESUME REQUEST:
- メッセージ: UE CONTEXT RESUME REQUEST [21]。
- 送信者: Target gNB。
- 受信者: AMF。
- 主要なIEs:
  - 5G-S-TMSI: UEを識別します。
  - PDU Session List: クエリでは「通信なし」と指定されていますが、UEの一時停止されたPDUセッションコンテキスト（RRC_INACTIVEに入る前に存在した場合）は、AMFがそれらを更新できるように通常含まれます。このシナリオでは、空のリストであるか、アクティブなセッションがないことを示します。
  - RRC Resume Cause: 接続を再開する理由（例：「mobility」）を示します。
  - Last Visited Cell ID: UEの最後に知られているセル位置をAMFに提供します。
  - RRC_INACTIVE_IND: UEがRRC_INACTIVE状態であったことを示すインジケータです。
- 目的: UEが新しいgNBを介して接続を再開しようとしていることをAMFに通知し、UEのコンテキストを要求します。AMFは、UEの位置に関する内部記録を更新します。
NGAP: RRC INACTIVE TRANSITION REPORT（設定されている場合）:
- メッセージ: RRC INACTIVE TRANSITION REPORT [21]。
- 送信者: Target gNB。
- 受信者: AMF。
- 主要なIEs: RRC State IE（RRC_CONNECTEDへの遷移を示す）。
- 目的: UEのRRC状態遷移（INACTIVEからCONNECTEDへ）についてAMFに明示的に通知します。これは、AMFがUE CONTEXT MODIFICATION REQUEST内のRRC Inactive Transition Report Request IEを介して設定できる個別のレポートです [21]。

RRC接続再開フェーズにおけるコンテキスト管理と最適化

RRCResumeRequestとそれに続くUE CONTEXT RESUME REQUESTは、単に無線リンクを確立するだけでなく、RANとCNにわたるUEのRRCおよびNASコンテキストを管理することを暗黙的に含んでいます。「Resume ID」と「5G-S-TMSI」は、UEとその一時停止された状態を迅速に識別し、RRCレイヤーでの完全な再登録を回避するために不可欠です。このメカニズムは、5Gの応答性の基礎を形成します。ネットワークがUEとそのコンテキストを効率的に「起動」させ、コールドスタートや完全なRRCセットアップと比較して、無線インターフェースのシグナリングとコアネットワークの処理を最小限に抑えることを可能にします。これは、電力節約状態からでも低遅延を必要とするアプリケーションにとって非常に重要です。

RAN-CN間の動的なモビリティ連携

gNBがコンテキストを保持しているかどうかを判断し、必要に応じてAMFに要求する相互作用は、動的なオンデマンドのコンテキスト取得メカニズムを示しています。RRC INACTIVE TRANSITION REPORTは、AMFの可視性をさらに高めます。Xn（gNB間）またはN2（gNB-AMF間）インターフェースを介したこの柔軟なコンテキスト管理は、異なるRANノード間を移動する際でも、UEの状態がネットワークレイヤー全体で一貫して認識されることを保証します。これにより、AMFがRNA内の正確なUE位置を常に追跡する必要がなくなり、gNBが重要な状態変化や位置更新が必要な場合にのみシグナルを送信するようになります。

5.2. NAS登録更新フェーズ

UEがTarget gNBを介してAMFにNAS Registration Request（タイプ：モビリティ登録更新）を送信:
- RRC接続が再開されると（UEは一時的にRRC_CONNECTED状態になります）、UEはNASメッセージを送信できます。
- メッセージ: Registration Request [19]。
- 送信者: UE（RRCメッセージ、例：RRCResumeCompleteまたはその後のULInformationTransfer [5]にカプセル化）。
- 受信者: AMF（Target gNBを介して）。
- 主要なIEs:
  - 5GS Registration Type: 「Mobility Registration Updating」に設定されます [19]。これは要求の目的を明確に示します。
  - 5G-GUTI: UEの現在の5G-GUTIであり、AMFがUEとその既存のコンテキストを識別するために使用されます [22]。
  - Last Visited Registered TAI: UEが最後に正常に登録されたエリアのTAIであり、AMFがモビリティコンテキストを理解するのに役立ちます [22]。
  - UE 5GMM Capability: UEの5Gモビリティ管理機能に関する情報です [22]。
  - Requested NSSAI: UEがネットワークスライス設定を変更したい場合にこれを含めることができますが、通信を伴わない単純な位置更新の場合、スライス設定が変更されていない限り、通常は省略されます [19]。本クエリは「通信なし」と指定されており、スライス要件の変更がないことを意味します。
- 目的: UEの新しい位置（新しいTA/RNA）をAMFに通知し、ネットワーク内での登録ステータスを更新します。
AMFとUDM間の相互作用: Nudm_UECM_Registrationサービス操作によるUEのサービスAMFおよび位置情報の更新:
- メッセージ: Nudm_UECM_Registration（UDMへのPUTリクエスト） [8]。
- 送信者: AMF。
- 受信者: UDM。
- 主要な情報: UEの現在の位置（TAI）、サービスAMFの識別子、および場合によってはueReachableInd [9]。
- 目的: AMFはUDMにUEの更新された位置を通知し、UEのサービスAMFであることを確認します。これにより、UDMはダウンリンクシグナリングおよびデータを正しいAMFにルーティングするための最新情報を確実に保持します。
AMFとPCF間の潜在的な相互作用: ポリシー更新のためのNpcf_AMPolicyControl_Update:
- メッセージ: Npcf_AMPolicyControl_Update（HTTP POSTリクエスト） [11]。
- 送信者: AMF。
- 受信者: PCF。
- 主要なIEs: UserLocation（新しいTAI）、triggers（位置変更を示す「LOC_CH」に設定） [12]。
- 目的: AMFはPCFにUEの位置変更を通知します。PCFは、新しい位置に基づいてアクセスおよびモビリティポリシー（例：サービスエリア制限、RFSPインデックス）を適用または更新する可能性があります [11]。
条件付き認証およびセキュリティモードコマンド手順:
- セキュリティコンテキストが有効な場合、同じPLMN内での単純なモビリティ更新には常に認証が必要なわけではありませんが、認証が実行される可能性があります [22]。
- 認証のトリガー: AMFが5G-GUTIが無効である、セキュリティコンテキストが古い、またはRegistration Requestの整合性チェックが失敗したと判断した場合 [22]。
- 認証フロー（[3]からの簡略化）:
  1. AMFはAUSFにNausf_UEAuthentication_Authenticateリクエストを開始し、SUCI/SUPIとサービスネットワーク名を提供します。
  2. AUSFはUDM（ARPF/SIDF）と連携して認証ベクトル（5G HE AV）を生成します。
  3. AUSFはAMFに5G SE AV（RAND, AUTN, HXRES*）を送信します。
  4. AMFはgNBを介してUEにAuthentication Request（NASメッセージ）（RAND, AUTNを含む）を送信します。
  5. UEはRES*を計算し、gNBを介してAMFにAuthentication Response（NASメッセージ）を送信します。
  6. AMFはRES*をAUSFに転送して検証します。
  7. 認証が成功すると、AUSFはKSEAFをAMFに送信します。
  8. AMFはKAMFを導出し、gNBを介してUEにSecurity Mode Command（NASメッセージ）を開始します。
  9. UEとAMFは、新しいキーを使用してNASセキュリティ（整合性保護と暗号化）を確立します。
- 目的: UEを再認証し、セキュアなNASシグナリング接続を確立/更新し、その後のNASメッセージの整合性と機密性を保証します。
AMFがUEにNAS Registration Acceptを送信:
- メッセージ: Registration Accept [22]。
- 送信者: AMF（Target gNBを介して）。
- 受信者: UE。
- 主要なIEs:
  - New 5G-GUTI: AMFは、新しい5G-GUTIを再割り当てした場合、または一般的なUE設定更新の一部であった場合、新しい5G-GUTIを含める必要があります [22]。これはUEのプライバシーを向上させるための一般的な慣行です。
  - New TAI List: UEが現在登録されており、それ以上の登録更新なしに移動できるトラッキングエリアのリストです（新しいRNAを効果的に定義します） [22]。
  - Allowed NSSAI: ネットワークがUEに許可するネットワークスライス選択補助情報です [22]。
  - Periodic Update Timer: UEが次の定期的な登録更新を実行すべき時期を示すタイマー（例：T3512）です。
- 目的: 登録更新の成功を確認し、更新されたネットワークパラメータを提供し、場合によっては新しい5G-GUTIを再割り当てします。

「ソフト」な登録更新とプライバシーの強化

「モビリティ登録更新」タイプは、UEが既にネットワークに認識されていることを示し、初期登録とは対照的です。このプロセス中に5G-GUTIが再割り当てされることは [22]、完全な再認証なしであっても、5Gにおける一貫したプライバシー強化策です。この一時的な識別子の定期的なローテーションは、UEの移動を時間的に追跡することを困難にし、サブスクライバーのプライバシーを向上させます。これは5Gセキュリティの核心的な原則の一つです [4]。

モビリティに対するきめ細かいポリシー適用

「LOC_CH」（位置変更）トリガーを伴うNpcf_AMPolicyControl_Updateメッセージは [12]、5Gにおけるポリシー制御の動的で詳細な性質を示しています。PCFは、UEのリアルタイムの位置に基づいて特定のポリシー（例：サービスエリア制限、RFSPインデックス）を適用できます。これにより、オペレーターは非常に柔軟でコンテキストに応じたモビリティポリシーを実装でき、完全な再登録手順を必要とせずに、地理的な位置やネットワーク負荷に基づいてネットワークリソースの使用とサービス提供を最適化できます。

5.3. 完了と状態遷移

UEがTarget gNBにRRCResumeCompleteを送信:
- メッセージ: RRCResumeComplete [5]。
- 送信者: UE。
- 受信者: Target gNB。
- 目的: RRC接続の再開とNASメッセージ転送の完了を確認します。
UEは、通信が保留されていないため、登録更新の成功後にRRC_INACTIVE状態に戻る:
- クエリが明示的に「通信なし」（アクティブ化するPDUセッションなし）と指定しているため、Registration Acceptが処理され、RRCResumeCompleteが送信された後、UEはRRC_CONNECTED状態にとどまる必要はありません。
- ネットワーク（gNB）またはUE自身（非活動タイマーに基づいて）が、RRC_INACTIVE状態への遷移を開始します。これは、主要な電力節約の側面です。
- suspendインジケータ付きのRRCReleaseメッセージ [5]がgNBから送信され、UEをRRC_INACTIVEに戻します。
- UEは内部状態をRRC_INACTIVEに更新し、新しいRNA内でのページングの監視を開始します。

「常時準備完了」パラダイム

アクティブなデータセッションなしに、制御プレーンの更新（位置登録など）の後に即座にRRC_INACTIVE状態に戻ることは、「常時準備完了」でありながら「電力効率が高い」という5Gの設計を強化します。UEは完全に切断されているわけではなく、低電力状態にあり、データが到着したり必要になったりした場合に迅速に再開する準備ができています。この設計は、4GのRRC_IDLEと比較してサービス開始（例：通話の発信、通知の受信）における体感遅延を低減し、同時に常時RRC_CONNECTED状態である場合と比較してバッテリー寿命を大幅に向上させます。

ネットワーク主導の電力最適化

非活動タイマーに基づいてUEをRRC_INACTIVE状態に戻すネットワークの能力（RRCReleaseとsuspendインジケータを介して）は [2]、電力最適化のためのアクティブなネットワーク管理を示しています。これはUE単独の決定ではありません。このネットワーク制御により、リソースがRRC_CONNECTED状態に不必要に保持されることがなくなり、無線およびコアネットワークの容量が解放され、集合的に5Gシステム全体のエネルギー効率に貢献します。

メッセージ	方向	主要な情報要素（IEs）	目的/関連性	3GPP参照
RRCResumeRequest	UE -> Target gNB	Resume ID, 5G-S-TMSI, Selected PLMN ID, RRC establishment cause="mo-Signalling"	RRC接続の再開を要求し、NASメッセージ送信の準備をする	TS 38.331 [5]
UE CONTEXT RESUME REQUEST	Target gNB -> AMF	5G-S-TMSI, PDU Session List (空), RRC Resume Cause, Last Visited Cell ID, RRC_INACTIVE_IND	UEが新しいgNBを介して接続を再開しようとしていることをAMFに通知し、UEコンテキストを要求する	TS 38.413 [21]
RRC INACTIVE TRANSITION REPORT	Target gNB -> AMF	RRC State IE	UEのRRC状態遷移（INACTIVEからCONNECTEDへ）をAMFに明示的に通知する	TS 38.413 [21]
Nudm_UECM_Registration	AMF -> UDM	UEの現在の位置 (TAI), サービスAMF識別子, ueReachableInd	AMFがUDMにUEの更新された位置を通知し、自身がサービスAMFであることを確認する	TS 29.503 [8]
Npcf_AMPolicyControl_Update	AMF -> PCF	UserLocation (新しいTAI), triggers="LOC_CH"	AMFがPCFにUEの位置変更を通知し、ポリシー更新を可能にする	TS 29.507 [11]
Authentication Request (NAS)	AMF -> UE (via gNB)	RAND, AUTN	AMFがUEに認証チャレンジを送信する（必要な場合）	TS 24.501, TS 33.501 [3]
Authentication Response (NAS)	UE -> AMF (via gNB)	RES*	UEが認証チャレンジに応答する（必要な場合）	TS 24.501, TS 33.501 [3]
Security Mode Command (NAS)	AMF -> UE (via gNB)	セキュリティアルゴリズム, キーセット識別子	AMFがNASセキュリティ（整合性保護と暗号化）を確立する	TS 24.501, TS 33.501 [3]
Registration Request (NAS)	UE -> AMF (via gNB)	5GS Registration Type="Mobility Registration Updating", 5G-GUTI, Last Visited Registered TAI, UE 5GMM Capability	UEの新しい位置をAMFに通知し、登録ステータスを更新する	TS 24.501 [19]
Registration Accept (NAS)	AMF -> UE (via gNB)	New 5G-GUTI, New TAI List, Allowed NSSAI, Periodic Update Timer	登録更新の成功を確認し、更新されたネットワークパラメータを提供する	TS 24.501 [22]
RRCResumeComplete	UE -> Target gNB	なし	RRC接続再開の完了とNASメッセージ転送の完了を確認する	TS 38.331 [5]

表3: モビリティ登録更新における主要なメッセージと情報要素（IEs）

6. 推論と主要な意味合い

本分析は、5GシステムにおけるRRC_INACTIVE状態のモビリティ管理が、単なる技術的な手順以上の、広範な運用上および戦略的な意味合いを持つことを示しています。

6.1. RRC_INACTIVEの効率性

RRC_INACTIVE状態は、UEの電力消費とネットワークのシグナリング負荷という、相反する要求の間の最適解を提供します。UEがRRC_IDLE状態からRRC_CONNECTED状態に遷移するたびに完全なRRC接続確立手順が必要であった4G LTEと比較して、RRC_INACTIVE状態は、UEのコンテキストをRAN（gNB）とCN（AMF）の両方に保持することで、このオーバーヘッドを劇的に削減します [2]。これにより、UEは低電力モードにありながら、必要に応じてほぼ瞬時にRRC_CONNECTED状態に戻ることが可能になります。この効率性は、特にIoTデバイスや、頻繁に少量のデータを送受信するスマートフォンアプリケーションなど、多数のデバイスがネットワークに接続される大規模なモバイルキャリア環境において、ネットワークのスケーラビリティと持続可能性に不可欠です。

6.2. コンテキスト管理の重要性

UEコンテキストの保持は、RRC_INACTIVE状態のモビリティの基盤です。gNBとAMFがUEのRRCおよびNASコンテキストを保持することで、UEは、完全な再登録なしに、新しいセルに移動した際に迅速にサービスを再開できます。Resume IDや5G-S-TMSIなどの識別子を使用することで、ネットワークはUEを効率的に識別し、以前の接続状態を再構築できます [21]。このコンテキスト管理は、UEのモビリティがRAN Notification Area（RNA）内で行われる限り、ネットワークの関与を最小限に抑え、シグナリングを局所化することを可能にします。これにより、コアネットワークはより上位の機能に集中でき、全体的なネットワークの応答性と効率が向上します。

6.3. AMFのリロケーション

本シナリオではUEが同じAMFサービスエリア内で移動することを想定していますが、UEが異なるAMFがサービスするセルに移動する可能性もあります。この場合、新しいAMFは、UEのRegistration Requestを受信した際に、古いAMFからUEのコンテキストを取得する手順を開始します。このコンテキスト転送は、N14インターフェースを介して行われ、新しいAMFはその後、UEの登録情報をUDMに更新します。このシームレスなAMFリロケーション機能は、5Gネットワークが広範囲にわたるモビリティを効率的にサポートし、ユーザーがサービス中断を経験することなく、地理的に広いエリアを移動できるようにするために不可欠です。

6.4. セキュリティの側面

モビリティ登録更新手順におけるセキュリティは、UEとネットワーク間の信頼関係を維持するために重要です。UEの初期登録時に確立された5G NASセキュリティコンテキストは、RRC_INACTIVE状態の間も維持されます。しかし、5G-GUTIの無効化、セキュリティコンテキストの陳腐化、またはRegistration Requestの整合性チェックの失敗などの特定の条件下では、認証手順がトリガーされる可能性があります [22]。この条件付き認証は、UEの身元を再確認し、NASシグナリングの整合性と機密性を保証するために、新しいセキュリティキー（KAMFなど）を導出します。5G-GUTIの定期的な再割り当ては、UEのプライバシーを強化し、長期的な追跡を困難にするための重要なメカニズムでもあります [22]。

6.5. ネットワークのスケーラビリティへの貢献

RRC_INACTIVE状態は、5Gネットワークのスケーラビリティに大きく貢献します。多数のUE（特にIoTデバイス）が、常にアクティブなデータセッションを持つことなく、ネットワークに登録され、到達可能である必要があるシナリオにおいて、RRC_INACTIVE状態は、RRC_CONNECTED状態と比較してはるかに少ない無線リソースとコアネットワークリソースでUEを管理できます。RNAベースのモビリティと、必要に応じた制御プレーンの更新は、ネットワーク全体のシグナリング負荷を軽減し、より多くのデバイスを効率的にサポートすることを可能にします。これにより、5Gは、多様なサービスとユースケースを、既存のネットワーク技術では不可能だった規模で実現するための基盤を提供します。

7. 結論

本レポートは、5GシステムにおけるRRC_INACTIVE状態でのUEのモビリティ、特にアクティブな通信を伴わないNAS位置登録更新のメカニズムを詳細に分析しました。RRC_INACTIVE状態は、5Gが電力効率と応答性の間の最適化されたバランスを実現するための重要な革新であり、UEコンテキストの保持、RAN通知エリア（RNA）ベースのモビリティ管理、および迅速なRRC接続再開手順によって特徴付けられます。

UEがRNA外に移動すると、RRC接続再開手順によってRRC_CONNECTED状態に一時的に遷移し、NAS Registration Requestメッセージを送信します。このメッセージは、AMF、UDM、およびPCFを含む5GC機能との相互作用をトリガーし、UEの新しい位置情報をネットワーク全体で更新します。必要に応じて認証とセキュリティモードコマンド手順が実行され、シグナリングの整合性と機密性が保証されます。登録更新が成功すると、UEは通信が保留されていないため、迅速にRRC_INACTIVE状態に戻り、電力消費を最小限に抑えながら到達性を維持します。

この手順は、5Gネットワークの効率性、スケーラビリティ、およびユーザーエクスペリエンスの向上に大きく貢献します。RRC_INACTIVE状態は、常時接続の感覚を維持しつつ、デバイスのバッテリー寿命を延ばし、ネットワークのシグナリング負荷を軽減します。これは、IoTの普及とモバイルデータトラフィックの増加が続く現代において、高性能で高機能な5Gシステムを運用する大規模モバイルキャリアにとって不可欠な要素です。

8. 引用文献

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