3GPP 5G SA Detailed explanation 3（5G SA NR Attach Registration Call Flow）

3GPP 5G SA解説資料
2022/11/16 1
COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED
3GPP 5G SA Detailed explanation 3
（5G SA NR Attach Registration Call Flow）Rev2.00
2022年8月22日 Centimani 株式会社（技術顧問安永隆一）

内容
１．解説に当たって想定した5G SA構成
２．5G NR SA Attach・登録コールフロー
Appendix

１．解説に当たって想定した5G SA構成

想定した5G SA構成
2022/11/16 4
5Gスタンドアロンアーキテクチャの中で、基本構成となる、5G UE、gNB、
および5Gコアネットワーク（オプション２）が含まれる。
gNB 5GC
Option 2
5GC
説明では、UE⇔gNB間およびgNB⇔5GC AMF間の5G SA
登録に関するコールフローについて説明する。
※5G SAモードの登録は、基本的には4GLTEの接続と同じ。

解説範囲
2022/11/16 5
RRH
UP
AMF
AUSF
UPF
DNNs
RRH
CP
AMF
Xn
N3
N12
N9
N14
N7
N6
U-Plane
C-Plane
N1 (S-NSSAI)
CU
UP
N2
F2 F1
gNB
gNB
NSSF
N22
SMF
N11
PCF
UPF
N4
E1
CU
CP
DU
UP
DU
CP
5GC
5G SA
PHY
MAC
RLC
PDCP
RRC
NAS-MM
NAS-SM
L1
L2
IP
SCTP
NG-AP
N11
Stack
N11
Stack
UE gNB AMF
SMF
NR-Uu N2 N11
PHY
MAC
RLC
PDCP
RRC
L1
L2
IP
SCTP
NG-AP
NAS-MM
NAS-SM
NR-Uu

２．5G NR SA ATTACH・登録コールフロー

5G SA NR Attach登録の流れ
2022/11/16 7
（１）SSBデコードとRACH手順によるDL / UL同期の実現
（２）RRC接続要求によるSRB0の確立
（３）RRCセットアップによる競合解決とSRB1の確立
（４）登録リクエスト
（５）UE ID転送、認証、セキュリティなどのNAS手順
（６）ASUE機能転送とASセキュリティ
（７）SRB2とDRBの確立
（８）登録完了とPDUセッションの確立

5G SA NR Attach登録コールフロー
2022/11/16 8
DL-Sync
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
・セル検索とダウンリンク同期
・セル検索は、UEがセルとの時間と周波数の同期
を取得し、セルIDとPBCH（MIB）情報を
デコードする手順。
1:MIB（Master Information Block）
2:SIB 1（System Information Block）

2022/11/16 9
UL-Sync
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
3:RACH Preamble（MSG 1）
4:RACH Response（MSG 2）
■アップリンク同期
・UEは、RACH手順によってUL同期を実現できる。
※RACH手順の場合、UEはランダムなプリアンブル（msg＃1）を選択する。
（このプリアンブルは、RAPIDで参照される。）
※UEはまた、タイマーT300を開始して、gNBからのRRCセットアップメッセージを待つ。
・gNBはRACHMsg＃1を検出し、RACH送信に対応するRA-RNTIによってDCIフォーマット1_0を送信する。

2022/11/16 10
SRB 0
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
5:RRC Setup Request（MSG 3）
6:RRC Setup（MSG 4）
・RRC接続要求はメッセージ＃3と見なされ、メッセージ
にはue-Identity、確立原因が含まれる。
※ue-identityは、Msg＃4RRC接続セットアップの
デコード中にUEによる競合解決に使用される。
※RRC接続要求は、gNBからMsg＃2で提供されるUL許可
で送信され、UL共通制御チャネル（UL_CCCH）の
SRB0を介して送信される。
・RRCセットアップメッセージは、SRB1のセットアップ、
競合解決、およびマスターセル構成のために送信される。
※UEは、RRCセットアップメッセージを受信したので、タイマー
T300を停止する。

2022/11/16 11
SRB 1
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
7:RRC Setup Complete
＋NAS Registration
8:Initial UE Message
＋Registration Request
・UEは、専用のNASメッセージに「登録要求」を含む
RRCセットアップ完了メッセージを送信する。
※また、selectedPLMN-Identity、registeredAMF、
snssai-listに関する情報も含まれている。
※登録要求には、UEネットワーク機能情報も含まれる。
・gNBは、このセッションのアクセスおよびモビリティ機能（AMF）
を選択し、RAN UE NGAP IDをUEに割り当てる。
※AMFは、このIDを使用して、gNB上のUEコンテキストをアドレス
指定する。
・gNBは、選択されたAMFに初期UEメッセージを送信する。
※このメッセージには、RRCセットアップ完了メッセージでUEから
受信した「登録要求」メッセージが含まれている。
※「RANUENGAPID」と「RRCEstablishmentCause」も
メッセージに含まれている。
NGAP：gNBとAMF（コアアクセスとモビリ
ティ及び管理機能）間のN2インターフェース
で使用されるプロトコル。
DL/UL NASメッセージを伝達するためにも
使用され、ページング、UEコンテキストリリース
などのCMアイドルおよびCM接続操作を
サポート。

2022/11/16 12
Registration Request
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
10:NAS Identity Request
9:NAS Identity Request
・UEID転送は条件付き。
※ gNBによって選択された最後のAMFに変更があり、
SUCIがUEによって提供されておらず、古いAMF
から取得されていない場合、ID要求手順はAMFが
SUCIを要求するUEにID要求メッセージを送信する
ことによって開始される。
SCSI（Subscription
Concealed Identifier）
プライバシー保護識別子。

2022/11/16 13
Registration Request
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
11:NAS Identity Response
12:NAS Identity Response
・UEは、SUCIを含むID応答で応答する。
※UEは、HPLMNのプロビジョニングされた公開鍵を
使用してSUCIを導出する。
HPLMN（Home Public Mobile Network）
加入者のプロファイルが保持されているPLMNを識別する。
ローミングの際は、HPMLN情報からサブスクリプション情報を
受け取る。

2022/11/16 14
Authentication
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
14: NAS Authentication Request
13:NAS Authentication Request
・コアネットワークは、UEの認証手順を実行し、
ネットワークからサービスを受けることを
許可する。

2022/11/16 15
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
15: NAS Authentication Response
16:NAS Authentication Response
Authentication

2022/11/16 16
NAS Security
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
18: NAS Security Mode Command
17: NAS Security Mode Command
・AMFは、選択されたNASセキュリティアルゴリズム
をUEに通知し、NASセキュリティモードコマンドの
一部としてUEにIMEISVを要求する。

2022/11/16 17
NAS Security
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
19: NAS Security Mode Complete
20: NAS Security Mode Complete
・UEはNASセキュリティ手順の完了で応答し、
セキュリティモード完了のIMEISVを含む。

2022/11/16 18
UE Capability Exchange
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
22: UE Capability Enquiry
21: Initial Context Setup Request
＋Registration Accept
初期コンテキスト設定要求
・ AMFは、「AMF UENGAPID」を割り当てる。
※ gNBは、このIDを使用して、AMF上のUEコンテキストをアドレス指定する。
・AMFは、初期コンテキスト設定要求メッセージをgNBに送信して、初期コンテキスト
確立プロセスを開始する。
※メッセージには通常、Registration AcceptNASメッセージが含まれている。
※メッセージには、1つ以上のPDUセッションセットアップ要求が含まれている。
※このメッセージには、「AMF UE NGAP ID」、「UE Aggregate Maximum Bit Rate」、
UEセキュリティ機能、およびセキュリティキーも含まれている。

2022/11/16 19
UE Capability Exchange
＆ Security
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
23: UE Capability Information
24: UE Capability InfoIindication
UE Capability を通知する。
25: AS Security Mode Command
26: AS Security Mode Complete

2022/11/16 20
SRB2、DRB確立
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
29: Initial Context Setup Response
・SRB2とDRBが正常に確立された後、UEはRRC
ReconfigurationCompleteメッセージでgNBに
応答する。
27: RRC Connection Reconfiguration
SRB2、DRB
＋Registration Accept
28: RRC Connection Reconfiguration Complete
・gNBは、RRC再構成メッセージをUEに
発行して、SRB2とDRBを確立する。
・gNBは、セットアップが成功したことをDRBに通知し、
INITIAL CONTEXT SETUPRESPONSEメッセージを
AMFに送信します。

2022/11/16 21
登録
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
31: Register Complete
30: RegisterComplete
・UEは、登録完了およびPDUセッション確立要求を
AMFに送信する。

2022/11/16 22
PDUセッション確立
5G NR NodeB
5G UE
UE gNB
5G Core NW
AMF
31: NGAP：PDUsession Establishment Request
30: PDUsession Establishment Request
32: NGAP：PDUsession Establishment accept
33: PDUsession Establishment accept
・ UE は、Registration Complete および PDU セッション確立要求を
AMF に送信する。
・AMF は、確立する必要がある PDU セッションのリスト、各 PDU セッションの
QoS フローのリスト、および各 QoSFlow の品質属性を運ぶ PDU SESSION
RESOURCE SETUP REQUEST メッセージを gNB に送信する。
※PDU セッションの確立は、LTE の PDN 接続要求メッセージのイメージ。

プロトコルスタック（コントロールプレーン） 1/2
2022/11/16 24
RRH
UP
AMF
AUSF
UPF
DNNs
RRH
CP
AMF
Xn
N3
N12
N9
N14
N7
N6
APNs
U-Plane
C-Plane
N1 (S-NSSAI)
CU
UP
N2
F2 F1
gNB
gNB
NSSF
N22
SMF
N11
PCF
UPF
N4
E1
CU
CP
DU
UP
DU
CP
5GC
5G SA
PHY
MAC
RLC
PDCP
RRC
NAS-MM
NAS-SM
L1
L2
IP
SCTP
NG-AP
N11
Stack
N11
Stack
UE gNB AMF
SMF
NR-Uu N2 N11
PHY
MAC
RLC
PDCP
RRC
L1
L2
IP
SCTP
NG-AP
NAS-MM
NAS-SM
SRB
NR-Uu

プロトコルスタック（コントロールプレーン） 2/2
2022/11/16 25
RRH
UP
AMF
AUSF
UPF
DNNs
RRH
CP
AMF
Xn
N3
N12
N9
N14
N7
N6
APNs
U-Plane
C-Plane
N1 (S-NSSAI)
CU
UP
N2
F2 F1
gNB
gNB
NSSF
N22
SMF
N11
PCF
UPF
N4
E1
CU
CP
DU
UP
DU
CP
5GC
5G SA
L1
L2
IP
SCTP
Xn-AP
L1
L2
IP
SCTP
Xn-AP
L1
L2
IP
UDP
GTP-U
L1
L2
IP
UDP
GTP-U
gNB SMF UPF
Xn-C N4-C
gNB

主な機能（gNB）
2022/11/16 26
Inter Cell RRM
RB Control
Connection Mobility Cont.
Radio Admission Control
Measurement
Configuration & Provision
Dynamic Resource
Allocation (Scheduler)
gNB
【gNBの機能概要】
☑ Radio Resource Management
☑ ベアラ制御、アドミッション制御、モビリティ制御、スケジューリング
☑ IPヘッダ圧縮、データの暗号化、integrity protection
☑ Attach時にUE提供の情報からAMFが決まらない場合、AMFの選択
☑ U-PlaneデータをUPFへルーティング
☑ C-PlaneデータをAMFへルーティング
☑ コネクションのセットアップと解放
☑ AMFが発信したpagingのスケジューリングと送信
☑ AMF/OAMが発信したbroadcast情報のスケジューリングと送信
☑ Measurementの設定
☑ UplinkパケットのTransportレベルのマーキング
☑ セッション管理
☑ Network slicing
☑ QoS Flow管理とradio bearerへのマッピング
☑ RRC_INACTIVE state UEのサポート
☑ NASメッセージの転送
☑ RAN sharing
☑ Dual Connectivity
☑ NRとE-UTRAの相互接続

主な機能（AMF）
2022/11/16 27
NAS Security
Idle State Mobility
Handling
5GC（AMF）【AMFの機能】
☑ NASの終端
☑ NASのセキュリティ
☑ ASセキュリティ制御
☑ CNノード間モビリティ
☑ アイドルモードUEへの到達の可能性
（ページング再送の制御および実行を含む）
☑ Registration Areaの管理
☑ Intra/Interシステムのモビリティ
☑ 認証
☑ ローミングのチェックを含むアクセスの認可
☑ モビリティ管理
☑ Network slicing
☑ SMF選択
主なタスクは、登録管理、接続管理、
到達可能性管理、モビリティ管理
およびセキュリティとアクセス管理と
承認など

LTE / 5G アーキテクチャ仕様
2022/11/16 28
4G LTE-Advanced Pro 5G New Radio (NR)
System Architecture 3GPP TS 23.401: GPRS enhancements for
E-UTRAN access
3GPP TS 23.402: Architecture enhancements
for non-3GPP accesses
3GPP TS 23.501: System Architecture for the
5G System
3GPP TS 23.502: Procedures for the 5G
System
Policy and Charging Control 3GPP TS 23.203: Policy and charging control
architecture
3GPP TS 23.503: Policy and Charging
Control Framework for the 5G System;Stage 2
Security Architecture 3GPP TS 33.401: 3GPP SAE; Security
architecture
3GPP TS 33.501: Security architecture and
procedures for 5G System
RAN Overall Description 3GPP TS 36.300: E-UTRA and E-UTRAN;
Overall description; Stage 2
3GPP TS 38.300: NR; Overall description;Stage-2
RAN Architecture 3GPP TS 36.401: E-UTRAN; Architecture
description
3GPP TS 38.401: NG-RAN; Architecture
description
Multi-connectivity ーー
CU Control User Plane Separation 3GPP TS 23.214: Architecture enhancements
for control and user plane separation of EPC nodes
3GPP TR 38.806: Study of separation of NR
Control Plane (CP) and
User Plane (UP) for split option 2
CU DU RAN functions dis-aggregation 3GPP TR 37.876: Study on eNB(s)
Architecture Evolution for E-UTRAN and NG-RAN
3GPP TR 38.816: Study on CU-DU lower layer split
for NR

プロトコル、マネジメント、プロシージャ―関連仕様（１）
2022/11/16 29
Service Data Adaptation Protocol SDAP1: 3GPP TS 37.324 ※
Radio Resource Control RRC: 3GPP TS 36.331 NR-RRC: 3GPP TS 38.331
Packet Data Convergence Protocol PDCP: 3GPP TS 36.323 NR-PDCP: 3GPP TS 38.323
Radio Link Control RLC: 3GPP TS 36.322 NR-RLC: 3GPP TS 38.322
Medium Access Control MAC: 3GPP TS 36.321 NR-MAC: 3GPP TS 38.321
Physical channels and modulation 3GPP TS 36.211 3GPP TS 38.211
Multiplexing and channel coding 3GPP TS 36.212 3GPP TS 38.212
Physical layer procedures 3GPP TS 36.213 3GPP TS 38.213 (control)
3GPP TS 38.214 (data)
Physical layer Measurements 3GPP TS 36.214 3GPP TS 38.215
User Equipment (UE) radio transmission and
Reception
3GPP TS 36.101 3GPP TS 38.101-1: Part 1: Range 1 Standalone
3GPP TS 38.101-2: Part 2: Range 2 Standalone
3GPP TS 38.101-3: Part 3: Range 1 and Range 2
Interworking operation with other radios
3GPP TS 38.101-4: Part 4: Performance
requirements

プロトコル、マネジメント、プロシージャ―関連仕様（２）
2022/11/16 30
Base Station (BS) radio transmission and
reception
3GPP TS 36.104 3GPP TS 38.104
Requirements for support of radio resource
management
3GPP TS 36.133 3GPP TS 38.133
Physical layer; General description 3GPP TS 36.201 3GPP TS 38.201
Services provided by the physical layer 3GPP TS 36.302 3GPP TS 38.202
User Equipment (UE) procedures in idle
mode
3GPP TS 36.304 3GPP TS 38.304
Multi-RAT Co-Existence ーー

COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 2022/11/16 31
3GPP標準化技術仕様に関する知識は、
翻訳し、読むだけでは
なかなか理解が進まないものです。
理解するには、実際のコールフローシナリオに基づき
実際の通信ログとの整合性確認等は欠かせませんが、
その様な資料は広く共有されていないのが現状です。
本資料は、弊社内で3GPP技術仕様の
理解・知識向上を図るため作成したものです。
コンテンツは可能な限り、ベンダー / キャリア依存などを
除外して作成しておりますが、一部標準化や実用化が
進んだシステムと整合性が担保できていない記述を
含んでいる場合があります。
本資料は、ロイヤリティフリーです。閲覧される皆さんの
知識定着と仕事の生産性の向上の一助としてご活用ください。
THANK YOU FOR
VIEWS
ryuichi@centimani.biz

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