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

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

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3GPP 5G SA Detailed explanation (5G SA NR Attach Registration Call Flow)
・A hands-on resource for mobile engineers
※written in Japanese

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

  1. 1. 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)
  2. 2. 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
  3. 3. 1.解説に当たって想定した5G SA構成
  4. 4. 想定した5G SA構成 2022/11/16 4 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  5. 5. 解説範囲 2022/11/16 5 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  6. 6. 2.5G NR SA ATTACH・登録コールフロー
  7. 7. 5G SA NR Attach登録の流れ 2022/11/16 7 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED (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
  8. 8. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 8 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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)
  9. 9. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 9 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  10. 10. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 10 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  11. 11. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 11 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  12. 12. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 12 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  13. 13. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 13 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  14. 14. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 14 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  15. 15. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 15 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 5G NR NodeB 5G UE UE gNB 5G Core NW AMF 15: NAS Authentication Response 16:NAS Authentication Response Authentication
  16. 16. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 16 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  17. 17. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 17 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  18. 18. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 18 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  19. 19. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 19 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  20. 20. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 20 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  21. 21. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 21 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  22. 22. 5G SA NR Attach登録コールフロー 2022/11/16 22 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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。
  23. 23. APPENDIX
  24. 24. 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 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  25. 25. 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 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  26. 26. 主な機能(gNB) 2022/11/16 26 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  27. 27. 主な機能(AMF) 2022/11/16 27 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  28. 28. LTE / 5G アーキテクチャ仕様 2022/11/16 28 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 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
  29. 29. 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 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 4G LTE-Advanced Pro 5G New Radio (NR) 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
  30. 30. 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 COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 4G LTE-Advanced Pro 5G New Radio (NR) 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
  31. 31. 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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