5G SystemにおけるRegistrationプロシージャ プロシージャ編②

5G System構成図

1. Registrationプロシージャとは

RegistrationプロシージャとはUE(スマートフォンなど)の電源を入れた際に動作するシーケンスで加入者の認証や登録などを行う。
通常UEからRANを経由して対向AMFのN1/N2 IFを使ってRegistrationの信号を送信する。
Registrationには複数の種類があるがここでは一般的なInitial Registrationプロシージャを更に細分化して解説する。
①Registration
　→Registration開始プロシージャ
②Authentication
　→ユーザ認証プロシージャ
③Security Mode Command
　→暗号化プロシージャ
④Registration Accept/Complete
　→Registration完了プロシージャ

2. Registrationの全体シーケンス

勧告Registrationシーケンス図を添付する。
※説明はInitial Registrationについて行っているが勧告上のRegistrationは汎用の為プロシージャが複雑になっています。

3. Registrationの構造と要素

🟥 1. Registration（登録要求）
■ 目的
UEが5Gシステムに初めて接続を開始するプロセス。

■ 主な役割
・UEのID（SUCI/SUPI）を送信
・Registration Type（Initial / Mobility / Periodic / Emergency）を通知
・UE Capability（機能情報）を送信
・必要なネットワーク Slice（Requested NSSAI）を送信
・その後の認証やセキュリティを始めるトリガーとなる

🟦 2. Authentication（AKA-5G 認証）
■ 目的
・UEが正当な加入者であるかを確認し、UEと5GC間で暗号鍵を生成する。

■ 主な流れ
・AMF → AUSF に SUCI を送信
・AUSF → UDM に認証データを要求
・UDMがAuthentication情報を生成
・AMF → UEにAuthentication Requestを送信

🟩 3. Security Mode Command（NAS セキュリティ設定）
■ 目的
・UE ↔ AMF 間の NAS メッセージを暗号化・整合性保護する方式を決定する。

■ 主な流れ
・Ciphering Algorithm（暗号化アルゴリズム）
・Integrity Algorithm（整合性保護アルゴリズム）
・UE がサポートするアルゴリズム（UE Capability）を元に選択
・NAS セキュリティキーを生成

🟨 4. Registration Accept / Complete（登録完了）
■ 目的
・認証・セキュリティが完了した後、UE を正式にネットワークへ登録する 処理。

■ 主な流れ
・AMF は UE Context を完成させる
・この後に PDU Session Establishment へ進める

4. Registrationが失敗するパターンと対処方法

Registrationプロシージャがエラーとなるパターンを幾つか紹介する。

1.KやOP情報が不一致
　→UE側のSIMに焼きこんだKやOPと5G Coreで加入者登録したKやOPの値が一致していない場合はRegistration時にエラー応答となる。
　OSSのfree5gcの場合はwebconsoleと言うWEB UIツールを使って加入者登録時に設定する。

2.SUPI情報が不一致
　→UE側のSIMに焼きこんだIMSIが5G Coreで管理している加入者情報に登録がなければRegistration時にエラー応答となる。
　OSSのfree5gcの場合はwebconsoleと言うWEB UIツールを使って加入者登録時に設定する。

3.アルゴリズムが不一致
　→UEが対応しているcipheringAlgorithmやintegrityProtectionAlgorithmと5G Coreが対応しているアルゴリズムが不一致の場合Registration時にエラー応答となる。
　OSSのfree5gcの場合はamfcfg.yamlのconfigで使用するアルゴリズムを設定可能。

5. Registrationの正常確立ログ

以下にRegistrationプロシージャが成功した際のwiresharkログを添付する。
192.168.56.172 → RAN　　　192.168.56.161 → AMF

6. 次回

次回はプロシージャ編③としてセッションを確立して実際のデータが流れる経路を作るSession Establishmentプロシージャについて記載する。