4G-5G Interworking — EPCと5GCをまたいで移動する仕組み¶

学習目標¶

この章を読み終えると、次のことができるようになります。

• Interworking（4G-5G相互接続） が「UEを4G(EPS)と5G(5GS)の間で行き来させる仕組み」であることを説明できる
• N26（AMF⇔MME）の有無 が Interworking の方式（Single-registration / Dual-registration）を左右することを説明できる
• Idle mode mobility（アイドル時のTAU/Registrationで移る）と Handover（connected mode） の2つの移り方を区別できる
• Interworkingを支える 共用ノード（SMF+PGW-C、UPF+PGW-U）の考え方を説明できる
• Interworkingと EPS Fallback の関係（EPS FallbackはInterworkingの一適用）を説明できる

前提知識¶

先に以下を理解しておくとスムーズです。

• Handover（ハンドオーバ） — Interworkingの connected mode 移行は Inter-System Handover（4G⇔5G間のHO）であり、Xn/N2 HOの延長で理解する
• Mobility Registration Update（モビリティ登録更新） / 4GのTAU — idle mode の移行はこの登録更新（5G側）とTAU（4G側）で行われる
• Registration（初回登録） — UEが5GS/EPSそれぞれで登録される状態を理解していること
• QoS（5G QoSモデル） — 5QI↔QCI、QoS Flow↔EPSベアラの対応
• 補助: AMF / SMF / N26

この章で学べること¶

• Why — なぜ4Gと5Gの間を行き来する仕組みが要るのか
• Basic Concept — 「2つの国を行き来する人の記録引き継ぎ」という考え方
• N26とは（コラム） — 4G/5Gをまたぐモビリティを支えるインターフェース
• Architecture — Interworkingに関わる5GC・4G(EPC)・共用ノードの登場人物
• Single-registration / Dual-registration — N26の有無で決まる2つのモード
• Procedure — Idle mode と Handover — 移り方の2系統
• EPS Fallbackとの関係 / 識別子・QoSの対応 / Release差分 / Trouble Shooting / FAQ / Practice

Why — なぜ4Gと5Gの間を行き来する仕組みが要るのか¶

5G(5GS)は一気には広がりません。5Gエリアと4G(LTE/EPS)エリアが混在する のが現実の展開です。UEが5Gエリアから4Gエリア（またはその逆）へ移動したとき、通信を 切らずに引き継ぐ 必要があります。

もし何の仕組みもなければ、UEは5Gエリアを出た瞬間に通信が切れ、4Gで一から接続し直すことになります。進行中のデータ通信（PDUセッション／PDNコネクション）も失われかねません。これはユーザー体験にも網にも大きな負担です。

そこで、4G(EPS)と5G(5GS)を連携させ、UEが境界をまたいでも通信を継続できるようにする 仕組みが要ります。これが Interworking（4G-5G相互接続） です。3GPP TS 23.501 / TS 23.502 に規定されます（詳細な章番号は 要確認）。Interworkingがあるおかげで、5Gの展開途上でも「5Gと4Gの継ぎ目」でユーザーは通信を続けられます。

Overview — 概要¶

Interworkingは、次の2つの軸で整理すると理解しやすくなります。

1. N26の有無（モード） — 4GのMMEと5GのAMFを結ぶ N26 インターフェースがあるか
   • Single-registration mode（N26あり） — UEは4Gか5Gの一方にだけ登録し、N26で状態を引き継いで シームレスに移行（Handover可能）
   • Single-registration mode（N26なし） — N26なしでも単一登録は可能だが、移行はリダイレクト等の idle mode 中心
   • Dual-registration mode（N26なし） — UEが4Gと5Gに 同時に登録（二重登録）し、UE主導で切り替える
2. 移り方（Procedure） — どのタイミング・状態で移るか
   • Idle mode mobility — UEがアイドル時に、移動先で TAU（4G）/ Registration（5G） を行って移る
   • Handover（connected mode） — UEが通信中（connected）に、Inter-System Handover で無瞬断に移る

ポイントは、N26があると connected mode の Handover による無瞬断移行が可能 になること。N26がなければ idle mode 中心の移行（またはUEが二重登録して自力で切り替える dual-registration）になります。

そしてもう一つ重要なのが、Interworkingを支える共用ノード です。5GのSMFは4GのPGW-Cを兼ね（SMF+PGW-C）、5GのUPFは4GのPGW-Uを兼ねます（UPF+PGW-U）。この共用により、同じセッションのアンカー（PDN/PDUセッションのゲートウェイ）を4G/5Gで共有 でき、IPアドレスを保ったまま移行できます。

Basic Concept — 初心者向け説明¶

Interworking は 「2つの国（4Gと5G）を行き来する人の、記録の引き継ぎ」 にたとえられます。

• あなた（UE）は5Gの国にいて通信しています。5Gの国を出て4Gの国へ移動することがあります。
• 何も仕組みがなければ、国境で記録は途切れ、4Gの国で一から入国手続き（再接続）が要ります。
• そこで2つの国の窓口（AMF と MME）を専用回線（N26）で結び、あなたの記録（UEコンテキスト・セッション情報）を引き継ぐ ようにします。
  • 専用回線あり（N26あり） — 窓口同士が記録を渡し合えるので、歩きながら（通信中）でも滑らかに移れる（Handover）
  • 専用回線なし（N26なし） — 記録の即時引き継ぎができないので、いったん立ち止まって（アイドルで）から移り先で登録し直す（idle mode）か、両方の国に二重に住民登録しておいて自分で行き来する（dual-registration）

さらに、両国の「郵便局（セッションのアンカー）」は同じ建物を共用しています（SMF+PGW-C / UPF+PGW-U）。同じ郵便局を使い続けるので、あなたの住所（IPアドレス）は変わらず、荷物（データ）も届き続けます。

Architecture¶

graph LR
    UE["UE"] -- "N1(NAS)" --> AMF["AMF (5GC)"]
    UE -- "無線(NR/LTE)" --> RAN["NG-RAN / eNB"]
    RAN -- "N2" --> AMF
    AMF -- "N26" --> MME["MME (4G/EPC)"]
    AMF -- "N11" --> SMFC["SMF + PGW-C（共用）"]
    MME -- "S11相当" --> SMFC
    SMFC -- "N4" --> UPFU["UPF + PGW-U（共用）"]
    UPFU -- "N6/SGi" --> DN["Data Network"]

図の読み方: 制御面では AMF（5GC） と MME（4G/EPC） が N26 で結ばれ、4G/5G間でモビリティコンテキストを引き継ぎます。セッション面では、SMF が PGW-C を兼ね（SMF+PGW-C）、UPF が PGW-U を兼ねる（UPF+PGW-U） ことで、同じセッションアンカーを4G/5Gで共用します。これによりUEはIPアドレスを保ったまま4G⇔5Gを移行できます。無線は移行前後で NG-RAN（5G）⇔ eNB（LTE） が切り替わります。個別のセッション制御の詳細は SMF、N26の詳細は N26ページ を参照してください（本章では再掲しません）。

Single-registration mode と Dual-registration mode¶

Interworkingのモードは、N26の有無 と UEの登録の持ち方 で分かれます。

Procedure — Idle mode と Handover¶

Interworkingの「移り方」は、UEの状態（アイドルか通信中か）で2系統に分かれます。

sequenceDiagram
    participant UE
    participant RAN as NG-RAN(5G)
    participant AMF
    participant MME as MME(4G)
    participant ENB as eNB(4G/LTE)
    participant SMFC as SMF+PGW-C

    Note over UE,SMFC: (A) Idle mode mobility（アイドル時に移る）
    UE->>ENB: LTEを掴み TAU(Tracking Area Update)
    ENB->>MME: TAU転送
    opt N26あり
        MME->>AMF: N26 でUEコンテキスト要求
        AMF-->>MME: 5GS側コンテキスト応答
    end
    MME->>SMFC: セッション（PDN）を4G側で継続
    Note over UE,ENB: 4Gで通信継続（IP保持）

    Note over UE,SMFC: (B) Handover（connected mode・N26あり）
    RAN->>AMF: N2 Handover Required (→EPS)
    AMF->>MME: N26 でコンテキスト移送
    MME->>ENB: 4G側リソース準備
    RAN-->>UE: Inter-System Handover Command (→LTE)
    UE->>ENB: LTEで無瞬断に通信継続

手順の説明:

1. (A) Idle mode mobility — UEがアイドル状態で移動先の無線（例: LTE）を掴み、TAU（4G）/ Registration（5G） を行う。N26があれば移行先のノード（MME/AMF）が N26で相手からUEコンテキストを取得 し、セッション（PDN/PDUセッション）を継続する。共用ノード（SMF+PGW-C 等）により IPアドレスを保持 できる。5G側の登録更新の詳細は Mobility Registration Update、4G側はTAU。
2. (B) Handover（connected mode） — UEが通信中に、N26あり を前提に Inter-System Handover で無瞬断に移る。5G→4Gなら NG-RANが N2 Handover Required を出し、AMFが N26でMMEへコンテキストを移送、LTEへ滑らかに移行する（Inter-System HOの考え方は Handover章 の延長）。

EPS Fallbackとの関係¶

EPS Fallback は、本章のInterworkingの 一適用（音声呼に特化したケース） です。

• Interworking（本章） — 4G⇔5Gを行き来する 一般的な仕組み（データ通信の継続、idle/connected両方、双方向）
• EPS Fallback — そのうち 「VoNR非対応セルで音声呼が起きたとき、UEを5GS→4G/EPSへ移してVoLTEで音声を成立させる」 特定用途

つまり、EPS Fallbackが使う Handoverベース（N26あり）/ Redirectベース（N26なし） の移行は、本章の Handover / idle mode（リダイレクト） の枠組みそのものです。EPS Fallbackは「音声というトリガーで起動するInterworkingの一種」と位置づけると、両者の関係がすっきり整理できます。手順の音声固有の分岐（5QI=1要求→VoNR非対応判断→VoLTE成立）は EPS Fallback章 に集約しています。

識別子・QoSの4G/5G対応¶

Interworkingでは、4Gと5Gの識別子・QoSが対応づけられます（詳細は各章・辞典へ）。

Release差分¶

• Rel-15: 4G-5G Interworking（N26あり/なし、Single-/Dual-registration）の枠組みが規定された。5G初期展開の4G/5G混在を前提とした基盤機能。
• Rel-16以降: 音声継続・モビリティ最適化等の拡充が進むが、個別の機能追加・改定は各TSを 要確認（本章では断定しない）。

Trouble Shooting¶

3GPP Specification¶

• 3GPP TS 23.501 — 5Gシステムアーキテクチャ。Interworking with EPC、N26、共用ノード（SMF+PGW-C等）の定義（詳細な章番号は 要確認）
• 3GPP TS 23.502 — 手続き規定。4G/5G間の Handover / idle mode mobility の手順（章番号は 要確認）
• 3GPP TS 23.501 §5.7.4 — 標準化5QI表（5QI=1 会話音声/GBR, 5QI=5 IMSシグナリング/Non-GBR）
• 3GPP TS 29.274 — GTPv2-C（N26が用いる制御面プロトコル）。個別章番号は 要確認
• 3GPP TS 23.003 — 識別子（5G-GUTI/GUTI等のマッピング）。個別章番号は 要確認

FAQ¶

Q. Interworkingとは結局どういう仕組みですか？ A. UEを 4G(EPS)と5G(5GS)の間で行き来 させ、境界をまたいでも通信を継続できるようにする仕組みです。制御面は N26（AMF⇔MME）、セッション面は 共用ノード（SMF+PGW-C / UPF+PGW-U） が支えます。3GPP TS 23.501/23.502 に規定されます。

Q. N26はInterworkingに必須ですか？ A. 必須ではありません。N26があると Single-registration mode でのシームレスなHandover が可能になりますが、N26なしでも idle mode 中心の移行や Dual-registration mode（UEが二重登録して自力で切替）でInterworkingは実現できます。設計上の選択です。

Q. Single-registration と Dual-registration の違いは何ですか？ A. UEが4Gと5Gの 一方のみに登録（Single）か、両方に同時登録（Dual）かの違いです。Single（N26あり）はN26で状態を引き継いでHandoverできます。DualはN26不要な代わりに、UEが二重登録を管理し自力で切り替えます。

Q. Idle mode と Handover の移行はどう違いますか？ A. Idle mode はUEがアイドル時に移動先で TAU/Registration を行って移る方式、Handover はUEが通信中（connected）に Inter-System Handover で無瞬断に移る方式です。Handoverには一般に N26 が要ります。

Q. EPS FallbackはInterworkingと何が違いますか？ A. EPS FallbackはInterworkingの一適用 です。Interworkingが一般的な4G⇔5G移動の枠組みであるのに対し、EPS Fallbackは 「音声呼のときだけ5GS→4Gへ移してVoLTEで成立させる」特定用途 です。移行方式（Handover/Redirect）はInterworkingの枠組みを使います。

Summary¶

• Interworking（4G-5G相互接続） は、UEを 4G(EPS)⇔5G(5GS) の間で行き来させ、境界をまたいでも通信を継続させる仕組み（3GPP TS 23.501/23.502）
• N26（AMF⇔MME） の有無がモードを左右する。Single-registration（N26あり） はシームレスなHandoverが可能、Dual-registration（N26なし）はUEが二重登録して自力で切替
• 移り方は Idle mode mobility（TAU/Registration） と Handover（connected mode・Inter-System HO） の2系統
• セッションは 共用ノード（SMF+PGW-C / UPF+PGW-U） でアンカーを4G/5G共用し、IPアドレスを保持 して継続する
• EPS Fallback は、音声呼に特化したInterworkingの一適用。識別子は 5QI=1↔QCI=1, 5QI=5↔QCI=5 に対応

Practice — 理解度チェック・演習¶

理解度チェック¶

演習¶

• N26あり（Single-registration）とN26なし（Dual-registration）の2ケースについて、5G→4G移行のシーケンスを並べて描き、無瞬断性の違いをまとめてみましょう。
• 手元の展開（あるいは想定）で、Interworkingを N26あり / N26なし / Dual-registration のどれで設計するか、無瞬断性・網構成の複雑さ・UE要件のトレードオフを表にして検討してみましょう。

Next Step¶

• N26（AMF⇔MME） — Interworkingの制御面を支えるインターフェースの詳細
• EPS Fallback — Interworkingの音声特化の一適用。5QI=1要求→VoLTE成立まで
• Handover（ハンドオーバ） — connected mode 移行が使う Inter-System Handover の土台
• Mobility Registration Update — idle mode 移行が使う5G側登録更新（4GのTAUに対応）
• QoS（5G QoSモデル） — 5QI↔QCI・QoS Flow↔EPSベアラの対応に戻って深める