Paging — ページング¶

学習目標¶

このページを読み終えると、次のことができるようになります。

• Why（なぜ Paging が必要か）を、待機中(CM-IDLE)のUEに着信を届ける仕組みとして説明できる。
• CM-IDLE / CM-CONNECTED の違いと、Paging がどちらの状態のUEを対象にするかを説明できる。
• Registration Area（登録エリア＝TAIリスト） の考え方と、なぜエリア単位でUEを呼ぶのかを説明できる。
• Paging の トリガ（DLデータ到来／NW起点シグナリング）と、UPFバッファ → SMF通知 → AMF判断 → NGAP Paging という流れを追える。
• DRX / eDRX（間欠受信）が省電力とPagingタイミングにどう関わるかを概念として説明できる。
• UEが Paging に応じて Service Request を出し、CM-IDLE → CM-CONNECTED へ遷移する流れを説明できる。
• 4G(EPC) の Paging（MME起点 / S1AP Paging）と 5G の Paging（AMF起点 / NGAP Paging）の違いを対比できる。

前提知識¶

先に以下を理解しておくとスムーズです。まだの人は カリキュラム から始めてください。

• UEが登録済みであること — Paging は登録済み(5GMM-REGISTERED)のUEに対する手続きです。登録の流れは Initial Registration を参照。
• N2 / NGAP（gNB⇔AMF の制御Interface。Paging は NGAP の手続きのひとつ） → N2
• N4 / PFCP（SMF⇔UPF。UPFのDLバッファと通知を運ぶ） → N4
• 主役NFの役割 → AMF / SMF / UPF

この章で学べること¶

本章は Network Triggered Paging（ネットワーク起動のページング）に限定します。CM-IDLE 状態のUEに対し、着信データやNW起点シグナリングが来たときに、ネットワークがUEを呼び出す手続きです。コア観点、とくに AMF が発する NGAP Paging（N2） と、その引き金となる UPFバッファ／SMF通知（N4） に焦点を当てます。

次は本章の範囲外、または概念どまりとします。

• 無線(RRC/RAN)内部の詳細 — エア上のPaging送信やDRXの物理層タイミングは概念として触れるにとどめ、コアの関与に焦点を当てます。
• eDRX の詳細パラメータ — 省電力の考え方は説明しますが、具体的なサイクル値やパラメータ設計は実装依存として扱います。
• Service Request 手続きの詳細 — Paging への応答としての位置づけを本章で概説しますが、Service Request 自体の詳細手順は別章の対象です（未作成のためプレーンテキストで言及します）。
• RRC Inactive 時の RAN Paging — 5G特有の概念として Release差分 と FAQ で概要のみ触れます。

Why — なぜ Paging が必要なのか¶

Why（なぜ必要か）から始めます。 登録済みのUEでも、通信していない間は無線を握りっぱなしにはしません。無線接続を常時維持すると、UE側の電池がすぐに尽き、ネットワーク側の無線リソースも枯渇するからです。そこでUEは、通信が無い間は無線の個別接続を解放した待機状態（CM-IDLE）に入り、電池を節約します。

ところが待機中のUEには問題があります。着信データやNW起点のシグナリングが来ても、ネットワークはそのUEがいま正確にどのセルにいるかを知りません（セル単位では追跡していない）。知っているのは「このあたりのエリア（Registration Area）にいるはず」という大まかな範囲だけです。

Paging とは、この待機中のUEに対し、ネットワークが「あなた宛ての用事があります。起きてください」とエリア全体に呼びかける手続きです。呼ばれたUEは無線接続を張り直し（Service Request）、通信できる状態（CM-CONNECTED）へ戻ります。

Overview — 概要¶

Paging は、大きく次の流れで起きます。

待機中(CM-IDLE)のUE宛てに DLデータ が到来 → UPF がそのデータをバッファし、SMF へ通知（N4） → SMF が AMF へ「このUEに用事がある」と通知（N11相当のSBI） → AMF が該当UEの Registration Area（TAIリスト） をカバーする gNB群 へ NGAP Paging を送る（N2） → 各gNBがエア上でPaging → UEが受信して Service Request で応答 → UEが CM-CONNECTED へ遷移し、バッファされていたデータが配送されます。

Basic Concept — 初心者向け説明¶

Paging を理解するには、3つのキーワードを押さえます。

1. CM-IDLE と CM-CONNECTED（接続の状態）¶

CM = Connection Management（接続管理）。登録済みのUEは、AMFとの間の N1(NAS)シグナリング接続 と、gNB⇔AMF間の N2 UE関連接続 の有無で、主に2つの状態を持ちます。

• CM-IDLE（待機）— UEとネットワークの間に、そのUE用のシグナリング接続が無い状態。UEは無線の個別接続を解放し、電池を節約している。ネットワークはUEをセル単位では追跡していない。
• CM-CONNECTED（接続中）— そのUE用のシグナリング接続が確立している状態。データやシグナリングをすぐにやり取りできる。

Paging は、CM-IDLE のUEを呼び出して CM-CONNECTED へ戻すきっかけになります（詳細は State Machine）。なお RM状態（Registration Management: REGISTERED / DEREGISTERED）とは別軸で、Paging の対象は「RM=REGISTERED かつ CM=IDLE」のUEです。

2. Registration Area（なぜエリア単位で呼ぶか）¶

Registration Area（登録エリア） は、AMFがUEに割り当てる TAI（Tracking Area Identity）のリストです。登録受諾（Registration Accept）時にUEへ通知されます。

• UEはこのエリア内を移動する限り、いちいち登録更新しなくてよい（＝シグナリング削減・省電力）。
• ネットワークはUEをセル単位では追跡しないため、着信時に「正確にどのセルか」は分からない。
• そこで、Paging は Registration Area 全体（＝TAIリストに含まれるTA群のセル）へ呼びかけます。どこかのセルにUEがいれば、呼び出しが届きます。

3. DRX（なぜ間欠受信で省電力か）¶

DRX = Discontinuous Reception（間欠受信）。CM-IDLE のUEが Paging を受けるために、四六時中エアを聞き続けると電池が持ちません。そこでUEは、決まったタイミング（Paging occasion）だけPagingチャネルを聞き、それ以外は受信部を休ませます。これがDRXです。

• ネットワークとUEは同じDRXサイクルを共有し、UEが起きているその瞬間にPagingを送るよう合わせます。
• サイクルを長くするほど省電力ですが、着信に気づくまでの遅延が増えます。
• eDRX（extended DRX） はサイクルをさらに延ばす省電力拡張です（詳細パラメータは実装依存・本章範囲外）。

Architecture¶

Paging に関わる要素と、それらを結ぶInterfaceです。DLデータ到来を起点に、UPF → SMF → AMF → 複数gNB（Registration Area）→ UE へと呼び出しが伝わります。

flowchart LR
    DN[("DN / 外部NW
(DLデータ源)")] -->|"DL data"| UPF
    UPF["UPF
(DLバッファ)"] ---|"N4 (PFCP) Data Notification"| SMF["SMF"]
    SMF ---|"N11相当 (SBI) N1N2 Message Transfer"| AMF["AMF
(Paging判断)"]
    AMF ==>|"N2 (NGAP Paging)"| gNB1["gNB #1"]
    AMF ==>|"N2 (NGAP Paging)"| gNB2["gNB #2"]
    AMF ==>|"N2 (NGAP Paging)"| gNB3["gNB #3"]
    gNB1 -.->|"エア Paging (RRC)"| UE(("UE
(CM-IDLE)"))
    gNB2 -.->|"エア Paging (RRC)"| UE
    gNB3 -.->|"エア Paging (RRC)"| UE

    subgraph RA["Registration Area (TAIリスト)"]
        gNB1
        gNB2
        gNB3
    end

    classDef core fill:#efe,stroke:#3a3,stroke-width:2px;
    class AMF,SMF,UPF core;

各要素の役割は次の通りです。

• UPF — DLデータの転送点。宛先UEが CM-IDLE でDL経路が確立していないと、データをバッファし、SMFへ通知する（N4）。
• SMF — UPFからの通知を受け、AMFへ「このUEにDLデータが来ている」と中継する（N11相当のSBI）。
• AMF — Paging の司令塔。UEが CM-IDLE と判断すると、そのUEの Registration Area をカバーするgNB群へ NGAP Paging を送る（N2）。
• (R)AN / gNB — NGAP Paging を受け、エア上でPaging（RRC）を送出する。無線側の実際の呼び出し役。
• UE — CM-IDLE で間欠受信(DRX)中。Paging を受け取ると Service Request で応答する。

Interfaceの詳細は Interface辞典 を参照してください。

Network Function（登場NF）¶

Interface / Protocol¶

この手順で使うInterfaceとProtocolです。

Protocolの詳細は Protocol辞典、Interface一覧は Interface辞典 を参照してください。

Procedure — Call Flow¶

このページの心臓部です。 DLデータ到来を起点とする Network Triggered Paging の主要手順を、Mermaid の sequenceDiagram で示します。根拠は 3GPP TS 23.502 §4.2.3.3（Network Triggered Service Request） および TS 38.413（NGAP Paging） です（章番号の細部は要確認）。

sequenceDiagram
    autonumber
    participant UE as UE (CM-IDLE)
    participant RAN as (R)AN / gNB群
    participant AMF
    participant SMF
    participant UPF

    Note over UPF: 宛先UEへのDLデータが到来（DL経路未確立）
    UPF->>SMF: PFCP Session Report Request (Downlink Data Report)
    Note right of UPF: N4 / TS 29.244。UPFはDLデータをバッファ
    SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer（DL通知）
    Note right of SMF: N11相当(SBI)。要確認: オペレーション名/条件

    Note over AMF: UEが CM-IDLE と判断 → Paging を決定
    AMF->>RAN: NGAP Paging（N2, Registration Area のgNB群へ）
    Note right of AMF: TS 38.413。UE Paging Identity=5G-S-TMSI, TAI List 等
    RAN-->>UE: エア上 Paging（RRC, DRX の Paging occasion）

    Note over UE: Paging を受信 → 応答を開始
    UE->>RAN: Service Request 手続きを起動（NAS）
    RAN->>AMF: Initial UE Message 等でNASを運搬（N2）
    Note over UE,AMF: Service Request 詳細は別章の対象（本章は概要）

    Note over UE,AMF: UEコンテキスト/AS security 確立、DL経路の再確立
    AMF->>SMF: DL経路確立を要請（PDU Session の再アクティブ化）
    SMF->>UPF: N4でDL経路（FAR等）を更新
    UPF-->>UE: バッファ済みDLデータを配送
    Note over UE: CM-CONNECTED へ遷移し受信

ステップ解説（番号は上図に対応）¶

1. UPF→SMF: 宛先UE向けの DLデータが到来したが、UEが CM-IDLE でDL経路（N3トンネル）が確立していないため、UPFはデータをバッファし、PFCP Session Report Request（Downlink Data Report / DLDR） でSMFへ通知する（N4 / TS 29.244）。IE名 "Downlink Data Report" は代表表記、詳細は要確認。
2. SMF→AMF: SMFがAMFへ「このUEにDLデータが来ている」と通知する。オペレーションは Namf_Communication_N1N2MessageTransfer を想定（N11相当のSBI）。具体的オペレーション名・適用条件は要確認。
3. AMFの判断: AMFがUEコンテキストを確認し、CM-IDLE と判断すると Paging を決定する。CM-CONNECTED ならPaging不要。
4. AMF→(R)AN: AMFがUEの Registration Area（TAIリスト） をカバーするgNB群へ NGAP Paging を送る（N2 / TS 38.413）。主要IEに UE Paging Identity（5G-S-TMSI）、TAI List for Paging、Paging DRX 等（IE名は要確認、Packet Analysis 参照）。
5. (R)AN→UE: 各gNBがエア上で Paging（RRC） を送出。UEはDRXの Paging occasion で受信する（無線側詳細は範囲外）。
6. UE→応答: Paging を受けたUEが Service Request 手続き を起動し、NASを Initial UE Message 等でAMFへ運ぶ（N2）。Service Request 手続きの詳細は別章の対象（本章では概要）。
7. 接続確立・DL経路再確立: UEコンテキストと AS security を確立し、AMF→SMF→UPF（N4）でDL経路を再アクティブ化する。UPFがバッファ済みDLデータを配送し、UEは CM-CONNECTED で受信する。

参照: TS 23.502 §4.2.3.3（Network Triggered Service Request、章番号要確認）、TS 38.413（NGAP Paging）、TS 29.244（PFCP Session Report）。

Signal Flow¶

主要Messageを表で整理します。

各Messageの詳細IE・参照Specは Message辞典 を参照してください。IE名の一部は実装・版依存のため要確認としています。

State Machine¶

UE側の CM（Connection Management）状態 遷移です。Paging は CM-IDLE のUEを CM-CONNECTED へ戻すきっかけになります（根拠: TS 23.501 §5.3系、章番号要確認）。

stateDiagram-v2
    [*] --> CM_IDLE: 登録済み・接続解放後
    CM_IDLE --> CM_CONNECTED: Paging 受信 → Service Request 応答
    CM_IDLE --> CM_CONNECTED: UE起点 Service Request（発信・UL data）
    CM_CONNECTED --> CM_IDLE: AN Release（無線接続解放・非活性化）
    CM_CONNECTED --> [*]

• CM-IDLE — 待機。UE用のシグナリング接続が無い。Paging の対象。ここで Paging を受け Service Request で応答すると CM-CONNECTED へ。
• CM-CONNECTED — 接続中。データ/シグナリング可能。一定時間無通信等で AN Release により CM-IDLE へ戻る。

Packet Analysis (Wireshark)¶

Paging を Wireshark で解析するときの要点です。コア側では NGAP Paging（N2） と PFCP Session Report（N4） が観測対象です。

主要 Display Filter¶

Decode の見どころ（主要IE）¶

• NGAP Paging（AMF→gNB） — 次のIEに注目（IE名は代表表記、要確認）。
  • UE Paging Identity — 呼び出す相手の識別子。典型的に 5G-S-TMSI（TMSIから導いた Paging 用の短縮ID）。
  • TAI List for Paging — どのTA群へ呼びかけるか（＝Registration Area の範囲）。
  • Paging DRX — UEのDRXサイクル情報（gNBがPaging occasionを合わせるため）。
• PFCP Session Report Request（UPF→SMF） — Report Type に Downlink Data Report（DLDR） が立ち、DLデータ到来とバッファ発生を示す（IE名要確認）。

メッセージのネスト構造（NGAP Paging）¶

NGAP Paging は、NGAP-PDU の中にPaging用のIE群が入る構造です。パケット詳細ペインでは次のように階層表示されます（表記は概念、実際の名称はディセクタ依存＝要確認）。

NGAP-PDU
 └─ Paging (initiatingMessage)
     ├─ UE Paging Identity (5G-S-TMSI)
     ├─ TAI List for Paging
     └─ Paging DRX

Configuration¶

Paging を成立させるための設定の構造レベルの要点です。具体値・ベンダー固有（Cisco 等）は実装依存であり、ここでは架空の値を書きません。

Registration Area / TAI リスト設計（AMF 側）¶

• TAI / TAC（Tracking Area）— AMFがサービスするTAを定義。gNB の TA と一致している必要がある。
• Registration Area（TAIリスト）の割当方針 — UEへ割り当てるTAIリストの範囲。広くすると登録更新は減るがPaging範囲が広がり、狭くするとその逆（Basic Concept のトレードオフ）。具体的な割当アルゴリズムは実装依存。
• GUAMI / 5G-S-TMSI 割当 — AMFのGUAMIから 5G-S-TMSI（Paging Identity）が導かれる。

DRX / 省電力関連¶

• デフォルトDRXサイクル — UEとネットワークで共有するDRXサイクル。値・設定キーは実装依存。
• eDRX（拡張DRX）— さらなる省電力拡張。パラメータ設計は実装依存・本章範囲外。

Trouble Shooting¶

代表的な Paging 失敗の切り分けです（一般論）。Cause値の詳細は Cause辞典 を参照してください。

EPCとの比較¶

4G(EPC) の経験者が 5G へ橋渡しできるよう対比します。Paging の基本思想（エリア単位で待機端末を呼ぶ）は4Gと5Gで共通です。

Release差分¶

Paging 関連の主なトピックです。不確かなものは要確認とし、断定しません。

• Rel-15 — 5GC の基本 Paging 手順が確立。CM状態 / Registration Area / NGAP Paging / DRX の基礎が規定。
• RRC Inactive（RAN Paging） — Rel-15 で導入されたUE状態。UEが RRC_INACTIVE のときは、コア(AMF)ではなく gNB(RAN) が RAN Notification Area 内で RAN Paging を行う（コア起点のCN Pagingとは別レイヤ）。本章のスコープはコア起点の Paging であり、RAN Paging は概念紹介にとどめる（詳細は要確認）。
• eDRX 拡張 — 省電力（MICO/eDRX）関連の拡張が各Releaseで継続。具体パラメータは実装依存・要確認。
• Rel-16 / Rel-17 / Rel-18 — スライス・省電力・測位等の拡張が進んだ世代。Paging手続き自体への具体的な織り込み範囲は要確認。

3GPP Specification¶

FAQ¶

Summary¶

• Paging は、CM-IDLE の登録済みUEに着信（DLデータ／NW起点シグナリング）を届けるため、ネットワークがUEを呼び出す手続き。
• 大きな流れは UPFバッファ → SMF通知(N4→N11相当) → AMF判断 → NGAP Paging(N2) → エアPaging(RRC) → UEがService Requestで応答 → CM-CONNECTED。
• 司令塔は AMF（NGAP Paging を Registration Area のgNB群へ送出）。DLバッファは UPF、通知中継は SMF。
• Registration Area（TAIリスト） 単位で呼ぶのは、待機中UEをセル単位で追跡しないため。DRX で間欠受信し省電力を実現する（省電力と応答遅延のトレードオフ）。
• 4Gの Paging（MME 起点 / S1AP / S-TMSI）に対し、5Gは AMF 起点 / NGAP / 5G-S-TMSI。バッファは S-GW → UPF に。
• 根拠は TS 23.502 §4.2.3.3 / TS 23.501 §5.3系 / TS 38.413 / TS 29.244（章番号・IE名の一部は要確認）。

Practice — 理解度チェック・演習¶

理解度チェック¶

演習¶

問: 次の Paging（Network Triggered）主要ステップを正しい順に並べ替えてください。

A. AMF が NGAP Paging を Registration Area のgNB群へ送る
B. UPF が DLデータをバッファし SMF へ Session Report で通知
C. UE が Service Request で応答し CM-CONNECTED へ
D. gNB がエア上で Paging（RRC）を送出
E. SMF が AMF へ DLデータ到来を通知（N11相当）
F. UPF がバッファ済みDLデータを配送

Next Step¶

理解を深めるための次の一歩です。

• Service Request 章（Pagingへの応答としての接続再開手続きの詳細）
• Handover 章（移動中の接続切り替え）
• Mobility Registration Update 章（Registration Area をまたぐ登録更新＝4GのTAU相当）
• 関連手順: Initial Registration（Paging の前提となる登録）
• 関連NF: AMF / SMF / UPF
• 関連Interface: N2 / N4 / N1
• 辞典: Message辞典 / Timer辞典 / Cause辞典 / Protocol辞典 / NF辞典 / Interface辞典