3GPP LTE introduction 3 （Attach）

3GPP LTE解説資料
2022/11/16 1
COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED
3GPP LTE introduction 3 （Attach）Rev2.00
2022年9月6日 Centimani 株式会社（技術顧問安永隆一）

内容
１．Attachとは
２．Attachの主な接続ケース
Appendix

Attachとは
2022/11/16 4
ネットワークはその管理エリアに端末情報を登録 (Location Registration) し、
端末が存在することを認識する。
また、端末は実際のユーザーデータを送受信可能な状態となる。
Attach を失敗した場合は、時間を空けて再度Attach するか、または他のネットワー
クに接続を試行するなど、失敗原因に従い様々な動作を規定（3GPP技術仕様）に
基づき実施する。

Attach関連メッセージ
2022/11/16 5
MME SGW HSS
UE
Initial UE Message
Update Location Request
Update Location Answer
Create Session Request
Update Location responce
Initial Context Setup + Attach Accept + Activate
Default Bearer
Update
Initial Context Setup Response
Attach Complete + Activate Default Bearer Accept
Modify Bearer Request

Initial Attach後のベアラの状態
2022/11/16 6
SGW
UE eNB
MME
PGW
PCRF
SPR
ECM connection
RRC connection S1 Signaling connection
S11
GTP -C
S5
GTP -C
HSS
Control Plane
Data Radio Bearer
EPS Bearer
User Plane
S1 Bearer
S5
Bearer

２．ATTACHの主な接続ケース

Attachケース分類の着眼点（MME視点）
2022/11/16 8
UE eNB MME
HSS
UE eNB MME
Detach
Attach Request
（UE ID）
UEが切り離された
最後のMME（旧MME）
UEが最後のデタッチ以降に
接続しようとしているMME
（新しいMME）
UE Context?
UE Context?
・最後のUEコンテキストがネットワーク
（MME）
のどこかに存在するかどうか？
・はい（MMEの観点から既知のUE）
または
・いいえ（MMEの観点からは未知のUE）
どのMMEが使用されているか？
・新しいMMEか古いMMEと同じ
または
・新しいMMEが古いMMEと違う
どのUE IDが使用されている
か？
・IMSI
または
・古いGUTI
１
３
２

Attachの主な接続ケース
2022/11/16 9
Attachケース１：UEかつMMEにも最終UEコンテキストがない場合
Attachケース２：MMEにUEの有効な最終UEコンテキストがない場合
Attachケース３：新しいMMEにUEの有効な最終UEコンテキストがない場合
Attachケース４：UEが前回接続した古いMMEに接続し、MMEにUEの有効な
最終UEコンテキストがある場合
Attachケース５：Last Attach Informationを保持しているUEが新しいMME
に接続し、Old MMEにUEの有効なUEコンテキストがある場合。

Attach主な接続ケース（正常系）
2022/11/16 10
UE ID Acqisition
Attach Request (IMSI)
Authentication(IMSI)
NAS Security Setup
Location Update
(New MME)
EPS Session Estblishment
UE ID Acqisition
Attach Request (GUTI)
Identity Request to UE(IMSI)
NAS Security Setup
Location Update
(New MME)
UE ID Acqisition
Identification Request to Old
MME(GUTI)
Identification Request to
UE(IMSI)
NAS Security Setup
Location Update
(New MME)
UE ID Acqisition
UE ID Acqisition
Identification Request to Old
MME(GUTI)
Location Update
(New MME)&Cancel Location(Old
MME)
ケース１ケース２ケース３ケース４ケース５
未知のUE 既知のUE

Attach接続ケース１（Initial Attach）
2022/11/16 11
IMSI
Attach Request
Authentication (IMSI)
NAS Security Setup
Location Update
(IMSI, New MME)
MME実施
New MME
※Initial Attach Cases by Unknown UE
Unknown UE

Attach ケース１
（Initial Attach with IMSI）
2022/11/16 12
①UEは、IMSIを使用して初期接続を要求する。
➁MMEはAttach RequestメッセージからユーザーのIMSIを取得する。
➂UE⇒MME 接続要求 Attach Request（IMSI）
④UEが初期接続を要求するときにIMSIを使用する場合、MMEは認証、NAS
セキュリティのセットアップ、およびロケーション更新の手順を実行し、EPSセッション/
デフォルトEPSベアラを確立する。

Attach接続ケース２
（MMEにUEの有効な最終UEコンテキストがない場合）
2022/11/16 13
IMSI
NAS Security Setup
Location Update
(IMSI, New MME)
MME実施
New MMEとOld MMEが同じ
Old GUTI
KSIASME
NAS-MAC
NAS
seq. no
Attach Request
Identity Request
Identity Response (IMSI)
Unknown UE

Attach ケース２
（ Initial Attach with GUTI ）
2022/11/16 14
UEは、旧GUTIを使用して初期接続を要求しますが、MMEには旧GUTIが無いため、
MMEはUE IDをUEに要求し、IMSIを取得する。
・UE ⇒ MME Attach Request (Old GUTI)
・MME No IMSI
・UE ⇒ MME Identity Request (UE ID = IMSI)
・UE ⇒ MME Identity Response (IMSI)
※残りの手順は、アタッチケース1と同じで、MMEは認証、NASセキュリティのセットアップ
およびロケーション更新の手順を実行し、EPSセッション/デフォルトEPSベアを確立する。

Attach接続ケース３
（新しいMMEにUEの有効な最終UEコンテキストがない）
2022/11/16 15
IMSI
NAS Security Setup
Location Update
(IMSI, New MME)
MME実施
New MME
Old GUTI
KSIASME
NAS-MAC
NAS
seq. no
Attach Request
Identity Request
Old MME
Identification
Request
（Old GUTI, complete
Attach Request message)
Identification
Response
(error cause)
Unknown UE

Attach ケース３
（ Initial Attach with GUTI ）
2022/11/16 16
・UEは、旧GUTIを使用して初期接続を要求する。
・したがって、MME（新しいMME）は、UEに関連する最後のUEコンテキストを古いMMEに要求するが、
いずれも受信できない。
・そのため、MMEはUE IDをUEに要求し、IMSIを取得する。
UE ⇒ New MME Attach Request (Old GUTI)
New MME ⇒ Old MME Identification Request (Old GUTI)
Old MME No IMSI
New MME ⇒ Old MME Identification Response (error cause)
UE ⇒ New MME Identity Request (UE ID = IMSI)
UE ⇒ New MME Identity Response (IMSI)
※残りの手順は、アタッチケース1と同じで、MMEは認証、NASセキュリティのセットアップ、およびロケーション
更新の手順を実行し、EPSセッション/デフォルトEPSベアを確立する。

Attach接続ケース３失敗時の流れ
2022/11/16 17
①Attachケース３失敗時は、ケース2の接続と同じであるため、ケース2の接続の
手順3）、4）、5）が実行される。
➁新しいMMEは、UEにIdentity Requestメッセージを送信し、IMSIを要求する。
➂UEは、Identity Responseメッセージを介してそのIMSIをMMEに送信する。
④受信したIMSIを使用して、MMEは認証およびNASセキュリティセットアップの
手順を実行し、UEの位置を更新する。

Attach接続ケース４
（Old GUTIをUE IDとして使用して、New MMEにAttach Requestメッセージを送信）
2022/11/16 18
IMSI
NAS整合性チェックに失敗し、
MME実行の場合。
New MME
Old GUTI
KSIASME
NAS-MAC
NAS
seq. no
Attach Request
※ Initial Attach Cases by Known UE
IMSI
Old GUTI
KASME
KSIASME
UE-AMBR
NAS Security Setup

Attach ケース４（ Initial Attach with GUTI ）
2022/11/16 19
・UEは旧GUTIを使用して初期接続を要求し、MMEは旧GUTIに関連する最後の
UEコンテキストを持っている。
UE ⇒ MME Attach Request (Old GUTI)
MME IMSI, Old GUTI, MM Context
・NAS-MACの整合性チェックにパスすると、MMEは、認証、NASセキュリティのセット
アップ、およびロケーション更新の手順を実行せずに、EPSセッション/デフォルトEPS
ベアラをすぐに確立できる。
・NAS-MACの整合性チェックが失敗した場合、MMEは認証とNASセキュリティのセット
アップの手順を実行し、EPSセッション/デフォルトEPSベアラを確立する。

Attach接続ケース５
（Last Attach Informationを保持しているUEが新しいMME（New MME）に接続し、Old MMEにUEの有効なUEコンテキストがある場合）
2022/11/16 20
IMSI
Location Update
(IMSI, New MME)
MME実施
New MME
Old GUTI
KSIASME
NAS-MAC
NAS
seq. no
Attach Request
Old MME
Identification
Request
※ In case of NAS Integrity Check success
New MME
IMSI
Old GUTI
KASME
KSIASME
UE-AMBR
IMSI
Old GUTI
KASME
UE-AMBR
Identification
Response
(IMSI, UE MM Context)
KSIASME
※NAS Integrity Check
（ NAS整合性チェック）

Attach ケース５（ Initial Attach with GUTI ）
2022/11/16 21
・UEは、旧GUTIを使用して初期接続を要求する。
・そのため、MME（新しいMME）は、古いMMEにUEに関連する最後のUEコンテキストを要求し、UEのIMSIおよびMMコンテキスト
を取得する。
UE ⇒ New MME Attach Request (Old GUTI)
New MME ⇒ Old MME Identification Request (Old GUTI)
Old MME IMSI, Old GUTI, MM Context
New MME ⇒ Old MME Identification Response (IMSI, Old GUTI, MM Context)
・NAS-MACでのOld MMEの整合性チェックにパスすると、New MMEはIMSIおよびMMコンテキストを受信するため、認証および
NASセキュリティのセットアップの手順を実行しない。
・ただし、MMEが変更されるため、新しいMMEはHSSと通信してUEの位置を更新し、EPSセッション/デフォルトEPSベアラを確立する。
・NAS-MACでの古いMMEの整合性チェックが失敗した場合（つまり、新しいMMEがエラーメッセージを受信した場合）、新しいMME
はUEからIMSIを取得し、認証およびNASセキュリティセットアップの手順を実行し、UEの場所を更新する。
最終的にEPSセッション/デフォルトEPSベアラを確立する。
・HSSはUEのロケーションを古いMMEから新しいMMEに更新し、ロケーションのキャンセルメッセージを古いMMEに送信して、 UEの
MMコンテキストが古いMMEから削除されるようにする。

Attach接続ケース５
（これは、最後の接続情報を保持しているUEが、古いMMEではなく新しいMME（新しいMME）に接続されている状態で、古いMMEに関連する有効なUEコンテキストがない場合です。）
2022/11/16 22
IMSI
New MME
Old GUTI
KSIASME
NAS-MAC
NAS
seq. no
Attach Request
Old MME
Identification
Request
※ In case of NAS Integrity Check failure
New MME
IMSI
Old GUTI
KASME
KSIASME
UE-AMBR
Identification
Response
(error cause)
Identity Request
NAS Security Setup
Location Update
(IMSI, New MME)
MME実施
有効なUEコンテキストがない
※NAS Integrity Check（ NAS整合性チェック）

Attach接続ケース5失敗時の流れ
2022/11/16 23
※整合性チェックが失敗した場合、状況はAttachケース3と同じであるため、Attach
Case 3と同じIMSI取得、認証、およびNASセキュリティセットアップの手順が実行
される。
※チェックに合格すると、新しいMMEは古いMMEからIMSIおよびMMコンテキスト
を受信し、アタッチケース4のように、認証とNASセキュリティのセットアップの手順を
スキップできる。
※接続ケース4との唯一の違いは、UEが新しいMMEに接続されているため、新しい
MMEはHSSと通信してUEの位置を更新すること。

Attachメッセージの概要
2022/11/16 25
□UE ID Acquisition
・UE IDの取得ネットワーク（MME）は、ユーザーの識別と認証のためにUE IDを取得する。
・ここで、UE IDはIMSIまたはOld GUTI。
・IMSIはAttach RequestまたはIdentity Responseメッセージを介してUEから取得でき、
Old GUTIはAttach Requestメッセージを介してUEから取得できる。
□Authentication
・ネットワーク（MME）が、 ①IMSiまたは ➁Attach Requestメッセージを介してUEのIDとして古い
GUTIを取得したが、メッセージの整合性チェックが失敗した場合、ネットワークは以下を実行して、
ユーザーが接続を許可されているかどうかを確認する。（EPS-AKA手順）。
・HSSは、認証ベクトルを生成し、それらをMMEに送信することによってMMEベースキーである
KASMEを導出し、HSSに代わってUEと相互認証を実行する。

Attachメッセージの概要
2022/11/16 26
□NAS Security Setup
・ユーザー認証が完了すると、UEとMME間でNASメッセージを安全に配信するためのNASセキュリティキー
が、生成される。
□Location Update
・ MMEはHSSからユーザー情報をダウンロードし、HSSはUEの現在位置（MME）に関する情報を更新。
※MMEは、次の場合にのみロケーションの更新を実行する。
①UEはIMSIをUE IDとして送信する。
⇒ＭMEにUEの有効な最終UEコンテキストがない場合。
⇒MMEにユーザーに関する有効なサブスクリプション情報がない場合。
⇒前回UEが他のMMEから切り離された場合。

用語・略語
2022/11/16 27
□UE ID
・取得ネットワーク（MME）は、ユーザーの識別と認証のためにUE IDを取得。
・UE IDはIMSIまたはOld GUTIです。 IMSIはAttach RequestまたはIdentity
Responseメッセージを介してUEから取得でき、Old GUTI Attach Requestメッセージ
を介してUEから取得できる。
□AMBR（Aggregated Maximum Bit-Rate）
・すべての非保証ビットレート（GBR）ベアラーで提供されることが予想される総ビットレート
の上限。
・過剰なトラフィックは、たとえば、レートシェーピング機能によって破棄される場合がある。
・たとえば、他の非GBRベアラーがトラフィックを伝送していない場合、各非GBRベアラーは
AMBR全体を潜在的に利用できる。
※3GPP TS23.401セクション4.7.3を参照。

用語・略語
2022/11/16 28
□KSI（Key Set Identifier）
・再認証を継続的に必要とせずにモバイル端末との通信を暗号化できるようにするために、
認証プロセスで使用される識別子。
※3GPP TS33.401を参照。
□ASME（Access Security Management Entity）
・Home Subscriber Server（HSS）からアクセスネットワークのトップレベルキーを受信
するエンティティ。
・E-UTRANアクセスネットワークの場合、ASMEの役割はMobility Management
Entity（MME）が引き受ける。
※3GPP TS33.401を参照。

用語・略語
2022/11/16 29
□IMSI（International Mobile Subscriber Identity）
・各携帯電話ユーザーに関連付けられた一意の番号。端末内のSIMに保存され、端末
からネットワークに送信される。
・主に、加入者によるPublic Land Mobile Network（PLMN）の使用に関する情報
を取得することを目的としている。また、LTEでのページングの機会（PO）の計算など、
他の機能にも使用される。
※3GPP TS22.016およびTS23.003を参照
□NAS（Non-Access Stratum）
・UEとコアネットワーク（CN）の間で動作するプロトコルで構成される。
（特定の無線アクセス技術（RAT）に固有ではないプロトコル。）
・Evolved Packet System（EPS）では、NASプロトコルは主にUEとMobility
Management Entity（MME）間のモビリティ管理とセッション管理のためのプロトコル
で構成されている。
※3GPP TS 23.122を参照。

COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 2022/11/16 30
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
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ryuichi@centimani.biz

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