各無線ベアラ再確立でのCPE割り当てIP変更の確認

はじめに

このドキュメントでは、顧客宅内機器(CPE)が無線ベアラの再確立を試行する際に予期せず割り当てられるIP変更について説明します。

前提条件 

要件

次の項目に関する知識があることが推奨されます。

• Long-Term Evolution(LTE)
• General Packet Radio Service(GPRS)
• 地上波無線アクセスネットワーク(E-UTRAN)

使用するコンポーネント

このドキュメントの内容は、特定のソフトウェアやハードウェアのバージョンに限定されるものではありません。

このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されました。このドキュメントで使用するすべてのデバイスは、クリアな（デフォルト）設定で作業を開始しています。本稼働中のネットワークでは、各コマンドによって起こる可能性がある影響を十分確認してください。

背景説明

この場合、CPEは固定LTE（ホームブロードバンド）サービスを提供するために導入されるモデムです。ただし、この記事で説明する情報とシナリオは、携帯電話にも適用できます。

問題

CPEが無線ベアラの再確立を試行するたびに、MMEは、以前に確立されたEPSベアラID(EBI)とは異なるEPSベアラIDでCreate Session Request(CSR)を送信します。これにより、PGWによって割り当てられたCPE IPが変更されます。

実施した分析

コールフロー分析

1. UEContextReleaseRequestに注目すると、特定のCPEに対するMMEとeNodeB間のシグナリング接続が解放されると、MMEはeNodeB関連情報（S1-MMEで使用されているeNodeBアドレス、MME UE S1 AP IDおよびeNB UE S1AP ID）を削除します。ただし、は、S-GW S1-U設定情報（アドレスおよびTEID）を含む残りのCPE MMEコンテキストを保持します。

Frame 74        2022-05-31 08:48:14.866        10.30.50.36           10.125.230.100        S1AP        UEContextReleaseRequest [RadioNetwork-cause=user-inactivity]
Frame 75        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.104        10.125.231.105        GTPv2       Release Access Bearers Request
Frame 77        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.105        10.125.231.104        GTPv2       Release Access Bearers Response
Frame 79        2022-05-31 08:48:14.867        10.125.230.100        10.30.50.36           S1AP        UEContextReleaseCommand [RadioNetwork-cause=user-inactivity]

この時点で、3GPP TS 23.401、5.3.5 S1リリース手順に基づいて次の操作を行います。

• All non-GBR EPS bearers established for the UE are preserved in the MME and in the Serving GW

• If the cause of the S1 release is because of User Inactivity, Inter-RAT Redirection, the MME shall preserve the GBR bearers.

両方のステートメントは、CPEにまだPDN接続が確立されており、ネットワークに登録されていることを意味します（デフォルトベアラはMME、SGW、およびPGWにまだ存在します。無線リソースのみがリリースされました）。CPEはまだネットワークに登録されていますが、そのS1接続は非アクティブが原因で解放されたため、CPEには使用可能な無線リソースがありません。つまり、CPEはEMM-REGISTERED状態ですが、ECM-IDLE状態です。

2. 3GPP TS 23.401に基づくと、EMM-REGISTERED状態およびECM-IDLE状態のCPEに送信する新しいトラフィックがあっても、使用可能な無線リソースがない場合は、サービスリクエストプロシージャを送信する必要があります。サービスリクエストメッセージを送信することで、S1接続は再確立されますが、PGWによって割り当てられたEBIおよびIPは変更されません。

3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access 
ECM-IDLE
[…]
In the EMM-REGISTERED and ECM-IDLE state, the UE shall:
- answer to paging from the MME by performing a service request procedure.
[…]
- perform the service request procedure in order to establish the radio bearers when uplink user data is to be sent.

3GPP TS 23.401から抜粋

この場合、CPEは再度無線ベアラを確立する必要がある場合、サービスリクエストメッセージの代わりにアタッチ要求を送信します。

Frame 74        2022-05-31 08:48:14.866        10.30.50.36           10.125.230.100        S1AP                    UEContextReleaseRequest [RadioNetwork-cause=user-inactivity]
Frame 75        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.104        10.125.231.105        GTPv2                   Release Access Bearers Request
Frame 77        2022-05-31 08:48:14.866        10.125.231.105        10.125.231.104        GTPv2                   Release Access Bearers Response
Frame 79        2022-05-31 08:48:14.867        10.125.230.100        10.30.50.36           S1AP                    UEContextReleaseCommand [RadioNetwork-cause=user-inactivity]
Frame 80        2022-05-31 08:48:21.813        10.30.50.36           10.125.230.100        S1AP/NAS-EPS            InitialUEMessage, Attach request, PDN connectivity request

3. 3GPP TS 23.401について考えます。ここでは、E-UTRANの初期接続について説明します。

3GPP TS 23.401から抜粋

E-UTRAN Initial Attach
[…]
7. If there are active bearer contexts in the new MME for this particular UE (i.e. the UE re-attaches to the same MME without having properly detached before), the new MME deletes these bearer contexts by sending Delete Session Request (LBI) messages to the GWs involved. 
The GWs acknowledge with Delete Session Response (Cause) message. If a PCRF is deployed, the PDN GW employs an IP-CAN Session Termination procedure to indicate that resources have been released. 

MMEはeNBから予期しないアタッチ要求を受信するため、関係するSGWおよびPGWに削除セッション要求メッセージを送信することで、以前に確立されたデフォルトベアラを削除します（フレーム74のUEContextReleaseRequest中に、無線リソースのみが解放され、PDN接続はこの時点以降も確立されました）。GWはDelete Session Responseメッセージで確認応答します。

Frame 87        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.231.104        10.125.231.105        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 89        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.232.106        10.125.232.107        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 91        2022-05-31 08:48:22.109        10.125.232.107        10.125.232.106        GTPv2                       Delete Session Response
Frame 93        2022-05-31 08:48:22.110        10.125.231.105        10.125.231.104        GTPv2                       Delete Session Response

4. E-UTRANの初期設定手順に基づき、Delete Session Request/Responseの処理後、MMEは新しいEBIを割り当てるCreate Session RequestをSGWに送信し、PGWはこの新しいEBIに対して異なるIPをCPEに割り当てます（IPアドレスはCPEに割りり当てられます）。

Frame 87        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.231.104       10.125.231.105        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 89        2022-05-31 08:48:22.108        10.125.232.106       10.125.232.107        GTPv2         EBI=10        Delete Session Request
Frame 91        2022-05-31 08:48:22.109        10.125.232.107       10.125.232.106        GTPv2                       Delete Session Response
Frame 93        2022-05-31 08:48:22.110        10.125.231.105       10.125.231.104        GTPv2                       Delete Session Response
Frame 95        2022-05-31 08:48:22.112        10.125.231.104       10.125.231.105        GTPv2         EBI=9         Create Session Request
Frame 97        2022-05-31 08:48:22.114        10.125.232.106       10.125.232.107        GTPv2         EBI=9         Create Session Request
Frame 100       2022-05-31 13:48:22.121        10.125.232.107       10.125.232.106        GTPv2         EBI=9         Create Session Response/Create Bearer Request
                                                                                                                      PDN Address and Prefix(IPv4): 10.62.135.145

解決方法

CPEは3GPP標準に従って動作していません。ユーザの非アクティブが原因でeNBがS1リリース手順を開始するため、CPEが無線ベアラの再確立を試行する場合、eNBはサービスリクエストメッセージを送信する必要があります。ただし、CPEはアタッチ要求を送信します。

デフォルトベアラは、UEがPDNに接続するときに確立され、PDN接続のライフタイムを通じてUEにそのPDNへの常時接続を提供するために確立され続けます。CPEが新しいアタッチ要求を送信すると、MMEは、3GPP TS 23.401仕様に準拠し、Delete Session Requestを送信してPDN接続を終了します。したがって、EBI=10のデフォルトベアラは削除されます。MMEが新しいCreate Session Requestを送信すると、新しいデフォルトベアラは、以前に割り当てられたものとは異なるEBIとIP（たとえば、EBI=9とIP 10.62.135.145）で割り当てることができます。