3GPP LTE Detailed explanation 4 （X2 Handover）

3GPP LTE解説資料
2022/11/16 1
COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED
3GPP LTE Detailed explanation 4 （X2 Handover）Rev2.00
2022年9月18日 Centimani 株式会社（技術顧問安永隆一）

内容
１．Handoverタイプの判断
２．X2 Handoverコールフロー
３．X2 Handoverメッセージ

１．Handoverタイプの判断
2022/11/16 3
X2接続確認
X2ハンドオーバー
許可
X2ハンドオーバー
準備完了
X2
ハンドオーバー
S1
ハンドオーバー
許可されなかった
接続無し準備不可
X2インターフェイスは2つのeNBを接続する。
・UEのサービングセルが属するeNB（つまりソースeNB）とターゲットセルが属するeNB（つまりターゲットeNB）の
間にX2接続がある。
・X2接続がハンドオーバーに利用できる場合、X2ハンドオーバーが開始される。
※ハンドオーバーが完了すると、2つのeNBが相互に通信して、MMEの介入なしにハンドオーバーを制御する。

２．X2 HANDOVERコールフロー

X2 Handoverコールフロー
2022/11/16 5
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover前
RRC Connected ・UEおよびソースeNodeBはRRC接続状態にある。
ハンドオーバー前のダウンリンクデータフロー
ダウンリンクデータは、ソースeNodeBを介してSGWからUEに流れる。
Downlink Data
s1_teid
dl1
s1_teid
dl1
Downlink Data
Downlink Data

2022/11/16 6
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover前
ハンドオーバー前のアップリンクデータフロー
Uplink Data
s1_teid
ul1
s1_teid
ul1
Uplink Data
Uplink Data
アップリンクデータは、ソースeNodeBを介
してUEからSGWに流れる。

2022/11/16 7
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover 準備
RRC
KeNBを導出する*
RRC
RRC Measurement Control
・ネットワークは、測定レポートを送信するための測定しきい値を設定する。
RRC RRC
RRC Measurement Report
・隣接するセルの信号品質は現在、サービングセルよりも優れている。
Signal strength of serving cell,
Signal strength of neighbors
RRC：
ハンドオーバを実行する必要が
あるため、ハンドオーバーのため
にセルが選択される。
・RRCは最新の測定値を使用して、別のセルに
ハンドオーバーが必要かどうかを判断する。
・ターゲットセルが選択される。
・ターゲットセルのeNodeBが識別される。

2022/11/16 8
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover 準備
X2AP
KeNBからASキー
を生成する
（KeNB = KeNB *）
X2AP
X2AP Handover Request
・Source eNodeBは、Handover Request
メッセージでハンドオーバーを開始する。
・アクティブなE-RABに関する情報には、セキュリティ
キーがメッセージに含まれている。
ECGI of the Target Cell
(of Target eNB),
UE-AMBR,
UE Security Capability,
KeNB*,
E-RAB to be setup
(E-RAB ID, QCI, ARP, S1
S-GW TEID
s1_teid
ul2
s1_teid
ul2
Uplink S1 Bearer Establishment
・Target eNodeBとサービングSGWとの間に、アップ
リンク側のGTP接続が確立される。

2022/11/16 9
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover 準備
メッセージ内のE-RABの
アドミッション制御を
実行する
DRB IDの作成
（アップリンク/ダウンリンク）
・このセッションを受け入れるためにターゲットeNodeBで
リソースが利用可能であるかどうかを確認する。
・アップリンクおよびダウンリンクの専用無線ベアラIDを
割り当てる。
RRC：
セッションのダウンリンクおよびアップ
リンク無線リソースを予約する
・ターゲットeNodeBは、ハンドオーバされるUEのため
の無線リソースを割り当てる。
RACHプリアンブルを割当・ターゲットeNodeBは、UEにRACHプリアンブルを
割り当てる。
・UEは、このプリアンブルを使用して、競合のない
RACHを送信する。

2022/11/16 10
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover 準備
RRC：
ハンドオーバーコマンドメッセージの準備
（RRC Connection
Reconfiguration Request）
・このメッセージは、端末に送信される必要がある
RACHプリアンブルを含む。
・このメッセージには、割り当てられた無線リソースに
関する情報が含まれる。
C-RNTIを割当・新しいC-RNTIがUEに割り当てられる。
X2AP X2AP
X2AP Handover
Request Acknowledge
・ターゲットeNodeBは、ハンドオーバ要求確認メッセージで
ソースeNodeBに応答する。
・このメッセージは、Transparent Container内に
ハンドオーバコマンドメッセージ（RRC Connection
Reconfiguration Request）を運ぶ。
x2_teid x2_teid
X2 Bearer
Esablishment
・ソースeNodeBとターゲットeNodeBとの間にX2 GTP
接続が確立される。
・このチャネルは、ハンドオーバ中にユーザデータを搬送する。
ダウンリンクデータの
バッファリングを開始する
・この時点で、UEは、ハンドオーバの間に受信される
ダウンリンクデータをバッファリングする準備が整う。

2022/11/16 11
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
Handover 実行
RRC RRC
RRC Connection Reconfiguration Request
・Source eNodeBは、ハンドオーバーコマンドをUE
に送信する。
・このメッセージには、新しいC-RNTIと新しいDRB
IDが含まれている。
・競合のないRACHアクセスのために、RACHプリアンブル
も含まれる。
X2AP X2AP
X2AP SN Transfer Status ・PDCPシーケンス番号は、ソースからターゲット
eNodeBに送信される。
RACH Preamble Assignment,
Target C-RNTI,
Target DRB ID (UL/DL),
Target eNB AS Security
Algorithm
Downlink PDCP
Sequence Number,
Uplink PDCP Sequence
Number
ハンドオーバ準備中のダウンリンクデータフロー
この時点で、すべてのダウンリンクデータが
ソースeNodeBからターゲットeNodeに
再ルーティングされている。
UEがまだターゲットに接続していないので、
データはターゲットでバッファされている。
Downlink Data
s1_teid
dl1
s1_teid
dl1
Downlink Data
x2_teid x2_teid
Downlink Data
受信したダウンリンクデータを
バッファリングする

2022/11/16 12
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
ハンドオーバー実行
アップリンクデータは、ソースeNodeBを介して
UEからSGWに依然として送信されている。
Uplink Data
s1_teid
ul1
s1_teid
ul1
Uplink Data
Uplink Data
ターゲットeNodeBに切り替える
ソースeNodeBをデタッチする。
KeNB（KeNB = KeNB *）
とASキーを生成する
RRC Idle
ハンドオーバー準備中のアップリンクデータフロー
・UEはハンドオーバコマンドを受信し、新しい
ターゲットセルに切り替える。
・この時点で、UEはソースeNodeBから切り離されて
いるが、依然としてターゲットeNodeBと通信していない。
・UEは、RRCアイドル状態にある。

2022/11/16 13
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
アップリンクデータは、ソースeNodeBを介して
UEからSGWに依然として送信されている。
ターゲットセルとの同期
RRC RRC
RACH Preamble
・UEは、ハンドオーバコマンドで割り当てられたプリアンブル
を使用して、RACHをターゲットeNodeBに送信する。
RRC RRC
Random Access Response
・ターゲットeNodeBは、要求を受け入れ、タイミング
調整およびアップリンクリソース許可で応答する。
Timing Advance,
Target C-RNTI,
Uplink grant
RRC RRC
RRC Connection Reconfiguration Complete
・UEは、割り当てられたリソースを使用してハンドオーバー確認
メッセージを送信する
（RRC接続再構成完了）。
Target C-RNTI
ターゲットeNodeBへの切り替
え完了

2022/11/16 14
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
UEは、ターゲットeノードBに接続される。
すべてのキューに入れられたメッセージは、
UEに向けて送信される。
キューに入れられたダウンリンクデータの送信
Downlink Data
ASレイヤのセキュリティ手順
RRC Connected ・UEは、ターゲットeNodeBに接続されていない。
・したがって、RRC接続状態に移行する。
Downlink Data
Downlink Data

2022/11/16 15
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
ハンドオーバ実行中、データは、SGWからUEへ、
ソースeNodeBおよびターゲットeNodeBを介して
ルーティングされる。
ハンドオーバ実行中のダウンリンクデータフロー
s1_teid
dl1
s1_teid
dl1
Downlink Data
Downlink Data
x2_teid x2_teid
Downlink Data
Downlink Data

2022/11/16 16
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
アップリンクデータは、UEからターゲットeNodeBを
介してSGWに送信されている。
ハンドオーバ実行中のアップリンクデータフロー
s1_teid
ul2
s1_teid
ul2
Uplink Data
Uplink Data
Uplink Data

2022/11/16 17
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
ハンドオーバー完了
この時点で、UEはデータを受信し、送信している。
端末へのダウンリンクデータ送信は、依然として
ソースeNodeBを介して行われている。
パスはソースeNodeBをパスから削除するように
切り替わる。
経路切替
S1AP Path Switch Request
ECGI,
TAI,
UE Security Capability,
E-RAB to be switched in DL (E-
RAB ID, S1 Target eNB TEID)
Modify Bearer
Request
EPS Bearer in DL (EPS Bearer
ID, S1
Target eNB TEID),
ECGI,
TAI
・ターゲットeNodeBは、ソースeNodeBから
ターゲットeNodeBへのパスを切り替えるように
MMEに要求する。
・MMEはSGWにターゲットeNodeBへのパスの
切り替えを要求する。

2022/11/16 18
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
経路切替
EPS Bearer ID,
ECGI,
TAI
Modify Bearer Request
EPS Bearer ID
・SGWは経路を切り替えるようPGWに要求する。
Modify Bearer Response
・PGWは、SGWに応答して経路切り替えの
完了を通知する。
・SGWは、MMEに応答して、経路切り替えの
完了を通知する。
EPS Bearer in DL
(EPS Bearer ID)

2022/11/16 19
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
エンドマーカーを送信
SGWはまた、ソースeNodeBに向かって終了マーカーを挿
入する。
このマーカーは、ソースeNodeBから受信したデータとター
ゲットeNodeBから受信した新しいデータをシーケンスする
ために使用される。
s1_teid
dl1
s1_teid
dl1
End Marker
終了マーカーが受信されるまで、
ソースeNodeBからデータを
受信し続ける
・ターゲットeNodeBは、ソースeNodeBを介して
受信されたすべてのデータが送信されるまで、SGW
から直接受信されたデータをバッファする。
・これは送信順序を維持するために必要。
x2ap x2AP
End Marker

2022/11/16 20
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
ハンドオーバー後のダウンリンクデータフロー
SGWはターゲットeNodeB TEIDを使用して
データを送信する。 Downlink Data
s1_teid
dl2
s1_teid
dl2
Downlink Data
Downlink Data

2022/11/16 21
UE
ターゲット
eNodeB
ソース
eNodeB
MME S-GW
PDN
GW
ハンドオーバー後のダウンリンクデータフロー
・エンド・マーカはターゲットeNodeBで受信される。
・この時点で、ターゲットはソースeNodeBにUEの
リソースを解放するように要求する。
x2ap x2AP
X2AP UE Context Release
S1AP Path Switch
Request
・MMEは、パススイッチの完了
を知らせるために応答する。
UEコンテキストの削除

３．X2 HANDOVERメッセージ

eNodeBX2AP Handover Request
2022/11/16 23
eNodeB
X2 AP
Handover
Request
Old eNB UE X2AP
Id
Source eNodeB ⇒ Target eNodeB
Cause
GU Group Id
MME Code
PLMN Identity
eUTRAN Cell Identifier
Target Cell Id
GUMMEI Id
GUMMEI Id
eRABs to be Setup
List
RRC Context
eRAB N-1
Handover desired for
radio reasons
eRAB 0
UE Security Capabilities
AS Security Information
MME UE S1AP ID
PLMN Id
MME Group Id
Key eNB
eRAB Id
eRAB Level
QoSParameters
UL GTP Tunnel Endpoint

eNodeBX2AP Handover Request
2022/11/16 24
☑ eNodeBは、次の項目に基づいてX2ハンドオーバーを開始することを決定。
・UEは、RRCダウンリンク信号品質測定値を報告した
・eNodeBで測定されたアップリンク信号品質
☑ eNodeBは、ハンドオーバーのためのターゲットセルIDを選択する。
☑ ターゲットセルが現在のセルと同じMMEによってサービスされている場合、X2ハンド
オーバが開始される
☑ S1APインタフェース上のUEを識別するUEコンテキスト情報を含む。
・セキュリティパラメータもメッセージに含まれている。
☑ 無線ベアラに関する情報はメッセージに含まれ、また、RAB単位の情報には、以下が
含まれている。
・QoSパラメータ
・GTPトンネル情報
☑ メッセージには、RRCコンテキスト情報も含まれる。
eNodeB
X2 AP
Handover
Request

X2AP Handover Request Acknowledge
2022/11/16 25
X2AP Handover
Request
Acknowledge
Old eNB UE X2AP Id
Target eNodeB ⇒ Source eNodeB
Transparent Container
DL GTP Tunnel Endpoint
eRAB Admitted Item 0
eRAB Admitted Item N-1
New eNB UE X2AP Id
eRABs Admitted List
eRAB Id
UL GTP Tunnel Endpoint
Target to Source eNB Payload

X2AP Handover Request Acknowledge
2022/11/16 26
☑ ターゲットeNodeBは、ハンドオーバ要求の受信時にアドミッション制御を受信する。
☑ ターゲットeNodeBは、X2AP Handover Request Acknowledgeで応答する。
☑ 受け入れられたRABに関する情報は、メッセージに含まれる。
・アップリンクおよびダウンリンクGTPトンネル情報は、各RABに含まれる。
・トンネル割り当ては、ハンドオーバー中にトラフィックを転送するためにターゲットで行われる。
☑ ソースeNodeBは、このメッセージをUEに送信する。
eNodeB
X2 AP
Handover
Request

X2AP SN Transfer Status
2022/11/16 27
X2AP SN Transfer
Status
eRABs Subject to Status
Transfer
DL Count Value
eRAB Subject to Status
Transfer N-1
Old eNB UE X2AP Id
New eNB UE X2AP Id
eRAB Id
UL Count Value
eRAB Subject to Status
Transfer 0
☑ ソースeNodeBは、SN転送ステータスを送信する。
☑ 各RABには次のフィールドがある。
・アップリンクPDCPシーケンス番号
・アップリンクハイパーフレーム番号
・ダウンリンクPDCPシーケンス番号
・ダウンリンクハイパーフレーム番号
☑ これらのフィールドは、ハンドオーバー後の暗号化と完全性保護を継続するために必要。
X2AP SN
Transfer
Status

2022/11/16 28
S1AP Path Switch
Request
eNB UE S1AP ID
Target eNodeB ⇒ MME
TAI
eRABs to be Switched DL Item N-1
PLMN Id
Cell Id
eRABs to be Switched DL List
EUTRAN CGI
eRABs to be Switched DL Item 0
UE Security Capabilities
PLMN Id
TAC
Encryption Algorithms
Integrity Protection Algorithms

2022/11/16 29
☑ ターゲットeNodeBは、ターゲットeNodeBに向かうS1-U GTPトンネルの
切替を要求する。
☑ MMEは、「eNBからUE S1AP ID」を有するUEを識別する
☑ メッセージには新しいセルIDとトラッキングエリアIDが含まれる
☑ ターゲットeNodeBのセキュリティ機能も含まれている。
S1AP Path
Switch
Request
Target eNodeB ⇒ MME

Modify Bearer Request
2022/11/16 30
Modify Bearer
Request
MME ⇒ SGW
TEID/GRE Key
S1-U eNodeB F-TEID
Bearer Context to be Updated
EPS Bearer Id
☑ MMEはSGWにターゲットeNodeBへのパスの切り替えを要求する。
☑ ターゲットeNodeBから受信したS1-U TEIDはSGWに渡される。
Modify Bearer
Request

2022/11/16 31
Modify Bearer
Response
SGW ⇒ MME
TEID/GRE Key
S1 SGW F-TEID
Bearer Context Updated
EPS Bearer Id
☑ SGWはベアラを更新し、応答する。
Modify Bearer
Response

S1AP Path Switch Acknowledge
2022/11/16 32
S1AP Path
Switch
Acknowledge
S1AP: MME ⇒ Target eNodeB
eRABs to be Switched UL List
GTP TEID
MME UE S1AP ID
eNB UE S1AP ID
eRAB Id
eRABs to be Switched UL
Item
Security Context
☑ ターゲットeNodeBは、ターゲットeNodeBに向かうS1-U GTPトンネルのスイッチング
を要求する。
☑ MMEは、「eNBからUE S1AP ID」を有するUEを識別する。
☑ メッセージには新しいセルIDとトラッキングエリアIDが含まれる。
☑ ターゲットeNodeBのセキュリティ機能も含まれている。
S1AP Path
Switch
Acknowledge

X2AP UE Context Release
2022/11/16 33
Target eNodeB ⇒ Source eNodeB
X2AP UE Context
Release
Old eNB UE X2AP ID
New eNB UE X2AP ID
☑ ターゲットeNodeBが、ハンドオーバのための経路切り替えおよび無線シグナリング
を正常に完了したときに送信される。
X2AP UE Context
Release

Tracking Area Update Request
2022/11/16 34
Tracking
Area
Update
Request
Uplink NAS Transport
eUTRAN-CGI
UE-NAS ⇒MME-NAS
Tracking Area Update Request
TAI
PLMN Id
TAC
PLMN Id
Cell Id
EPS Update Time
M-TMSI
Old GUTI
Last Visited Tracking
Area
EPS Bearer Context
Status
TA Updating
Bearer Context
Active

Tracking Area Update Accept
2022/11/16 35
Tracking
Area
Update
Accept
UE-NAS ⇒MME-NAS
Tracking Area Update Result
EPS Update Time
T3412
T3402
TA Updated

Diameter Update Location Answer
2022/11/16 36
S6A: HSS ⇒ MME
Diameter
Update
Location
Answer
Result Code: Success
Subscriber Status: Service
Granted
PDN GW Address
PDN GW Name
Called Station Id
PDN Type
Aggregate Maximum Bit
Rate
MSISDN
Access Restriction Data
APN Configuration Profile
Maximum Requested
Bandwidth Uplink
3GPP Charging Characteristics
Aggregate Maximum Bit Rate
Maximum Requested
Bandwidth Downlink
QoS Class Identifier
Served Party IP Address
IPv4
QCI specifies BER, Priority,
GBR
Maximum Requested
Bandwidth Uplink
Maximum Requested
Bandwidth Downlink

COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 2022/11/16 37
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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