Attach後なぜ、インターネットに出られるのか ― ハンドオーバーの裏側

はじめに

IoTデバイスをセルラーネットワークに接続していると、自然とこうした疑問に行き当たります。

「なぜ移動しても通信は途切れないのか？」

本記事では、この挙動をハンドオーバーの観点から分解します。

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ハンドオーバー前の状態

以前の記事「Attach後なぜ、インターネットに出られるのか」でGTPトンネルが確立するまでについては触れました。 GTPトンネルが確立された状態ですので、「UE → Serving eNodeB → S-GW → P-GW → Internet」の経路でインターネット通信ができている状態です。

ここでRRC Connected状態と測定制御 と RRC Connection Reconfigurationについて追加の前提条件として触れていきましょう。

RRC Connected状態と測定制御

Attach後、UEはRRC Connected状態となり、Serving eNodeBと制御プレーンの接続を維持します。 この状態では、UEは単に通信するだけでなく、eNodeBから指示された条件に基づいて無線環境の測定を行います。

RRC Connection Reconfigurationとは

ハンドオーバー実行可否の判断条件は、RRC Connection ReconfigurationによってUEに設定されます。 具体的には以下のようなパラメータが含まれます：

• 測定対象（Neighbor Cell / 周波数）
• 測定イベント（例：Event A3）
• 閾値（Offset）
• Time-to-Trigger（一定時間継続した場合にのみ成立） UEはこれらの条件に従って、Serving CellとNeighbor Cellの品質（RSRP / RSRQ）を比較し、条件を満たした場合にのみMeasurement Reportを送信します。

👉 つまり、ハンドオーバーのトリガーはUEの自発的な判断ではなく、 　eNodeBによって事前に定義されたルールに従って発生します。

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ハンドオーバーの過程１（前半戦）

まずはハンドオーバーの前半戦を見ていきましょう。
この段階では経路はまだ切り替わっておらず、「UE → Target eNodeB → Serving eNodeB → S-GW → P-GW → Internet」というフォワーディングが発生しています。 ※この時点ではS-GWの送信先はまだServing eNodeBのままであるため、Target eNodeBはServing eNodeB経由でデータを受け取る構成となります。

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ハンドオーバーの過程２（後半戦）

続いてハンドオーバーの後半戦を見ていきましょう。 ここで「UE → Target eNodeB → Serving eNodeB → S-GW → P-GW → Internet」が「UE → Target eNodeB (新しいServing eNodeB) → S-GW → P-GW → Internet」へと経路が完全に切り替わります。 👉 これはPath Switchにより、S-GWの送信先がTarget eNodeBに更新されることで実現されます。

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高速移動時のローミング

高速移動中は、セルを跨ぐイベントが連続的に発生します。
環境やセルサイズにもよりますが、数秒間隔でハンドオーバーが繰り返される状況も珍しくありません。

ここで重要なのは通信継続を実現するコア処理であるハンドオーバーが非常に高速に実行されているという点です。

本記事で見てきた通りハンドオーバー1回分（トリガー成立〜Path Switch完了）に含まれる一連の処理は、ミリ秒オーダーで完了します。

セルサイズは基地局の構成によって異なりますが、概ね以下のようなスケールで形成されています。

• マクロセル：数百m
• スモールセル：数十m

仮に10m間隔でセルを跨ぐような極端なケースを考えてみます。

このとき、ハンドオーバー処理にかけられる時間と移動速度の関係は以下の通りです。

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まとめ

ハンドオーバーでは一時的に二重経路となり、その後新しい経路へ切り替わります。