ローミングの初回接続はなぜ遅いのか

はじめに

スマートフォンやIoTデバイスをセルラーネットワークに接続する際、

• 「なかなか繋がらない」
• 「初回だけ異常に時間がかかる」

といった現象に遭遇することがあります。特にローミング環境では、この傾向が顕著です。

本記事では、ローミング時に初回接続が遅くなる理由と、設計でできる対策について整理します。

結論

ローミング時の初回接続に時間がかかるのは、異常ではありません。

主な理由は以下の3つです。

1. 接続先ネットワークの探索に時間がかかる
2. 接続試行の失敗と再試行が発生する
3. 認証処理がホームネットワークまで到達するため遅延が増える

ただし、モデム設定（Band制限やPLMN制御）によって、接続時間を短縮することは可能です。

SIMの中に格納される情報

以下はSIMの中に格納される情報や状態で、今回のテーマである「ローミング」に関連するものです。 早速次のチャプターでIMSIやPLMNについて触れます。 後半で優先順位付について触れる際の残りは登場します。

IMSIとPLMN

まずSIMカードには加入者識別情報である IMSI（15桁） が格納されています。

• PLMN（Public Land Mobile Network）：MCC(3桁) + MNC(2桁)
• MCC（Mobile Country Code / 国コード）：3桁
• MNC（Mobile Network Code / 事業者コード）：2桁※
• MSIN（Mobile Subscription Identification Number / 加入者識別子）：10桁※

つまり、IMSIのPLMNの部分を見ることで「どの通信事業者の契約か」が分かります。

MNCは固定長ではなく2桁または3桁の可変長であり、上図は「MNC 2桁 + MSIN 10桁」の例となります。 「MNC 3桁 + MSIN 9桁」で割り当てが行われる場合もあります。 その割当は連続した番号レンジとして整理されているわけではない様です。実際のネットワークでは、PLMNの解釈は事前に定義されたMNCの一覧に基づいて行われるため、実装によっては複数の候補を試行する必要があり、これがローミング時の接続遅延の一因となる場合もあります。

日本国内の事業者コードは総務省が管理しています。
https://www.soumu.go.jp/main_content/000749615.pdf

接続（Attach）の流れ

デバイスがセルラーネットワークに接続する際の基本的な流れは以下の通りです。

1. UE(スマートフォンやIoTデバイス)がeNodeB((基地局)の電波を受信する（PLMN情報を取得）
2. 接続可能なネットワークに対して接続を試行
3. IMSI（または一時識別子）を用いて接続リクエストを送信
4. 基地局（eNodeB）→ MMEへ転送
5. MMEがIMSIからホームネットワークを特定
6. HSSへ照会し、認証・許可
7. 接続確立後、GTPセッションが確立され通信開始

上記図はホーム接続の場合ですがローミングでも基本的な流れは同じです。

ローミング時に何が違うのか

ローミング時は、認証・加入者情報の取得がVisited Network内では完結せず、Home Network（場合によっては別国）まで到達する必要があります。

認証処理が別の国・別のネットワークまで到達するため、

• ネットワーク遅延
• 経路の複雑さ

が違いとなります。

接続が遅くなる本質

実際に時間がかかる最大の理由は、認証そのものよりもその前段にあります。

UEは、周囲で検出したPLMNを無差別に試すわけではなく、 SIMに格納された情報や過去の接続結果をもとに、一定の優先順位で接続先を選択します。

接続先PLMNを選択する優先順位を以下フロー図に示します。

UEが接続先PLMNを選択する優先順位

各々のステージについては以下を合わせて参考にしてください。

UEが接続先PLMNを選択する際の基準

1	ネットワーク探索		基地局の電波を受信(候補となるPLMNを把握) = 検出PLMN UE(スマートフォンやIoTデバイス)は周囲の基地局の電波を受信し、 - どのPLMNが使えるか - どの周波数帯（Band）で通信できるか を確認します。この探索自体に時間がかかります ここで検出した基地局からの電波(含むPLMN)を「検出PLMN」と呼びます
2	接続先 PLMN判定	Stage 1 FPLMN除外	FPLMNとは接続させたくないPLMN、いわゆるブラックリストです 検出PLMNの中にFPLMNに含まれるPLMNがある場合、それらは接続試行の対象外となります 検出PLMNがすべてFPLMNに含まれる場合は、その時点でAttach失敗となります
3		Stage 2 Home PLMN	IMSIより加入者のHome PLMNを特定可能です 検出PLMNにHome PLMNが含まれる場合は接続試行
4		Stage 3 EHPLMN	EHPLMNはHomeと同等に扱うPLMNのPriority付きリスト 該当PLMNをPriorityの高いものから順に接続試行
5		Stage 4 RPLMN	RPLMNは直前に接続成功したPLMN 一致するPLMNがあれば接続試行
6		Stage 5 PLMN List	ローミング優先PLMNのPriority付きリスト 該当PLMNをPriorityの高いものから順に接続試行
7		Stage 6 Others	上記に該当しないPLMNを接続試行 すべての接続試行が失敗した場合、Attach失敗となります

ネットワーク探索後、UE(スマートフォンやIoTデバイス)は上述した優先順位で接続を試みます。 しかしローミング環境では、

• 接続不可なネットワーク
• 契約上利用できないPLMN に対しても試行してしまうことがあります。これが「無駄な試行」となり、時間を消費します。

加えて1回の接続失敗で終わるわけではなく、再試行の繰り返しにより

• 別のPLMN
• 別のBand へと順番に試行されます。このループが、初回接続を遅くする最大の要因です。

この「選択」と「試行」のプロセスが、接続時間の大半を占めます。

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なぜIoTで問題になりやすいのか

スマートフォンではあまり意識されませんが、IoTデバイスではこの再試行が顕著な問題になります。 例えば、

• 月1回通信するスマートメーター
• バッテリー駆動のセンサー
• グローバル展開されるデバイス これらは「電源ON ＝ 毎回初回接続」の結果「毎回ローミング探索＋再試行」となり、再試行回数がそのまま消費電力に直結するため影響が大きくなります。

スマートフォンではユーザ操作の裏でバックグラウンドで再試行が行われるため、接続に時間がかかっても体感しにくいという特徴があります。 また、過去の接続履歴（RPLMN）や優先リストが適切に機能することで、初回から適切なPLMNに接続できるケースが多く、問題として顕在化しにくいです。

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改善方法（設計でできること）

無駄な試行を減らすことで、初回接続時間を短縮できます。

Band制限

使用する周波数帯を限定することで、

• 探索時間の短縮
• 不要な試行の削減 が可能です。

PLMN制御

接続対象となる通信事業者を制限することで、

• 接続成功率の向上
• 試行回数の削減 が可能になります。

モデム設定の最適化

多くのモデムでは以下が調整可能です。

• スキャン順序
• 優先PLMN
• RAT（LTE / NB-IoT / Cat-M） 使用環境に応じて最適化することで、初回接続時間を大幅に改善できます。

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まとめ

ローミング時の初回接続が遅くなる理由は、

• ネットワーク探索
• 接続試行の繰り返し
• 認証経路の長さ にあります。 重要なのは以下の2点です。
• 「遅い ＝ 異常」ではないこと
• 「設計で改善できる余地がある」こと

IoTでは特に、デバイス特性・利用地域・通信頻度を踏まえた設計が重要になります。

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おわりに

ローミングは単なる「海外接続」ではなく、ネットワークを跨ぐ構造的な仕組みです。 その構造を理解することで、接続時間・消費電力・通信の安定性をコントロールできるようになります。

次回は、GTPセッションの確立とデータパスについて整理していきます。