IIJmio meeting 33 5Gと端末にまつわる問題

IIJmio meeting 33
5Gと端末にまつわる問題
https://techlog.iij.ad.jp/archives/3049

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1. ©Internet Initiative Japan Inc. 1 株式会社インターネットイニシアティブ 西田 聖 IIJmio meeting 33 5Gと端末にまつわる問題
2. ©Internet Initiative Japan Inc. 2 自己紹介 • 氏名: 西田 聖（にしだ たかし） • 出身: 大阪府 • 経歴 – 2016年入社。 法人向けモバイルサービスの開発・運用を担当していた – 2020年 ～ 現在 「5G」や「ローカル5G」を中心とした、モバイルに関する各 種の技術検証・調査対応に従事中
3. ©Internet Initiative Japan Inc. 3 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
4. ©Internet Initiative Japan Inc. 4 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
5. ©Internet Initiative Japan Inc. 5 はじめに • 「5G」：サービス・端末 両面で身近に – IIJmio をはじめとした各社にて「5G」サービス提供中 – 5G対応端末も増えてきた • 5G には大きく分けて SA/NSA 2 種類の方式があるが、現在 キャリア網で主流なのは後者 – SA/NSA 方式の詳しい説明は、過去の IIJmio meeting 資料をご参照く ださい http://techlog.iij.ad.jp/archives/2745 http://techlog.iij.ad.jp/archives/2798 – IIJmio でご提供しているのも、NSA 方式の 5G です。 • NSA 方式の 5G では、その仕組みゆえに通信品質悪化・アンテナ ピクト表示に問題が発生することがあります。 – 今回は問題の概要と、実機調査にて分かってきたことをご紹介します。
6. ©Internet Initiative Japan Inc. 6 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
7. ©Internet Initiative Japan Inc. 7 5G NSA 通信のしくみについておさらい • 5G NSA とは – Non-Stand-Alone – 既存 4G 網を利用することで、5G 機能の一部を早期展開可能 とした方式 • 既存 4G 網に、5G 基地局（gNB）を追加して実現 – 端末は、4G 基地局 (eNB) ・5G 基地局 (gNB) の両方を使う こととなる • …このことが、この後ご紹介する問題につながってきます。
8. ©Internet Initiative Japan Inc. 8 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
9. ©Internet Initiative Japan Inc. 9 5GNSAと通信品質悪化について • こんなことはありませんか？ – 「5G」って表示されてるのに、特定の場所で何だか遅い・パケ詰まる.... – 私も個人的に（未だに）困っている事象 – 局所的に発生するので、基地局-端末間で何かが起きていそう • 原因は「セルエッジでの通信品質劣化」？ – セルエッジ＝gNB からの電波が弱い状況で、通信品質が劣化する – この品質劣化が、実利用に本当に影響するのか？どれほど影響するのか？ について調べてみましたのでご紹介します。 4Gエリア 5Gエリア gNB eNB gNB のセルエッジにいる端末
10. ©Internet Initiative Japan Inc. 10 5GNSAと通信品質悪化について • 調査手法 – KDDI網利用 – 2022年の某日、IIJ飯田橋オフィス近辺にて調査 – スマートフォンにてファイルダウンロードを実施しながら移動 – 通信が詰まる・遅くなる場面を再現、スループットと電波受信 状況の関係を調査 • 調査には、IIJmio meeting 7 でも利用した、Meritech 社のSigma- LA/PA ツールを利用しました。 （端末の Qualcomm チップから各種情報を取得・解析可能）
11. ©Internet Initiative Japan Inc. 11 5GNSAと通信品質悪化について • 調査結果 – 4G 側 RSRP ほぼ一定の状況で、5G 側 SS-RSRP の悪化とスループット 低下が連動。 5G 側 SS-RSRP が悪化すると、「むしろ4G利用の方が速い」状況に陥る。 → 「セルエッジでの通信品質劣化」が確かに、実利用に影響していそう スループット 5G 側受信状況 （SS-RSRP） 4G 側受信状況 （RSRP） 4G 4G 5GNSA 5GNSA 4G/5GNSA種別
12. ©Internet Initiative Japan Inc. 12 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
13. ©Internet Initiative Japan Inc. 13 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 5GNSA の通信品質には、5G 側の電波受信状況が大 きく影響していそう • ....が、ここでふと疑問がでてきた。 – 通信が遅い状態でもアンテナピクトの電波強度には変化がない。 なぜか？ – そもそも、5GNSA 通信時のアンテナピクトは何を表している のか？ • 4Gと5Gのどちらの状況？それともどちらでもない何かか？ • 実機・ソースコード（AOSP）の両面で調査。 結論: 「5GNSA 通信時のアンテナピクトでは、 5G 側の電波受信状況の判断は難しい」 – 具体的な調査方法や結果をこの後紹介します。
14. ©Internet Initiative Japan Inc. 14 実機調査 • 調査方法 – アンリツ社 基地局シミュレータ（5G NR対応）を利用 – シミュレータからの電波出力を様々に変化させ、端末画面のア ンテナピクトと、端末での 4G/5G 受信状況（アプリで取得） の関係を調査。 • 5G の受信状況を一定にして、4G 受信状況を様々に変化させる • 4G の受信状況を一定にして、5G 受信状況を様々に変化させる MT8000A（5G用） MD8475B（4G用） シールドボックス 試験端末 ・Android 1台 4Gアンテナ 5Gアンテナ ピクト表示 と アプリで取得した受信状態 （後述）を比較
15. ©Internet Initiative Japan Inc. 15 実機調査 • 実機調査結果 – 今回試験で利用した Android 端末においては、5GNSA 通信 時も、4G側の受信状態が表示されている。 • 5G 側の受信状態が（ほぼ）一定の状態で、4G 側の受信状態を悪化させ ると、アンテナピクトが連動して変化する • 4G 側の受信状態が（ほぼ）一定の状態で、5G 側の受信状態を悪化させ ても、アンテナピクトに変化はない
16. ©Internet Initiative Japan Inc. 16 調査結果 • ソースコード調査 – Android Open Source Project で公開されているソースコードを調査。 – CarrierConfig に、関連する制御パラメータあり。 – デフォルト値は true（=4G 側の電波状況を表示） • 市販の Android 端末（8端末）に設定されている値を調査、”false” は無し • 独自実装が存在する可能性もあるが、あえて 5G 側を表示している端末は無さそう。 • では、何か代わりとなる方法はあるのか？ → 次頁へ続く /** * There are two signal strengths, NR and LTE signal strength, during NR (non-standalone). * Boolean indicating whether to use LTE signal strength as primary during NR (non-standalone). * By default this value is true. * * @hide */ public static final String KEY_SIGNAL_STRENGTH_NR_NSA_USE_LTE_AS_PRIMARY_BOOL = "signal_strength_nr_nsa_use_lte_as_primary_bool"; 実機調査も踏まえると、5GNSA 通信時のアンテナピクトは （5G側ではなく）4G 側の受信品質を表していると思って良さそう
17. ©Internet Initiative Japan Inc. 17 端末での電波状態確認方法 • Androidの場合 – 様々なアプリあり。 • 右記例は「LTE Discovery」 • （SS-）RSRP が参考になる。 経験的に -90dBm 以下だと状況が悪い。 – 注意点: 使えるか使えないかは端末依存 • Android に存在する API で値を取ってくるもの • 8 端末中、2 端末は表示 NG • iPhone の場合 – 通常のアプリで状態確認できるものは見当たらなかった – みんな大好きフィールドテストモード • (iOS 15 の場合) All Metrics → Nr Rach Attempt 配下に「cell_rsrp」が存在。 こちらで 5G 側の状況確認ができていそう • 「フィールドテストモードを開いた後、機内モードONOFF」しないと、最新 状態に更新されない！？
18. ©Internet Initiative Japan Inc. 18 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
19. ©Internet Initiative Japan Inc. 19 「5G」表示と端末実装問題について • 話は変わって.... • 5G NSA における、端末の RAT 表示に関してお話ししま す。 • IIJmio meeting ＃27 でも少し触れましたが、5G NSA 利用時、どの状態のとき、画面に「5G」が表示されるか？ は、端末の実装に依存します。 • どうしてそういったことになるのか。 発生原理、および実機で調べてみた結果をご紹介します。
20. ©Internet Initiative Japan Inc. 20 （前提知識）4つの無線状態 • RAT 表示: 無線区間の状態 • 5G NSA では、無線区間で eNB と gNB を併用することから、4 つの状態が存在する – ①: 5GNSA 対応（Upper Layer Indicationあり）の eNB にて、4G 通信している（RRC Connected） – ②: eNB に加えて gNB も利用、5G 通信している（RRC Connected） – ③: 5G 利用可能だが待受け状態（RRC Idle） – ④: NSA 対応の eNB のみ利用可能、待受け（RRC Idle） eNB(4G) gNB(5G) ULI あり 通信中 (RRC Connected) 待受け (RRC Idle) ① eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ② eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ③ eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ④ どの場合に「4G」となり、どの場合に「5G」となるかは端末実装依存 キャリア端末と、一部 SIM フリー端末では実装が異なる
21. ©Internet Initiative Japan Inc. 21 5G表示の端末実装 • キャリア 5G NSA 端末の実装 – 「国内事業者間で合意済み」とされている実装 • 「既存帯域のNR化に伴うユーザー保護方策の検討について」 – https://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/policyreports/joho_tsusin/5th_generati on/technical/02kiban14_04000801.html – gNB で通信できる可能性があれば、「5G」 – ただし gNB を使った通信ができない場合は「4G」 eNB(4G) gNB(5G) ULI あり 通信中 (RRC Connected) 待受け (RRC Idle) ① eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ② eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ③ eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ④ 4G 5G 5G 5G
22. ©Internet Initiative Japan Inc. 22 5G表示の端末実装 • 一部 SIMフリー端末でみられる実装 – 4Gのみで通信している場合（①）も「5G」と表示している。 eNB(4G) gNB(5G) ULI あり 通信中 (RRC Connected) 待受け (RRC Idle) ① eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ② eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ③ eNB(4G) gNB(5G) ULI あり ④ 5G 5G 5G 5G 同じ基地局・同じ周波数での通信でも、 端末によって 「4G」「5G」の表示が異なる
23. ©Internet Initiative Japan Inc. 23 5G表示の端末実装 • 実機調査 – 2022 年 3 月、市販の SIM フリーAndroid 端末（8端末）の挙動 を独自調査 – 5端末が「一部 SIMフリー端末でみられる実装」、3端末が「キャ リア 5G NSA 端末の実装」となっていた 機種名 実装種別 Nubia RedMagic6 一部 SIMフリー端末でみられる実装 ASUS Zenfone8 キャリア 5G NSA 端末の実装 AQUOS sense6 SH-M19(64GB) キャリア 5G NSA 端末の実装 XPERIA 10 III Lite 一部 SIMフリー端末でみられる実装 Google Pixel 5a (5G) 一部 SIMフリー端末でみられる実装 Xiaomi 11T Pro キャリア 5G NSA 端末の実装 moto g50 5G 一部 SIMフリー端末でみられる実装 OPPO A55s 5G 一部 SIMフリー端末でみられる実装
24. ©Internet Initiative Japan Inc. 24 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
25. ©Internet Initiative Japan Inc. 25 「4G落ち」現象について • 5G NSA 端末を利用時、こんな経験はありませんか？ – 最初は RAT 表示が「5G」だった – 通信させると、少したってから「4G」に変わる • いくつか原因は考えられますが、RAT表示のタイムラ グが関係しているかもしれません。次頁で紹介します。 5G 4G
26. ©Internet Initiative Japan Inc. 26 RAT 表示変化のタイムラグ • RAT 表示の画面反映にはタイムラグあり – 検証している限り、RAT 表示のピクトへの反映には、おおむね 10-15 秒程度掛かっている • それにより、下記のような事象が発生する。 – ふと、スマホを開いた時には「5G」が表示される – 通信してしばらくすると、場所を変えてないのに「4G」に変化 このケースでは、「後から4Gに落ちた」ように見えるが 内部的には ④→①への遷移。実は最初から 5G 通信ができていない。 eNB(4G) gNB(5G) フラグ あり 通信中 (RRC Connected) 待受け (RRC Idle) ① eNB(4G) gNB(5G) フラグ あり ② eNB(4G) gNB(5G) フラグ あり ③ eNB(4G) gNB(5G) フラグ あり ④ 4G 5G 5G 5G
27. ©Internet Initiative Japan Inc. 27 もくじ • はじめに • 5G NSA の仕組みについておさらい • 5GNSAと通信品質悪化について – 「通信が遅い」とき、何が起こっているのか？ – 5GNSA と 端末の電波強度表示 • 「5G」表示と端末実装問題について – 「5G」と表示していても、5G通信していない？ – 「4G落ち」現象について • まとめ
28. ©Internet Initiative Japan Inc. 28 まとめ • 5G NSA に関する、下記様々な問題と関連する調査結 果をご紹介してきました。 – 5G NSA の仕組みについておさらい • 「4G 基地局と 5G 基地局の両方を使う」故に、様々な問題が発生する。 – 5GNSAと通信品質悪化について • 5G側の電波受信状態が、5G NSA 通信時の通信品質を決める一つのカギ。 • ....だが、ピクト表示だけでは 5G 側の電波受信状態を判断できない。 – 「5G」表示と端末実装問題について • 端末の実装によって、どのような状態で「5G」と表示するかが異なる • 表示変化にはタイムラグがあり、「4G落ち」時は最初から 5G 通信出来 ていない場合がある エンドユーザーの皆様が安心・快適に5Gを使っていただけるよう IIJでは今後も様々に調査検証を進めていきます。