SIMのDeepDiveな話 ～ PLMN Selectionとは？

2023年4月6日開催「SORACOM UG Online #16 ～SIMの日イベント～」で、ソラコム渡邊(dai)が発表した資料です。

Transcript

1. SIM の Deep Diveな話
   dai
   2023/4/6
   SIMはどうやってキャリアを選択するの？
   

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2. 自己紹介
   dai
   渡邊 大輔 (Daisuke Watanabe)
   ソリューションアーキテクト
   経歴：
   • ソフトウェアエンジニア
   • ネットワークエンジニア
   • IoT 研究開発、事業企画
   好きなサービス：
   • SORACOM Arc
   

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3. •デバイスはどうやって
   通信キャリアを選択す
   るの？
   〜 PLMN Selectionを
   読み解く
   SORACOM 公式ブログ
   https://blog.soracom.com/ja-jp/2023/02/01/3gpp-plmn-selection/
   

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4. Q. ネットワーク接続までに時間がかかるのはナゼ？
   Q. 一番電波の強いキャリアを選ぶことはできないの？
   Q. 特定のキャリアへの接続を止めたい！
   マルチキャリア接続に関するお問い合わせの数々
   https://blog.soracom.com/ja-jp/2022/07/06/planx1-docomo-support/
   

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5. PLMN とは？
   

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6. PLMN ＝ 通信キャリアが提供するモバイルネットワークの識別
   番号
   PLMN とは？
   3GPP TS 22.011 Service accessibility
   

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7. •今つながっている PLMN は？
   iPhone の PLMN (RAT Serving Cell Info)
   PLMN: 440 10 → Docomo
   

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8. SIM ローカル情報機能（ユーザーコンソール）
   1. Local infoレポートを要求
   2. Accepted
   5. Update local info
   (TLS接続)
   4. デバイスに情報問い合せ
   Local info:
   - MCC, MNC, Location Area Code
   - Cell Id
   - ネットワークの種類（GSM/3G/LTE）
   - IMEI
   - セルの電界情報
   - バッテリ残量
   3. Local infoレポートをSMSで要求
   6. Get subscriber
   7. Subscriber w/ Local Info
   

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9. 日本の PLMN の取り決め
   https://www.soumu.go.jp/main_content/000592370.pdf
   plan-D (Docomo回線) の場合
   • IMSI = 440 10 32561xxxxx
   • MCC = 440 (Japan)
   • MNC = 10 (Docomo)
   • MSIN = 32561xxxxx
   •PLMN-ID = MCC 国コード + MNC 事業者コード
   

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10. •ソラコム の PLMN-ID : 441 200
    •plan-K2 K2-300MB と planX2 で使用
    日本の PLMN-ID の割り当て状況
    plan-K2 (KDDI回線) の場合
    • IMSI = 441 200 0000xxxxx
    • MCC = 441
    • MNC = 200
    • MSIN = 0000xxxxx
    https://www.soumu.go.jp/main_content/000749615.pdf
    

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11. PLMN Selection とは？
    

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12. PLMN Selection とは？
    •たくさんの PLMN から接続先を 選択 する方法
    iPhone: 設定→モバイル通信→
    キャリアを選択→ネットワーク選
    択（Network Selection）
    

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13. 3GPP TS 23.122
    3GPP TS 23.122 Non-Access-Stratum (NAS) functions
    related to Mobile Station (MS) in idle mode
    

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14. •ステップ1: 基地局から報知情報を受信
    •ステップ2: RPLMN もしくは EPLMN を照合
    •ステップ3: HPLMN or EHPLMN と照合
    •ステップ4: UPLMN と照合
    •ステップ5: OPLMN と照合
    •ステップ6: Other PLMN を照合
    PLMN Selection の概要
    SIM は いろいろな種類の PLMN を保持している
    

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15. •ステップ1: 基地局から報知情報を受信
    PLMN Selection の概要
    基地局

    スマホ

    基地局

    基地局

    基地局

    440 10
    (Docomo)
    440 50
    (KDDI) 440 00
    (Y!mobile)
    440 20
    (Softbank)
    

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16. •ステップ2: Registered PLMN もしくは Equivalent
    PLMN を照合
    → Registered PLMN はキャッシュの仕組み
    → Equivalent PLMN はキャリアから配布された
    　RPLMN と同等に扱うことのできる PLMN
    PLMN Selection の概要
    

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17. •ステップ3: Home PLMN or Equivalent HPLMNと照
    合
    → Home PLMN は SIM の発行事業者
    → Equivalent HPLMN は HPLMN と同等に扱える
    　協業先の PLMN（カバレッジの確保）
    PLMN Selection の概要
    plan-D (Docomo回線) の場合
    • IMSI = 440 10 xxxxxxxxxx
    • MCC = 440 (Japan)
    • MNC = 10 (Docomo)
    • MSIN = xxxxxxxxxx
    

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18. •ステップ4: User controlled PLMN と照合
    → User controlled PLMN は ユーザーが設定した固有の優先度
    　一部の機種でのみ設定が可能
    → 海外ローミングの際、特定キャリアと接続する場合に使用
    　次ページの Operator controlled PLMN を上書きできる
    PLMN Selection の概要
    

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19. •ステップ5: Operator controlled PLMN と照合
    → Operator controlled PLMN は 事業者が
    　設定したローミング先の PLMN
    → ソラコムのグローバルIoT SIMでは
    　料金の安さ、カバレッジの広さなどから
    　最適な PLMN を国ごとに設定
    PLMN Selection の概要
    https://soracom.jp/services/air/cellular/pricing/price_iot_sim/#plan01s
    

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20. •ステップ6: Other PLMN を照合
    → これまでのどの PLMN にも該当しなかった場合に
    → 最も信号品質の良いものを選択
    ❌ 最も電波の強いキャリアへ接続
    ⭕ PLMNと等しい最も電波の強いネットワークへ接続
    PLMN Selection の概要
    

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21. •ステップ1: 基地局から報知情報を受信
    •ステップ2: RPLMN もしくは EPLMN を照合
    •ステップ3: HPLMN or EHPLMN と照合
    •ステップ4: UPLMN と照合
    •ステップ5: OPLMN と照合
    •ステップ6: Other PLMN を照合
    PLMN Selection の概要
    

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22. ソラコムのサブスクリプションコンテナとは？
    SORACOM
    ユーザーコンソール
    SIM OS
    サブスクリプション　
    コンテナエンジン
    サブスクリプ
    　　　ション
    A
    サブスクリプ
    　　　ション
    B
    SORACOM IoT SIM
    サブスクリプション毎に PLMN Selection が行われる
    サブスクリプ
    　　　ション
    C
    OTA(無線経由)でサブスクリプション(契約回線)を追加可能
    

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23. お問い合わせへの回答
    

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24. 答え : PLMN Selection しているから
    •Registered PLMN があれば接続を早めることが可能
    •しかし、Registered PLMN へは、周波数やセル情報、テンポラリなID な
    どの情報も含まれおり、長時間放置されているとこれらの情報が無効に
    なっているケースがある
    Q. ネットワーク接続までに時間がかかるのはナゼ？
    

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25. 答え : 条件が揃えばできる、けど時間がかかる
    •電波の強弱といった “PLMN以外の要素” でキャリアを選ぶのは、
    以下の条件をすべて満たす場合に限られる
    • 一度もネットワークに接続されていない（ ステップ２）
    • IMSI 事業者や同等の事業者がない or 圏外（ ステップ３）
    • ユーザーやオペレーター定義の PLMN がない or 圏外（ステップ４，５）
    Q. 一番電波の強いキャリアを選ぶことはできないの？
    

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26. 答え : リスクはあるができる (SAサポート要)
    • Forbidden PLMN (FPLMN) リストへ登録することで実現できそうだ
    が、、
    •PLMN Selection でも頻繁に参照しており、接続性に影響を与える可能性
    → 文鎮化するリスク
    •キャリアや通信モジュールが接続時間を短縮する目的でも使っている
    → 設定が競合するリスク
    Q. 特定のキャリアへの接続を止めたい！
    

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27. Q. 標準化された仕様を守らないと
    どうなるの？
    

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28. 答え : 「3GPP準拠」と謳えなくなる
    •標準を逸脱した振る舞いをする製品は「3GPP準拠」と謳えなくなるため、
    相互接続性が担保できなくなったり、お客様に選んで頂けなかったり、ネッ
    トワークへの接続を断られたりするリスクがあります。
    Q. 標準化された仕様を守らないとどうなるの？
    

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29. お知らせ
    

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30. 衛星メッセージングサービス
    Soracom
    Orbit &
    Binary Parser
    Soracom
    Harvest
    Soracom
    Lagoon
    AWS
    Lambda
    Azure
    Functions
    Google
    Cloud
    Functions
    AWS
    IoT
    Amazon
    Kinesis
    Family
    Azure
    IoT
    Hub
    Azure Event
    Hubs
    Google
    Cloud IoT
    Core
    Google
    Cloud
    PubSub
    Public Endpoint:
    server1.example.com
    Technology
    Preview
    

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31. NTN (非地上系ネットワーク) の 標準化を 3GPP で推進
    衛星アクセス向け PLMN Selection
    https://www.3gpp.org/news-events/partner-news/ntn-rel17
    https://zenn.dev/nic/articles/62c5f6ce500d03
    衛星アクセス向けの
    PLMN 選択メモ
    

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32. •SIM はいろいろな PLMN のリストを保持しています。
    •PLMN とは
    • 通信キャリアが提供するモバイルネットワークの識別番号
    •PLMN Selection とは
    • たくさんの PLMN から接続先を 選択 する方法
    • Registered PLMN / Equivalent PLMN / Equivalent HPLMN /
    Home PLMN / User PLMN / Operator PLMN / Other PLMN
    • 標準を逸脱した振る舞いをする製品は「3GPP準拠」と謳えなくなる
    •将来的には 衛星アクセス の PLMN Selection も出るかも？
    まとめ
    ©2022 SORACOM, INC
    

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34. Documentation and specifications
    • 22.011 Service accessibility (PLMN)
    https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=5
    66
    • 23.122 Non-Access-Stratum (NAS) functions related to Mobile Station (MS) in idle mode (PLMN
    Selection)
    https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=7
    89
    • IoT時代の電気通信番号を巡る現状等について
    https://www.soumu.go.jp/main_content/000592370.pdf
    • 電気通信番号指定状況
    https://www.soumu.go.jp/main_content/000749615.pdf
    

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35. 3GPP TS 23.122 Non-Access-Stratum (NAS)
    functions related to Mobile Station (MS) in idle
    mode
    

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36. •3G の頃からほとんど同じ
    •5G でもほぼ同じ
    3G や 5Gではどうなるの？ http://www.leliwa.com/downloads/gsm_umts_plmn
    

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