JP4843660B2 - 無線通信システムのｐｄｃｐ層においてデータを暗号化する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は無線通信システムにおいてデータを暗号化する方法及び装置に関し、特に無線通信システムのＵＥ（ユーザー端末）のＰＤＣＰ（パケットデータコンバージェンスプロトコル）層において、基地局ハンドオーバー時にデータを暗号化する方法及び装置に関する。

第三世代移動通信技術は高スペクトル利用効率、高カバー率、優れた通話品質と高速伝送を実現するとともに、ＱｏＳ（サービス品質）の確保、柔軟性のある双方向通信の実現、通話中断率の低減に大きく寄与する。しかし、高速データ伝送とマルチメディアアプリケーションに対する市場の要求に鑑みて、業界では次世代の通信技術を開発し、規格制定機構も業界の需要に合わせて通信プロトコルを度々改定している。ＬＴＥ（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）無線通信システムは、第三世代移動通信システム（例えばＵＭＴＳ（汎用移動通信システム））をもとに確立されたアドバンスド高速無線通信システムである。ＬＴＥ無線通信システムはパケット交換のみサポートし、その主な目標は、システム複雑性の低減、送信遅延の抑制、及び送信速度の向上にある。

ＬＴＥ無線通信システムにおいて、ＵＥのハンドオーバー時、ＲＬＣ（無線リンク制御）層は基地局からのＰＤＵ（プロトコルデータユニット）に対する非順次配信（ｏｕｔ−ｏｆ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）を可能にし、ＲＬＣ層の上位層であるＰＤＣＰ層はＰＤＵに対して暗号解読プロセスを実行し、ＵＥデータと特定のシグナリング情報の傍受による被害を回避する。非順次配信とは、受信端のＲＬＣ層でパケットを受信した後に、パケットヘッダのシーケンス番号に従わず上位層に送信することをいう。

無線通信システムの暗号解読は一般に、セキュリティパラメータセットに頼る。このセキュリティパラメータセットはキーと、パケット計数値（ＣＯＵＮＴ）、パケットに用いる無線ベアラの番号（ＢＥＡＲＥＲ）、及びパケット送信方向（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ）など、送信パケットに関する複数のパラメータとを含む。ＵＥはセキュリティパラメータセットを基に、特定のアルゴリズムで暗号文データを解読し、平文データを取得する。

前記セキュリティパラメータセットのうちパケット計数値（ＣＯＵＮＴ）は、受信端ハイパーフレーム番号（ＲＸ＿ＨＦＮ）と、送信パケットのヘッダに埋め込まれるシーケンス番号（ＳＮ）から構成される。そのうちハイパーフレーム番号（ＨＦＮ）はパケットＳＮの繰上げ数に相当する。パケットＳＮで表示可能な数値を超えた場合、パケットＳＮは初期値に戻り、ＨＦＮは１加算される。例えば、７ビットでパケットＳＮを表示する場合（すなわちパケットＳＮ＝０〜１２７）、パケットＳＮが１２７を超えると、ＨＦＮは１加算され、パケットＳＮは０に戻る。したがって、送信端と受信端は各パケットのパケットＳＮに従ってＨＦＮを適時に加算すれば、両者のＨＦＮ同期を保ち、暗号解読の実行を確保することができる。詳しく言えば、パケットを解読する前に、ＰＤＣＰ層は送信パケットのヘッダに埋め込まれたパケットＳＮと、ＰＤＣＰ層により保持される次期ＰＤＣＰ受信ＳＮ（Ｎｅｘｔ＿ＰＤＣＰ＿ＲＸ＿ＳＮ）のサイズを比較する。前者が後者より小さければ、パケットＳＮが１２７を超えたと判明する。この場合、送信端と同期を取るために、パケットＳＮを０に戻し、受信端ＨＦＮ（ＲＸ＿ＨＦＮ）に１加算する。したがって、パケットを解読するためには、ＰＤＣＰ層で次期ＰＤＣＰ受信ＳＮと受信端ＨＦＮを保持しなければならない。

従来の規定によれば、基地局ハンドオーバーが行われ、かつＵＥがＲＬＣ層のＵＭ（アンアクノレッジ）モードで動作する場合、ＵＥのＰＤＣＰパケット解読プロセスではまずセキュリティパラメータ、すなわち次期ＰＤＣＰ受信ＳＮと受信端ＨＦＮをリセットし、それからソース基地局から受信したパケットを解読する。しかし、基地局ハンドオーバーの前、ソース基地局はリセット前のセキュリティパラメータから得られたパケット計数値（ＣＯＵＮＴ）で暗号化を行う。それに対して、基地局ハンドオーバー後、ＵＥはリセット後のセキュリティパラメータで暗号を解読する。したがって、ＵＥがソース基地局から受信したパケットデータを正確に解読できないか、または上位層にとって正確ではないデータが解読されるという問題が発生する。

例えば、ＵＥと基地局の間でビデオストリーム再生サービス（ＵＭモードに属する）を提供する場合、基地局ハンドオーバーの初期に、ＵＥと基地局は値が１２０のＨＦＮでパケット計数値を生成し、これに基づいてパケットを暗号化する。基地局ハンドオーバー時、ソース基地局から送信されるパケットの一部はバッファに保存される。このとき、パケット解読が未だに行われていないにもかかわらず、従来のハンドオーバープロセスによれば、ＵＥは次期ＰＤＣＰ受信ＳＮと受信端ＨＦＮの値をすべて０にリセットする。その結果、ＵＥにおいてパケット解読に用いられる受信端ＨＦＮは、基地局において暗号化に用いられるＨＦＮと異なり、解読は正常に実行できなくなる。この場合、バッファに保存される基地局からのパケットは解読され上位層に送信されるが、データが誤って再生時に画面が化け、サービス品質が影響される。

したがって、従来の技術では、リセット後のセキュリティパラメータがソース基地局において暗号化に用いるセキュリティパラメータと異なるので、ハンドオーバー時とハンドオーバー後のＵＥは、ソース基地局からのパケットを解読する際に誤って解読するか、または無用の情報を解読してしまうことがありうる。

本発明の主な目的は、ソース基地局から受信したパケットを正確に解読するために、無線通信システムのＵＥのＰＤＣＰ層において、基地局ハンドオーバー時にデータを暗号化する方法及び装置を提供することにある。

本発明では、無線通信システムのＵＥ（ユーザー端末）のＰＤＣＰ（パケットデータコンバージェンスプロトコル）層において、基地局ハンドオーバー時にデータを暗号化する方法を開示する。当該方法は、前記ＵＥがソース基地局から目的基地局にハンドオーバーするときに、当該ソース基地局に対応するセキュリティパラメータで、当該ソース基地局から受信したパケットを解読する段階を含む。

本発明では更に、無線通信システムにおいて、基地局ハンドオーバー時にＰＤＣＰ層のデータ暗号化を正確に処理するための通信装置を開示する。当該通信装置は、通信装置の機能を実施する制御回路と、制御回路の中に設けられ、プログラムコードを実行して制御回路を制御するＣＰＵ（中央処理装置）と、制御回路の中にＣＰＵと結合するように設けられ、プログラムコードを記録する記憶装置とを含む。前記プログラムコードは、前記通信装置がソース基地局から目的基地局にハンドオーバーするときに、前記通信装置のＰＤＣＰ層で当該ソース基地局に対応するセキュリティパラメータを用いて、当該ソース基地局から受信したパケットを解読するコードを含む。

図１を参照する。図１は無線通信システム１００を表す説明図である。無線通信システム１００は望ましくはＬＴＥ無線通信システムであり、概してネットワークと複数のＵＥを含む。図１に示すネットワークとＵＥは無線通信システム１００の構造を説明するために用いるに過ぎない。実際、ネットワークは要求に応じて複数の基地局、ＲＮＣ（無線ネットワークコントローラー）を含みうる。ＵＥは携帯電話、コンピュータシステムなどの装置である。

図２を参照する。図２は無線通信装置２００のブロック図である。無線通信装置２００は図１に示すＵＥを実施するものである。説明を簡潔にするために、図２では無線通信装置２００の入力装置２０２、出力装置２０４、制御回路２０６、ＣＰＵ（中央処理装置）２０８、記憶装置２１０、プログラムコード２１２及びトランシーバー２１４のみ示している。無線通信装置２００では、制御回路２０６はＣＰＵ２０８を通して記憶装置２１０に記録されたプログラムコード２１２を実行することで、無線通信装置２００の動作を制御し、入力装置２０２（例えばキーボード）でユーザーが入力した信号を受信し、出力装置２０４（スクリーン、スピーカーなど）で映像、音声などの信号を出力する。無線信号を受発信するトランシーバー２１４は受信した信号を制御回路２０６に送信し、または制御回路２０６による信号を無線で出力する。言い換えれば、通信プロトコルの構造に当てはめれば、トランシーバー２１４は第一層の一部とみなされ、制御回路２０６は第二層と第三層の機能を実現する。

図３を参照する。図３は図２に示すプログラムコード２１２を表す説明図である。プログラムコード２１２はアプリケーション層３００と、第三層インターフェイス３０２と、第二層インターフェイス３０６を備え、第一層インターフェイス３１０と接続されている。第三層インターフェイス３０２はＰＤＣＰ層インターフェイス３０４を備える。第二層インターフェイス３０６はリンク制御を実施し、第一層インターフェイス３１０は実体接続を実施する。ダウンリンク伝送時、ＰＤＣＰ層インターフェイス３０４は第二層インターフェイス３０６からＰＤＵを受信し、ヘッダ除去、ヘッダ圧縮、暗号解読などのプロセスを実行し、パケットを解読して得たユーザープレーンデータを上位層（例えばアプリケーション層３００）に送信する。

基地局ハンドオーバー時のＰＤＣＰ層データ解読について、本発明の実施例によるプログラムコード２１２には、ソース基地局から受信したパケットを正確に解読するための解読プログラムコード３２０が設けられている。図４を参照する。図４は本発明の実施例による方法４０のフローチャートである。方法４０はＵＥのＰＤＣＰ層において、基地局ハンドオーバー時にユーザープレーンデータを暗号化するために用いられ、解読プログラムコード３２０としてコンパイルすることができる。

ステップ４００：開始。
ステップ４０２：ソース基地局から目的基地局にハンドオーバーするときに、当該ソース基地局に対応するセキュリティパラメータで、当該ソース基地局から受信したパケットを解読する。
ステップ４０４：前記セキュリティパラメータを初期化する。
ステップ４０６：ヘッダ圧縮と解凍のプロトコルをリセットする。
ステップ４０８：終了。

以上のように、本発明の実施例ではまず、ソース基地局に対応するセキュリティパラメータで、当該ソース基地局から受信したＰＤＣＰパケットを解読してから、このセキュリティパラメータを初期化する。その後、ヘッダ圧縮と解凍のプロトコルをリセットし、ＰＤＣＰ層のハンドオーバープロセスを完成させる。

望ましくは、前記セキュリティパラメータは次期ＰＤＣＰ受信ＳＮと受信端ＨＦＮを含む。

言い換えれば、ＵＥはソース基地局に対応するセキュリティパラメータで、当該ソース基地局から受信したＰＤＣＰパケットを解読する。これにより目的基地局にハンドオーバーするとき、ＵＥが目的基地局に対応してＰＤＣＰ層のセキュリティパラメータを０に初期化し、この初期化されたセキュリティパラメータの影響を受けてソース基地局から受信したパケットを正確に解読できないか、または無効の情報が解読されるのを回避する。

前記方法４０において、ソース基地局に対応するセキュリティパラメータとは、ＵＥがハンドオーバー時に未だに目的基地局に対応して変更していないセキュリティパラメータを指す。望ましくは、ＵＥは基地局ハンドオーバーによりセキュリティパラメータをリセットする前に、このセキュリティパラメータでソース基地局から受信したＰＤＣＰパケットを解読する。

前述のように、ＵＥはソース基地局から目的基地局にハンドオーバーするとき、ＰＤＣＰ層はソース基地局に対応するセキュリティパラメータで当該ソース基地局から受信したパケットを解読するので、パケットは正確に解読され、無線通信システムにおいてデータ解読の正確性は確保される。

また、前記基地局ハンドオーバープロセスにおいて、ＰＤＣＰパケットはＵＭモードで送信される。前記ソース基地局から受信したＰＤＣＰパケットは例えばユーザープレーンデータである。

注意すべきは、図４に示すフローチャートは本発明の一実施例に過ぎず、当業者により種々の修正が加えられることが可能である。例えば、ＵＥでソース基地局に対応するセキュリティパラメータを用いて、ソース基地局から受信したＰＤＣＰパケットを解読した後、まずステップ４０６を実行してからステップ４０４を実行することができる。なぜならば、本発明の実施例は、ＵＥが未だに目的基地局に対応して初期化していないセキュリティパラメータを利用し、ソース基地局から受信したパケットを解読することに重点を置いているからである。

従来の技術では、セキュリティパラメータをリセットしてから、ソース基地局からのパケットを解読する。リセット後のセキュリティパラメータは、ソース基地局での暗号化に用いられるセキュリティパラメータと異なるので、解読に誤りが発生する。それに比べて、本発明の実施例によるＵＥはＰＤＣＰ層のセキュリティパラメータを保持し、それでソース基地局から受信したＰＤＣＰパケットを解読するので、解読は正確に行われる。解読の完成後、セキュリティパラメータはリセットされる。そうすれば、ＵＥはソース基地局から受信したパケットに対応するセキュリティパラメータでパケットを解読できるので、パケットは正確に解読され、無線通信システムのデータ解読の正確性は向上する。

まとめて言えば、本発明の実施例ではソース基地局から受信したパケットに対応するセキュリティパラメータでパケットを正確に解読してから、目的基地局に対応してＰＤＣＰ層のセキュリティパラメータをリセットするので、正確かつ有効なデータを解読することができる。

以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

無線通信システムを表す説明図である。 本発明による無線通信装置のブロック図である。 図２に示すプログラムコードを表す説明図である。 本発明の実施例による方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ 無線通信システム
２００ 無線通信装置
２０２ 入力装置
２０４ 出力装置
２０６ 制御回路
２０８ ＣＰＵ
２１０ 記憶装置
２１２ プログラムコード
２１４ トランシーバー
３００ アプリケーション層
３０２ 第三層インターフェイス
３０４ ＰＤＣＰ層インターフェイス
３０６ 第二層インターフェイス
３１０ 第一層インターフェイス
３２０ 解読プログラムコード

Claims (10)

1. 無線通信システムにおいてソース基地局から目的基地局へのハンドオーバーを行う前に前記ソース基地局から受信したパケットを暗号化するデータ暗号化方法であって、前記データ暗号化方法は、前記ハンドオーバー中にＵＥ（ユーザー端末）のＰＤＣＰ（パケットデータコンバージェンスプロトコル）層で行われ、
   ＲＬＣ（無線リンク制御）層から前記パケットを受信する段階であって、前記ＲＬＣ層は、前記ハンドオーバーによって前記パケットを前記ＰＤＣＰ層に送信する段階と、
   前記ソース基地局に対応するセキュリティパラメータにより、受信した前記パケットを解読する段階と、
   前記ソース基地局に対応する前記セキュリティパラメータにより、全ての受信した前記パケットを解読した後に、前記セキュリティパラメータをリセットする段階と、を含む、データ暗号化方法。
2. 前記ソース基地局から受信した前記パケットは、前記ＲＬＣ層のＵＭ（アンアクノレッジ）モードに対応する、請求項１に記載のデータ暗号化方法。
3. 前記ソース基地局から受信した前記パケットは、ユーザープレーンデータの伝送に用いられる、請求項１に記載のデータ暗号化方法。
4. 前記セキュリティパラメータは、次期ＰＤＣＰ受信シーケンス番号（Ｎｅｘｔ＿ＰＤＣＰ＿ＲＸ＿ＳＮ）と、受信端ハイパーフレーム番号（ＲＸ＿ＨＦＮ）とを含む、請求項１から請求項３の何れかに記載のデータ暗号化方法。
5. 前記セキュリティパラメータをリセットすることは、前記セキュリティパラメータをゼロ（zero）にセットすることである、請求項１から請求項４の何れかに記載のデータ暗号化方法。
6. 無線通信システムにおいてソース基地局から目的基地局へのハンドオーバーを行う前に前記ソース基地局から受信したパケットを、前記ハンドオーバー中にＵＥのＰＤＣＰ層で暗号化することを正確に処理するための通信装置であって、
   前記通信装置の機能を実施する制御回路と、
   前記制御回路の中に設けられ、プログラムコードを実行して前記制御回路を制御するＣＰＵ（中央処理装置）と、
   前記制御回路の中にＣＰＵと結合するように設けられ、前記プログラムコードを記録する記憶装置と、を含み、
   前記プログラムコードは、
   ＲＬＣ（無線リンク制御）層から前記パケットを受信するコードであって、前記ＲＬＣ層は、前記ハンドオーバーによって前記パケットを前記ＰＤＣＰ層に送信するコードと、
   前記ソース基地局に対応するセキュリティパラメータにより、受信した前記パケットを解読するコードと、
   前記ソース基地局に対応する前記セキュリティパラメータにより、全ての受信した前記パケットを解読した後に、前記セキュリティパラメータをリセットするコードと、を含む、通信装置。
7. 前記ソース基地局から受信した前記パケットは、前記ＲＬＣ層のＵＭモードに対応する、請求項６に記載の通信装置。
8. 前記ソース基地局から受信した前記パケットは、ユーザープレーンデータの伝送に用いられる、請求項６に記載の通信装置。
9. 前記セキュリティパラメータは、次期ＰＤＣＰ受信シーケンス番号（Ｎｅｘｔ＿ＰＤＣＰ＿ＲＸ＿ＳＮ）と、受信端ハイパーフレーム番号（ＲＸ＿ＨＦＮ）とを含む、請求項６から請求項８の何れかに記載の通信装置。
10. 前記セキュリティパラメータをリセットすることは、前記セキュリティパラメータをゼロにセットすることである、請求項６から請求項９の何れかに記載の通信装置。
    
    

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