CN101278576A - 包含sim卡的专用访问点 - Google Patents

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CN101278576A CNA2006800363507A CN200680036350A CN101278576A CN 101278576 A CN101278576 A CN 101278576A CN A2006800363507 A CNA2006800363507 A CN A2006800363507A CN 200680036350 A CN200680036350 A CN 200680036350A CN 101278576 A CN101278576 A CN 101278576A
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Abstract

可以由用户安装用于诸如蜂窝通信网络等移动通信网络的访问点或基站，以在他们自己的家庭或办公室内或附近使用。此基站具有SIM卡，可以在用户的现有宽带互联网连接上建立与移动通信网络的核心网络的安全通信。此基站还能够获取必需的加密密钥，从而允许移动设备与基站进而与核心网络安全地通信。

Description

包含SIM卡的专用访问点
技术领域
本发明涉及一种访问点，尤其涉及一种用于移动通信网络的访问点。
背景技术
为了允许诸如蜂窝通信网络的移动通信网络的运营商提高网络的覆盖区域，建议用户应当能够安装访问点或者基站，以在他们自己的家或办公室内或者附近使用。此类基站可以在用户的现有的宽带互联网连接上建立与移动通信网络的核心网络的通信。
为了实现这一目的，基站必需能够安全地与移动通信网络的核心网络通信，并允许与基站通信的移动设备与核心网络安全地通信。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于蜂窝通信系统的基站，包括用于SIM卡的接口。
附图说明
图1是根据本发明的包含基站的系统的方框示意图。
图2是图示根据本发明的基站硬件结构的方框示意图。
图3是图示根据本发明的基站软件结构的方框示意图。
图4是根据本发明的包含基站的另一个系统的方框示意图。
图5图示常规网络结构。
图6图示根据本发明一个方面的网络结构。
图7图示根据本发明一个方面的信令程序。
图8是所使用的图4的另一系统的一部分的方框示意图。
图9图示根据本发明一个方面的另一信令程序。
图10图示根据本发明一个方面的另一网络结构。
图11图示根据本发明一个方面的另一网络结构。
图12图示所使用的权利要求10的另一网络结构。
图13图示根据本发明一个方面的另一信令程序。
具体实施方式
图1是图示系统结构的方框示意图。移动网络运营商(MNO)拥有和操作无线通信网络，包括无线电网络10，其包括蜂窝基站网络(未图示)，和核心网络20，其具有到固定电话网络的连接。这些通常是常规的，除了如下面所描述的。
当在由无线通信网络覆盖的地区内漫游时，移动电话30能够建立与蜂窝基站之一的无线连接，从而与固定电话网络内的其它电话通信，或者与已经建立它们自身的与蜂窝基站的无线连接的其它移动电话通信，因而与固定电话网络通信。
根据本发明，例如在家庭或办公室40或者在需要附加无线覆盖的另一位置内，提供其它基站或访问点50。此访问点50提供用于由其所处的居所业主使用，但是集成到无线通信网络内。也就是说，通过固定或临时地向其分配一组信道中的一些信道，该访问点共享分配给该无线通信网络的部分射频频谱。因而，与其它基站共享该组信道，所述基站可以服务于宏小区、微小区、微微小区，甚至在公共广域网内的“毫微微小区”。因此，当离开访问点50的相邻位置时，移动电话30可以从访问点50漫游到另一个基站，或者当返回访问点50的相邻位置时，可以从另一基站漫游进入访问点50。
因此，访问点50用作相关无线通信网络内的基站。例如，它可以允许整个常规和未修改移动电话30或者其它用户设备使用GSM/GPRS和/或UMTS空中接口建立用于语音和/或数据服务的连接。当然，可以支持该访问点50使用任意适当蜂窝无线通信系统的标准空中接口建立与移动电话30的连接。
访问点50具有在家庭或办公室40内用于以太网局域网(LAN)42的连接。如图1所示，访问点50可以在以太网LAN 42上连接到一个或多个本地PC或服务器44。
访问点50可以在以太网LAN 42上连接到IP网关设备60。通过数字用户线路(DSL)或者通过诸如数字多媒体有线网络等其它IP传输方法，IP网关设备60提供在诸如互联网等IP网络70上到MNO网络的IP连接。因而，可以使用自家庭或办公室的现有IP连接提供自访问点50的回程。使用通过UMA网关22的UMA标准，通过到MNO核心网络或者无线电访问网络的连接可以提供到运营商网络20的灵活接口。此方法支持使用基于网际协议的语音(VoIP)技术的数据和语音的低成本传输。
由UMA未许可网络控制器(UNC)12提供在IP网络70上从IP网关60到MNO无线电访问网络10的连接，所述控制器已经由3GPP标准化为普通访问网络控制器(GANC)。也可以使用到无线电访问网络10的接口的其它非标准化解决方案作为替代方法。通过使用在访问点和诸如SIP网关或IP多媒体子系统等适当网关之间的SIP接口，可以实现到运营商核心网络的直接连接。
在该图示的实施例中，DSL或电缆IP网关设备60包括规定用于POTS电话或传真设备62的连接，和用于提供IPTV服务给TV 64的音频/视频连接。访问点50包括允许将这些设备集成到MNO网络内，支持用户的复杂新服务的服务环境。
在本发明的替代实施方式内，可以将访问点50集成为在IP网关设备60内的组件；随后，内部IP连接将嵌入的访问点组件链接到IP网关设备内的路由器功能。此配置可以潜在地提供较低的整体成本，并便于运营商寻求提供统一数据、固定语音、多媒体和移动服务的网关单元。
因此，当移动电话30处于家庭或办公室40内，或者在访问点50的覆盖区域内时，它可以以与通过蜂窝无线通信网络内的任何其它基站相同的方式连接到MNO网络内。
图1还图示连接到IP网络70的网络服务器72。如将理解的，在IP网络70是互联网的情况下，将大量服务器和其它设备连接到网络。如下文将更详细描述的，移动电话30的用户可以通过访问点50访问这些设备。
图1还图示连接到IP网络70的管理系统74。由移动网络运营商提供管理系统74，用于管理访问点50的操作，包括控制可用服务。
例如，如上所述，和如下文更详细描述的，移动电话30的用户可以在以太网LAN 42上通过访问点50建立到一个或多个本地PC或服务器44的连接，或者通过IP网关设备60到其连接到的另一设备的连接，或者通过IP网关设备60到连接到IP网络70的网络服务器72的连接。可以在此无线通信网络的核心网络20上不传送业务的情况下，建立这些连接。管理系统74能够定义设备或者IP地址，使用其可以建立此类连接。因此，如果移动网络运营商期望，可以仅使用有限数量的设备或IP地址建立这些连接。
而且，管理系统74能够规定分配给访问点50的信道(其可以由频率、时隙和/或扩频码定义，取决于特定蜂窝无线通信系统)。根据整体网络要求，可以半固定地或者可以定期改变这些信道。
图2是图示访问点50的硬件结构的示意方框图。该结构包括通过诸如ARM AMBA总线等处理器总线80互连的多个功能模块。
访问点50包括各种外部有线接口，包括RJ45以太网10/100接口82，其提供到本地LAN的连接，用于连接到IP网关设备60，从而连接到MNO网络和互联网，还提供到连接到以太网网络的其它设备的访问，例如一个或多个PC 44，或者例如用于先进服务规定的IPTV 64。因此，访问点50可以具有通过标准UMAUNC的修改版本到无线电访问网络10或者通过与普通Iub(UMTS)或Abis(GSM)接口相对的SIP到核心网络的基于IP的接口。
访问点50还包括用户标识模块(SIM)卡接口84以允许使用标准SIM卡提供用于访问点50的唯一标识符，从而识别到管理系统74和运营商无线电网络10和核心网络20的单元，进而支持将要提供的各种服务。
访问点50还包括协议引擎216，将其实施为由用于加密的专用协处理器88和用于分组处理的专用协处理器90支持的诸如ARM926(具有适当的外围设备)的小型内嵌CPU，其将为主CPU分担特定密集任务。例如，由加密加速器88处理IPSec分组负载的加密，其支持AES和3DES加密协议。访问点50至UNC 12和管理系统74的VPN连接将使用内部加密处理；可以在访问点50外部处理用户VPN加密处理。
主CPU还负责通过主CPU总线80配置和控制该系统内的所有功能块，包括基带调制解调器92和以太网端口82。将包括用于所有系统功能块的配置数据的系统软件映象存储在访问点50内的FLASH存储器94内；存储两个完整系统映象，以便可以从管理系统74将更新后的系统映象下载到访问点50，同时将先前映象保存为中断下载情况下的后退选项。
主CPU外围设备包括：用于软件稳健检查的看门狗(Watchdog)定时器，用于系统内调试的JTAG和序列端口；和用于包括LED状态指示的系统控制、系统功率管理和系统告警收集的GPIO。
访问点50包括用于在900MHz或1800MHz上的GSM的第一射频接口94和用于在2100MHz上的UMTS的第二射频接口96。因此，支持GSM和UMTS的同时操作。对于GSM和UMTS接收路径，上行链路(基站接收)和下行链路(终端接收)频率都是可访问的；对于发射路径，仅下行链路(基站发射)频率是可获得的。在安装时，访问点50从由管理系统74提供的GSM和UMTS载波频率的许可列表中选择出对于GSM和UMTS都具有最低噪声/干扰的下行链路射频载波频率；将由将其接收路径配置为UE模式和禁用其发射路径的访问点50扫描许可的下行链路频率。
设计访问点50以在建筑物内在距离固定或步行(例如不超过10km/h)用户不超过50米的距离上提供蜂窝服务，从而与常规宏小区基站相比，动态地降低所需要的发射功率。然而，可以在任一功率电平上操作和处理任意类型的移动用户的任意基站上提供在此描述的功能。
射频接口94，96通过调制解调器模拟接口98连接到基带调制解调器92，其支持用于GSM和UMTS基站调制解调器的抽样速率处理、码片速率处理(仅UMTS)和用于GSM和UMTS的符号速率处理。
访问点50将具有有限的GSM移动站(MS)和UMTS用户装置(UE)调制解调器功能，从而允许访问点50恢复来自本地GSM/UMTS基站和其它相邻访问点的广播信道(BCH)。将在初始安装过程中进入UE调制解调器模式以观察本地射频环境，和在初始安装之后在定期间隔上监视射频环境，如果需要，修改访问点配置。
使用基于软件的结构实施基带调制解调器92以保证在最长5年的现场寿命上的高适应性，例如可升级以允许进一步增强将要在现场内发送的HSDPA或EDGE服务，而不需要替换该单元。
访问点50包括在5年使用寿命上为GSM和UMTS基站操作提供足够精确性的定时和频率基准100。
因此，该访问点50的实施例提供各种操作特征。例如，它是用户可安装、自配置和适应周围射频环境的。可以将访问限制于使用标准GSM/UMTS协议的指定用户。此外，在连接到公共以太网LAN的大型室内区域内安装多个访问点可以管理在它们自身之间的越区切换，而不需要无线电网络10内的其它系统或者运营商蜂窝网络的核心网络20的干预。
图3提供在访问点50的协议引擎86以及加密加速器88和分组处理加速器90上运行的软件的结构概念图，重点是服务环境及其到较低栈层内的控制路径。
访问点50包括服务平台，其可以是四个数据网络的潜在联合，即外部MNO核心网络20、外部互联网70、诸如移动电话30的移动设备(通过GSM/UMTS)和家庭网络(通过以太网)。
访问点堆栈结构包括功能强大的服务环境120。服务环境是基于Java的，并包括Java虚拟机122和形式为API接口的访问点库124，所述接口允许应用126与堆栈低层交互以控制呼叫/数据对话、业务路由选择和诸多其它功能。服务环境120还包括Web服务器128，其提供到用户的便利接口，用于配置和监视，还用于选择和购买期望应用，带有用于通过本地PC的调试和维护的安全保护选项。服务环境120还包括管理系统(MS)客户机130，其配置访问点50和监视其操作的各个方面。MS客户机130控制规定系统，以便可以替换和重新启动在如图3所示的系统内的任意软件组件。
如上所述，服务环境120还包括各种应用126，例如由移动网络运营商或IP网关60供应商建立的，可以将其预先安装在访问点50内，或者可以通过在运营商安装或者在用户请求时从运营商网络下载而发送，例如作为可计费服务的一部分。
软件网络(ZN)层132提供对话控制功能以管理和执行确定如何配置访问点50的服务流和策略，和操作用于任意特定移动网络运营商(MNO)配置和终端用户设置。通过管理系统(MS)客户机130、Java应用或者通过Web服务器128，将配置参数装载到ZN数据库134。这些参数提供在访问点内用于对话控制操作的“规则”。对话控制功能包括：用于在MNO核心网络上的访问点50的登记、呼叫控制和业务流/路由选择的策略的实施；用于登记、呼叫控制和业务流的UMA客户机(下文将进一步描述)的控制；和在发送GSM/UMTS服务和通过IP网关60与其它服务接口的访问点资源的有效管理。
在软件的网络(ZN)层132之下，存在非访问层(NAS)功能136，需要它以便当MNO GSM/UMTS核心网络20未连接到访问点50时将服务提供给UE。此功能支持访问点50提供普通GSM/UMTS服务，例如移动用户定制的SMS和MMS，同时未以常规方式连接到GSM/UMTS核心网络。为了提供此类服务，访问点50包含通常在移动交换中心(MSC)、服务GPRS服务节点(SGSN)、GSM基站子系统(BSS)和UMTS无线电网络子系统(RNS)内包含的核心网络功能的压缩子集。
因此，如在访问点50内实施的非访问层136提供在常规GSM/UMTS网络内通常包含在MSC和SGSN节点内的各种功能。一种这样的特征是呼叫控制(CC)。这支持在两个对等实体之间的呼叫建立，主要用于电路交换连接。
NAS层136还提供：对话管理(SM)，用于控制分组数据对话；短消息服务(SMS)功能，用于在访问点50和网络SMS服务中心之间的SMS消息传输；辅助服务(SS)，例如呼叫等待、呼叫保持和多方呼叫；移动性管理/GPRS移动性管理(MM/GMM)，用于管理UE移动性单元，例如位置登记、鉴权和加密；和与可以安装在访问点50内的USIM卡相关的控制功能。访问点50还提供分组路由选择性能，其本质上是在常规网络内的GGSN功能。
在NAS功能之下，存在访问层功能，具体而言UMTS访问层功能138和GERAN访问层功能140。
UMTS访问层功能138包括一些SGSN功能、无线电网络控制器(RNC)功能和在基带调制解调器92上实施的到UMTS物理层的接口。对于支持UMTS的所有访问点服务都需要RNC和物理层接口功能，而与所使用的核心网络接口无关。
更详细地，访问层功能包括下述单元：
分组数据收敛协议(PDCP)
IP数据流的首部压缩和解压缩(可选)、用户数据传输、PDCP序列号的维护(通常是SGSN功能的一部分)。
无线电资源控制(RRC)
NAS和AS相关信息的广播；RRC连接的建立、维护和释放；无线电载体和无线电资源的建立、重新配置和释放；RRC连接移动性功能；所请求QoS的控制；UE测量报告和控制；外环功率控制；加密控制。
无线电链路控制(RLC)
信令和数据分组的发送和接收，包括分组的缓冲、分段和级联。包括三个实体类型，用于确认模式、未确认模式和透明模式。
介质访问控制(MAC)
在逻辑信道和传输信道之间的映射、选择用于每个传输信道的适当传输格式、UE之间的优先权处理、在公共和专用传输信道上到/自传输块(组)的上层PDU的复用/解复用。
UMTS层1
在基带调制解调器上实施的到UMTS调制解调器功能的接口。
GERAN访问层功能140包括BSS和一些有限SGSN功能。需要BSS功能以支持全部的GSM/GPRS/EDGE服务，而与在访问点50和MNO核心网络20之间使用的接口无关。
GERAN访问层140的SGSN功能包括下述单元：
子网络依赖收敛协议(SNDCP)
若干分组数据协议的复用；数据压缩/解压缩(可选的)；首部压缩/解压缩(可选的)；分段和重新装配。
逻辑链路控制(LLC)
LLC提供对等未确认和确认数据传输和GPRS加密功能。
GERAN访问层功能140的BSS功能包括下述单元：
无线电链路控制/媒体访问控制(RLC/MAC)
RLC/MAC支持确认和未确认模式；LLC PDU的分段和重新装配；复用到若干物理信道；广播系统信息。
无线电资源管理(RR)
RR连接建立；维护和释放；系统信息广播；分组数据资源管理。
GSM/GPRS层1
到在基带调制解调器内实施的GSM/GPRS/EDGE调制解调器功能的接口。
因而，如上所述，访问点50包括通常位于用于UMTS和GSM标准的无线电访问网络的更高层内的一些功能。这是部分因为，为了能够将数据业务路由选择到MNO核心网络，或者到互联网或者到在局域网上的设备，访问点50必需访问流向和流出远程设备的数据分组。然而，非常希望通过与在其余蜂窝网络内使用的相同加密机制确保到蜂窝设备的空中接口。因此，如果希望予以维持，因而，为了支持上面描述的服务和路由选择性能，访问点50应当包含用于空中接口加密的端接功能(即在UMTS内的RLC/MAC层)。
在访问点50内运行的软件还包括UMA客户机142，允许访问点50在非标准配置内使用UMA协议。具体而言，设计标准UMA协议以支持GSM MS或者UMTS UE，其包括UMA客户机和诸如IEEE 802.11b/g或蓝牙等未许可频谱空中接口，以使用未许可频谱与GSM/UMTS核心网络通信。然而，在访问点50内的实施方式使用UMA客户机作为GSM/UMTS基站的网络接口的一部分，以便可以修改开发以通过未许可网络控制器(UNC)与GSM/UMTS核心网络通信的UMA协议以管理由该基站处理的呼叫，包括到/自宏网络的越区切换。如先前指出的，可以使用SIP接口作为替代方法。
访问点50还包括一个或多个IP设备客户机144，以支持在“移动域”(驻留到访问点50上的移动电话和到MNO核心网络20内的业务路径)和其它IP设备之间的呼叫、控制信息或数据的传输，所述其它IP设备例如是用于固定线路电话/传真服务的在IP网关60内的VoIP/POTS端口、在用于IPTV和/或视频服务的IP网关60内的AV端口、在本地以太网LAN上的PC或服务器44或者通过IP网关60在互联网70上可访问的远程网页和/或服务器72。
每个IP设备客户机144访问在访问点50内的业务路径，并可以由在ZN层132内的对话控制器控制，所述控制器可以开始和结束与可访问IP设备的呼叫/数据对话。在访问点50内包括专用于特定设备或服务的IP设备客户机的软件结构支持将在访问点50内路由选择来自该特定设备或服务的业务，以便可以将其连接到通过GSM或UMTS访问层访问的GSM/UMTS移动设备或者通过UMA客户机访问的MNO核心网络。
此外，每个IP设备客户机144访问在LAN上的其它设备，并还访问在互联网70上可访问的其它设备。例如，通过使用适当的IP设备客户机144，可以在互联网70上将连接到访问点50的POTS电话连接到另一个POTS电话，从而进行语音呼叫。
而且，每个IP设备客户机144访问MNO的移动网络。具体而言，连接到LAN 42的任意设备或者连接到IP网关60的任意设备可以具有IP设备客户机144，该客户机可以关联自身与连接到SIM接口84的SIM卡。从MNO网络的观点来看，任一此类设备因此看起来将是移动的，并将允许其访问MNO网络。因此，通过提供具有适当期望功能的设备，随后使用USIM卡以允许在MNO核心网络上将该设备连接到一个或多个其它设备，可以将各种服务提供给用户。
进一步使用连接到USIM接口84的SIM卡以允许驻留到访问点上的移动电话以类似于多扩展无绳电话系统的方式工作。在该特定服务配置内，在访问点50内的USIM卡承载IMSI标识符，其实际上定义安装访问点50的家庭或办公室的电话线路，尽管它在移动网络运营商的系统看起来是移动号码。当呼叫在访问点50内SIM卡的IMSI时，振铃驻留到访问点50的全部移动电话，直到它们中的一个应答。以这种方式，将把到个人的来话呼叫引导到该个人的移动电话的IMSI编号，因此可能不同于通过呼叫IMSI标识符呼叫在家庭或办公室内任一用户的呼叫。当呼叫访问点自身的IMISI标识符时，则改变访问点50的呼叫处理功能。
因而，概括地说，访问点50包括由访问点使用其频谱的运营商，即相关移动网络的运营商发出的UMTS SIM卡。USIM卡承载用于移动终端的标准标识信息，最显著地，作为与SIM卡关联的电话号码的IMSI标识符和MSISDN编号。使用IMSI标识符标识访问点，予以鉴权，和使用与用于经IP接口访问MNO网络的包含SIM卡的移动终端完全相同的机制，建立经IP互联与MNO网络的安全通信。为终端设备到MNO网络的IP连接，最普通地为无线LAN或WiFi，UMA和WLAN/IMS标准接口占主流的设备，定义多个标准接口。(还可以接口支持包括SIM卡的IP设备的所谓的“Pre-IMS”系统以使用此原理)。在下文中更详细地描述这些接口的程序，但是此原理扩展到设计以支持到MNO网络内包含SIM的远程设备的任意接口。
通过在访问点50内包含SIM支持的另一性能是访问点可以与移动终端一样与MNO网络通信。具体而言，访问点能够发出到其它移动终端或固定线路设备的呼叫和接收自其的呼叫，以初始化和结束与其它设备的数据对话和发送和接收SMS和MMS消息。这允许由访问点支持大量有用的功能，包括：
·接收来自在访问点上预先登记的用户之一的关键字SMS消息，其指示访问点执行特定功能，例如将新用户添加给在访问点内存储的“许可用户”列表(可选地，访问点可以使用该对许可用户的改变更新管理系统74以维持在数据库之间的同步)。此性能可以与访问点内的应用功能和适当的IP设备客户机组合，从而可以在用户的家庭网络上初始化这些动作，例如编程基于PC的视频记录器或者启动窃贼告警或加热控制。
·将SMS或MMS消息发送给用户以向它们警告重要信息，例如新许可用户成功地添加到访问点，或者特定用户变得驻留到访问点上(即已经到家)，或者错误状态，例如由于高电平干扰导致在安装处不能提供服务。可以组合此设备与访问点应用和适当的IP设备客户机144，以便当在家庭外部时，可以将用户家庭网络内的活动中继给用户；例如，作为MMS消息，可以将由安全网络摄像机采集的在用户家门口的呼叫者的照片转发给用户。
·接收在广域网内由用户启动的呼叫/数据对话，以便用户能够访问用户家庭网络的相关信息，例如来自安全网络摄像机的现场视频或者浏览在用户家庭PC服务器内存储的信息。
·启动呼叫/数据对话，以便当由事件触发或者在预定时间上，访问点可以将信息“推送”给用户。例如，使用在访问点50内的适当IP设备客户机144和在访问点和家庭PC服务器内的适当应用软件，可以将下载到用户家庭PC上的多媒体新闻剪辑转发给用户电话，或者由股票跟踪软件或互联网拍卖站点生成的告警可以启动到用户的呼叫以邀请对触发事件的响应。
将由访问点50启动的消息、呼叫和数据对话引导到MNO网络，以便由在广域宏小区网络内的用户能够予以接收；可选地，可以将逻辑电路包括在访问点内以识别出消息/呼叫/数据对话的接收者是否已经驻留到小区上，以便可以在访问点50的空中接口上直接启动事务处理，而不浪费不必要的核心网络资源。以类似的方式，将从核心网络直接接收由访问点50端接的消息、呼叫和数据对话；可选地，访问点可以筛选输出事务处理以识别出其自身的MSISDN是否是事务处理的预期接收者，从而确定是否截取该呼叫以避免不必要地使用核心网络资源。
图4是移动通信网络的方框示意图，其中使用修改版本的现有标准UMA接口将访问点(AP)50连接到核心网络以支持回程。在此将其称作3G许可UMA(L-UMA)或3GL-UMA。在图4中，访问点(AP)50还包括图1所示的IP网关60的功能。
UMA或3GPP GAM标准定义在GANC控制器和UE之间的接口，Up接口。访问点50使用标准化消息将其自身登记和鉴权为移动设备，和建立到核心网络的安全IPSec通道。
图4图示单个UE 30，尽管多个UE可以驻留到单个访问点50上。UE是没有附加客户的3GPP标准UMTS UE。它们可以是手机、PDA、PC卡或任何其它形式因素。
使用POTS或SIP电话62通过访问点50发出家庭号码呼叫。
PC客户机44控制本地服务优先级、关系和动态呼叫/对话行为。可以将软电话功能包括在PC客户机内。
访问点50提供下述功能：
它提供在3GPP标准上的本地UMTS覆盖。
它包括USIM160，其专用于访问点50规定、配置和与核心网络鉴权，并支持用于家庭号码服务的UMTS服务。
它在3GPP标准Uu接口上与多个UE 30对接，结束本地AS和NAS层。
它在POTS接口或者到独立VoIP(SIP)电话的家庭网络/以太网接口上与本地POTS或SIP电话62对接。
它经以太网接口82在IP上与本地PC客户机44和软电话对接。
它经Itf-Zz接口与其它本地或远程访问点162对接。
它在不涉及CN网络信令的情况下发送本地服务，包括本地呼叫处理和本地互联网下载。
它在Up’接口上通过普通IP访问网络70与L-GANC 164对接，用于RRC等同信令和键控资料交换。
它在3GPP标准Uu(NAS)接口上通过Up’接口与CN合法NE(MSC 166，SGSN 168)接口，用于NAS层信令(MM，CC/SS/SMS，GMM，SM)。
它在Itf-Zz接口上通过普通IP访问网络70和L-GANC安全网络170与管理系统(ZMS)74对接，用于网络管理、服务管理、软件升级、故障报告、活动监视和故障诊断。Itf-Zz通过L-GANC安全网关170连接。
它在Gi-L(本地Gi)接口上与公共数据网络和互联网172接口，以在没有核心网络的参与下提供到本地数据的直接访问和本地互联网下载服务。
普通IP访问网络70提供在访问点50，162和L-GANC 164之间和在访问点50，162和互联网172之间的IP连接性。普通IP访问网络可以应用NAT/PAT，通常是常规的。
3G L-GANC 164是UMTS许可普通访问网络控制器。该L-GANC 164提供下述功能：
它提供与UMTS结构内的RNC的功能等同的功能。
它提供在普通IP访问网络70上到核心网络的安全访问。
它包括用于鉴权和IPSec通道的标准安全网关170。
它在3GPP标准Wm接口上与核心网络AAA 174接口，用于支持鉴权、授权和记帐程序。
它在Up’接口上通过普通IP访问网络70与多个访问点50，162接口，用于RRC等同信令和键控资料交换。
它提供用于在访问点50和ZMS 74之间的Itf-Z的安全传输。
它在3GPP标准Iu-CS接口上与核心网络MSC 166接口，用于支持电路交换服务。
它在3GPP标准Iu-PS接口上与核心网络SGSN 168接口，用于支持分组交换服务。
它提供用于在访问点50和核心网络MSC 166和SGSN 168之间的3GPP标准Uu(NAS)接口的安全传输。
它在3GPP标准Lb接口上与核心网络SMLC 176接口，用于支持在访问点网络内漫游的UE的位置信息。
它在3GPP标准CBC-RNC接口上与核心网络CBC 178接口，用于支持小区广播服务。
管理系统(ZMS)74提供用于访问点50的OAM&P功能。
更具体地：
它使用在DSL论坛TR-069规范内描述的程序和方法管理访问点50。
它负责在安装处理过程中提供访问点50。
它监视由所管理访问点报告的故障。
它提供用于运营商管理每个访问点50的配置的装置。
它提供具有安全性以限制用户已经访问的功能的用户接口。
它使用安全IP连接在Itf-Z上与访问点50对接。
它提供管理用于访问点的软件升级的装置。
它收集由访问点报告的性能量度。
它与客户服务和网络操作中心对接。
UMTS核心网络单元MSC 166，SGSN 168，AAA 174和HLR/HSS 180是3GPP标准单元，将不作进一步描述。
访问点50使用标准UE机制鉴权自身。使用IMS/SIP情况作为例子予以图示。3GPPIMS标准包括用于支持包含SIM卡的无线LAN UE的接口的定义，在此称作WLAN/IMS接口。因为访问点50包括SIM卡160，它可能看起来是包含SIM卡的无线LAN UE，以便可以重复使用此机制以鉴权MNO核心网络内的访问点50。在非标准的所谓“Pre-IMS”解决方案中包括非常类似的机制，明确地设计许多这种解决方案以支持在常规3GPP网络内包含无线LAN设备。
因此，图5图示标准WLAN/IMS接口，由此WLAN UE 190在3GPP网络194内与分组数据网关(PDG)192鉴权自身。
图6图示在此使用的鉴权机制的修改版本。实际上，访问点50使用如在3GPP标准内规定的相同鉴权机制与AAA服务器鉴权自身，和建立在分组数据网关(PDG)200上结束的安全IPSec通道。
访问点建立到家庭网络的专用于自身的IPsec通道。因此，在启动访问点50之后，它从与DSL访问关联的ISP获取本地IP地址。随后，访问点50需要用于若干目的的到家庭网络的安全专用IP连接，例如远程配置，为POTS电话提供VoIP支持，和当代表连接到访问点的每个UE建立UE专用IPsec通道时，UE专用键控资料的安全发送。通过建立到家庭网络内的PDG 200的VPN类IPsec ESP通道予以实现。
该访问点的优势在于它包含家庭MNO网络规定USIM，以与根据R6 TS 23.234的WLAN UE完全相同的方式，使用IKEv2和EAP/AKA鉴权建立此通道。
在通道建立上执行下述步骤：
1.访问点获取在家庭MNO网络内PDG200的IP地址。
2.访问点使用IKEv2和EAP-AKA鉴权以建立到在该处理中获取远程IP地址的PDG200的IPsec通道。
以类似于在WLAN 3GPP互通框架内W-APN的方式，使用指向PDG 200的完全资格域名(FQDN)本地地配置该访问点。访问点50通过在FQDN上的DNS程序解析PDG 200的IP地址。如在WLAN 3GPP互通的情况下，假设PDG 200的FQDN存在于公共DNS内。
访问点使用基于IMSI的网络访问标识符，ANI，以向家庭MNO网络标识自身，例如：
0.<IMSI_ZAP>@.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org或
IMSI_ZAP@.zap.home_network_domain.
其中：
IMSI_ZAP是位于访问点内的USIM的IMSI。
MNC是家庭MNO网络移动网络代码和MCC是移动国家代码。
可以使用前缀0表示请求AKA而非SIM鉴权。
对于基于IKE的通道建立程序，访问点将调整IKEv2的本地NAT横向支持，即IETFRFC 3948“IPsec ESP分组的UDP封装”，以处理访问点位于NAT设备之后的(可能)事实。
图7图示在家庭MNO网络内在访问点50和PDG 200之间设置IPsec中涉及的信令。这假设家庭MNO网络结构类似于3GPP-WLAN互通所考虑的结构。然而，该解决方案并不严格的取决于网络结构的相关假定，该结构支持至如下所述的PDG信令的访问点是足够的。尽管在访问点/USIM和家庭MNO网络之间的通道建立程序完全按照R6 TS23.234，在此在某些细节上予以描述，从而可以描述当访问点代表每个UE建立UE专用通道时需要的改变(用于将UE专用键控资料发送给访问点)。
在访问点已经将PDG的FQDN解析成IP地址之后，它启动通道建立程序。
在步骤701，访问点50将IKE_SA_INT消息从其UDP端口500发送到PDG 200内的UDP端口500。此消息启动在访问点和PDG之间的IKE SA的建立，它包含：
承载所支持的加密组，例如在TS 33.234内的组#2的SAI负载：
加密：在CBC模式内具有固定密钥长度的AES；
完整性：AES-XCBC-MAC-96；
伪随机功能：AES-XCBC-PRF-128；
Diffie-Hellman组2
访问点的Diffie-Hellman(DH)公共密钥，Kei和当前Ni；承载源IP地址(访问点的本地IP地址)和源端口的散列信息的NAT_DETECTION_DESTINATION_IP负载。
在步骤702，PDG 200接收IKE_SA_INIT消息和前进以计算承载其的分组的源IP地址和源端口编号的散列信息。如果它不同于在NAT_DETECTION_DESTINATION_IP负载内的值，则PDG获知访问点在NAT之后。PDG还计算在NAT_DETECTION_DESTINATION_IP负载内的其IP地址和带有该地址的端口的散列信息。如果这不同，则PDG获知它自身在NAT之后，在这种情况下，它应当开始发送保持活动分组以保持该NAT绑定不改变。以与访问点相同的方式，PDG生成其自身的NAT_DETECTION_SOURCE_IP和NAT_DETECTION_DESTINATION_IP负载，从而允许访问点确定它和/或PDG是否在NAT之后。
PDG使用所接收的Kei和Ni以及其专用DH密钥和其自己生成的当前Nr以生成七个秘密共享密钥：
SK_ai/SK_ar，将由完整性保护算法(AES-XCBC-MAC-96)用于保护IKE信令。
SK_ai/SK_er，将由加密算法(在CBC模式内AES)用于保护IKE信令。
SK_d，SK_pi/SK_pr。
通过发IKE_SA_INIT响应，PDG完成IKE SA的协商。在承载IKE_SA_INIT的IP分组内将其(从端口500到端口500)发送给源IP地址，从而确保其返回访问点，而与NAT的存在无关。这包含：
承载访问点建议加密组从而确认其接收的SAi负载；
PDG的Diffie-Hellman(DH)公共密钥，Ker和当前Nr；
承载源IP地址(PDG的本地IP地址)和源端口(500)的散列信息的NAT_DETECTION_SOURCE_IP负载；
承载目标IP地址(访问点的IP地址)和目标端口(500)的散列信息的NAT_DETECTION_DESTINATION_IP负载。
在步骤703，当访问点接收IKE_SA_INT响应时，它以与PDG相同的方式检查NAT_DETECTION_SOURCE_IP和NAT_DETECTION_DESTINATION_IP负载，以检测它和/或PDG是否在NAT之后。如果检测到NAT，则访问点将切换以将所有未来IKE信令从端口4500发送给端口4500。
PDG使用所接收的KEr和Nr以及其专用DH密钥和其自身生成的当前Ni以生成相同的七个秘密共享密钥：如同PDG向前所做的，并开始使用SK_ai/SK_ar和SK_ei/SK_er保护全部未来IKE信令。
此时，已经建立IKE SA，访问点和PDG可以安全地通信但是不存在鉴权。通过发送第一IKE_AUTH请求消息，由访问点启动此操作。访问点通过Idi负载维护它的IMSI推导标识。它还宣称通过不包括通过这两种方法之一生成的AUTH负载，将EAP用于其鉴权而非缺省IKEv2鉴权方法(基于预共享的秘密密钥或者基于证书)的它的意图。
IKE_AUTH请求消息还启动将保护将在通道上承载的全部业务的IPsec ESP SA(CHILD_SA)的建立。该消息包含：
带有访问点标识的IDi负载；
IMSI_ZAP@.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org
带有PDG FQDN的IDr负载
需要在PDG上的远程IP地址(以结束IPsec通道)和潜在地位于家庭MNO网络内的DNS服务器的IP地址(例如用于P-CSCF发现)的CP负载；
SAi，包含支持用于保护在通道内承载的业务(即通过IPsec ESP SA)的一个或多个加密组的启动者的(即访问点的)安全关联负载，例如在TS 33.234内的组#2：
加密：在CBC模式内带有128比特密钥的AES；
完整性：AES-XCBC-MAC-96；
通道模式；
TSi，TSr包含标识将在通道上承载的IP流(源范围—目标范围)的建议业务选择器。
在步骤704，通过发送包含宣称标识IMSI_ZAP@.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org的EAP鉴权请求消息，PDG请求AAA服务器鉴权访问点。
在步骤705，如果AAA并不具有正确的AKA鉴权矢量(RAND，AUTN，RES，CK，IK)，它与HSS通信以获得一个。HSS将运行用于IMSI_ZAP的AKA算法以鉴权矢量生成。
在步骤706，AAA服务器使用CK和IK以生成用于IMSI，(MSK_ZAP)的主对话密钥和用于保护EAP-AKA分组的附加密钥(TEK)。
在步骤707，AAA服务器使用矢量内的AUTN和RAND以鉴权自身，和通过PDG将承载(RAND，AUTN)的EAP-请求/AKA质询消息发送给访问点，质询访问点AKA鉴权自身。它还承载MAC以允许访问点确定不在途中篡改该EAP分组。
在步骤708，PDG在IKE_AUTH响应消息内将EAP-请求/AKA-质询(RAND，AUTN，MAC)转发给访问点，并包括证书以向访问点鉴权自身(除了在步骤718内执行基于EAP-AKA的鉴权)。
在步骤709，访问点使用它的USIM以运行AKA算法，即它：
计算MAC以检查该EAP消息未被篡改；
检查AUTN正确性；
生成(RES，CK，IK)。
此外，访问点根据CK、IK和IMSI_ZAP计算MSK_ZAP点。
在步骤710，通过在新IKE_AUTH请求消息内封装的EAP-请求/AKA-质询内发送RES值，访问点鉴权自身。它还可以检查PDG证书的正确性。
在步骤711，PDG将EAP-请求/AKA-质询(RES)转发给AAA服务器，其比较它与从HSS接收到的RES值以鉴权该访问点。
在步骤712，如果鉴权成功，则AAA服务器在成功鉴权应答内封装的EAP成功负载内将MSK_ZAP转发给PDG。
在步骤713，PDG请求AAA服务器授权访问点使用与其FQDN相关的服务(如W-APN)。
在步骤714，AAA服务器检查与IMSI_ZAP关联的概况以确定是否能够建立通道。
在步骤715，AAA服务器确认通道建立的授权。
在步骤716，通过在IKE_AUTH响应内发送EAP成功负载，PDG向访问点通知与AAA服务器的鉴权成功。
在步骤717，通过使用MAK_ZAP签名步骤701的IKE_SA_INIT消息和在新IKE_AUTH请求消息的AUTH负载内包括结果，访问点向PDG鉴权自身。
在步骤718，PDG使用其MSK_ZAP的确认以检查AUTH负载，从而鉴权访问点。随后，通过签名步骤702的IKE_SA_INIT响应，PDG使用MSK_ZAP生成其自身的AUTH负载，从而向访问点鉴权其标识。PDG在IKE_AUTH响应消息内予以发送。此外，PDG发送在配置负载(CFG_REPLY)内通道的签名远程IP地址，和协商的加密组(与所推荐的相同)，SAr2和业务选择器TSi，TSr，从而完成将保护在通道内所有业务的IPsec ESPSA的协商。最后，访问点使用其MSK_ZAP的确认以检查AUTH负载，从而鉴权PDG。
访问点50包括用于UMA和WLAN/IMS接口的客户机软件功能(专用于特定非标准Pre-IMS解决方案的客户机软件也可以包括在访问点内)。客户机功能允许访问点对于MNO网络看起来是如上所述的终端设备，但是它们还包括互通功能以允许驻留到访问点50上的标准GSM/UMTS终端对于UMA或IMS接口看起来分别是UMA设备或WLANUE。(再次，可以将相同原理扩展到基于专用Pre-IMS解决方案的围绕SIP，其具有与SIP/IMS方法的高度通用性)。可以使用为移动设备开发的SIP和UMA客户机作为这些客户机功能的基础—对于移动运营商的巨大优点在于在访问点50内而不是在电话内支持能够在IP网络上访问的客户机，以便可以继续使用合法电话与基于IP的访问网络，降低运营商的投资和改善对客户的服务。
应当使用标准GSM/UMTS程序加密从访问点50到移动终端的空中接口。为了支持加密，访问点50需要访问从MNO核心网络直接分配给UE的加密密钥信息。为了便于访问加密密钥信息，已经对标准机制进行小型修改以允许访问点使用UE标识访问通常仅提供给UE的密钥。仅在已经由核心网络鉴权访问点50之后，以便它是“可信单元”，启动此处理。此外，所包含的密钥是必需为每次呼叫刷新的临时密钥—不与访问点交换主密钥。
下面更详细地描述此用于UMA和SIP/IMS接口的此互通原理的实施。
互通功能的一个用途是支持使用UMA的UE访问和加密密钥交换。如上所述，访问点50在普通IP访问网络上连接到核心网络。存在此连接的两个选项，移动网络运营商必需能够在部署时选择：
安全IP访问，其中将安全IPsec通道应用于所有访问点至核心网络通信，包括访问点专用IPsec通道和UE专用IPsec通道；和
专用IP地址，其中MNO拥有或直接控制IP访问网络，其不通过任意专用PDN进入，在这种情况下，MNO可能不希望具有IPsec管理和开销，并可以依赖于专用IP访问的内在安全。
如果MNO要求普通IP访问网络的安全IP访问，则下文应用。在启动时，使用基于USIM的鉴权，访问点建立与SeGW的IPsec通道。使用访问点IPsec通道：
支持访问点信令和网络管理功能；
支持家庭号码服务，用于非UE呼叫(类似POTS)和固定线路替换。
对于漫游到访问点覆盖区内的每个UE，使用基于USIM的鉴权(使用访问点作为代理)，访问点建立与SeGW的一个或多个UE专用IPsec通道。图8图示一个例子，图示图4系统的相关部分，其中存在第一UE(UE1)210和第二UE(UE2)220。在这种情况下，UE1是提供关联高QoS PDP上下文230和MNO数据服务(例如MMS)和通过GGSN关联最佳努力PDP上下文232和互联网的CS服务的UE，而UE2是仅CS的UE，例如终端用户未为其启动数据连接性的UE。
在该例子中，访问点50建立用于两个UE中每个UE的相应通道，即用于第一UE 210的第一通道222，和用于第二UE 220的第二通道224。这些通道承载CS业务和可选地第一PDP上下文。在该例子中，访问点50还建立与SeGW的附加IPsec通道226，228，例如用于多个/次要PDP上下文的QoS区分。
访问点50还用具体例子说明对于合法UE透明的用于CN信令的UENAS和L-UMA客户机。可选地，访问点支持本地互联网下载。
在其它例子中，可以存在每访问点一个通道和每UE一个通道，或者修饰所有业务的每访问点的一个通道(在外部IP首部上的QoS区别)，或者IPsec通道，但是PPP或者从访问点到核心网络的等同物。
在下文中规定高层安全结构。
IP互通安全
在家庭外部存在防火墙。而且，在安全IP访问选项而非专用IP地址选项的情况下，通过在访问点和CN安全GW之间的IPsec通道保护所有通信的安全，存在每个访问点的一个IPsec通道和每个UE至少一个，全部使用基于USIM的鉴权。
访问点层安全
访问点与管理系统74鉴权服务；访问点向W-GANC登记；使用基于USIM的MM层鉴权，访问点与CN MSC/SGSN鉴权呼叫/数据服务。而且，在安全IP访问选项而非专用IP访问选项的情况下，访问点与CN安全GW鉴权和建立基于USIM的IPsec通道。
UE层安全
筛选每个UE以由访问点(由IMSI)本地地访问，UE向L-GANC登记，UE与用于呼叫/数据服务的CN MSC/SGSN和与访问点鉴权，所述访问点用作代理，使用与MSC/SGSN的基于USIM的MM层鉴权，使用在MM鉴权程序中捕获的IK，CK，存在对UE和访问点之间无线电接口的加密。在RANAP安全模式命令，MSC将这些发送给L-GANC，L-GANC在当前GA-CSR(URR)消息的扩展上或者在新的专用消息上，L-GANC将它们转发给访问点。而且，在安全IP访问选项而非专用IP访问选项的情况下，可以在访问点专用IPsec通道上承载与核心网络的初始UE信令，UE与核心网络安全GW，与访问点(基于USIM)鉴权，所述访问点用作代理和建立UE专用IPsec通道和可选地建立附加IPsec通道，用于次要/多个PDP上下文建立，用于QoS区别，除非仅使用每个访问点的一个IPsec通道。
在访问点IPsec通道建立的情况下，当使用安全IP访问选项时，用于访问点的IPsec使用基于USIM的鉴权。不需要改变标准IKEv2和EAP-AKA程序。
根据标准程序，访问点IPsec通道建立继之以向L-GANC的访问点登记，再次根据标准程序，访问点MM鉴权。
在安全IP访问选项的情况下，假设不仅仅存在每个访问点单个IPsec通道，建立UEIPsec通道。在这一阶段不开启无线电加密，该程序必需是基于UE USIM。
在已经建立IPsec通道之后，访问点L-UMA客户机在标准程序之后向L-GANC登记UE。
使用MM LAU程序同步无线电加密与MSC。使用MSC在IuCS RANAP安全模式命令内已经发送给L-GANC的加密材料，在这一阶段在访问点内存储加密密钥(IK，CK)。L-GANC在当前GA-CSR(URR)消息的扩展上或者在新的专用消息上将它们转发给访问点。
图9详细图示在电路交换登记的情况下，其中在MSC内支持鉴权和加密，用于执行MM位置区域更新和加密的程序。
在步骤901，通过将位置更新请求消息发送给访问点50，UE 30可以在空闲模式内执行PLMN和/或小区选择/重新选择。该消息可以包含UE的IMSI或TMSI。
在步骤902，可以由访问点启动识别程序，从而从UE获得IMSI，如果在位置更新请求消息内仅接收到TMSI。
步骤903仅可以应用于安全IP地址选项(而不可应用于每个访问点选项的单个IPsec)，否则该程序直接继之以步骤904。执行IKEv2和EAP-AKA，从而建立在访问点和UNC之间的安全IPsec通道。在EAP-AKA过程中，将执行鉴权和安全程序。在这种情况下，在EAP-AKA程序中将安全模式消息发送给UE。
在步骤904，一旦成功建立IPsec通道，访问点生成URR登记请求消息和将其发送给UNC，从而将UE登记到UNC上。我们假设服务UNC已经由访问点发现，在步骤905，从UNC接收URR登记接受消息，表示已经将UE登记到UNC上。
在步骤906，将从UE接收到的原始位置更新请求消息传送给在URR UL直接传输包装器内的UNC，在步骤907，UNC将位置更新请求传送给在MSC内的MM子层。
假设在3G MSC内支持鉴权和加密，则在步骤908，MM子层生成包含3G RAND和AUTN参数的鉴权请求消息，和在步骤909，UNC生成包含鉴权请求的URR DL直接传输消息并将其发送给访问点。
在步骤910，访问点接收URR DL直接传输和将鉴权请求消息发送给UE。
在步骤911，UE执行3G鉴权程序，和生成RES，将其在鉴权响应消息内发送给访问点。在步骤912，访问点在URR UL直接传输内将鉴权响应消息发送给UNC，和在步骤913，UNC接收URR UL直接传输和将鉴权响应消息发送给MSC。
在步骤914，在MSC内验证在鉴权响应内包含的RES。通过将安全模式命令发送给UNC，其应当包含CK和IK加密和完整性密钥，支持加密。在步骤915，UNC将在修改URR加密模式命令(或新消息URR安全模式命令)内的加密和完整性信息发送给访问点。
作为响应，在步骤916，访问点生成包含UEA(加密算法)、UIA(完整性算法)、FRESH和MAC-I信息的安全模式命令消息。应当指出UEA、UIA、FRESH和MAC-I可以来自访问点。
在步骤917，将安全模式完成消息从UE发送给访问点，和在步骤918，访问点生成修改的URR加密模式完成消息(或新的URR安全模式完成消息)。在步骤919，UNC将加密模式完成消息发送给MSC。
在步骤920，MSC将位置更新接受消息发送给UNC，和在步骤921，UNC将包含位置更新接受的URR DL直接传输消息发送给访问点，和在步骤922，访问点将位置更新接受发送给UE以完成登记程序。
因此，L-GANC 164将加密密钥转发给访问点50，用于无线电加密。IuCS消息是标准消息，L-UMA消息是标准UMA消息的演变。
作为上述的替代，或者附加的，可以在访问点内提供互通功能以支持使用3GPPWLAN/IMS接口的UE访问和加密密钥交换。访问点SIP框架重复使用3GPP-WLAN互通框架的这些方面，它们对于到3GPP服务的普通IP访问是正确，而非WLAN访问专用的。
重复使用的基本概念是：
使用IKEv2生成IPsec ESP通道作为到家庭MNO网络内的访问/安全网关的IP连接性载体，(以与当访问NW是GPRS时PDP上下文相同的方式)；和
使用IPsec通道的基于EAP-AKA/SIM的相互鉴权。
为了简化，重复使用术语PDG表示结束通道的在家庭MNO网络内的访问/安全网关，但是网关功能当然并不必需与3GPP-WLAN PDG相同。
访问点将建立到PDG的两种IPsec通道：一个访问点专用通道(以处理所有访问点相关信令)和用于连接到访问点的GSM/UMTS的每个UE的一个或多个UE专用通道。因而，所图示的访问点SIP解决方案依赖于访问点代表UE建立UE专用IPsec通道，通过此通道与家庭MNO网络交换全部UE相关业务，以便当UE是连接到访问点的GSM/UMTS时，它具有到普通基于3GPP CS和PS服务的无缝访问。
在建立这些EAP AKA/SIM鉴权UE专用通道中将要处理的关键问题是，当访问点结束EAP信令时，它并不具有到在UE内驻留的(U)SIM的直接访问。虽然访问点可以通过启动UMTS/GSM鉴权程序来触发UE/(U)SIM以运行AKA/SIM算法(从而耦合UE访问点GSM/UMTS鉴权程序与访问点PDG通道鉴权程序)，当AKA/SIM运行时，它将不具有到在UE/(U)SIM内生成的关键资料的直接访问。同样地，访问点可以直接从家庭MNO网络获得该关键资料。描述了实现这一目的的两种替代方法，每种方法要求在访问点和家庭MNO网络之间略微不同的接口结构。
图10图示第一结构，其应用于使用在通道建立上获取UE专用键控资料的“带内”方法的情况。
因而，在图10所示的结构中，存在在UE 30和访问点50之间的Uu接口240、在访问点50和PDG 200之间的Wu’接口242和在PDG 200和AAA服务器174之间的Wm接口。
Uu接口240是在UE和访问点之间的普通GSM/UMTS空中接口。
Wu’接口242是在R6 TS 23.234内定义的Wu接口的增强版本。当由访问点使用以代表自身建立EAP-AKA鉴权IPsec通道(使用本地访问点USIM)时，不能区别其与标准Uu接口。然而，也可以由访问点使用其以代表UE建立EAP-AKA/SIM鉴权IPsec通道，在这种情况下，支持附加功能以允许访问点请求家庭MNO网络以发送UE专用AKA/SIM生成键控资料。
这转换成定义用于IKEv2 CFG_REQUEST负载类型的三个新专用属性类型，两个在AKA鉴权的情况下承载加密密钥(CK)和完整性保护密钥(IK)，第三个在SIM鉴权的情况下承载独立加密密钥(Kc)。
Wm’接口是在R6 TS 23.234内定义的Wm接口的增强版本。当在访问点专用通道的鉴权和授权过程中使用时，不能区分其与标准Wm接口。然而，当在UE专用通道的鉴权和授权过程中使用时，支持附加功能以允许AAA服务器在AKA鉴权情况下将加密密钥(CK)和完整性保护密钥(IK)转发(给PDG)，或者在SIM鉴权的情况下，独立加密密钥(Kc)。
图11图示第二结构，其应用于使用在通道建立时获取UE专用键控资料的“带外”方法。在这种情况下，访问点50需要在家庭MNO网络内到AAA服务器174的直接接口，从而在UE专用通道建立时提取UE专用键控资料。因而，在图11所示的结构内，存在在UE 30和访问点50之间的Uu接口、在访问点50和PDG 200之间的Wu接口252、在PDG 200和AAA服务器之间的Wm接口254和在访问点50和AAA服务器174之间的Wax接口256。
Uu接口250是在UE和访问点之间的普通GSM/UMTS空中接口。
Wu接口252与R6 TS 23.234内定义的Wu接口基本上相同，唯一区别与所使用的标识格式相关。用作访问点标识的NAI包含专用前缀，从而区分它与WLAN UE。使用访问点标识(IMSI)修饰用作UE标识的NAI，从而使家庭MNO网络清楚该UE连接到该专用访问点。
Wm接口254与在R6 TS 23.234内定义的Wm基本上相同，唯一区别与用于标识访问点和连接到访问点的UE的标识格式相关，如在先前段落内讨论的。
由访问点使用Wax接口256以(从AAA服务器)提取当AKA/SIM算法在UE专用通道的鉴权过程中运行时生成的Ue专用键控资料。根据AAA服务器支持，所使用的协议是RADIUS或DIAMETER。Wax接口是在用于3GPP WLAN互通的R6 TS 23.234内定义的Wa和Wx接口的组合。其类似于Wa接口在于它通过AAA协议将访问网络(访问点)连接到家庭MNO网络内的AAA服务器。然而，其目的(以提取鉴权矢量材料CK和IK或Kc)类似于在AAA服务器和HSS之间的Wx接口。
访问点SIP解决方案的最终目的是提供用于相同服务的无缝支持，当UE是连接到访问点SIP的GSM/UMTS时，如同当通过宏蜂窝GSM/UMTS访问网络连接到家庭MNO网络的GSM/UMTS时享受的服务。
因为UE能够访问在普通IP访问网络上的家庭MNO网络的3GPP服务，访问点代表UE执行此任务。
为此目的，访问点需要代表UE在自身和家庭MNO网络之间建立用于承载UE相关业务的IP载体。实现这一目的的最佳方式是代表UE以与在3GPP R6 TS 23.234内在用于WLAN-3GPP IP访问(情况3)的WLAN-3GPP互通框架内为WLAN UE所定义的完全相同的方式建立VPN类似IPsec ESP通道。这是因为，以这种方式，访问点使每个UE对于家庭MNO网络看起来像WLAN UE，因此，可以为了访问点SIP访问解决方案重复使用用于WLAN-3GPP互通的家庭MNO网络的基础设施。
可以如下所述描述通道管理框架：
1.访问点将包含在1-1基础上将GPRS APN映射到PDG FQDN的数据库，即：
如果将GPRS APN x映射到FQDN x，FQDN x提供访问同一组的基于3GPP PS的服务，如将通过GPRS APN x可用于UE的，如果其位于在宏蜂窝GSM/UMTS访问网络。
2.在UE启动GSM/UMTS连接到访问点的过程中，这代表UE建立到PDG的缺省IPsec通道。通过访问点将在UE访问点和访问点PDG接口内的鉴权和密钥生成程序耦合在一起。建立这个到缺省(本地配置)完整资格域名FQDN_0的通道，FQDN_0同时标识PDG和将要提供的一组服务。该组由FQDN_0支持的服务包括当驻留到宏蜂窝GSM/UMTS访问网络上时通常可用于UE的全部基于3GPP CS的服务，即CS语音呼叫、SMS等。FQDN_0还可以支持与特定GPRS APN关联的基于3GPP PS的服务。
3.随后，如果UE请求启动朝向GPRS APN的PDP上下文：
如果不存在用于该GPRS APN的已经活动的PDP上下文(主PDP上下文启动程序)，则访问点检查在GPRS APN和PDG FQDN之间关联的内部数据库以查看APN是否与FQDN_0关联。如果是此情况，则重复使用现有的IPsec通道。访问点将与现有通道关联的远程IP地址和内部DNS服务器地址分配给PDP上下文(即它在活动PDP上下文接受内予以发送)。如果不是这种情况，则访问点建立朝向与GPRS APN关联的FQDN的新通道，和将与该新通道关联的远程IP地址和内部DNS服务器地址分配给PDP上下文(即它在活动PDP上下文接受内予以发送)。
如果存在用于该GPRS APN的已经活动的PDP上下文(第二PDP上下文启动程序)，则重复使用现有的通道。
当UE GSM/UMTS连接到访问点时，访问点自动地建立朝向FQDN_0的缺省UE专用IPsec通道。FQDN_0提供到用于基于3GPP CS的服务的CS-SIP互通的最小访问，还可以提供到为专用GPRS APN支持的基于3GPP PS的服务。
在建立访问点专用通道时，访问点重复使用从PDG的FQDN分析中获得的IP地址。以这种方式，使用同一PDG结束从访问点开始的全部通道，即访问点专用通道和全部UE专用通道。
当访问点代表UE请求建立通道时，通过使用访问点的IMSI修饰UE的基于IMSI的NAI，组成所使用的宣称标识。以这种方式，代表其请求该通道的UE的标识和发出请求的访问点的标识对于家庭网络是清楚的。以类似于在WLAN 3GPP IP访问内使用的方式【参见3GPP R6 TS 23.003，“用于3GPP系统到WLAN互通的编号、寻址和标识”】，也可以使用标记修饰所宣称的标识，所述标记表示是否应当使用EAP AKA或EAP SIM鉴权，例如用于EAP-AKA的0<IMSI_UE>@<IMSI_ZAP>.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org或者用于EAP-SIM的1<IMSI_UE>@<IMSI_ZAP>.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org。
对于基于IKE的通道建立程序，访问点将调控IKEv2的本地NAT横向支持以处理访问点位于NAT设备之后的(类似)事实。一旦建立IPsec ESP通道，则访问点使用IETFRFC 3948“IPsec ESP分组的UDP封装”以处理访问点位于NAT设备之后的事实。
用于代表UE建立到家庭MNO网络的IPsec通道的访问点SIP解决方案依赖于用于在访问网络层上提供端到端安全的两个互锁安全程序。
首先，在UE执行UMTS连接到访问点的情况下，访问点代表家庭MNO网络(HSS/HLR)根据R99 TS 33.102“3G安全：安全结构”执行与UE/USIM的相互UMTS访问鉴权；访问点代表UE/USIM(使用EAP-AKA根据IKEv2)执行与家庭MNO网络(与AAA服务器/HSS和PDG)的相互通道鉴权。
其次，在UE执行GSM连接到访问点的情况下，访问点代表家庭MNO网络(HSS/HLR)根据ETSI GSM 03.20：“数字蜂窝电信系统(阶段2+)；安全相关网络功能”执行UE/SIM的GSM访问鉴权，和访问点代表UE/SIM(使用EAP-SIM根据IKEv2)执行与家庭MNO网络(与AAA服务器/HSS和PDG)的相互通道鉴权。
在两种情况下，可以耦合这两个程序，因为它们都依赖于运行鉴权和生成用于访问层加密和完整性保护的键控资料的SIM/AKA算法。然而，访问点并不必需直接访问SIM/AKA算法运行的任一实体，即UE或HSS/HLR的(U)SIM。
虽然通过将EAP请求/响应交换映射给MM：鉴权请求/响应交换，访问点能够代表UE/(U)SIM执行与在家庭MNO网络内AAA服务器的相互鉴权，它依然需要获得当AKA/SIM算法运行时生成的键控资料，从而代表UE根据IKEv2/EAP执行向PDG的鉴权，从而保护GSM/UMTS空中接口。
考虑到执行到PDG的鉴权，通常是这种情况，当将EAP-AKA(封装在IKEv2内)用于在(IPsec通道建立)上在两个IKEv2对等体之间的鉴权，此相互鉴权基于对等体检查一获得作为EAP AKA交换结果的相同共享秘密。此共享秘密是根据当在EAP AKA交换过程中在两个终端上运行AKA算法时生成的公共CK和IK密钥获得的主对话密钥MSK。
在当前情况下，PDG从AAA服务器接收主对话密钥。然而，因为访问点自身不能运行AKA算法，自身不能根据UE/USIM获得CK和IK，必需存在一种外部方式，访问点通过其获取代表UE向PDG鉴权自身必需的CK和IK。
在EAP SIM鉴权的情况下，这同样适用，使用Kc替代CK和IK。
考虑保护GSM/UMTS空中接口，当UE执行到访问点的UMTS登记时，访问点必需获得与在UE/USIM上生成的一组密钥相同的用于(在UE和RNC之间)UMTS加密和完整性保护算法的一组密钥(CK，IK)。在加密密钥Kc相关的GSM登记的情况下，出现类似的问题。
因而，每次在UE/USIM和HSS/HLR之间运行AKA算法时，访问点需要访问CK和IK，每次在UE/SIM和HSS/HLR之间运行“SIM”算法时，访问Kc。
如在此描述的，访问点从家庭MNO网络获得这些密钥。访问点可以代表UE在IPsec通道建立的过程中从家庭MNO网络获得密钥，或者“带外”，通过根据位于访问点自身内的USIM在访问点和家庭MNO网络之间的先前存在连接，或者“带内”，通过代表UE在用于建立通道的EAP信令上借道。
在任一解决方案中，必需安全地传输这些密钥。通过依赖于存在在访问点和家庭MNO网络之间的预共享秘密的事实，即当访问点根据其自身的USIM先前建立与家庭MNO网络的IPsec通道时在两个终端上生成的MSK_ZAP。
图12图示“带内”解决方案，其中在自身建立UE相关IPsec通道的信令的过程中，从家庭MNO网络内的AAA服务器向访问点(通过网关)发送密钥。这要求对来自为TS23.234内Wu和Wm接口定义的IKEv2/EAP交换的负载的某些修改，从而承载密钥。
可以在PDG和访问点之间安全地发送密钥，因为在它们之间存在预先共享的秘密，MSK_ZAP，其在访问点/USIM和家庭MNO网络之间建立预先存在IPsec通道时生成。
当访问点代表UE请求建立IPsec通道时，它将其标识宣称为：
在UMTS连接的情况下，0<IMSI_UE>@<IMSI_ZAP>.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org；或者
在GSM连接的情况下，1<IMSI_UE>@<IMSI_ZAP>.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org。
在GSM连接的情况下，通过在初始IKE_AUTH Req消息的CFG_REQUEST负载内包括附加(专用)属性Kc_AT，访问点请求PDG发送UE专用加密密钥Kc。
在UMTS连接的情况下，通过在初始IKE_AUTH Req消息的CFG_REQUEST负载内包括两个附加(专用)属性CK_AT和IK_AT，访问点请求PDG发送UE专用加密和完整性密钥(CK，IK)。
随后，PDG将鉴权请求发送给AAA服务器，引用在IDi负载内接收的标识(和标识用于CS-SIP互通的访问点的FQDN_0)。
根据IDi负载包含用另一个IMSI(访问点)修饰的IMSI(UE)的事实，AAA服务器变得获知这是请求UE专用通道而非访问点专用通道。同样地，它获知除了“普通”UE专用MSK之外它还必需将UE专用键控密钥发送给PDG。假设在PDG和AAA服务器之间使用的AAA协议是DIAMETER(如由3GPP WLAN互通要求的)，则在AKA鉴权的情况下，AAA服务器可以使用：“机密性密钥AKA”AVP和“完整性密钥AKA”AVP。
在SIM鉴权的情况下，AAA服务器可以使用“机密性密钥AKA”AVP。
根据IDi负载关联UE的IMSI和访问点的IMSI的事实，PDG获知提取MSK_ZAP密钥以加密从AAA服务器接收的UE专用键控资料，PDG自建立访问点专用通道时与访问点共享此密钥。
PDG在承载EAP成功负载的IKE_AUTH响应的CFG_REPLY负载内包括此资料。
因为访问点还已知MSK_ZAP，它可以解密一个或多个负载，并访问UE专用键控资料。
图13图示所需要的IPsec通道建立信令以允许在EAP-AKA鉴权的情况下将UE/USIM相关密钥(CK，IK)传送给访问点。这基于标准的IPsec通道建立信令(TS 23.234)。类似机制适用于EAP-SIM鉴权。
具体地，图13图示在由访问点(代表UE)建立UE相关IPsec通道时可以如何将CK和IK从家庭MNO网络传送给访问点。在步骤1301，如上所述，每次开启访问点时，它建立在家庭MNO网络内到PDG的IPsec通道。此程序完全根据在R6 TS 23.2346.1.5节“用于建立UE启动通道(WLAN 3GPP IP访问)的机制”定义的程序。作为此程序的结果，访问点、PDG和AAA服务器全部共享秘密密钥，MSK_ZAP。
在步骤1302和1303，访问点和PDG建立新的IKE_SA和同意用于保护IKE信令的IPsec协议/算法，所述IKE信令用于建立UE相关IPsec通道。
IKEv2协议提供用于IKE对等体之一向另一对等体请求配置信息的普通机制。这在于在列表所请求属性的IKE请求内包括CFG_REQUEST负载。IKEv2定义若干缺省属性，包括INTERNAL_IP4_ADDRESS，其已经用于获取建立IPsec通道必需的PDG内的远程IP地址。然而，IKEv2允许扩展新专用属性类型。在这种情况下，我们定义将由访问点在步骤1304内请求PDG提供与UE关联的必需CK和IK中使用的两个附加属性CK_AT和IK_AT。此外，为了允许家庭MNO网络理解该通道建立程序与此专用访问点关联，访问点使用其自身的IMSI修饰UE的NAI，即，
0<IMSI_UE>@<IMSI_ZAP>.zap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org。
因而，如果在访问点内USIM的IMSI是234150999999999和UE的USIM的IMSI是234150888888888，则访问点代表UE宣称下述标识：
IDi＝0234150888888888@234150999999999.zap.mnc234.mcc15.3gppnetwork.org。
根据3GPP-WLAN协议(R6 TS 23.003)，0前缀通知将要使用EAP_AKA。前缀1将通知EAP-SIM。
因为IDi包含访问点的IMSI，所以PDG能够提取在访问点和GW之间的预先共享秘密，即MSK_ZAP，因而使用它以当随后在信令内从AAA服务器接收到CK和IK时加密UE相关CK和IK。
在步骤1306，AAA服务器检查它是否具有与UE的IMSI关联的存储AKA鉴权矢量(RAND，AUTN，XRES，CK，IK)。如果不是，则它向HSS查询一个新的。
当AAA服务器读取此特定形式的IDi时，它获知对于这种情况，它必需将与UE的IMSI关联的CK和IK发送给PDG，以便它最终发送给访问点。除了由AAA通常根据CK和IK生成的MSK_UE之外。
在步骤1308，访问点将EAP请求/AKA质询(RAND，MAC，AUTN)映射到MM：鉴权请求(RAND，MAC，AUTN)和将其发送给UE以触发运行AKA算法。
在步骤1309，访问点从UE接收MM：鉴权请求(RES，MAC)，将其映射成EAP响应/AKA质询(RES，MAC)，其将鉴权UE与AAA服务器。
在标准信令(TS 23.2346.1.5节)内，AAA服务器将仅发送与UE的IMSI关联的主对话密钥。然而，在这种情况下，在步骤1311，AAA服务器将两个额外AVP，即机密性密钥AKA和完整性密钥AKA添加给鉴权应答，从而使得CK和IK在PDG内可用。
如果在步骤1312至1314内授权该通道，则在步骤1315内，PDG通过CFG_REPLY负载将CK和IK发送给访问点，除了远程IP地址之外，该负载现在将承载CK和IK属性。
为了保证仅访问点能够访问CK和IK，PDG使用预先共享秘密MSK_ZAP加密这些密钥。这可以通过多种方式实现，但是需要与家庭MNO网络供应商协商具体方式。
在步骤1316，访问点使用共享秘密MSK_ZAP解密CK和IK负载。随后，访问点可以生成MSK_UE(如在[EAP-AKA]第6.4节“密钥生成”内定义的)，使用其生成正确的AUTH负载(如在[IKEv2]第2.16节“可扩展鉴权协议方法”内定义的)。
另一方面，访问点将CK和IK用于在空中接口上的加密和完整性保护。
在步骤1317，PDG检查AUTH如此鉴权通道和生成其自身的AUTH负载。访问点使用MSK_UE检查AUTH的有效性，从而鉴权PDG。
如图11所示，并参考其描述，不同结构应用于“带外”解决方案的情况。在此解决方案中，在UE专用通道建立过程中，通过向家庭MNO网络内的AAA服务器直接查询必需的UE专用键控资料，即在UMTS连接的情况下CK和IK和在GSM连接的情况下Kc，访问点获取UE专用键控资料。此查询通过RADIUS或DIAMETER经上述Wax接口执行，并介绍以支持访问点SIP解决方案。
在这种解决方案中，UE专用通道建立按照与如图13所示的相同的程序，直到访问点接收到承载EAP成功消息的IKE_AUTH响应的点，此响应向访问点通知AAA服务器已经成功地为UE执行EAP鉴权。在这一点上，访问点需要从AAA服务器提取UE专用键控资料，从而向PDG鉴权自身，并使用在空中接口上的加密和完整性保护启动。此资料是在刚刚发生的在访问点(通过使用GSM/UMTS鉴权程序查询UE)和AAA服务器之间的成功的基于EAP的相互鉴权过程中使用的鉴权矢量的一部分。
在使用DIAMETER时，则可以重新使用在TS 29.234内定义的用于3GPP WLAN互通框架的Wx接口，用于AAA服务器从HSS中提取鉴权矢量的应用。
访问点50将鉴权请求发送给AAA服务器，具有格式：
  信息单元名称   映射到DIAMETER AVP   数值
  永久用户标识   用户名称   IMSI_UE
  访问网络标识符   访问网络标识符   IMSI_ZAP
  编号鉴权项目   SIP编号鉴权项目   1
  鉴权数据   SIP鉴权数据项目   参见下表
在该请求内的加权数据内容具有格式：
  信息单元名称   映射到DIAMETER AVP   描述
  鉴权方法   鉴权方法   EAP/SIM或EAP/AKA
AAA服务器将鉴权应答发送给访问点50，具有格式：
  信息单元名称   映射到DIAMETER AVP   数值
  永久用户标识   用户名称   IMSI_UE
  访问网络标识符   访问网络标识符   IMSI_ZAP
  结果   结果编码/实验结果   成功
  鉴权数据   SIP鉴权数据项目   参加下表
在应答中的鉴权数据内容，在EAP-AKA情况下，具有格式：
 信息单元名称   映射到DIAMETER AVP   描述
 鉴权方法   鉴权方法   EAP/AKA
 机密性密钥AKA   机密性密钥   CK
 完整性密钥AKA   完整性密钥   IK
在应答中的鉴权数据内容，在EAP-SIM情况下，具有格式：
  信息单元名称   映射到DIAMETER AVP   描述
  鉴权方法   鉴权方法   EAP/AKA
  鉴权信息SIM   鉴权信息SIM   鉴权质询RAND和加密密钥Kc的级联
因此，已经描述了方法，由此安装有SIM卡的基站可以向网络鉴权自身。

Claims (22)

1.一种用于蜂窝通信系统的基站，包括用于SIM卡的接口。
2.如权利要求1要求保护的基站，包括SIP客户机软件，以便可以将根据GSM/UMTS协议的通信映射到相应SIP服务上。
3.如权利要求1或2要求保护的基站，包括UMA客户机软件，以便基站可以在宽带IP网络上与在蜂窝通信系统的核心网络内的UMAUNC通信。
4.如权利要求3要求保护的基站，其中在基站内的软件适合于将根据GSM/UMTS协议的通信映射成UMA协议。
5.如前面任一权利要求要求保护的基站，包括IPSec软件，由此基站能够提供在蜂窝通信系统的基站和核心网络之间的加密和安全传输介质。
6.如权利要求5要求保护的基站，其中基站适合于从蜂窝通信系统的核心网络接收加密密钥。
7.如权利要求6要求保护的基站，其中基站适合于适用于从蜂窝通信系统的核心网络接收的至少一个加密密钥，加密和解密在基站和移动站之间传输的消息。
8.如前面任一权利要求要求保护的基站，其中基站适合于使用在SIM卡内存储的数据向蜂窝通信系统的核心网络标识自身，以便将其识别为移动设备，并支持其发起和结束消息和呼叫。
9.如权利要求8要求保护的基站，其中基站适合于使用在SIM卡上存储的标识数据建立与蜂窝通信系统的核心网络的IPSec通道。
10.如前面任一权利要求要求保护的基站，其中基站适合于用作用于在无线通信协议上与其连接的任一通信设备的代理，以便支持该通信设备与蜂窝通信系统的核心网络通信。
11.如权利要求1要求保护的基站，其中基站适合于接收来自预先登记用户的SMS消息和按照其动作，指示基站执行特定功能。
12.如权利要求11要求保护的基站，其中特定功能包括维护数据库。
13.如权利要求12要求保护的基站，其中基站还适合于使用对所述数据库的任意改变更新相关管理系统。
14.如权利要求11要求保护的基站，其中特定功能包括控制连接到用户局域网的设备。
15.如权利要求1要求保护的基站，其中基站适合于响应于预定义条件，将SMS或MMS消息发送给用户。
16.如权利要求15要求保护的基站，其中预定义条件涉及基站的操作。
17.如权利要求15要求保护的基站，其中预定义条件涉及连接到用户局域网的设备。
18.如权利要求15至17中任一权利要求要求保护的基站，其中，如果用户的移动通信设备驻留到基站上，将所述SMS或MMS消息直接发送给所述用户，而不通过蜂窝通信系统的核心网络。
19.如权利要求1要求保护的基站，其中基站适合于接收由广域网内的用户始发的呼叫或数据和按照其动作，以便用户可以访问在用户局域网上的信息。
20.如权利要求1要求保护的基站，其中基站适合于响应于预定义条件，始发到用户的呼叫或数据对话。
21.如权利要求20要求保护的基站，其中预定义条件涉及连接到用户局域网的设备。
22.如权利要求20至21中任一权利要求要求保护的基站，其中，如果用户的移动通信设备驻留在基站上，则由所述用户直接始发所述呼叫或数据对话，而不通过蜂窝通信系统的核心网络。
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