CN102869015B - 一种mtc设备触发的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器类通信(MTC)设备触发的方法和系统，方法包括：MTC服务器向引导服务器功能实体(BSF)发送请求消息，请求消息中包含通用引导架构推送(GPI)请求信息和触发请求信息；BSF通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据触发请求信息在GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器；MTC服务器将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；MTC设备根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发。通过本发明，实现了对MTC设备触发过程的安全保护，同时保证了MTC设备与MTC服务器之间能够建立安全连接。

Description

一种MTC设备触发的方法和系统
技术领域
本发明涉及移动通信技术和机器类通信(MTC，Machine Type Communication)技术，尤其涉及一种MTC设备触发的方法和系统。
背景技术
MTC是指应用无线通信技术，实现机器与机器、机器与人之间的数据通信和交流的一系列技术及其组合的总称。机器对机器(M2M，Machine to Machine)有两层含义：第一层是机器本身，在嵌入式领域称为智能设备；第二层意思是机器和机器之间的连接，通过网络将机器连接在一起。MTC的应用范围非常广泛，如智能测量、远程监控、跟踪、医疗等，MTC的应用使人类生活更加智能化。与传统的人与人之间的通信相比，MTC设备(M2M Device)的数量巨大，应用领域广泛，具有巨大的市场前景。
在MTC通信中，主要的远距离连接技术包括：全球移动通讯系统(GSM，GlobalSystem for Mobile Communications)、通用分组无线服务技术(GPRS，General PacketRadio Service)、通用移动通信系统(UMTS，Universal Mobile TelecommunicationsSystem)等等，近距离连接技术主要有802.11b/g、蓝牙、Zigbee、射频识别(RFID，RadioFrequency Identification)等等。由于MTC整合了无线通信和信息技术，可用于双向通信，如远距离收集信息、设置参数和发送指令，因此可实现不同的应用方案，如安全监测、自动售货、货物跟踪等。几乎所有日常生活中涉及到的设备都有可能成为潜在的服务对象。MTC提供了设备实时数据在系统之间、远程设备之间、或与个人之间建立无线连接的简单手段。
GBA(Generic Bootstrapping Architecture)是指通用引导架构，GBA体系架构定义了一种在终端和服务器之间的通用的密钥协商机制。图1描述了GBA体系架构的网络模型，主要包括如下网元：
UE(User Equipment)：是终端(如手机)和全球用户识别卡(USIM，UniversalSubscriber Identity Module)/用户识别卡(SIM，Subscriber Identity Module)的总称，此处的终端可以是插卡的移动终端(如手机等)，也可以是插卡的固定终端(如机顶盒等)；
NAF(Network Application Function)：即应用服务器，实现应用的业务逻辑功能，在完成对终端的认证后为终端提供业务服务；
BSF(Bootstrapping Server Function)：即引导服务器功能实体，BSF是GBA的核心网元，BSF和UE通过认证和密钥协商(AKA，Authentication and Key Agreement)协议实现认证，并且协商出随后用于UE和NAF间通信的应用密钥，BSF能够根据本地策略设定密钥的生命期；
HSS(Home Subscriber System)：即用户归属服务器，存储终端USIM/SIM卡中的鉴权数据，如SIM卡中的Ki等；
SLF(Subscription Locator Function)：即签约位置功能实体，BSF通过查询SLF获得存储相关用户数据的HSS名称。在单一HSS环境中并不需要SLF。另外，当BSF配置成使用预先指定的HSS时，也不要求使用SLF。
GBA-PUSH(推送)是建立在GBA架构基础上的一种引导机制，GBA-PUSH的架构如下图2所示，GBA-PUSH使得UE在不需要与BSF连接的情况下，在NAF和UE之间通过引导过程建立安全连接。
在MTC系统中，MTC服务器就相当于GBA架构和GBA-PUSH架构中的NAF，MTC设备就相当于GBA架构和GBA-PUSH架构中的UE。通过GBA和GBA-PUSH架构可以建立MTC设备与MTC服务器之间的安全连接。
对于许多M2M应用，由于MTC用户需要控制与MTC设备的通信，因此不允许MTC设备随意接入MTC服务器。当MTC服务器需要与MTC设备通信时，通过触发指令触发MTC设备建立一个分组数据协议(PDP，Packet Date Protocol)/分组数据网络(PDN，Packet DateNetwork)连接。当MTC设备未连接到MTC服务器时，攻击者可能会冒充移动通信网络或MTC服务器向MTC设备发送触发指令，以触发MTC设备与MTC服务器建立连接。因此，需要采取安全措施，保证MTC设备响应来自合法移动通信网络或合法MTC服务器的触发指令。在MTC设备未连接到MTC服务器的情况下，如何安全触发MTC设备，并进一步建立MTC设备与MTC服务器之间的安全连接，是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种MTC设备触发的方法和系统，以实现在MTC设备未连接到MTC服务器的情况下，对MTC设备的安全触发。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种机器类通信(MTC)设备触发的方法，该方法包括：
MTC服务器向引导服务器功能实体(BSF)发送请求消息，所述请求消息中包含通用引导架构推送(GPI)请求信息和触发请求信息；
所述BSF通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据所述触发请求信息在所述GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器；
所述MTC服务器将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；
所述MTC设备根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发。
在BSF将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器后，该方法还包括：
所述MTC服务器将除触发指令参数信息之外的GPI信息、以及待触发MTC设备的用户相关信息保存到安全关联(SA)中。
在MTC服务器将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备后，该方法还包括：
所述MTC设备将所述GPI信息、以及自身的用户相关信息保存到SA中。
在MTC设备实现触发后，该方法还包括：
所述MTC设备向MTC服务器返回触发响应，并建立与所述MTC服务器之间的安全连接。
在MTC服务器向BSF发送请求消息之前，该方法还包括：
所述MTC设备在MTC服务器注册，所述MTC服务器保存所述MTC设备相关信息。
所述触发指令参数信息包括：触发指令参数名称。
所述触发指令参数信息进一步包括：MTC设备触发后发送信息的时间范围。
本发明还提供了一种MTC设备触发的系统，该系统包括：MTC服务器、BSF和MTC设备，其中，
所述MTC服务器，用于向所述BSF发送请求消息，所述请求消息中包含GPI请求信息和触发请求信息；
所述BSF，用于通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据所述触发请求信息在所述GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给所述MTC服务器；
所述MTC服务器还用于，将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；
所述MTC设备，用于根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发。
所述MTC服务器进一步用于，在接收到所述GPI信息后，将除触发指令参数信息之外的GPI信息、以及待触发MTC设备的用户相关信息保存到SA中。
所述MTC设备进一步用于，在接收到所述GPI信息后，将所述GPI信息、以及自身的用户相关信息保存到SA中。
所述MTC设备进一步用于，在实现触发后，向MTC服务器返回触发响应，并建立与所述MTC服务器之间的安全连接。
所述MTC服务器进一步用于，在向BSF发送请求消息之前，接收所述MTC设备的注册，并保存所述MTC设备相关信息。
所述触发指令参数信息包括：触发指令参数名称。
所述触发指令参数信息进一步包括：MTC设备触发后发送信息的时间范围。
本发明所提供的一种MTC设备触发的方法和系统，MTC服务器向BSF发送请求消息，请求消息中包含GPI请求信息和触发请求信息；BSF通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据触发请求信息在GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器；MTC服务器将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；MTC设备根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发。通过本发明，实现了对MTC设备触发过程的安全保护，同时保证了MTC设备与MTC服务器之间能够建立安全连接。
附图说明
图1为现有技术中GBA体系架构的网络模型示意图；
图2为现有技术中GBA-PUSH架构的网络模型示意图；
图3为本发明实施例中MTC设备触发的系统结构示意图；
图4为本发明实施例中MTC设备触发的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明实施例中，MTC设备是指移动通信网络中用于机器到机器通信的设备，移动通信网络包括：全球移动通信系统(GSM，Global System For Mobile Communications)网络、第三代合作伙伴计划(3GPP，The 3rd Generation Partnership Project)网络、3GPP2网络等等。
本发明实施例中，为完成MTC设备安全触发的系统如图3所示，包括：MTC设备、BSF、HSS和MTC服务器。其中，MTC设备是用于机器类通信的设备，用户识别卡、如通用集成电路卡(UICC，Universal Integrated Circuit Card)安装在MTC设备中。BSF用于在GBA-PUSH过程中，根据GBA-PUSH请求生成用于触发建立安全连接的GPI(GBA-PUSH Information)信息，BSF能够根据本地策略设定密钥的生命期。HSS用于存储了设备用户识别卡中的鉴权数据，如SIM卡、UICC卡中的Ki等。MTC服务器相当于GBA和GBA-PUSH架构中的NAF，MTC服务器可以发起触发请求，并为MTC用户提供M2M业务。在本发明的实施例中，MTC服务器可以位于移动通信网内，也可以位于移动通信网外。
本发明的实施例中，在MTC设备未连接到MTC服务器的情况下，当MTC服务器需要与该MTC设备进行通信时，可以通过触发请求或指令，激活MTC设备建立与MTC服务器之间的安全连接。当MTC服务器需要从MTC设备接收信息时，MTC服务器可以通过GBA-PUSH方式触发MTC设备，建立MTC设备与MTC服务器之间的安全连接。采用GBA-PUSH方式触发的MTC设备需要预先在MTC服务器进行注册，MTC服务器存储注册的MTC设备的相关信息；或者，MTC服务器也可以通过其他方式获得MTC设备的相关信息，包括身份信息等。
在完成MTC设备触发的过程中：
MTC服务器用于向BSF发送请求消息，该请求消息中包含GPI请求信息和触发请求信息；
BSF用于通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据触发请求信息在GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器；GPI请求处理过程需要BSF与HSS的交互，HSS为BSF提供MTC设备的用户认证相关信息；
MTC服务器还用于将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；
MTC设备用于根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发。
进一步的，MTC服务器在接收到所述GPI信息后，将除触发指令参数信息之外的GPI信息、以及待触发MTC设备的用户相关信息保存到安全关联(SA，Security Association)中。
进一步的，MTC设备在接收到GPI信息后，将GPI信息、以及自身的用户相关信息保存到SA中。
MTC设备在实现触发后，向MTC服务器返回触发响应，并建立与MTC服务器之间的安全连接。
由图3所示系统实现的MTC设备触发的方法流程如图4所示，主要包括：
步骤401，MTC服务器向BSF发送请求消息，该请求消息中包含GPI请求信息和触发请求信息。
步骤402，BSF收到请求消息后，通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据触发请求信息在GPI信息中添加触发指令参数信息。触发指令参数信息可以包括触发指令参数名称(Trigger Indication)，较佳的，还可以进一步包括MTC设备触发后发送信息的时间范围(Trigger Time)等。
添加了触发指令参数信息后的GPI信息格式，如下表1所示：
表1
步骤403，BSF将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器。
步骤404，MTC服务器保存收到的GIP信息和其他用户相关信息到一个安全关联(SA，Security Association)中。其中，触发指令参数信息无需在MTC服务器上保存。
安全关联具体包括如下表2中所示的参数信息：
表2
步骤405，MTC服务器将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC设备。
步骤406，MTC设备接收到包含触发指令参数信息的GPI信息后，根据GBA-PUSH定义的处理过程处理该GPI信息中除触发指令参数信息之外的所有GPI信息，并保存相应的SA。
步骤407，MTC设备根据GPI信息中的触发指令参数信息触发MTC设备，响应MTC服务器的触发指令，并根据SA建立与MTC服务器的安全连接。MTC设备根据所述触发指令参数信息中的Trigger Time，在对应的时间范围内向MTC服务器发送信息。
综上所述，本发明将GBA-PUSH过程用于MTC设备的触发，即将触发指令参数信息添加到GBA-PUSH过程的GPI信息中，发送给MTC设备，由于GBA-PUSH过程具有较高的安全性，因此这保证了MTC设备触发的安全性，实现了对MTC设备触发过程的安全保护，同时保证了MTC设备与MTC服务器之间能够建立安全连接。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种机器类通信(MTC)设备触发的方法，其特征在于，该方法包括：
MTC服务器向引导服务器功能实体(BSF)发送请求消息，所述请求消息中包含通用引导架构推送(GPI)请求信息和触发请求信息；
所述BSF通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据所述触发请求信息在所述GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器；
所述MTC服务器将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；
所述MTC设备根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发；
在MTC设备实现触发后，该方法还包括：
所述MTC设备向MTC服务器返回触发响应，并建立与所述MTC服务器之间的安全连接。
2.根据权利要求1所述MTC设备触发的方法，其特征在于，在BSF将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给MTC服务器后，该方法还包括：
所述MTC服务器将除触发指令参数信息之外的GPI信息、以及待触发MTC设备的用户相关信息保存到安全关联(SA)中。
3.根据权利要求1所述MTC设备触发的方法，其特征在于，在MTC服务器将包含触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备后，该方法还包括：
所述MTC设备将所述GPI信息、以及自身的用户相关信息保存到SA中。
4.根据权利要求1、2或3所述MTC设备触发的方法，其特征在于，在MTC服务器向BSF发送请求消息之前，该方法还包括：
所述MTC设备在MTC服务器注册，所述MTC服务器保存所述MTC设备相关信息。
5.根据权利要求1、2或3所述MTC设备触发的方法，其特征在于，所述触发指令参数信息包括：触发指令参数名称。
6.根据权利要求5所述MTC设备触发的方法，其特征在于，所述触发指令参数信息进一步包括：MTC设备触发后发送信息的时间范围。
7.一种MTC设备触发的系统，其特征在于，该系统包括：MTC服务器、BSF和MTC设备，其中，
所述MTC服务器，用于向所述BSF发送请求消息，所述请求消息中包含GPI请求信息和触发请求信息；
所述BSF，用于通过GPI请求处理过程生成GPI信息，并根据所述触发请求信息在所述GPI信息中添加触发指令参数信息，将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给所述MTC服务器；
所述MTC服务器还用于，将包含所述触发指令参数信息的GPI信息发送给待触发的MTC设备；
所述MTC设备，用于根据所接收的GPI信息中的触发指令参数信息实现触发；
所述MTC设备进一步用于，在实现触发后，向MTC服务器返回触发响应，并建立与所述MTC服务器之间的安全连接。
8.根据权利要求7所述MTC设备触发的系统，其特征在于，所述MTC服务器进一步用于，在接收到所述GPI信息后，将除触发指令参数信息之外的GPI信息、以及待触发MTC设备的用户相关信息保存到SA中。
9.根据权利要求7所述MTC设备触发的系统，其特征在于，所述MTC设备进一步用于，在接收到所述GPI信息后，将所述GPI信息、以及自身的用户相关信息保存到SA中。
10.根据权利要求7、8或9所述MTC设备触发的系统，其特征在于，所述MTC服务器进一步用于，在向BSF发送请求消息之前，接收所述MTC设备的注册，并保存所述MTC设备相关信息。
11.根据权利要求7、8或9所述MTC设备触发的系统，其特征在于，所述触发指令参数信息包括：触发指令参数名称。
12.根据权利要求11所述MTC设备触发的系统，其特征在于，所述触发指令参数信息进一步包括：MTC设备触发后发送信息的时间范围。
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