CN103813308A - 一种上行数据传输方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行数据传输方法、装置及系统，涉及通信技术，用户设备在发送RRC连接建立请求消息时，在RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因，RNC收到该RRC建立请求消息后，即可根据接入请求原因判断是否需要进行安全激活，如果是，即可立即确定该UE的安全参数，进行安全激活流程，从而减少空口信令开销和接入时延，实现了数据传输时降低空口信令开销和接入时延。

Description

一种上行数据传输方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种上行数据传输方法、装置及系统。

背景技术

机器到机器（Machine to Machine，M2M）通信是未来智能化发展的一种趋势。在第三代移动通信系统以及其长期演进系统中需要支持机器型通信（Machine Type Communications，MTC）功能。在许多MTC应用场景中，MTC设备只向网络侧发送小数据量数据。如果采用传统的数据发送方式，即用户面传输方式，在建立用户面承载的信令过程中将会产生较大的信令开销，系统效率较低。目前在标准讨论中已有一种采用控制面传输用户数据的方式传输小数据量数据，可以减少建立和维护用户面连接所需的信令，降低信令开销，提高系统效率。但是该方式对于通用移动通信系统（Universal MobileTelecommunications System，UMTS）系统来说，每次无线资源控制（RadioResource Control，RRC）连接建立后都要进行安全模式控制过程进行安全激活，之后才能使用控制面传输小数据。

具体的，当前UMTS系统是根据人与人通信的需求进行设计的，设计了完整的信令流程用于保证人与人通信过程中数据传输的安全性以及控制的灵活性。用户设备开机后，需要经过RRC连接建立过程、鉴权和安全模式控制过程、无线承载建立过程建立用户面承载后，才能通过用户面向网络发送用户数据。

M2M通信是指机器和机器之间的通信，无需人的参与。该类型通信的一个重要的特征是海量的用户，也就是MTC终端的数目将会远远大于H2H（Human to Human，人与人）的终端，通常是H2H终端的几十倍。在很多M2M应用场景中，如：智能计量器件（如：智能电表、智能水表等）的数据上报、无线POS机发送消费信息，通常情况下只传输很少量的数据（几十bit到几百bit），通常小于1千比特，所以称为小数据。如果采用当前的信令交互和资源请求方式传输小数据将会具有大的信令开销。由于M2M终端数量庞大，大的信令开销不但会造成数据传输效率的降低，还可能造成信令拥塞而影响H2H通信的性能。因此需要对具有小数据量传输特点的M2M应用信令控制流程及资源分配过程进行优化，降低小数据传输的资源消耗以及对H2H通信的影响。目前的M2M通信技术研究中，已经将小数据传输特性作为一个重要的技术进行研究。

对于UMTS系统的上行小数据传输，目前已有一种采用控制面传输小数据的方案，即不建立用户面承载，在安全模式控制过程激活安全后用户设备（UserEquipment，UE）使用非接入层（Non-Access Stratum，NAS）消息携带小数据进行传输。

如图1所示，UTRAN利用控制面携带小数据的方法包括：

步骤S101、当终端有上行小数据要发送时，发起RRC连接建立流程。UE在RRC连接建立完成消息中携带UE的安全能力（包括支持的一系列加密算法UMTS加密算法（UMTS Encryption Algorithm，UEAs）和一系列完保算法UMTS完整性保护算法（UMTS Integrity Algorithm，UIAs）和当前通用用户识别卡（Universal SubscriberIdentity Module，USIM）中存储的CS（电路域）/PS（分组域）两个域对应的START（开始）值（用于加密和完整性保护时计算COUNT-C（加密计数器值）和COUNT-I（完整性保护计数器值））；

步骤S102、UE向无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）发送初始直传消息，包含NAS业务请求消息，携带了UE标识、密钥标识（KSI）和核心网（CN）域标识；

注：UE开机后第一次连接建立时CN会发起鉴权过程，生成加密密钥（CK）和完整性保护密钥（IK），以及标识这两个密钥的密钥标识（KSI），分别由UE和CN存储；

之后的鉴权过程是可选的，如果UE发送的初始直传消息没有携带KSI，则CN会发起鉴权过程；

步骤S103、CN向RNC发送无线接入网络应用部分（Radio Access NetworkApplication Part，RANAP）安全模式命令消息，消息参数包括一系列被允许的UEAs，UIAs和CK，IK；

步骤S104、RNC将CN发来的按推荐程度排序的UEAs和UIAs和UE发来的它支持的那些算法作比较，选出推荐程度最高的并且被UE支持的UEA和UIA。然后RNC产生一个随机数FRESH（用于完整性保护）；

步骤S105、RNC向UE发送RRC安全模式命令消息，参数包括UE安全能力、将使用的UEA、UIA、FRESH。因为UE中存有两套安全组（CS域、PS域各一个），因此RNC必须指示它使用哪一套，可以通过在消息中增加一个CN域的标识来实现。在发送此消息之前，RNC还会计算出消息的消息认证码-完整性保护（Message Authentication Code Integrity，MAC-I），并将它附着在消息之中；

步骤S106、UE收到RRC安全模式命令消息之后，首先验证消息中的UE安全能力是否就是自身最初发到网络的那个值，然后基于消息中指定的UIA、消息中的FRESH和存储的COUNT-I（完整性保护计数器值）算出期望的消息认证码-完整性保护（expected message authentication code，XMAC-I），最后将XMAC-I和MAC-I进行比较以验证消息的完整性；

步骤S107、如果上一步中的所有验证均获成功，则UE会构造RRC安全模式完成消息，并为此消息计算出鉴权码MAC-I，再将消息发送到RNC；

步骤S108、RNC收到RRC安全模式完成消息后，计算出XMAC-I，然后验证消息的完整性；

步骤S109、RNC向CN发送RANAP安全模式完成消息，报告自己选择的UEA和UIA；

步骤S110、UE启动加密后，将小数据添加到接下来的NAS信令中。NAS信令可以是现有的UPLINK DIRECT TRANSFER（上行直传）消息等，也可以是为传输小数据设计的新的NAS信令。RNC收到该NAS信令后向核心网转发，核心网收到后解出小数据并发给MTC Server（MTC服务器）；

步骤S111、MTC Server收到后响应确认消息，CN收到后使用NAS消息封装确认消息发送给UE，之后RNC释放RRC连接。

可见，对于UMTS系统的上行小数据传输，目前已有的UMTS采用控制面传输小数据的方案是需要在安全模式控制信令过程激活安全后才能使用控制面传输小数据，安全模式控制的信令过程会带来一定的信令开销和接入时延。

发明内容

本发明实施例提供一种上行数据传输方法、装置及系统，以实现数据传输时降低空口信令开销和接入时延。

一种上行数据传输方法，包括：

接收用户设备发送的无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该用户设备UE的安全参数，并向用户设备UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

接收所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向核心网CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据。

一种上行数据传输方法，包括：

核心网CN接收无线网络控制器RNC在接收用户设备发送的携带接入请求原因的无线资源控制RRC连接建立请求消息，并确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活后，发送的安全参数请求消息；

CN向所述RNC返回用于确定安全参数的无线接入网络应用部分RANAP安全模式命令消息，由所述RNC确定该用户设备UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

CN接收所述RNC在接收到所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息后，发送的RANAP安全模式完成消息；

接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据。

一种上行数据传输方法，包括：

用户设备向无线网络控制器RNC发送无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

用户设备接收所述RNC确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该用户设备UE的安全参数，并返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；

用户设备建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向所述RNC返回RRC连接建立完成消息，由所述RNC向CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

用户设备启动加密并通过RNC向CN传输上行数据。

一种上行数据传输装置，包括：

第一接收单元，用于接收用户设备发送的无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

确定单元，用于确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

第二接收单元，用于接收所述用户设备UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向核心网CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

传输单元，用于启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据。

一种上行数据传输装置，包括：

第三接收单元，用于接收无线网络控制器RNC在接收用户设备发送的携带接入请求原因的无线资源控制RRC连接建立请求消息，并确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活后，发送的安全参数请求消息；

发送单元，用于向所述RNC返回用于确定安全参数的无线接入网络应用部分RANAP安全模式命令消息，由所述RNC确定该用户设备UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

第四接收单元，用于接收所述RNC在接收到所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息后，发送的RANAP安全模式完成消息；

第五接收单元，用于接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据。

一种上行数据传输装置，包括：

请求单元，用于向无线网络控制器RNC发送无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

消息接收单元，用于接收所述RNC确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该用户设备UE的安全参数，并返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；

连接建立单元，用于建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向所述RNC返回RRC连接建立完成消息，由所述RNC向CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

数据传输单元，用于启动加密并通过RNC向CN传输上行数据。

一种上行数据传输系统，包括：用户设备UE、通信连接所述UE的无线网络控制器RNC，以及通信连接所述RNC的核心网CN，其中：

所述RNC，用于接收用户设备发送的无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；接收所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据；

UE，用于向RNC发送RRC连接建立请求消息；接收所述RNC返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向所述RNC返回RRC连接建立完成消息；启动加密并通过RNC向CN传输上行数据；

CN，用于接收所述RNC发送的RANAP安全模式完成消息；接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据。

本发明实施例提供一种上行数据传输方法、装置及系统，用户设备在发送RRC连接建立请求消息时，在RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因，RNC收到该RRC建立请求消息后，即可根据接入请求原因判断是否需要进行安全激活，如果是，即可立即确定该UE的安全参数，进行安全激活流程，从而减少空口信令开销和接入时延，实现了数据传输时降低空口信令开销和接入时延。

附图说明

图1为现有技术中的上行数据传输方法流程图；

图2为本发明实施例提供的上行数据传输方法流程图之一；

图3为本发明实施例提供的较具体的上行数据传输方法流程图之一；

图4为本发明实施例提供的较具体的上行数据传输方法流程图之二；

图5为本发明实施例提供的上行数据传输失败流程图；

图6为本发明实施例提供的上行数据传输方法流程图之二；

图7为本发明实施例提供的上行数据传输方法流程图之三；

图8为本发明实施例提供的上行数据传输装置结构示意图之一；

图9为本发明实施例提供的上行数据传输装置结构示意图之二；

图10为本发明实施例提供的上行数据传输装置结构示意图之三；

图11为本发明实施例提供的上行数据传输系统结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种上行数据传输方法、装置及系统，用户设备在发送RRC连接建立请求消息时，在RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因，RNC收到该RRC建立请求消息后，即可根据接入请求原因判断是否需要进行安全激活，如果是，即可立即确定该UE的安全参数，进行安全激活流程，从而减少空口信令开销和接入时延，实现了数据传输时降低空口信令开销和接入时延。

如图2所示，本发明实施例提供的上行数据传输方法包括：

步骤S201、接收用户设备发送的RRC连接建立请求消息，RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

步骤S202、确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

步骤S203、接收UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向CN发送RANAP安全模式完成消息；

步骤S204、启动加密并传输UE启动加密后发送的上行数据。

具体的，在步骤S202中，RNC确定该UE的安全参数，通常需要向CN请求安全参数，在根据CN返回的安全参数确定该UE的安全参数。

此时，步骤S202中，确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息，具体包括：

确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，向对应的CN请求安全参数，并接收CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息；

向UE返回RRC连接建立消息，RRC连接建立消息中携带根据CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数。

UE和RNC可以使用上一次安全激活的安全算法，在上一次连接是否时UE中会存储当时使用的安全算法，即UEA和UIA，此时，接收CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：接收CN根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，发送的携带对应UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息；根据CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：根据对应UE的安全算法生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1，由UE根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

此时，需要CN建立RNC ID（Identifier，标识）、UE标识与保存值的映射。当UE发起接入时，在没有更换RNC，而且RNC没有发起安全算法变更的情况下，CN通过上面所述的RNC请求CN传递安全参数过程将保存的安全算法UEA、UIA通知RNC，可以携带1bit默认安全算法指示，RNC收到后根据该指示不再选择安全算法，而是直接使用该消息里的安全算法，之后RNC仅在RRC连接建立消息中携带生成的FRESH，完整性保护校验MAC-I，UE收到后对该消息没有检测到UEA、UIA，就会使用之前存储的UEA、UIA建立安全上下文。

UE还可以由RNC通知其全部安全参数，即CN下发一系列安全算法UEAs、UIAs，RNC选择UEA、UIA，在RRC连接建立消息中携带全部安全参数——UE安全能力、确定选择的UEA、UIA，生成的FRESH，完整性保护校验MAC-I，UE收到该消息后根据该消息的安全参数建立安全上下文。

此时，接收CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收CN发送的携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

根据CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据CN发送的待选安全算法，选择相应的安全算法，并确定UE的安全能力、生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1；

RANAP安全模式完成消息中包括：

所选择的安全算法。

其中，确定UE的安全能力，具体包括：

根据RRC连接建立请求消息中携带UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

根据CN发送的UE开机时第一次信令交互过程中存储在CN中的UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

将预先设定的默认的安全能力作为UE的安全能力。

为进一步减少信令开销，还可以在数据传输后进行连接释放时，将当前START值通知给CN。这样，在下一次安全激活时，RANAP安全模式命令消息中可以包括前一次连接释放时的START值；RNC获得该START值后，与UE根据该START值建立RRC连接，UE也根据自身存储的前一次连接释放时的START值与RNC建立RRC连接。

其中，携带的接入请求原因可以是传输上行小数据等原因，如果是需要进行安全激活的接入请求原因，则RNC则立即进行安全激活，从而减少信令开销，下面以上行小数据传输为例进行具体说明：

如图3所示，UE和RNC使用上一次安全激活的安全算法时，该上行数据传输方法具体包括：

步骤S301、当要发送上行小数据时，UE发送RRC连接建立请求消息，携带小数据传输指示、CN域标识、UE标识和密钥标识KSI；

步骤S302、RNC收到UE发送的RRC连接建立请求消息后，如果该消息携带小数据传输指示，则判断为小数据传输，根据RRC连接建立请求消息携带的CN域标识、UE标识、密钥标识KSI，选择对应的CN建立Iu信令连接并请求CN传递安全参数，该请求安全参数消息中携带UE标识，密钥标识KSI；

步骤S303、CN收到请求安全参数消息后，根据收到的UE标识，向RNC发送RANAP安全模式命令消息，对于UE和RNC使用上一次安全激活的安全算法方式，RANAP安全模式命令消息中携带之前保存的确定选择的UEA、UIA和CK，IK。该消息还携带CN之前保存的START值；

步骤S304、RNC收到CN下发的安全参数后，对于UE和RNC使用上一次安全激活的安全算法方式，直接使用CN下发的UEA、UIA，向UE下发RRC连接建立消息携带安全参数——生成的FRESH，完整性保护校验MAC-I；

步骤S305、UE响应RRC连接建立完成消息，携带完整性保护校验MAC-I；

步骤S306、RNC收到UE的RRC连接建立完成消息后，向CN发送RANAP安全模式完成消息；

步骤S307、UE启动加密配置后，可以在随后的NAS上行直传消息携带小数据。

UE启动加密配置可以是在S305中进行，也可以是在S307中进行。

如图4所示，对于RNC通知UE全部安全参数时，该上行数据传输方法具体包括：

步骤S401、当要发送上行小数据时，UE发送RRC连接建立请求消息，携带小数据传输指示、CN域标识、UE标识和密钥标识KSI；

步骤S402、RNC收到UE发送的RRC连接建立请求消息后，如果该消息携带小数据传输指示，则判断为小数据传输，根据RRC连接建立请求消息携带的CN域标识、UE标识、密钥标识KSI，选择对应的CN建立Iu信令连接并请求CN传递安全参数，该请求安全参数消息中携带UE标识，密钥标识KSI；

步骤S403、CN收到请求安全参数消息后，根据收到的UE标识，向RNC发送RANAP安全模式命令消息，对于RNC通知UE全部安全参数方式，携带一系列被允许的UEAs、UIAs和CK、IK。该消息还携带CN之前保存的START值。

步骤S404、RNC收到CN下发的安全参数后，对于RNC通知UE全部安全参数方式，选择出UEA、UIA，下发RRC连接建立消息，并携带安全参数——UE安全能力、确定选择的UEA、UIA，FRESH，完整性保护校验MAC-I；

步骤S405、UE响应RRC连接建立完成消息，携带完整性保护校验MAC-I；

步骤S406、RNC收到UE的RRC连接建立完成消息后，向CN发送RANAP安全模式完成消息，对于RNC通知UE全部安全参数方式，该消息携带确定选择的UEA、UIA；

步骤S407、UE启动加密配置后，可以在随后的NAS上行直传消息携带小数据。

UE启动加密配置可以是在S405中进行，也可以是在S407中进行。

下面对本发明实施例涉及的消息内容的可行方式进行具体说明：

1）RRC连接建立请求消息：

RRC连接建立请求消息携带小数据指示，密钥标识KSI，可能的UE安全能力。

根据前面所述流程，对于RRC连接建立请求消息，可以是在建立原因（Establishment cause IE）中增加小数据传输，如表1所示。

表1 RRC连接建立请求消息携带的建立原因

还需要在RRC连接建立请求消息里增加3bit密钥标识KSI，如表2所示。

表2 RRC连接建立请求消息携带的携带的密钥标识

如果需要UE通知RNC其安全能力，还需要在RRC连接建立请求消息里增加完整的UE安全能力，如表3所示。

表3 RRC连接建立请求消息携带的UE安全能力

2）RRC连接建立消息

该消息中需要携带UE的安全参数

对于RRC连接建立消息需要增加安全参数，对于RNC通知UE全部安全参数方式，包括UE安全能力、确定选择的UEA、UIA，FRESH，完整性保护校验MAC-I，具体如表4所示。

表4 RRC连接建立消息携带的UE的全部安全参数

对于UE和RNC使用上一次安全激活的安全算法方式，RRC连接建立消息中则只包括FRESH，完整性保护校验MAC-I。

3）RRC连接建立完成消息

该消息中需要携带完整性保护校验MAC-I，如表5所示。

表5RRC连接建立完成消息携带的完整性保护校验

4）请求安全参数消息如表6所示。

表6请求安全参数消息

5）RANAP安全模式命令消息

在使用上一次安全激活的安全算法时，该消息中携带1bit默认安全算法指示，在需要CN通知RNC用户设备的安全能力时，该消息中携带UE的安全能力，如表7所示。

表7 RANAP安全模式命令消息

CN在发给RNC的RANAP安全模式命令消息中可携带之前保存的START值，如表8所示。

表8 RANAP安全模式命令消息中携带START值

7）Iu接口释放完成消息（Iu Release Complete）

RNC在发给CN的Iu Release Complete消息携带当前START值，如表9所示。

表9 Iu接口释放完成消息

当RRC连接建立失败时，如图5所示，当RNC收到CN下发的安全参数消息后继续RRC连接建立过程，出现RRC连接建立失败时，RNC向CN响应RANAP安全模式失败消息，失败原因可以是现有的Failure In The RadioInterface Procedure（无线接口过程失败）。

当出现UE在Idle态下发生了跨RNC的小区重选等需要更换RNC的情况时，UE在新RNC的小区下发起接入，新RNC收到RRC建立请求消息后，向CN请求安全参数，CN根据存储的RNC ID、UE标识与保存的安全算法映射判断RNC发生更换，则通过RANAP安全模式命令消息向RNC下发一系列UEAs和UIAs，由RNC选择UEA、UIA，RNC在RRC setup消息中携带选择的UEA、UIA，UE收到后使用该消息的UEA、UIA建立安全上下文。

UE在RRC连接态下发生了跨RNC的切换，CN收到源RNC的RelocationRequired（重定位申请）消息后，在发给目标RNC的Relocation Request（重定位请求）消息中携带一系列UEAs和UIAs，由RNC选择UEA、UIA，RNC在切换命令中携带选择的UEA、UIA，UE收到后使用该消息的UEA、UIA建立安全上下文。

当RNC发起安全算法变更时，可以在RNC向CN发送的请求安全参数消息里增加1bit安全算法变更指示，CN收到后通过RANAP安全模式命令消息向RNC下发一系列UEAs和UIAs，由RNC选择UEA、UIA，RNC在RRC建立消息中携带选择的UEA、UIA，UE收到后使用该消息的UEA、UIA建立安全上下文。

请求安全参数消息里增加1bit安全算法变更指示如表10所示。

表10请求安全参数消息携带1bit安全算法变更指示

本发明实施例还提供一种上行数据传输方法，由CN执行，如图6所示，包括：

步骤S601、CN接收RNC在接收用户设备发送的携带接入请求原因的RRC连接建立请求消息，并确定接入请求原因确定需要进行安全激活后，发送的安全参数请求消息；

步骤S602、CN向RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，由RNC确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

步骤S603、CN接收RNC在接收到UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息后，发送的RANAP安全模式完成消息；

步骤S604、接收RNC启动加密后传输的UE启动加密后发送的上行数据。

其中，在使用前一次安全激活时使用的安全算法时，步骤S602中，CN向RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

CN根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，确定UE的安全算法，并向RNC发送携带对应UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息。

或者，在由RNC通知UE全部安全参数时，步骤S602中，CN向RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

CN向RNC发送携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

RANAP安全模式完成消息中包括：

RNC所选择的安全算法。

为使得下一次连接时能够进一步减少信令开销，接收RNC启动加密后传输的UE启动加密后发送的上行数据后，还包括：

CN接收RNC进行连接释放后发送的当前START值。

若前一次存储了START值，在进行RANAP安全模式命令消息中还包括：

前一次连接释放时的START值；

UE建立RRC连接，具体包括：

UE根据自身存储的前一次连接释放时的START值建立RRC连接。

本发明实施例还提供一种上行数据传输方法，由UE执行，如图7所示，包括：

步骤S701、用户设备向RNC发送RRC连接建立请求消息，RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

步骤S702、用户设备接收RNC确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；

步骤S703、用户设备建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向RNC返回RRC连接建立完成消息，由RNC向CN发送RANAP安全模式完成消息；

步骤S704、用户设备启动加密并通过RNC向CN传输上行数据。

其中，RRC连接建立消息中携带根据对应UE的安全算法生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1；

用户设备建立RRC连接，具体包括：

UE根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

在由UE通知RNC其安全能力时，RRC连接建立请求消息中携带UE的安全能力。

为进一步节省信令开销，UE建立RRC连接，具体包括：

UE根据自身存储的前一次连接释放时的START值建立RRC连接。

本发明实施例还提供一种上行数据传输装置，该装置可以具体为RNC，如图8所示，包括：

第一接收单元801，用于接收用户设备发送的RRC连接建立请求消息，RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

确定单元802，用于确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

第二接收单元803，用于接收UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向CN发送RANAP安全模式完成消息；

传输单元804，用于启动加密并传输UE启动加密后发送的上行数据。

其中，确定单元802具体用于：

确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，向对应的CN请求安全参数，并接收CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息；

向UE返回RRC连接建立消息，RRC连接建立消息中携带根据CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数。

当使用前一次安全激活时使用的安全算法时，确定单元802接收CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收CN根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，发送的携带对应UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息；

确定单元根据CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据对应UE的安全算法生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1，由UE根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

当由RNC通知UE所有安全参数时，确定单元802接收CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收CN发送的携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

确定单元根据CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据CN发送的待选安全算法，选择相应的安全算法，并确定UE的安全能力、生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1；

RANAP安全模式完成消息中包括：

所选择的安全算法。

确定单元802确定UE的安全能力，具体包括：

根据RRC连接建立请求消息中携带UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

根据CN发送的UE开机时第一次信令交互过程中存储在CN中的UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

将预先设定的默认的安全能力作为UE的安全能力。

传输单元804启动加密并传输UE启动加密后发送的上行数据后，还包括：

进行连接释放，并将当前START值通知给CN。

本发明实施例还提供一种上行数据传输装置，该装置可以具体为CN，如图9所示，包括：

第三接收单元901，用于接收RNC在接收用户设备发送的携带接入请求原因的RRC连接建立请求消息，并确定接入请求原因确定需要进行安全激活后，发送的安全参数请求消息；

发送单元902，用于向RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，由RNC确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

第四接收单元903，用于接收RNC在接收到UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息后，发送的RANAP安全模式完成消息；

第五接收单元904，用于接收RNC启动加密后传输的UE启动加密后发送的上行数据。

当使用前一次安全激活时使用的安全算法时，发送单元902向RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，确定UE的安全算法，并向RNC发送携带对应UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息。

当由RNC通知UE所有安全参数时，发送单元902向RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

向RNC发送携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

RANAP安全模式完成消息中包括：

RNC所选择的安全算法。

为进一步节省信令开销，第五接收单元904还用于：

接收RNC启动加密后传输的UE启动加密后发送的上行数据后，接收RNC进行连接释放后发送的当前START值。

本发明实施例还提供一种上行数据传输装置，该装置可以具体为UE，如图10所示，该装置包括：

请求单元1001，用于向RNC发送RRC连接建立请求消息，RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

消息接收单元1002，用于接收RNC确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；

连接建立单元1003，用于建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向RNC返回RRC连接建立完成消息，由RNC向CN发送RANAP安全模式完成消息；

数据传输单元1004，用于启动加密并通过RNC向CN传输上行数据。

当使用前一次安全激活时使用的安全算法时，RRC连接建立消息中携带根据对应UE的安全算法生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1；

连接建立单元1003建立RRC连接，具体包括：

根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

为进一步节省信令开销，连接建立单元1003建立RRC连接，具体包括：

根据自身存储的前一次连接释放时的START值建立RRC连接。

本发明实施例还提供一种上行数据传输系统，如图11所示，包括：UE1101、通信连接UE1101的RNC1102，以及通信连接RNC1102的CN1103，其中：

RNC1102，用于接收用户设备发送的RRC连接建立请求消息，RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；确定接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；接收UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向CN发送RANAP安全模式完成消息；启动加密并传输UE启动加密后发送的上行数据；

UE1101，用于向RNC发送RRC连接建立请求消息；接收RNC返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向RNC返回RRC连接建立完成消息；启动加密并通过RNC向CN传输上行数据；

CN1103，用于接收RNC发送的RANAP安全模式完成消息；接收RNC启动加密后传输的UE启动加密后发送的上行数据。

本发明实施例提供一种上行数据传输方法、装置及系统，用户设备在发送RRC连接建立请求消息时，在RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因，RNC收到该RRC建立请求消息后，即可根据接入请求原因判断是否需要进行安全激活，如果是，即可立即确定该UE的安全参数，进行安全激活流程，从而减少空口信令开销和接入时延，实现了数据传输时降低空口信令开销和接入时延。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (30)

1.一种上行数据传输方法，其特征在于，包括：

接收用户设备发送的无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该用户设备UE的安全参数，并向用户设备UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

接收所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向核心网CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息，具体包括：

确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，向对应的核心网CN请求安全参数，并接收所述CN发送的携带安全参数的无线接入网络应用部分RANAP安全模式命令消息；

向所述UE返回RRC连接建立消息，所述RRC连接建立消息中携带根据所述CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收所述CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收所述CN根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，发送的携带对应所述UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息；

根据所述CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据所述对应所述UE的安全算法生成的随机数FRESH及完整保护性校验MAC-1，由所述UE根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收所述CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收所述CN发送的携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

根据所述CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据所述CN发送的待选安全算法，选择相应的安全算法，并确定UE的安全能力、生成的FRESH及完整保护性校验MAC-1；

所述RANAP安全模式完成消息中包括：

所选择的安全算法。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定UE的安全能力，具体包括：

根据所述RRC连接建立请求消息中携带UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

根据CN发送的UE开机时第一次信令交互过程中存储在CN中的UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

将预先设定的默认的安全能力作为UE的安全能力。

6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据后，还包括：

进行连接释放，并将当前开始START值通知给所述CN。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述RANAP安全模式命令消息中还包括：

前一次连接释放时的START值；

所述UE建立RRC连接，具体包括：

所述UE根据自身存储的前一次连接释放时的START值建立RRC连接。

8.一种上行数据传输方法，其特征在于，包括：

核心网CN接收无线网络控制器RNC在接收用户设备发送的携带接入请求原因的无线资源控制RRC连接建立请求消息，并确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活后，发送的安全参数请求消息；

CN向所述RNC返回用于确定安全参数的无线接入网络应用部分RANAP安全模式命令消息，由所述RNC确定该用户设备UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

CN接收所述RNC在接收到所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息后，发送的RANAP安全模式完成消息；

接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述CN向所述RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

所述CN根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，确定所述UE的安全算法，并向所述RNC发送携带对应所述UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述CN向所述RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

所述CN向所述RNC发送携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

所述RANAP安全模式完成消息中包括：

所述RNC所选择的安全算法。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据后，还包括：

所述CN接收所述RNC进行连接释放后发送的当前开始START值。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述RANAP安全模式命令消息中还包括：

前一次连接释放时的START值；

所述UE建立RRC连接，具体包括：

所述UE根据自身存储的前一次连接释放时的START值建立RRC连接。

13.一种上行数据传输方法，其特征在于，包括：

用户设备向无线网络控制器RNC发送无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

用户设备接收所述RNC确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该用户设备UE的安全参数，并返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；

用户设备建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向所述RNC返回RRC连接建立完成消息，由所述RNC向CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

用户设备启动加密并通过RNC向CN传输上行数据。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述RRC连接建立消息中携带根据所述对应所述UE的安全算法生成的随机数FRESH及完整保护性校验MAC-1；

用户设备建立RRC连接，具体包括：

所述UE根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述RRC连接建立请求消息中携带UE的安全能力。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述UE建立RRC连接，具体包括：

所述UE根据自身存储的前一次连接释放时的开始START值建立RRC连接。

17.一种上行数据传输装置，其特征在于，包括：

第一接收单元，用于接收用户设备发送的无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

确定单元，用于确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

第二接收单元，用于接收所述用户设备UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向核心网CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

传输单元，用于启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，向对应的CN请求安全参数，并接收所述CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息；

向所述UE返回RRC连接建立消息，所述RRC连接建立消息中携带根据所述CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述确定单元接收所述CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收所述CN根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，发送的携带对应所述UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息；

所述确定单元根据所述CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据所述对应所述UE的安全算法生成的随机数FRESH及完整保护性校验MAC-1，由所述UE根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述确定单元接收所述CN发送的携带安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

接收所述CN发送的携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

所述确定单元根据所述CN发送的安全参数确定的该UE的安全参数，具体包括：

根据所述CN发送的待选安全算法，选择相应的安全算法，并确定UE的安全能力、生成的随机数FRESH及完整保护性校验MAC-1；

所述RANAP安全模式完成消息中包括：

所选择的安全算法。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述确定单元确定UE的安全能力，具体包括：

根据所述RRC连接建立请求消息中携带UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

根据CN发送的UE开机时第一次信令交互过程中存储在CN中的UE的安全能力，确定UE的安全能力；或者

将预先设定的默认的安全能力作为UE的安全能力。

22.如权利要求19或20所述的装置，其特征在于，所述传输单元启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据后，还包括：

进行连接释放，并将当前开始START值通知给所述CN。

23.一种上行数据传输装置，其特征在于，包括：

第三接收单元，用于接收无线网络控制器RNC在接收用户设备发送的携带接入请求原因的无线资源控制RRC连接建立请求消息，并确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活后，发送的安全参数请求消息；

发送单元，用于向所述RNC返回用于确定安全参数的无线接入网络应用部分RANAP安全模式命令消息，由所述RNC确定该用户设备UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；

第四接收单元，用于接收所述RNC在接收到所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息后，发送的RANAP安全模式完成消息；

第五接收单元，用于接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述发送单元向所述RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

根据RNC标识和UE标识以及其映射的前一次上行传输时使用的安全算法，确定所述UE的安全算法，并向所述RNC发送携带对应所述UE的安全算法指示的RANAP安全模式命令消息。

25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述发送单元向所述RNC返回用于确定安全参数的RANAP安全模式命令消息，具体包括：

向所述RNC发送携带待选安全算法的RANAP安全模式命令消息；

所述RANAP安全模式完成消息中包括：

所述RNC所选择的安全算法。

26.如权利要求24或25所述的装置，其特征在于，所述第五接收单元还用于：

接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据后，接收所述RNC进行连接释放后发送的当前开始START值。

27.一种上行数据传输装置，其特征在于，包括：

请求单元，用于向无线网络控制器RNC发送无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；

消息接收单元，用于接收所述RNC确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该用户设备UE的安全参数，并返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；

连接建立单元，用于建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向所述RNC返回RRC连接建立完成消息，由所述RNC向CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；

数据传输单元，用于启动加密并通过RNC向CN传输上行数据。

28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述RRC连接建立消息中携带根据所述对应所述UE的安全算法生成的随机数FRESH及完整保护性校验MAC-1；

所述连接建立单元建立RRC连接，具体包括：

根据该FRESH及完整保护性校验MAC-1和UE保存的前一次上行传输时使用的安全算法进行RRC连接建立。

29.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述连接建立单元建立RRC连接，具体包括：

根据自身存储的前一次连接释放时的开始START值建立RRC连接。

30.一种上行数据传输系统，其特征在于，包括：用户设备UE、通信连接所述UE的无线网络控制器RNC，以及通信连接所述RNC的核心网CN，其中：

所述RNC，用于接收用户设备发送的无线资源控制RRC连接建立请求消息，所述RRC连接建立请求消息中携带接入请求原因；确定所述接入请求原因确定需要进行安全激活时，确定该UE的安全参数，并向UE返回携带该安全参数的RRC连接建立消息；接收所述UE建立RRC连接完成后返回的RRC连接建立完成消息，并向CN发送无线接入网络应用部分RANAP安全模式完成消息；启动加密并传输所述UE启动加密后发送的上行数据；

UE，用于向RNC发送RRC连接建立请求消息；接收所述RNC返回的携带该安全参数的RRC连接建立消息；建立RRC连接，并在建立RRC连接完成后向所述RNC返回RRC连接建立完成消息；启动加密并通过RNC向CN传输上行数据；

CN，用于接收所述RNC发送的RANAP安全模式完成消息；接收所述RNC启动加密后传输的所述UE启动加密后发送的上行数据。

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