CN104301106A - 无线通信系统及其认证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线通信系统及其认证方法。该无线通信系统包含一使用者设备、一基站、一本籍用户服务器以及一行动管理实体。该行动管理实体用以于该使用者设备进行一连网程序前，预先自该本籍用户服务器取得一认证向量，并预先将该认证向量中对应至该使用者设备的一第一认证向量传送至该使用者设备及预先将该认证向量中对应至该基站的一第二认证向量传送至该基站。该基站用以传送一使用者设备辨识符至该使用者设备，且该使用者设备用以根据该使用者设备辨识符及该认证向量，与该基站完成一认证程序。

Description

无线通信系统及其认证方法
技术领域
本发明关于一种通讯系统及其认证方法。更具体而言，本发明关于一种无线通信系统及其认证方法。
背景技术
近年来，第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)的长期演进技术(Long Term Evolution，LTE)已普遍地被视为是下一代无线通信系统的基本架构。在此基本架构下，基于安全性(Security)以及能力(Capability)的考虑，于使用者设备(UE)进行连网程序(Attachment Procedure)的过程中，认证程序(Authentication Procedure)必须在使用者设备、基站(eNodeB)、行动管理实体(MME)及本籍用户服务器(HSS)之间来完成。因此，可以预见，该认证程序在使用者设备、基站、行动管理实体及本籍用户服务器之间所产生讯令交换，势必耗费不少时间与资源。
有鉴于此，如何在第三代合作伙伴计划的长期演进技术的基本架构下，于使用者设备进行连网程序的过程中，简化认证程序所需的讯令交换，确为本发明所属技术领域中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的是在第三代合作伙伴计划的长期演进技术的基本架构下，于使用者设备进行连网程序的过程中，简化认证程序所需的讯令交换。
为达上述目的，本发明提供一种无线通信系统。该无线通信系统包含一使用者设备、一基站、一本籍用户服务器以及一行动管理实体。该行动管理实体用以于该使用者设备进行一连网程序前，预先自该本籍用户服务器取得一认证向量，并预先将该认证向量中对应至该使用者设备的一第一认证向量传送至该使用者设备及预先将该认证向量中对应至该基站的一第二认证向量传送该基站。该基站用以传送一使用者设备辨识符至该使用者设备，且该使用者设备用以根据该使用者设备辨识符及该认证向量，与该基站完成一认证程序。
为达上述目的，本发明亦提供一种用于一无线通信系统的认证方法。该无线通信系统包含一使用者设备、一基站、一本籍用户服务器及一行动管理实体。该认证方法包含下列步骤：
于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体预先自该本籍用户服务器取得一认证向量(Authentication Vector)；
于该使用者设备进行该连网程序前，由该行动管理实体预先将该认证向量中对应至该使用者设备的一第一认证向量传送至该使用者设备及预先将该认证向量中对应至该基站的一第二认证向量传送至该基站；
由该基站传送一使用者设备辨识符至该使用者设备；以及
由该使用者设备根据该使用者设备辨识符及该认证向量，与该基站完成一认证程序。
综上所述，本发明提供了一种无线通信系统及其认证方法。更具体而言，于使用者设备进行连网程序前，本发明预先将认证程序中本籍用户服务器所需提供的信息(例如认证向量)预先传送至行动管理实体，且行动管理实体亦预先将该信息预先传送到使用者设备与基站。如此，当使用者设备进行连网程序时，认证程序将简化成只需在使用者设备与基站之间进行，因而可有效简化传统的认证程序所需的讯令交换。基于所述运作，本发明至少产生以下功效：对核心网络而言，可减少其负荷；以及对开关次数较频繁的使用者设备而言，例如机器对机器装置(machine to machine device)，可减少其电力损耗。
于参阅附图及随后描述的具体实施方式后，本发明所属技术领域的技术人员便可更了解本发明的目的、技术手段及实施例。
附图说明
以下是针对附图所记载的简单说明，并非用以限定本发明，其中：
图1为本发明的一实施例的无线通信系统1的一结构示意图；
图2为图1所示无线通信系统1的一运作示意图；
图3为图2所示认证程序461的一具体运作示意图；以及
图4为本发明的一实施例的用于一无线通信系统的认证方法的一流程图。
符号说明：
1：无线通信系统
11：使用者设备
13：基站
15：行动管理实体
17：本籍用户服务器
20：认证向量
201：第一认证向量
202：第二认证向量
22：使用者设备辨识符
40：认证数据程序
42：离网程序
44：使用者设备背景释放程序
46：连网程序
461：认证程序
4610：认证请求消息
4612：认证响应消息
4614：认证结果消息
4616：认证成功消息
S21、S23、S25、S27：步骤
具体实施方式
以下将透过实施例来解释本发明的内容，惟以下所述实施例并非用以限制本发明须在如其所述的环境、应用或方式方能实施。因此，以下所述实施例的说明仅为阐释本发明，而非用以限制本发明。于附图中，与本发明非直接相关的组件皆已省略而未绘示，且各组件之间的尺寸关仅为求容易了解，非用以限制实际实施的比例。
本发明的一实施例(简称“第一实施例”)为一种无线通信系统。图1为该无线通信系统的一结构示意图。如图1所示，无线通信系统1符合第三代合作伙伴计划的长期演进技术的基本架构。在此基本架构下，无线通信系统1包含至少一使用者设备11、至少一基站13、至少一行动管理实体15及至少一本籍用户服务器17。所述基本架构乃指符合长期演进技术系列所制定的标准，包含长期演进技术、进阶长期演进技术(LTE-advanced)及长期演进技术的前身技术。所述前身技术，例如：通用移动通讯系统(Universal MobileTelecommunications System，UMTS)、或全球行动通讯系统(Global System forMobile Communications，GSM)等等。
进一步言，前述基本架构可分为两部分，分别是演进地面无线存取网络(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)、以及演进封包核心(Evolved Packet Core，EPC)，其中演进地面无线存取网络包含使用者设备11与基站13，而演进封包核心包含行动管理实体15及本籍用户服务器17、至少一服务网关(Serving Gateway，S-GW)、及至少一封包数据网络网关(Packet Data Network Gateway，P-GW)。因服务网关与封包数据网络网关与本实施例无直接相关，故未绘示于附图。另，由于使用者设备11、基站13、行动管理实体15、本籍用户服务器17、服务网关及封包数据网络网关的基本运作、通讯方式、连接方式，皆可由长期演进技术系列所制定的标准中获知，以下将仅就与本发明直接相关的内容进行阐述。
图2为无线通信系统1的一运作示意图。如图2所示，在使用者设备11与基站13、行动管理实体15及本籍用户服务器17进行一连网程序(AttachmentProcedure)46之前，行动管理实体15已预先自本籍用户服务器17取得一认证向量(Authentication Vector)20，并已预先将认证向量20中对应至使用者设备11的第一认证向量201传送至使用者设备11及已预先将认证向量20中对应至基站13的第二认证向量202传送至基站13。认证向量20可包含使用者设备11于进行连网程序46须由本籍用户服务器17提供的任何认证信息，例如但不限于：随机数值(Random Number，RAND)、预期响应值(ExpectedResponse，XRES)、存取安全管理实体(Access Security Management Entity，KASME)、认证符号(Authentication Token，AUTN)等等。第一认证向量201与第二认证向量202可包含认证向量20中的全部或一部份内容。
行动管理实体15可透过一认证数据程序(Authentication Data Procedure)40，预先自本籍用户服务器17取得认证向量20。更具体而言，于认证数据程序40中，行动管理实体15可发出一认证数据请求(Authentication Data Request)讯令至本籍用户服务器17，然后本籍用户服务器17可因应该认证数据请求而传送一认证数据响应(Authentication Data Response)讯令至行动管理实体15，其中该认证数据响应讯令包含认证向量20。
在获取认证向量20后，行动管理实体15可透过一离网程序(DetachmentProcedure)42，预先将第一认证向量201传送至使用者设备11。当使用者设备11欲连网时，其必须透过一连网程序来完成，而当使用者设备11欲离网时，其亦必须透过一离网程序来完成。因此，在本实施例，于使用者设备11前一次执行离网程序的过程中，行动管理实体15已预先将第一认证向量201传送至使用者设备11。于其他实施例，除了透过离网程序42之外，行动管理实体15亦可透过其他程序而预先将第一认证向量201传送至使用者设备11。
离网程序42可由使用者设备11或行动管理实体15其中之一来启动。在由使用者设备11启动离网程序42的情况下，使用者设备11可传送一离网请求(Detach Request)讯令至行动管理实体15，而行动管理实体15可因应该离网请求讯令而传送一离网接受(Detach Accept)讯令至使用者设备11，其中该离网接受讯令可包含第一认证向量201。反之，在由行动管理实体15启动离网程序42的情况下，行动管理实体15可传送一离网请求讯令至使用者设备11，而使用者设备11可因应该离网请求讯令而传送一离网接受讯令至行动管理实体15，其中该离网请求讯令可包含第一认证向量201。
在获取认证向量20后，行动管理实体15可透过一使用者设备背景释放程序(UE Context Release Procedure)44，预先将第二认证向量202传送至基站13。如同前述，而当使用者设备11欲离网时，其必须透过一离网程序来完成；而当使用者设备11离网后，基站13可透过一使用者设备背景释放程序44来释放使用者设备11所需的资源。因此，在使用者设备背景释放程序44中，基站13可传送一使用者设备背景释放命令(UE Context Release Command)讯令至行动管理实体15，而行动管理实体15因应该使用者设备背景释放命令而传送一使用者设备背景释放完成(UE Context Release Complete)讯令至基站13，其中该使用者设备背景释放完成讯令可包含第二认证向量202。
在使用者设备11接收第一认证向量201以及基站13接收第二认证向量202之后，若使用者设备11欲与基站13、行动管理实体15及本籍用户服务器17进行连网程序46，其中所需的认证程序461将简化为只需要在使用者设备11与基站13之间进行即可。更具体而言，于连网程序46中，基站13可传送一使用者设备辨识符(UE Identifier)22至使用者设备11，以作为基站13辨识使用者设备11的依据。于其他实施例，基站13亦可在使用者设备11进行连网程序46之前，就预先传送使用者设备辨识符22至使用者设备11。在使用者设备11接收使用者设备辨识符22后，其即可根据使用者设备辨识符22及认证向量20的全部或一部份内容，与基站13完成一认证程序(AuthenticationProcedure)461。
图3为认证程序461的一具体运作示意图。如图3所示，使用者设备11可根据使用者设备辨识符22传送一认证请求消息4610至基站13，而基站13可根据认证请求消息4610确认使用者设备11的身分，并根据认证请求消息4610传送一认证响应消息4612至使用者设备11。传送到基站13的认证请求消息4610可直接夹带使用者设备辨识符22。然而，传送到基站13的认证请求消息4610亦可不夹带使用者设备辨识符22，而是夹带与使用者设备辨识符22相关且可让基站13辨识出使用者设备11的身分的其他信息。然后，使用者设备11可根据认证向量20的信息及认证响应消息4612传送一认证结果消息4614至基站13。举例而言，使用者设备11可根据认证向量20包含的随机数值与认证符号计算响应值(RES)，并将该响应值夹带于认证结果消息4614中传送至基站13。在基站13接获认证结果消息4614后，其可判断该响应值与认证向量20包含的预期响应值是否一致。若判断结果为一致，基站13可根据认证结果消息4614传送一认证成功消息4616至使用者设备11，告知其认证成功。
根据第三代合作伙伴计划的长期演进技术的基本架构，使用者设备11在进行连网程序46的过程中，使用者设备11必须与基站13共同完成一无线资源控制链接设定程序(Radio Resource Control Connection Setup Procedure)。因此，认证程序461可并入该无线资源控制链接设定程序中来实现。然而，于其他实施例，认证程序461亦可与该无线资源控制链接设定程序区隔开来，且各自进行。
认证程序461可并入该无线资源控制链接设定程序中来实现，当认证程序461可视为该无线资源控制链接设定程序，且其认证请求消息4610可视为一无线资源控制链接请求消息(Radio Resource Control Connection RequestMessage)，认证响应消息4612可视为一无线资源控制链接设定消息(RadioResource Control Connection Setup Message)，认证结果消息4614可视为一无线资源控制链接设定完成消息(Radio Resource Control Connection SetupComplete Message)，认证成功消息4616可视为一无线资源控制链接重组态消息(Radio Resource Control Connection Reconfiguration Message)。
本发明的另一实施例(简称“第二实施例”)为一种用于一无线通信系统的认证方法，其中该无线通信系统可包含至少一使用者设备、至少一基站、至少一本籍用户服务器及至少一行动管理实体。举例而言，第二实施例可为一种用于第一实施例的无线通信系统1的认证方法。图4为该认证方法的一流程图。如图4所示，该认证方法包含：步骤S21，于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体预先自该本籍用户服务器取得一认证向量；步骤S23，于该使用者设备进行该连网程序前，由该行动管理实体预先将该认证向量中对应至该使用者设备的一第一认证向量传送至该使用者设备及预先将该认证向量中对应至该基站的一第二认证向量传送至该基站；步骤S25，由该基站传送一使用者设备辨识符至该使用者设备；以及步骤S27，由该使用者设备根据该使用者设备辨识符及该认证向量，与该基站完成一认证程序。
在其他实施例，步骤S21更可包含以下步骤：于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体透过一认证数据程序，预先自该本籍用户服务器取得该认证向量。
在其他实施例，步骤S23更可包含以下步骤：于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体透过一离网程序，预先将该第一认证向量传送至该使用者设备。可选择地，该离网程序可由该使用者设备或该行动管理实体其中之一来启动。
在其他实施例，步骤S23更可包含以下步骤：于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体透过一使用者设备背景释放程序，预先将该第二认证向量传送至该基站。
在其他实施例，步骤S27更可包含以下步骤：由该使用者设备根据该使用者设备辨识符传送一认证请求消息至该基站；由该基站根据该认证请求消息传送一认证响应消息至该使用者设备；由该使用者设备根据该认证向量及该认证响应消息传送一认证结果消息至该基站；以及由该基站根据该认证结果消息传送一认证成功消息至该使用者设备。
在其他实施例，该认证程序可为一无线资源控制链接设定程序，该认证请求消息可为一无线资源控制链接请求消息，该认证响应消息可为一无线资源控制链接设定消息，该认证结果消息为一无线资源控制链接设定完成消息，该认证成功消息可为一无线资源控制链接重组态消息。
除了上述步骤，第二实施例的认证方法亦能执行对应至第一实施例的无线通信系统1的所有操作的步骤。因本发明所属技术领域的技术人员可根据第一实施例的相关揭露而直接了解第二实施例如何执行相对应的步骤，于此不多赘述。
综上所述，本发明提供了一种无线通信系统及其认证方法。更具体而言，于使用者设备进行连网程序前，本发明预先将认证程序中本籍用户服务器所需提供的信息(例如认证向量)预先传送至行动管理实体，且行动管理实体亦预先将该信息预先传送到使用者设备与基站。如此，当使用者设备进行连网程序时，认证程序将简化成只需在使用者设备与基站之间进行，因而可有效简化传统的认证程序所需的讯令交换。基于所述运作，本发明至少产生以下功效：对核心网络而言，可减少其负荷；以及对开关次数较频繁的使用者设备而言，例如机器对机器装置(machine to machine device)，可减少其电力损耗。
上述实施例仅用来例举本发明的部分实施方式，以及阐释本发明的技术特征，但并非用来限制本发明的涵盖范围。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均落于本发明的涵盖范围内，而本发明的涵盖范围以权利要求为准。

Claims (14)

1.一种无线通信系统，其特征在于，包含：
一使用者设备；
一基站；
一本籍用户服务器；以及
一行动管理实体，用以于该使用者设备进行一连网程序前，预先自该本籍用户服务器取得一认证向量，并预先将该认证向量中对应至该使用者设备的一第一认证向量传送至该使用者设备及预先将该认证向量中对应至该基站的一第二认证向量传送至该基站；
其中，该基站用以传送一使用者设备辨识符至该使用者设备，且该使用者设备用以根据该使用者设备辨识符及该认证向量，与该基站完成一认证程序。
2.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该行动管理实体透过一认证数据程序，预先自该本籍用户服务器取得该认证向量。
3.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该行动管理实体透过一离网程序，预先将该第一认证向量传送至该使用者设备。
4.如权利要求3所述的无线通信系统，其特征在于，该离网程序由该使用者设备或该行动管理实体其中之一来启动。
5.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该行动管理实体透过一使用者设备背景释放程序，预先将该第二认证向量传送至该基站。
6.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，该使用者设备根据该使用者设备辨识符传送一认证请求消息至该基站，该基站根据该认证请求消息传送一认证响应消息至该使用者设备，该使用者设备根据该认证向量及该认证响应消息传送一认证结果消息至该基站，该基站根据该认证结果消息传送一认证成功消息至该使用者设备，以完成该认证程序。
7.如权利要求6所述的无线通信系统，其特征在于，该认证程序为一无线资源控制链接设定程序，该认证请求消息为一无线资源控制链接请求消息，该认证响应消息为一无线资源控制链接设定消息，该认证结果消息为一无线资源控制链接设定完成消息，该认证成功消息为一无线资源控制链接重组态消息。
8.一种用于一无线通信系统的认证方法，其特征在于，该无线通信系统包含一使用者设备、一基站、一本籍用户服务器及一行动管理实体，该认证方法包含下列步骤：
(a)于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体预先自该本籍用户服务器取得一认证向量；
(b)于该使用者设备进行该连网程序前，由该行动管理实体预先将该认证向量中对应至该使用者设备的一第一认证向量传送至该使用者设备及预先将该认证向量中对应至该基站的一第二认证向量传送至该基站；
(c)由该基站传送一使用者设备辨识符至该使用者设备；以及
(d)由该使用者设备根据该使用者设备辨识符及该认证向量，与该基站完成一认证程序。
9.如权利要求8所述的认证方法，其特征在于，步骤(a)为下列步骤：于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体透过一认证数据程序，预先自该本籍用户服务器取得该认证向量。
10.如权利要求8所述的认证方法，其特征在于，步骤(b)包含下列步骤：于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体透过一离网程序，预先将该第一认证向量传送至该使用者设备。
11.如权利要求10所述的认证方法，其特征在于，该离网程序由该使用者设备或该行动管理实体其中之一来启动。
12.如权利要求8所述的认证方法，其特征在于，步骤(b)包含下列步骤：于该使用者设备进行一连网程序前，由该行动管理实体透过一使用者设备背景释放程序，预先将该第二认证向量传送至该基站。
13.如权利要求8所述的认证方法，其特征在于，步骤(d)包含下列步骤：
由该使用者设备根据该使用者设备辨识符传送一认证请求消息至该基站；
由该基站根据该认证请求消息传送一认证响应消息至该使用者设备；
由该使用者设备根据该认证向量及该认证响应消息传送一认证结果消息至该基站；以及
由该基站根据该认证结果消息传送一认证成功消息至该使用者设备。
14.如权利要求13所述的认证方法，其特征在于，该认证程序为一无线资源控制链接设定程序，该认证请求消息为一无线资源控制链接请求消息，该认证响应消息为一无线资源控制链接设定消息，该认证结果消息为一无线资源控制链接设定完成消息，该认证成功消息为一无线资源控制链接重组态消息。
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