JP2008154246A - プロトコルエラー回復方法及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信システムにおいてプロトコルエラーを回復する方法及び装置を提供する。
【解決手段】 方法は、圧縮かつ暗号化されたヘッダを含んだパケットを受信する段階と、復号パラメータに基づいて上記ヘッダを復号して復号結果を取得する段階と、解凍アルゴリズムに基づいて復号結果を解凍し、解凍結果を取得する段階と、解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断する段階と、上記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復する段階とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は無線通信システムにおいてプロトコルエラーを回復する方法及び装置に関する。特に復号パラメータのエラーを適時に回復し、パケットの不必要な削除を回避し、送信効率を向上させ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が発展する中で、第三世代移動通信のスペクトル利用効率と送信速度はもはや市場の要求に対応できなくなっている。それに鑑みて、次世代通信技術の開発が進められ、それにかかる通信プロトコルの改定も行われている。

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て、そのＲＬＣ（無線リンク制御）層とＭＡＣ（媒体アクセス制御）層は基地局（ノードＢ）とＲＮＣ（無線ネットワークコントローラ）に別個に設けるのでなく、同一のネットワークエンティティー（例えば基地局）に統合されているので、構造が比較的に簡単である。

ＬＴＥ無線通信システムでは、パケットの暗号化と復号化はＰＤＣＰ（パケットデータ収斂プロトコル）層で行われる。ＰＤＣＰ層は更に、ＲＯＨＣ（ロバストヘッダ圧縮）などの技術でパケットのヘッダを圧縮する。ヘッダ圧縮とパケット暗号化の動作について図１を参照する。図１はＬＴＥシステムのＰＤＣＰ層で行われるパケット暗号化とヘッダ圧縮を表す説明図である。

図１では、ＨＤはヘッダを示し、ＰＬはペイロードを示し、ＣＨＤは圧縮されたヘッダを示し、ＳＮはＰＤＣＰシーケンス番号を示し、ＣＤＴは暗号化された暗号化データを示す。上位層からのＳＤＵ（サービスデータユニット）を受けると、ＰＤＣＰ層はパケットのヘッダＨＤとペイロードＰＬを分離し、ヘッダ圧縮技術でヘッダＨＤを圧縮して圧縮ヘッダＣＨＤにする。注意すべきは、ヘッダ圧縮技術はヘッダのみ圧縮して、ペイロードＰＬの内容を変更しない。また、圧縮ヘッダＣＨＤは一般にヘッダＨＤより短いが、特定の状況では、圧縮ヘッダＣＨＤに他データが含まれて元のヘッダＨＤと等しいかそれより長い場合がある。

ヘッダを圧縮した後、ＰＤＣＰ層はＰＤＣＰシーケンス番号ＳＮを添付し、ＰＤＣＰシーケンス番号ＳＮ以外の部分（圧縮ヘッダＣＨＤとペイロードＰＬ）を暗号化して暗号化データＣＤＴにする。この暗号化データＣＤＴとＰＤＣＰシーケンス番号ＳＮの組み合わせはすなわちＰＤＣＰ層から下位層に出力されるＰＤＵ（プロトコルデータユニット）である。言い換えれば、ＰＤＣＰシーケンス番号ＳＮ自体は平文で送信される。

図１では送信端のＰＤＣＰ層でのパケット暗号化とヘッダ圧縮を示す。それに対して、受信端のＰＤＣＰ層でのパケット復号とヘッダ解凍は図１に示すものと逆である。つまり、受信端のＰＤＣＰ層はパケットを復号してからヘッダを解凍することで、データを復元する。ヘッダ解凍完了後、データの正確性を確保することを目的として、受信端はヘッダに対してＣＲＣ（巡回冗長検査）を実行する。ＣＲＣ検査を通過すれば後続の処理に進み、通過できなければパケットを削除する。

ＰＤＣＰ層での暗号化と復号化処理はユーザーデータと信号情報の傍受による損害を回避するために行われる。従来の無線通信システムの暗号化方法は、送信端で暗号鍵、暗号化シーケンス番号などのパラメータあるいは変数に基づいて、特定のアルゴリズムで鍵ストリームデータを算出してから、これで平文を暗号化して暗号文にする。それに対して、暗号文の復号は受信端で逆のプロセスで実行される。暗号化シーケンス番号は、送信端の受信端に保存されたＨＦＮ（ハイパーフレーム番号）と、送信パケットのヘッダに組み込まれたパケットシーケンス番号を含む。

ＨＦＮはパケットＳＮの繰り上がり数に相当する。パケットシーケンス番号のビット数で表示可能な値を超えた場合、パケットシーケンス番号は初期値に戻され、ＨＦＮには１を加算される。例えば、パケットシーケンス番号が７ビットの場合、即ち表示可能な範囲が０〜１２７となった場合、パケットシーケンス番号が１２７を超えるとＨＦＮに１を加算し、パケットＳＮを０に戻す。したがって、各パケットのシーケンス番号を利用して送信端と受信端でＨＦＮを適時に累加し、両方のＨＦＮを同期すれば、暗号化／復号化を円滑に進めることができる。

ＨＦＮはパケットＳＮの繰り上がり数に相当するので、受信端で送信端の送信順序どおりにパケットを受信しなければ、ＨＦＮが誤って累加され、受信端と送信端のＨＦＮが同期しなくなって暗号化が失敗することが必至である。この場合、ヘッダの解凍結果もエラーとなってＣＲＣ検査を通過できないので、パケット全体が削除される。しかし、従来の技術ではＬＴＥ無線通信システムのＨＦＮ非同期エラーの検出あるいは回復について何も規定していない。

本発明は上記従来の問題を解決することを目的に、無線通信システムにおいてプロトコルエラーを回復する方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は無線通信システムの受信端においてプロトコルエラーを回復する方法を提供する。該方法は、圧縮かつ暗号化されたヘッダを含んだパケットを受信する段階と、復号パラメータに基づいて上記ヘッダを復号して復号結果を取得する段階と、解凍アルゴリズムに基づいて復号結果を解凍し、解凍結果を取得する段階と、解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断する段階と、上記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復する段階とを含む。

本発明は更に、無線通信システムにおいてプロトコルエラーを正確に回復する通信装置を提供する。該通信装置は、通信装置の機能を実現する制御回路と、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。該プログラムコードは、圧縮かつ暗号化されたヘッダを含んだパケットを受信するコードと、復号パラメータに基づいて上記ヘッダを復号して復号結果を取得するコードと、解凍アルゴリズムに基づいて復号結果を解凍し、解凍結果を取得するコードと、解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断するコードと、上記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復するコードとを含む。

本発明はパケットのヘッダを復号・解凍してから、ヘッダ解凍の結果に基づいて復号パラメータの正確性を判断し、プロトコルエラーを適時に回復する。そうすると、パケットが不必要に削除されるのを回避し、送信効率を向上させることができる。

かかる方法及び装置の特徴を詳述することを目的として、具体的な実施例を挙げ、図を参照して以下に説明する。

図２を参照する。図２は無線通信システムに設けられる無線通信装置１００のブロック図である。該無線通信システムは望ましくはＬＴＥ無線通信システムである。説明を簡素化することを目的に、図２では無線通信装置１００の入力装置１０２、出力装置１０４、制御回路１０６、ＣＰＵ（中央処理装置）１０８、記憶装置１１０、プログラムコード１１２及びトランシーバー１１４のみ描かれている。

無線通信装置１００では、制御回路１０６はＣＰＵ１０８を用いて記憶装置１１０に記録されたプログラムコード１１２を実行し、無線通信装置１００の動作を制御し、入力装置１０２（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１０４（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１１４は受信した信号を制御回路１０６に送信し、または制御回路１０６による信号を無線で出力する。言い換えれば、通信プロトコルに当てはめれば、トランシーバー１１４は第一層の一部とみなされ、制御回路１０６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１１２を表す説明図である。プログラムコード１１２はアプリケーション層２００と、第三層インターフェイス２０２と、第二層インターフェイス２０６を備え、第一層インターフェイス２１８と接続されている。第三層インターフェイス２０２はＰＤＣＰ層インターフェイス２０８を含み、第二層インターフェイス２０６はリンク制御を実行し、第一層インターフェイス２１８は物理接続に用いられる。

図２に示す実施例では、ＰＤＣＰ層インターフェイス２０８は第三層インターフェイス２０２に割り当てられるが、第二層インターフェイス２０６に割り当てることもできる。ＰＤＣＰ層がどの層に属するかは本発明と無関係である。

ＰＤＣＰ層インターフェイス２０８はパケットを暗号化・復号化し、そのヘッダを圧縮・解凍することで、通信の安全性と無線資源の使用効率を向上させる。それに鑑みて、本発明はプロトコルエラーを正確に回復するためのプロトコルエラー回復プログラムコード２２０を提供する。

図４を参照する。図４は本発明による方法４０のフローチャートである。下記方法４０は無線通信システムの受信端でのプロトコルエラー回復に用いられ、プロトコルエラー回復プログラムコード２２０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：圧縮かつ暗号化されたヘッダを含んだパケットを受信する。
ステップ４０４：復号パラメータに基づいて上記ヘッダを復号して復号結果を取得する。
ステップ４０６：解凍アルゴリズムに基づいて復号結果を解凍し、解凍結果を取得する。
ステップ４０８：解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断する。
ステップ４１０：上記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復する。
ステップ４１２：終了。

以上のとおり、受信端でパケットを受信した後、ＰＤＣＰ層はパケットのヘッダを復号してから解凍する。その後、解凍結果を検査して、復号時に使われた復号パラメータの正確性を判断し、不正確と判明した場合にプロトコルエラーを回復する。言い換えれば、ＰＤＣＰ層の受信パケットに対して、本発明はヘッダ解凍結果の検査によりパケットが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復する。

望ましくは、ヘッダの解凍結果に対してＣＲＣ検査を行うか、または解凍アルゴリズムに許容されない値がヘッダ解凍結果のフィールドに存在するかどうかで復号パラメータの正確性を判断する。望ましくは、解凍アルゴリズムはＲＯＨＣヘッダ圧縮技術に対応し、復号パラメータはＨＦＮであり、受信端はＨＦＮ同期プロセス（例えばリセットを起動するか、正確なＨＦＮを含んだメッセージを送信するように送信端に要求する）でＨＦＮの同期を回復する。

一方、復号パラメータのエラーが回復された後、本発明はこの回復された復号パラメータでヘッダを復号してパケットを解凍し、正確なパケットデータを取得する。そうすると、ヘッダ圧縮のエラーでパケット全体が削除される従来の問題は解決できる。したがって、本発明はＬＴＥ無線通信システムのＨＦＮ非同期エラーを有効に検出してプロトコルエラーを適時に回復し、パケットが不必要に削除されるのを回避し、送信効率を向上させることができる。

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。

本発明は従来の動作条件を変更したのみであり、実施することができる。

従来のＬＴＥシステムのＰＤＣＰ層で行われるパケット暗号化とヘッダ圧縮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 無線通信装置
１０２ 入力装置
１０４ 出力装置
１０６ 制御回路
１０８ ＣＰＵ
１１０ 記憶装置
１１２ プログラムコード
１１４ トランシーバー
２００ アプリケーション層
２０２ 第三層インターフェイス
２０６ 第二層インターフェイス
２０８ ＰＤＣＰ層インターフェイス
２１０ ＲＲＣ層インターフェイス
２１８ 第一層インターフェイス
２２０ プロトコルエラー回復プログラムコード

Claims (18)

1. 無線通信システムの受信端においてプロトコルエラーを回復するプロトコルエラー回復方法であって、
   圧縮かつ暗号化されたヘッダを含んだパケットを受信する段階と、
   復号パラメータに基づいて上記ヘッダを復号して復号結果を取得する段階と、
   解凍アルゴリズムに基づいて復号結果を解凍し、解凍結果を取得する段階と、
   解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断する段階と、
   上記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復する段階とを含むことを特徴とするプロトコルエラー回復方法。
2. 前記解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断する段階は、解凍結果に対してＣＲＣ（巡回冗長検査）を行って、復号パラメータの正確性を判断することを内容とすることを特徴とする請求項１に記載のプロトコルエラー回復方法。
3. 前記解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断する段階は、解凍結果のフィールドに前記解凍アルゴリズムに許容されない値が含まれるかを検査することで、復号パラメータの正確性を判断することを内容とすることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のプロトコルエラー回復方法。
4. 前記復号パラメータはＨＦＮ（ハイパーフレーム番号）であることを特徴とする請求項１に記載のプロトコルエラー回復方法。
5. 前記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合にプロトコルエラーを回復する段階は、検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、ＨＦＮ同期プロセスを起動することでプロトコルエラーを回復することを内容とすることを特徴とする請求項４に記載のプロトコルエラー回復方法。
6. 前記ＨＦＮ同期プロセスはリセットプロセスであることを特徴とする請求項５に記載のプロトコルエラー回復方法。
7. 前記ＨＦＮ同期を起動することは、正確なＨＦＮを含んだメッセージを出力するように送信端に要求することを内容とすることを特徴とする請求項５に記載のプロトコルエラー回復方法。
8. 前記解凍アルゴリズムはＲＯＨＣ（ロバストヘッダ圧縮）に対応することを特徴とする請求項１に記載のプロトコルエラー回復方法。
9. 前記方法は更に、プロトコルエラーを回復した後、回復されたエラーの復号パラメータに基づいてヘッダを再び復号する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロトコルエラー回復方法。
10. 無線通信システムにおいてプロトコルエラーを正確に回復する通信装置であって、
    通信装置の機能を実現する制御回路と、
    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み、該プログラムコードは、
    圧縮かつ暗号化されたヘッダを含んだパケットを受信するコードと、
    復号パラメータに基づいて上記ヘッダを復号して復号結果を取得するコードと、
    解凍アルゴリズムに基づいて復号結果を解凍し、解凍結果を取得するコードと、
    解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断するコードと、
    上記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、プロトコルエラーを回復するコードとを含むことを特徴とする通信装置。
11. 前記解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断するコードは、解凍結果に対してＣＲＣ検査を行って、復号パラメータの正確性を判断することを内容とすることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
12. 前記解凍結果を検査して復号パラメータの正確性を判断するコードは、解凍結果のフィールドに前記解凍アルゴリズムに許容されない値が含まれるかを検査することで、復号パラメータの正確性を判断することを内容とすることを特徴とすることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
13. 前記復号パラメータはＨＦＮであることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
14. 前記検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合にプロトコルエラーを回復するコードは、検査の結果により復号パラメータが正確でないと判明した場合に、ＨＦＮ同期プロセスを起動することでプロトコルエラーを回復することを内容とすることを特徴とする請求項１３に記載の通信装置。
15. 前記ＨＦＮ同期プロセスはリセットプロセスであることを特徴とする請求項１４に記載の通信装置。
16. 前記ＨＦＮ同期を起動することは、正確なＨＦＮを含んだメッセージを出力するように送信端に要求することを内容とすることを特徴とする請求項１４に記載の通信装置。
17. 前記解凍アルゴリズムはＲＯＨＣに対応することを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
18. 前記プログラムコードは更に、プロトコルエラーを回復した後、回復されたエラーの復号パラメータに基づいてヘッダを再び復号するコードを含むことを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。

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