JP4971120B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

従来、無線通信システムにおいては、ある無線端末が、どの基地局または地域に存在するかを明らかにする位置登録、接続しようとしている無線端末の正当性を確認する端末認証、それらの情報を用いた呼び出しが行われてきた。以下、これらの技術について具体的な方法を説明する。

［位置登録］
無線通信システムでは、端末がどこにいるかを判断するために、位置登録を実施している。最も簡単な方法では、端末が基地局を移動した際に実施される（例えば、非特許文献１、２参照）。位置登録トラヒックを抑制することを目的として、いくつかの基地局をまとめて１つのエリアとし、エリア境界を跨いだ時に位置登録を行うこともある。また、キャリアを移動した場合に、基地局内で実施されることもある。この際、端末の正当性を合わせて確認するため、位置登録時に、認証情報を重畳することが多い。すなわち、認証されたことをもって位置登録を行う。

図１２は、従来の無線通信システムによる位置登録方法の一例を示す概念図である。図において、基地局２−１、２−２、２−３は、それぞれ独立したエリアＡ１、Ａ２、Ａ３を有し、端末１がエリア間を移動すると、移動先のエリアＡ３に対応する基地局２−３に対して位置情報を送信する。基地局２−３は、自身のエリアＡ３に移動してきた端末１の位置情報をネットワーク３上のネットワーク装置（ＤＢ：データベース）４に登録するようになっている。

図１３は、従来の無線通信システムによる位置登録方法の他の例を示す概念図である。図において、基地局２−１の通信エリアＡ１と、基地局２−３の通信エリアＡ３とをまとめて呼び出しエリアＡとし、基地局２−２の通信エリアＡ２と、基地局２−４の通信エリアＡ４とをまとめて呼び出しエリアＢとしている。この場合、端末１が同じ呼び出しエリアＡ内で、基地局２−３のエリアＡ３から異なる基地局２−１の通信エリアＡ１に移動しても、位置登録を行わない。これに対して、端末１が異なる呼び出しエリアＢに移動した場合には、移動先の呼び出しエリアＢ（Ａ４）に対応する基地局２−４に対して位置情報を送信する。基地局２−４は、自身の呼び出しエリアＢ（Ａ４）に移動してきた端末１の位置情報をネットワーク３上のネットワーク装置（ＤＢ：データベース）４に登録するようになっている。

また、図１４は、従来の無線通信システムによる位置登録方法を示すシーケンス図である。図において、まず、端末１が自身が存在するエリアの基地局２に対して位置登録要求を送信すると（Ｓａ１）、基地局２は、ネットワークを介してネットワーク装置（認証サーバ）４−１に送信する（Ｓａ２）。ネットワーク装置（認証サーバ）４−１が、位置登録要求に応答して、認証要求を返すと（Ｓａ３）、基地局２は、ネットワークを介して端末１に送信する（Ｓａ４）。

次いで、端末１は、基地局２に対して認証応答を送信し（Ｓａ５）、基地局２は、ネットワークを介してネットワーク装置（認証サーバ）４−１に送信する（Ｓａ６）。ここでは、端末の正当性確認のほか、端末の種類や、端末の特性などを基地局に通知するようになっている。そして、ネットワーク装置（認証サーバ）４−１で、情報をチェックし、認証が完了すると、該端末１の位置情報をネットワーク装置（位置登録ＤＢ）４−２に登録する（Ｓａ８）。ネットワーク装置（位置登録ＤＢ）４−２は、位置登録が完了すると、位置登録完了を、ネットワーク装置（認証サーバ）４−１に返す（Ｓａ９）。ネットワーク装置（認証サーバ）４−１は、位置登録が完了すると、位置登録完了を基地局２に送信し（Ｓａ１０）、基地局２は、ネットワークを介して端末１に送信する（Ｓａ１１）。

［認証］
無線通信システムでは、接続を要求する端末が正しい端末であるかどうかを判断するため、認証を実施している（例えば、非特許文献３参照）。図１５は、従来の無線通信システムによる認証手順を説明するためのシーケンス図である。図において、まず、端末１が、自身が存在するエリアの基地局２に対して接続要求を送信すると（Ｓｂ１）、基地局２は、ネットワークを介してネットワーク装置（認証サーバ）４に送信する（Ｓｂ２）。ネットワーク装置（認証サーバ）４が、接続要求に応答して、認証要求を返すと（Ｓｂ３）、基地局２は、ネットワークを介して端末１に送信する（Ｓｂ４）。

次いで、端末１は、基地局２に対して認証応答を送信し（Ｓｂ５）、基地局２は、ネットワークを介してネットワーク装置（認証サーバ）４に送信する（Ｓｂ６）。ここでは、上述した位置登録時と同様に、端末の正当性確認のほか、端末の種類や、端末の特性などを基地局に通知するようになっている。そして、ネットワーク装置（認証サーバ）４で、認証が完了すると、認証完了を返し（Ｓｂ７）、基地局２は、ネットワークを介して端末１に送信する（Ｓｂ８）。なお、使用されるプロトコルには、例えば、ＲＡＤＩＵＳ（Remote Authentication Dial In User Service）などが挙げられる。

［呼び出し］
無線通信システムでは、ある端末に対して呼が発生した場合、ネットワーク側から端末に対し、コネクションを確立するために呼び出しを行う必要がある（例えば、非特許文献４参照）。呼び出しに当たっては、どの基地局から当該端末を呼び出すかを指定するため、位置登録情報を利用している。上述した位置登録方法の例のうち、基地局単位での登録では、基地局を移動した際に必ず位置登録を行っているため、ただ１つの基地局に対し、呼び出しメッセージを転送することができる。

また、エリア単位での登録例では、複数の基地局を１つの呼び出しエリアとして扱っているため、呼び出しメッセージは、当該エリアを構成する全ての基地局に対して転送される。各基地局は、呼び出しメッセージを受信すると、無線通信システムの規定に則って呼び出しを実施する。

図１６は、従来の無線通信システムによる呼び出し方法（エリア単位での登録）の一例を示す概念図である。図において、複数の基地局２−１〜２−３、それぞれのエリアＡ１〜Ａ３は、１つの呼び出しエリアＣとして取り扱われるようになっている。呼び出しメッセージは、当該呼び出しエリアCを構成する全ての基地局２−１〜２−３に対して転送され、基地局２−１〜２−３は、各々、自身のエリアＡ１〜Ａ３に対して送信する。
社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ）、「デジタル方式自動車電話システム標準規格（RCR-STD27-L）」、ｐｐ．４８５ 社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ）、「第二世代コードレス電話システム標準規格（RCR-STD28 5.2版）」、ｐｐ．５０９−５１１ "Remote Authentication Dial In User Service (RADIUS)"、[平成１９年１１月２６日検索]、インターネット<URL:http://www.ietf.org/rfc/rfc2865.txt> 奥村 善久、進士 昌明 共著、「移動通信の基礎」、昭和６１年１０月、ｐｐ．２１０−２１１

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
（１）接続要求に伴う認証に必要なシーケンスが多く、特に、低速の回線・多数の端末を持つシステムでは、回線負荷が大きくなるという問題がある。また、回線負荷が大きくなるという結果として、認証完了までに長時間を要するという問題が生じる。
（２）位置登録は、認証とほぼ同様のシーケンスを持つため、上記理由により位置登録に時間を要する。また、端末の移動が頻発するシステムでは、全トラヒックに占める位置登録トラヒックの割合が高くなり、ユーザデータの送信用帯域を圧迫する。これを避けるためにエリア単位の登録方法を用いることもできるが、その場合には、次の（３）の問題が発生する。

（３）移動する端末を呼び出す場合、エリア単位の登録方法を用いると、図１６に示すように、ある地域に対して一斉に呼び出しメッセージを送信することになるため、当該端末が存在しない基地局では、無駄なトラヒックが発生することになり、無線回線の負荷が大きくなるという問題がある。
（４）大量の認証シーケンスがネットワーク側の装置に過大な負荷を与えるという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、端末の認証、位置登録に係る回線負荷の低減を図ることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、個別の通信エリアを有する複数の基地局と、前記通信エリア間を移動する度に対応する通信エリアの基地局を介して位置登録要求を行う通信端末と、該通信端末の位置登録要求に基づいて該通信端末の位置を管理するネットワーク装置とを備え、前記複数の基地局の各々の通信エリアをまとめて複数の呼び出しエリアとする無線通信システムであって、前記通信端末は、同一の呼び出しエリア内で、かつ異なる基地局の通信エリアに移動した場合に、対応する基地局を介して、前記ネットワーク装置に自端末を識別可能な識別情報を含む認証情報を送信することで第１の位置登録要求を行う第１の位置登録要求手段と、異なる呼び出しエリアへ移動した場合に、対応する通信エリアの基地局を介して、前記ネットワーク装置に対して第２の位置登録要求を行う第２の位置登録要求手段とを備え、前記ネットワーク装置は、前記基地局を介して、通信端末から送信される認証情報を受信すると、該基地局の通信エリアと、該認証情報に含まれる前記通信端末の識別情報とを対応付けた位置情報を記憶する第１の位置登録手段と、前記基地局を介して通信端末から受信する第２の位置登録要求に応じて、前記通信端末との間で認証を行う認証手段と、前記認証手段により認証された場合、当該通信端末と当該通信端末の呼び出しエリアとを対応付けた位置情報を登録する第２の位置登録手段と、前記第２の位置登録手段により当該通信端末の位置情報が登録完了されると、位置情報の登録完了通知を、前記基地局を介して前記通信端末に送信する登録完了通知手段とを備えることを特徴とする無線通信システムである。

本発明は、上記の発明において、前記ネットワーク装置は、前記認証情報を解析する認証情報解析手段を備え、前記簡略化位置登録要求手段は、前記認証情報解析手段によって当該通信端末を特定できた場合に、該通信端末の位置情報を登録し、当該通信端末を特定できない場合に、該通信端末の位置情報を登録しないことを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記通信端末は、所定のパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、自身を識別するための識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、前記パラメータと前記識別情報とを組み合わせて、前記認証情報を生成する認証情報生成手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記ネットワーク装置は、前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記簡略化位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されている場合、該位置情報に基づいて、直接、該当基地局に対して呼び出しメッセージを送信する呼び出しメッセージ送信手段を備えることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記呼び出しメッセージ送信手段は、前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記簡略化位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されていない場合、前記複数の基地局の全てに対して呼び出しメッセージを送信することを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、個別の通信エリアを有する複数の基地局と、前記通信エリア間を移動する度に対応する通信エリアの基地局を介して位置登録要求を行う通信端末と、該通信端末の位置登録要求に基づいて該通信端末の位置を管理するネットワーク装置とを備え、前記複数の基地局の各々の通信エリアをまとめて複数の呼び出しエリアとする無線通信システムによる無線通信方法であって、前記通信端末が同一の呼び出しエリア内で、かつ異なる基地局の通信エリアに移動した場合に、対応する基地局を介して、前記ネットワーク装置に自端末を識別可能な識別情報を含む認証情報を送信することで第１の位置登録要求を行うステップと、前記ネットワーク装置の第１の位置登録手段が、前記基地局を介して通信端末から送信される認証情報を受信すると、該基地局の通信エリアと、該認証情報に含まれる前記通信端末の識別情報とを対応付けた位置情報を記憶するステップと、前記通信端末が、異なる呼び出しエリアへ移動した場合に、対応する通信エリアの基地局を介して、前記ネットワーク装置に対して第２の位置登録要求を行うステップと、前記ネットワーク装置の第２の位置登録手段が、前記基地局を介して通信端末から受信する第２の位置登録要求に応じて、前記通信端末との間で認証を行い、認証した場合、当該通信端末と当該通信端末の呼び出しエリアとを対応付けた位置情報を登録するステップと、前記ネットワーク装置の呼び出しメッセージ送信手段が、前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記第１の位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されていない場合、前記第２の位置登録手段によって登録された前記位置情報が示す前記呼び出しエリア内の複数の基地局の全てに対して呼び出しメッセージを送信するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。

また、本発明は、上記の発明において、前記通信端末の、パラメータ記憶手段が、所定のパラメータを記憶するステップと、識別情報記憶手段が、自身を識別するための識別情報を記憶するステップと、認証情報生成手段が、前記パラメータと前記識別情報とを組み合わせて、前記認証情報を生成するステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記ネットワーク装置の呼び出しメッセージ送信手段が、前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記簡略化位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されている場合、該位置情報に基づいて、直接、該当基地局に対して呼び出しメッセージを送信するステップを備えることを特徴とする。

この発明によれば、通信端末が同一の呼び出しエリア内で移動する場合には、認証情報を送信するだけで位置登録されるので、低速の回線・多数の通信端末を持つ無線通信システムであっても、回線負荷を軽減することができ、また、従来のような通常の位置登録要求に伴う認証や、位置登録に要する時間を短縮した簡略化した位置登録要求を行うことができるという利点が得られる。

また、本発明によれば、移動する通信端末を呼び出す場合、簡略化した認証・位置登録に成功していれば、常に複数の基地局に呼び出しメッセージを送信せずに済むため、ネットワークのトラヒックを低減することができるという利点が得られる。

また、本発明によれば、また、簡略化した認証・位置登録に失敗していても、従来通り、複数の基地局に呼び出しメッセージを転送するため、呼び出しに失敗することを避けることができるという利点が得られる。

また、この発明によれば、同一基地局内のキャリアを移動しただけであれば、ネットワーク側に存在するネットワーク装置までトラヒックを発生させることなく移動を完了することができ、ネットワーク装置の負荷を軽減することができるという利点が得られる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
Ａ．本発明の特徴
本発明では、基地局単位の通信エリア間の移動では、後述する認証情報のみを送信する、簡略化した認証・位置登録（第１の位置登録要求）を実施し、複数の通信エリアをまとめた単位の呼び出しエリアを跨いだ場合には、従来と同様の認証・位置登録（例えば、図１４に示した位置登録要求（第２の位置登録要求、以下、通常の位置登録要求ともいう）による位置登録）を行う。上記認証情報の生成方法は、ネットワーク、または基地局が移動を行う端末に対し、予め所定のパラメータを渡しておき、端末は、該所定のパラメータと端末を識別するための識別情報とを組み合わせて、認証情報を生成する。該所定のパラメータは、通常、認証時に渡してもよいし、別のメッセージにより渡してもよい。

また、本発明では、上記認証情報の送信方法は、端末が移動先で、パラメータと自己を表すＩＤ（識別情報）とを、認証情報として基地局に対して送信するために、ランダムアクセス領域を用意してもよいし、帯域を確保してもよい。

また、本発明では、認証情報の送信後の端末の動作として、情報が正しく到達したかどうかを確認することなく、呼び出し待ちモードに移行する。上述した方法で認証・位置登録された端末を呼び出す方法として、基地局単位の簡略化された認証・位置登録が正しく実行されている場合には、当該基地局に対し、直接、呼び出しメッセージを送信し、失敗している場合には、従前に行っている呼び出しエリアを跨いだ場合に実施される通常の認証を有効とし、通常通り、当該呼び出しエリアを構成する全基地局に呼び出しメッセージを送信する。

Ｂ．実施形態の構成
図１は、本発明の実施形態による無線通信システムの構成を示す概念図である。図において、無線通信システムでは、前述した図１３に示す構成と同じように、基地局２０−１の通信エリアＡ１と基地局２０−３の通信エリアＡ３をまとめて、１つの呼び出しエリアＡとし、基地局２０−２の通信エリアＡ２と基地局２０−４の通信エリアＡ４とをまとめて、１つの呼び出しエリアＢとしている。なお、以下では、基地局２０−１〜２０−４を総称する場合、基地局２０とする。端末（通信端末）１０は、同じ呼び出しエリア内で、異なる基地局の通信エリアに移動した場合（図示の例では、呼び出しエリアＡ内の基地局２０−１へ移動した場合）には、予め記憶した認証情報を移動先の基地局（基地局２０−１）に送信する。認証サーバ（ネットワーク装置）４０−１は、基地局２０−１〜２０−４を介して端末１０から認証情報を受信すると、受信した認証情報を解析し、端末の識別情報を検出して端末を特定できた場合には、端末の識別情報と基地局とを対応付けた端末の位置情報を、位置登録ＤＢ（ネットワーク装置）４０−２に記憶させる。ここで、認証情報を解析した結果、端末１０を特定できない場合には、認証失敗とし、位置登録を行わない。

一方、端末１０が異なる呼び出しエリアに移動した場合（図示の例では、呼び出しエリアＢへ移動した場合）には、従来と同様の認証・位置登録を実施する。すなわち、端末１０は、認証サーバ４０−１に通常の位置登録要求を送信し、認証・位置登録を行う。認証サーバ４０−１は、端末１０との間で従来の認証処理（例えば、ＲＡＤＩＵＳ認証）を実行し、認証に成功すれば、位置登録ＤＢ（ネットワーク装置）４０−２に対して該当端末１０と呼び出しエリアとを対応付けた位置情報の位置登録を実施する。

次に、図２は、本実施形態による端末１０の略構成を示すブロック図である。なお、通信等に係る構成については省略し、本発明に係る構成のみを示している。図において、基地局検知部１０−１は、接続する基地局が変わったことを検知する。エリア変更判定部１０−２は、基地局が変わったことが検知された場合、以前の基地局と同一の呼び出しエリアに所属するかどうかを判定する。パラメータ記憶部（パラメータ記憶手段）１０−３は、認証サーバ４０−１、または基地局２０−１〜２０−４から、認証時や、別のメッセージとして、予め受信したパラメータを記憶する。なお、該パラメータの詳細については後述する。

識別情報記憶部（識別情報記憶手段）１０−４は、自端末を識別するための識別情報を記憶する。認証情報生成部（認証情報生成手段）１０−５は、所定のパラメータと識別情報とを組み合わせて、認証情報を生成する。簡略化認証・位置登録要求部（第１の位置登録要求手段）１０−６は、端末が移動した際に、エリア変更判定部１０−２により、同一呼び出しエリアに存在すると判定された場合には、上記認証情報のみを、認証サーバ４０−１に送信する。これに応じて、認証サーバ４０−１は、端末１０の簡略化した認証・位置登録を行う。また、通常認証・位置登録要求部（第２の位置登録要求手段）１０−７は、エリア変更判定部１０−２により、異なる呼び出しエリアに存在すると判定された場合には、図１４に示したような従来と同様の認証・位置登録を行う。

図３は、本実施形態による認証サーバ４０−１の略構成を示すブロック図である。なお、通信等に係る構成については省略し、本発明に係る構成のみを示している。図において、パラメータ生成部４０−１−１は、端末の認証に用いる所定のパラメータを生成する。該パラメータは、認証時や、別のメッセージとして、端末１０に送信される。認証情報解析部（認証情報解析手段）４０−１−２は、端末１０の簡略化認証・位置登録要求部１０−６から送信される認証情報を解析し、認証情報によって端末を識別できるか否かを判定する。認証部（認証手段）４０−１−３は、通常認証・位置登録要求部１０−７から送信される位置登録要求に応じて、端末１０から送信される認証情報に基づいて端末１０との間で従来の認証処理を行い、端末１０が正しい端末であるか否かを判定する。

位置登録部（第１の位置登録手段、第２の位置登録手段）４０−１−４は、端末１０の位置情報を位置登録ＤＢ４０−２に登録して記憶させる。このとき、認証サーバ４０−１は、端末１０から認証情報を受信し、認証情報から端末１０の識別情報を検出した場合には、その端末１０の識別情報と、その認証情報を中継した基地局を識別する情報とを対応付けた位置情報を位置登録ＤＢ４０−２に記憶させる。また、認証サーバ４０−１は、端末１０から通常の認証・位置登録要求を受信した場合には、その端末１０の識別情報と、その認証情報を中継した基地局に対応する呼び出しエリアを識別する情報とを対応付けた位置情報を位置登録ＤＢ４０−２に記憶させる。

登録完了通知部（登録完了通知手段）４０−１−５は、位置登録ＤＢ４０−２で位置登録が完了したことを示す位置登録完了を受信すると、該位置登録完了を、該当基地局２０を介して、対応する端末１０に送信する。

Ｃ．実施形態の動作
次に、本実施形態の動作について説明する。

Ｃ−１．位置登録
［ネットワークで登録する場合］
ネットワーク内の位置登録ＤＢ４０−２に、現在、端末１０が存在すると考えられる基地局２０の通信エリア、または端末１０が存在すると考えられる呼び出しエリアを登録する。端末１０において、基地局検知部１０−１は、基地局２０が変わったか否かを検知する。そして、基地局２０の通信エリアが変わったと判定された場合には、エリア変更判定部１０−２は、以前の基地局と同一の呼び出しエリアに所属するかどうかを判定する。そして、同一の呼び出しエリアに存在すると判定された場合には、簡略化認証・位置登録要求部１０−６は、認証情報を送信して後述する簡略化した認証・位置登録を実行する。一方、異なる呼び出しエリアに存在すると判定された場合には、通常認証・位置登録要求部１０−７は、前述した図１４に示すシーケンスに従って行う、従来と同様の認証・位置登録を実行する。

図４は、本実施形態による簡略化した認証・位置登録動作を説明するためのシーケンス図である。まず、端末１０は、認証情報生成部１０−５が生成した認証情報を、自端末が存在するエリアの基地局２０に対して送信する（Ｓｃ１）。基地局２０は、該認証情報をネットワーク３０を介して認証サーバ４０−１に送信する（Ｓｃ２）。認証サーバ４０−１は、認証情報解析部４０−１−２で認証情報を解析し、端末１０を特定できるか否かを判定する（Ｓｃ３）。そして、端末１０を特定できた場合には、認証情報に基づいて認証を行い（Ｓｃ４）、該端末１０の位置情報の登録を位置登録ＤＢ４０−２に要求する（Ｓｃ５）。位置登録ＤＢ４０−２は、端末１０の位置登録を行い（Ｓｃ６）、位置登録が完了すると、位置登録完了を認証サーバ４０−１に返す（Ｓｃ７）。認証サーバ４０−１は、位置登録ＤＢ４０−２から位置登録完了を受信すると、当該処理を終了する。一方、認証サーバ４０−１が端末１０を特定できなかった場合には、認証失敗とし、位置登録を行わない。

［基地局で登録する場合］
例えば、１つの基地局２０が複数の周波数を管理していて、隣接周波数のキャリアへ移動する場合が考えられる。この場合、ネットワーク３０内のデータベース（例えば、位置登録ＤＢ４０−２）でキャリア管理を行う方法もあるが、キャリアを移動しただけでネットワーク３０のトラヒックが大きくなり、過大な負荷がかかる。

そこで、図５に示すように、基地局２０内に端末１０がどの周波数を利用しているかを管理する管理テーブル５０を設ける。また、端末１０が移動する度に管理テーブルの管理情報を書き換える管理情報書換部５１を設ける。さらに、基地局２０に、呼び出しメッセージを受信した際に、管理テーブル５０を参照し、どの周波数に呼び出すべき端末１０が存在するかを検索する管理情報検索部５２を設ける。

基地局２０は、端末１０が移動する度に管理テーブル５０の管理情報を書き換え、端末１０が利用している周波数を更新する。また、基地局２０は、呼び出しメッセージを受信すると、当該管理テーブル５０を参照し、どの周波数に呼び出すべき端末が存在するかを検索する。これは、前述したネットワーク３０で登録する場合の、エリアを基地局２０に、基地局２０を周波数に、位置登録用ＤＢ４０−２を管理テーブル５０に読み替えた場合と同様の構成である。すなわち、端末１０は、周波数を変えてみて、同一の基地局２０であれば、前述したように、図４に示す簡略化した認証・位置登録と同様のシーケンスを実行する。一方、異なる基地局であれば、従来と同様の認証・位置登録を実行する。

Ｃ−２．パラメータの引き渡し法
次に、認証情報の生成について説明する。
本実施形態では、予め端末１０に対し、ネットワーク（認証サーバ４０−１）／基地局２０からパラメータを引き渡しておく。当該パラメータは、乱数でもよいし、何らかの意味をもったコードであってもよい。パラメータは、ネットワーク（認証サーバ４０−１）／基地局２０で生成して端末１０に通知される。認証サーバ４０−１で生成する場合には、図３に示すパラメータ生成部４０−１−１により生成する。該パラメータは、通常の端末認証を行った際に端末１０に送信してもよいし、認証完了後に暗号化された接続を用いて端末１０に通知してもよい。このパラメータの有効期限は、時間や、通信回数などに応じて設定されてもよい。端末１０では、受信したパラメータを、図２に示すパラメータ記憶部１０−３に記憶し、認証情報生成部１０−５が、上記パラメータと識別情報記憶部１０−４に記憶されている識別情報とに基づいて認証情報を生成する。なお、認証情報の生成については以下で説明する。

Ｃ−３．認証情報生成方法
［認証情報生成方法１（パラメータ＋ＭＡＣ鍵ハッシュ）］
無線通信システムにおいて、パラメータの引き渡し経路に、インターネットなど、途中経路上に自らが関与できない経路が存在する場合、パラメータが途中で改ざんされたり、中間者攻撃を受けたりする可能性がある。そこで、端末１０とネットワーク（認証サーバ４０−１）／基地局２０側で生成できる情報を用い、端末１０の同一性確認を行う。例えば、図６に示すように、メッセージ認証コード（Message Authentication Code）を生成するための鍵を利用する。メッセージ認証コード生成鍵は、ネットワーク（認証サーバ４０−１）／基地局２０と端末１０との間で共有されているものであり、攻撃者が知ることのできない情報である。この場合、図６に示すように、端末１０は、メッセージ認証コード生成鍵（アップリンク用メッセージ認証コード生成鍵）とパラメータとをハッシュ関数により暗号化し、認証情報を生成する。

［認証情報生成方法２（パラメータのみ、経路が信頼できる場合）］
無線通信システムにおいて、パラメータの引き渡し経路が、全て自己管理でき、暗号化され、改ざんの恐れがないなど、信頼できる場合には、パラメータは、端末１０に確実に引き渡されることが保証されるため、当該パラメータを保持していること自体が端末１０の同一性確認の条件とすることができる。したがって、この場合、端末１０は、認証情報としてパラメータのみを送信する。

［認証情報生成方法３（メッセージ認証コードのみ）］
あるデータを送信する際に、そのデータが正しい端末から送信されたことを示すために、本人性情報を利用して、送信データからメッセージ認証コードを生成し、データとともに送信することがある。ここでは、端末１０は、当該パラメータを送信する場合に得られるメッセージ認証コードだけを認証情報として送信する。

端末１０は、ネットワーク（認証サーバ４０−１）／基地局２０に対し、認証情報として送信する際に、システムとしてランダムアクセス領域を用意し、これを用いてもよいし、帯域を要求してから送信してもよい。ランダムアクセスの方がより時間を短縮することができるが、他の端末が送信した情報と衝突する場合など、位置登録に失敗する可能性がある。帯域を確保した場合には、確実に位置登録を行うことができるが、時間がかかる。もし、認証情報の解析の結果、端末１０を特定できない場合には、認証失敗とし、位置登録も行わない。

Ｃ−４．認証情報送信後の動作
次に、認証情報送信後の動作について説明する。認証情報を送信した端末１０は、認証情報の送達を確認することなく、呼び出し待ちモードになる。これは、無線回線へのトラヒックを削減する効果がある。但し、システム全体のバランスによっては、位置登録の結果を確認してもよい。この場合、位置登録を確認した結果、位置登録に失敗している場合でも、再送を行わず、呼び出し待ちモードに移行する。

Ｃ−５．呼び出し方法
次に、呼び出し方法について説明する。これまでは、端末１０が属する群を決め、群毎に基地局２０を束ねて呼び出しエリアを構成し、呼び出しエリア単位での呼び出しを行っていた。本実施形態では、後述する通り、簡略化した認証・位置登録に成功した場合と失敗した場合とで、異なる動作を実行することを特徴とする。

［認証情報の送信による簡略化した位置登録に成功した場合の呼び出し方法］
図７は、本実施形態による、簡略化した位置登録に成功した場合の呼び出し方法を説明するための概念図である。なお、基本的に、図１に対応する部分には同一の符号を付けている。基地局２０−１〜２０−３は、各々、自身の通信エリアＡＡ１〜ＡＡ３を有している。該無線通信システムでは、これら通信エリアＡＡ１〜ＡＡ３をまとめて１つの呼び出しエリアＡＡを構成している。また、ネットワーク３０には、呼出装置４０−３が設けられている。呼出装置（メッセージ送信手段）４０−３は、呼び出しが発生すると、位置登録ＤＢ４０−２から該当端末の位置を取得し、該位置に対応する基地局に対して呼び出しメッセージを送信する。

端末１０が基地局２０−１の通信エリアＡＡ１から基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に移動した場合、端末１０は、前述したように、基地局２０−２を介して認証情報を送信し、認証サーバ４０−１は、端末１０の認証・位置登録を行う。このように、簡略化した認証・位置登録が成功している場合、端末１０に対して、呼び出すべき基地局２０−２は、唯一に同定されるので、基地局群全体に呼び出しメッセージを転送する必要はない。したがって、端末１０を呼び出す際には、呼出装置４０−３は、位置登録ＤＢ４０−２を参照し、端末１０が登録されている基地局２０−２を検索し、その基地局２０−２に対して呼び出しメッセージを送信する。

図８及び図９は、上述した簡略化した認証・位置登録に成功した場合の呼び出し方法をより詳細に説明するためのシーケンス図である。まず、端末１０は、自身が存在するエリアの基地局２０−１に対して通常の位置登録要求を送信すると（Ｓｄ１）、基地局２０−１は、ネットワーク３０を介して認証サーバ４０−１に送信する（Ｓｄ２）。認証サーバ４０−１は、通常の位置登録要求に応答して、認証要求を返すと（Ｓｄ３）、基地局２０−１は、ネットワークを介して端末１０に送信する（Ｓｄ４）。

次いで、端末１０は、基地局２０−１に対して認証応答を送信し（Ｓｄ５）、基地局２０−１は、ネットワーク３０を介して認証サーバ４０−１に送信する（Ｓｄ６）。認証サーバ４０−１は、認証部４０−１−３で認証情報を解析し（Ｓｄ７）、端末１０が特定できると、位置登録ＤＢ４０−２に対して位置登録を要求する（Ｓｄ８）。位置登録ＤＢ４０−２は、端末１０が基地局２０−１の呼び出しエリアＡＡに存在するというように位置登録し（Ｓｄ９）、位置登録完了を認証サーバ４０−１に返す（Ｓｄ１０）。認証サーバ２０−１は、上記位置登録完了を、基地局２０−１を介して端末１０に送信する（Ｓｄ１１、Ｓｄ１２）。

次に、端末１０が通信エリアＡＡ１から基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に移動したとする（Ｓｄ１３）。端末１０は、基地局検知部１０−１により、基地局が変わったことを検知し、エリア変更判定部１０−２により、同一の呼び出しエリアＡＡ内の通信エリアＡＡ２に移動したことを検知すると、認証情報生成部１０−５で生成した認証情報を、基地局２０−２を介して、認証サーバ４０−１に送信する（Ｓｄ１４、Ｓｄ１５）。認証サーバ４０−１は、認証情報解析部４０−１−２で認証情報を解析し（Ｓｄ１６）、端末１０を特定できると、該端末１０の位置情報の登録を位置登録ＤＢ４０−２に要求する（Ｓｄ１７）。位置登録ＤＢ４０−２は、端末１０が基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に存在するというように位置登録し（Ｓｄ１８）、位置登録が完了すると、位置登録完了を認証サーバ４０−１に返す（Ｓｄ１９）。なお、上述した認証情報の送信による位置登録を実施した端末１０は、実施の結果にかかわらず呼び出し待ちモードに移行している。

その後、呼出装置４０−３において、呼出の発生が検知されると（Ｓｄ２０）、呼出装置４０−３は、位置登録ＤＢ４０−２に対して該当端末１０の現在位置を問い合わせる（Ｓｄ２１）。位置登録ＤＢ４０−２は、該当端末１０の位置を検索・取得し、基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に居ることを通知すべく位置応答する（Ｓｄ２２）。呼出装置４０−３は、該当端末１０の現在位置を取得すると、直接、基地局２０−２に対して、呼び出しを行う（Ｓｄ２３）。基地局２０−２は、呼出装置４０−３から呼び出しを受信すると、自身の通信エリアＡＡ２に呼び出しを行う（Ｓｄ２４）。該通信エリアＡＡ２に存在する端末１０は、呼び出しに応答する（Ｓｄ２５）。
なお、ステップＳｄ２４における呼出装置４０−３からの呼び出しに対し、端末１０からの応答がなかった場合には、呼出装置４０−３は、ステップＳｄ９で位置登録ＤＢ４０−２に記憶された、端末１０に対応する呼び出しエリアの全体の基地局に対して呼び出しを行うようにしても良い。

［認証情報の送信による簡略化した位置登録に失敗した場合の呼び出し方法］
図１０は、簡略化した位置登録に失敗した場合の呼び出し方法を説明するための概念図である。なお、基本的に、図１に対応する部分には同一の符号を付けている。端末１０が基地局２０−１の通信エリアＡＡ１から基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に移動した場合、端末１０は、前述したように、基地局２０−２を介して、認証情報の送信による簡略化した認証・位置登録を行う。このとき、簡略化した認証・位置登録が失敗した場合、呼出装置４０−３は、端末１０の位置を特定することができないので、基地局群全体に呼び出しメッセージを転送する必要がある。したがって、端末１０を呼び出す場合、呼出装置４０−３は、位置登録ＤＢ４０−２を参照した際に、端末１０の位置が登録されていない場合には、全ての基地局２０−１〜２０−３に対して呼び出しメッセージを送信する。

図１１は、上述した簡略化した認証・位置登録に失敗した場合の呼び出し方法をより詳細に説明するためのシーケンス図である。まず、端末１０が、自身が存在するエリアの基地局２０−１に対して通常の位置登録要求を送信すると（Ｓｅ１）、基地局２０−１は、ネットワーク３０を介して認証サーバ４０−１に送信する（Ｓｅ２）。認証サーバ４０−１は、通常の位置登録要求に応答して、認証要求を返すと（Ｓｅ３）、基地局２０−１は、ネットワークを介して端末１０に送信する（Ｓｅ４）。

次いで、端末１０は、基地局２０−１に対して認証応答を送信し（Ｓｅ５）、基地局２０−１は、ネットワーク３０を介して認証サーバ４０−１に送信する（Ｓｅ６）。認証サーバ４０−１は、認証部４０−１−３で認証情報を解析し（Ｓｅ７）、端末１０が特定できると、位置登録ＤＢ４０−２に対して位置登録を要求する（Ｓｅ８）。位置登録ＤＢ４０−２は、端末１０が呼び出しエリアＡＡに存在するというように位置登録し（Ｓｅ９）、位置登録完了を認証サーバ４０−１に返す（Ｓｅ１０）。認証サーバ２０−１は、上記位置登録完了を基地局２０−１を介して端末１０に送信する（Ｓｅ１１、Ｓｅ１２）。

次に、端末１０が通信エリアＡＡ１から基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に移動したとする（Ｓｅ１３）。端末１０は、基地局検知部１０−１により、基地局が変わったことを検知し、エリア変更判定部１０−２により、同一の呼び出しエリアＡＡ内の通信エリアＡＡ２に移動したことを検知すると、認証情報生成部１０−５で生成した認証情報を、基地局２０−２を介して、認証サーバ４０−１に簡略化した認証・位置登録として送信する（Ｓｅ１４）。この場合、何らかの事情により、簡略化した認証・位置登録に失敗したとする。なお、上述した認証情報の送信による位置登録を実施した端末１０は、実施の結果にかかわらず呼び出し待ちモードに移行している。

その後、呼出装置４０−３において、呼出の発生が検知されと（Ｓｅ１５）、呼出装置４０−３は、位置登録ＤＢ４０−２に対して該当端末１０の現在位置を問い合わせる（Ｓｅ１６）。この場合、簡略化した認証・位置登録に失敗しているので、端末１０は、基地局２０−２の通信エリアＡＡ２に居ることはわからず、基地局２０−１〜２０−３の呼び出しエリアＡＡに居ることしか分からない。呼出装置４０−３は、該当端末１０が基地局２０−１〜２０−３の呼び出しエリアＡＡに居ることが分かると、基地局２０−１〜２０−３に対して、呼び出しを行う（Ｓｅ１８、Ｓｅ１９）。

基地局２０−１は、呼出装置４０−３から呼び出しを受信すると、自身の通信エリアＡＡ１に対して呼び出しを行い（Ｓｅ２０）、基地局２０−２は、呼出装置４０−３から呼び出しを受信すると、自身の通信エリアＡＡ２に対して呼び出しを行う（Ｓｅ２１）。この場合、端末１０は、基地局２０−１にいないので、基地局２０−１からの呼出には応答しない。一方、該通信エリアＡＡ２に存在する端末１０は、基地局２０−２からの呼び出しに応答する（Ｓｅ２２）。このように、位置登録が成功していない場合に呼び出しが発生した場合、従来技術と同様に、事前に登録された基地局群に属する全ての基地局に対して呼び出しメッセージを送信する。

上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）認証情報を送信するだけで認証・位置登録が済むため、低速の回線・多数の端末を持つシステムでも、回線負荷を軽減することができ、また、認証・位置登録に要する時間を短縮することができる。
（２）簡略化した認証・位置登録により、同一エリア内の基地局間を移動するときの認証に要する時間が短いため、位置登録に要する時間も短くすることができ、位置登録トラヒック自体が無線帯域に占める割合が小さくて済み、帯域を有効に使うことができる。

（３）移動する端末を呼び出す場合、簡略化した認証・位置登録に成功していれば、常に複数の基地局に呼び出しメッセージを送信せずに済むため、ネットワークのトラヒックを低減することができる。また、基本的に、端末が存在しない基地局には、メッセージを送信しないため、無線区間に無駄な呼び出しメッセージを送信することを抑制でき、無線回線の利用効率を上げることができる。さらに、簡略化した認証・位置登録に失敗していても、その場合、従来通り、複数の基地局に呼び出しメッセージを転送するため、呼び出しに失敗することを避けることができる。

（４）同一基地局内のキャリアを移動しただけであれば、ネットワーク側に存在する認証装置までトラヒックを発生させることなく移動を完了することができ、ネットワーク装置の負荷を軽減することができる。

なお、本発明における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより無線通信を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の実施形態による無線通信システムの構成を示す概念図である。 本実施形態による端末１０の略構成を示すブロック図である。 本実施形態による認証サーバ４０−１の略構成を示すブロック図である。 本実施形態による簡略化した認証・位置登録動作を説明するためのシーケンス図である。 本実施形態による基地局２０の一構成例を示すブロック図である。 本実施形態による、認証情報生成方法を説明するための概念図である。 本実施形態による、簡略化した位置登録に成功した場合の呼び出し方法を説明するための概念図である。 簡略化した認証・位置登録に成功した場合の呼び出し方法をより詳細に説明するためのシーケンス図である。 簡略化した認証・位置登録に成功した場合の呼び出し方法をより詳細に説明するためのシーケンス図である。 簡略化した位置登録に失敗した場合の呼び出し方法を説明するための概念図である。 簡略化した認証・位置登録に失敗した場合の呼び出し方法をより詳細に説明するためのシーケンス図である。 従来の無線通信システムによる位置登録方法の一例を示す概念図である。 従来の無線通信システムによる位置登録方法の他の例を示す概念図である。 従来の無線通信システムによる位置登録方法を示すシーケンス図である。 従来の無線通信システムによる認証手順を説明するためのシーケンス図である。 従来の無線通信システムによる呼び出し方法（エリア単位での登録）の一例を示す概念図である。

符号の説明

１０ 端末
２０、２０−１〜２０−４ 基地局
３０ ネットワーク
４０−１ 認証サーバ
４０−２ 位置登録ＤＢ
４０−３ 呼出装置
１０−１ 基地局検知部
１０−２ エリア変更判定部
１０−３ パラメータ記憶部
１０−４ 識別情報記憶部
１０−５ 認証情報生成部
１０−６ 簡略化認証・位置登録要求部
１０−７ 通常認証・位置登録要求部
４０−１−１ パラメータ生成部
４０−１−２ 認証情報解析部
４０−１−３ 認証部
４０−１−４ 位置登録部
４０−１−５ 登録完了通知部
５０ 管理テーブル
５１ 管理情報書換部
５２ 管理情報検索部

Claims (8)

1. 個別の通信エリアを有する複数の基地局と、前記通信エリア間を移動する度に対応する通信エリアの基地局を介して位置登録要求を行う通信端末と、該通信端末の位置登録要求に基づいて該通信端末の位置を管理するネットワーク装置とを備え、前記複数の基地局の各々の通信エリアをまとめて複数の呼び出しエリアとする無線通信システムであって、
   前記通信端末は、
   同一の呼び出しエリア内で、かつ異なる基地局の通信エリアに移動した場合に、対応する基地局を介して、前記ネットワーク装置に自端末を識別可能な識別情報を含む認証情報を送信することで第１の位置登録要求を行う第１の位置登録要求手段と、
   異なる呼び出しエリアへ移動した場合に、対応する通信エリアの基地局を介して、前記ネットワーク装置に対して第２の位置登録要求を行う第２の位置登録要求手段とを備え、
   前記ネットワーク装置は、
   前記基地局を介して、通信端末から送信される認証情報を受信すると、該基地局の通信エリアと、該認証情報に含まれる前記通信端末の識別情報とを対応付けた位置情報を記憶する第１の位置登録手段と、
   前記基地局を介して通信端末から受信する第２の位置登録要求に応じて、前記通信端末との間で認証を行う認証手段と、
   前記認証手段により認証された場合、当該通信端末と当該通信端末の呼び出しエリアとを対応付けた位置情報を登録する第２の位置登録手段と、
   前記第２の位置登録手段により当該通信端末の位置情報が登録完了されると、位置情報の登録完了通知を、前記基地局を介して前記通信端末に送信する登録完了通知手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記ネットワーク装置は、
   前記認証情報を解析して、前記認証情報を送信した前記通信端末の識別情報を検出する認証情報解析手段を備え、
   前記第１の位置登録手段は、
   前記認証情報解析手段によって当該通信端末の識別情報を検出できた場合に、該通信端末の位置情報を登録し、当該通信端末の識別情報を検出できない場合に、該通信端末の位置情報を登録しないこと
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記通信端末は、
   所定のパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
   自身を識別するための識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、
   前記パラメータと前記識別情報とを組み合わせて、前記認証情報を生成する認証情報生成手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記ネットワーク装置は、
   前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記第１の位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されている場合、該位置情報に基づいて、直接、該当基地局に対して呼び出しメッセージを送信する呼び出しメッセージ送信手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記呼び出しメッセージ送信手段は、
   前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記第１の位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されていない場合、前記第２の位置登録手段によって登録された前記位置情報が示す前記呼び出しエリア内の複数の基地局の全てに対して呼び出しメッセージを送信する
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 個別の通信エリアを有する複数の基地局と、前記通信エリア間を移動する度に対応する通信エリアの基地局を介して位置登録要求を行う通信端末と、該通信端末の位置登録要求に基づいて該通信端末の位置を管理するネットワーク装置とを備え、前記複数の基地局の各々の通信エリアをまとめて複数の呼び出しエリアとする無線通信システムによる無線通信方法であって、
   前記通信端末が同一の呼び出しエリア内で、かつ異なる基地局の通信エリアに移動した場合に、対応する基地局を介して、前記ネットワーク装置に自端末を識別可能な識別情報を含む認証情報を送信することで第１の位置登録要求を行うステップと、
   前記ネットワーク装置の第１の位置登録手段が、前記基地局を介して通信端末から送信される認証情報を受信すると、該基地局の通信エリアと、該認証情報に含まれる前記通信端末の識別情報とを対応付けた位置情報を記憶するステップと、
   前記通信端末が、
   異なる呼び出しエリアへ移動した場合に、対応する通信エリアの基地局を介して、前記ネットワーク装置に対して第２の位置登録要求を行うステップと、
   前記ネットワーク装置の第２の位置登録手段が、
   前記基地局を介して通信端末から受信する第２の位置登録要求に応じて、前記通信端末との間で認証を行い、認証した場合、当該通信端末と当該通信端末の呼び出しエリアとを対応付けた位置情報を登録するステップと、
   前記ネットワーク装置の呼び出しメッセージ送信手段が、
   前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記第１の位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されていない場合、前記第２の位置登録手段によって登録された前記位置情報が示す前記呼び出しエリア内の複数の基地局の全てに対して呼び出しメッセージを送信するステップと
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
7. 前記通信端末の、
   パラメータ記憶手段が、所定のパラメータを記憶するステップと、
   識別情報記憶手段が、自身を識別するための識別情報を記憶するステップと、
   認証情報生成手段が、前記パラメータと前記識別情報とを組み合わせて、前記認証情報を生成するステップと
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。
8. 前記ネットワーク装置の呼び出しメッセージ送信手段が、
   前記通信端末への呼び出しが発生すると、前記第１の位置登録手段によって該当通信端末の位置情報が登録されている場合、該位置情報に基づいて、直接、該当基地局に対して呼び出しメッセージを送信するステップ
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。

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