JP5754330B2

JP5754330B2 - 基地局、無線通信システム、及び無線通信方法

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Publication number: JP5754330B2
Application number: JP2011215550A
Authority: JP
Inventors: 勇福田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP2013077914A

Description

本発明は、基地局、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。

従来、基地局やゲートウェイにより構成される無線通信システムは、移動局が高速かつ安全な無線通信を行う上で重要な社会基盤となっている。特に、基地局は、建物の屋上や山頂等に設置され、一般公衆網と接続されることがあるため、外部との通信に際して、ＩＰｓｅｃ（Security Architecture for Internet Protocol）等によるセキュリティを確保する。一方、近年の電力事情や災害時におけるサービス継続の観点から、無線通信システムは、通常運用時の電力を消費するモード（以下、「通常モード」と記す。）に加えて、消費電力を節減するモード（以下、「省電力モード」と記す。）を有する。省電力モードでは、基地局は、アンテナやＤＳＰ（Digital Signal Processor）の電源をオフにする。

特開２００３−２５０１７６号公報

しかしながら、省電力モードにおいても、データの秘匿性確保のため、通常モードと同様、高いセキュリティレベルが要求されるため、基地局は、セキュリティを維持するために定期的に暗号鍵の更新を行ったり、暗号の解読（復号）を行うこととなる。このため、基地局は、省電力モードにおいても、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や暗号化・復号用のプロセッサについては動作させることとなる。かかる動作に伴い、基地局は、比較的大きな電力を消費する。すなわち、基地局は、通常モードから省電力モードに移行しても、一部の構成要素については、消費電力を低減することができず、このことが、暗号化によるセキュリティの確保と省電力化との両立を阻害する要因となっていた。その結果、基地局において、十分な省電力効果が得られないという問題があった。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、高いセキュリティを確保しつつ、省電力化を図ることのできる基地局、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する基地局は、第１の復号部と、保持部と、取得部と、第２の復号部とを有する。前記第１の復号部は、通常状態において、データを復号する。前記保持部は、省電力状態から前記通常状態への復帰に用いる鍵を保持する。前記取得部は、前記通常状態から前記省電力状態への移行前に、前記保持部から前記鍵を取得する。前記第２の復号部は、前記省電力状態において、前記鍵を用いて、前記復帰を指示するデータを復号する。前記第１の復号部は、前記通常状態から前記省電力状態への移行に伴って停止し、前記復帰を指示するデータの復号に伴って起動する。

本願の開示する基地局の一つの態様によれば、高いセキュリティを確保しつつ、省電力化を図ることができる。

図１は、無線通信システムの構成を示す図である。図２は、基地局の機能的構成を示す図である。図３は、鍵のデータ構成を示す図である。図４は、基地局のハードウェア構成を示す図である。図５は、基地局の主要な動作を説明するためのフローチャートである。図６は、無線通信システムの動作の前半部分を説明するためのシーケンス図である。図７は、無線通信システムの動作の後半部分を説明するためのシーケンス図である。

以下に、本願の開示する基地局、無線通信システム、及び無線通信方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施例により、本願の開示する基地局、無線通信システム、及び無線通信方法が限定されるものではない。

まず、本願の開示する一実施例に係る無線通信システムの構成を説明する。図１は、無線通信システム１の構成を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、基地局１０と、ＳｅＧＷ（Security GateWay）２０と、ＯＰＥ（OPeration Equipment）３０とを少なくとも有する。基地局１０は、ＳｅＧＷ２０と有線接続されており、基地局１０とＳｅＧＷ２０との間には暗号化通信区間が形成されている。また、ＳｅＧＷ２０は、保守端末装置としてのＯＰＥ３０と有線接続されることにより非暗号化通信区間を形成すると共に、コアネットワークＮと接続されている。基地局１０は、省電力モードへの移行や解除、あるいは、疎通確認の要求や応答受信を行うため、ＳｅＧＷ２０を介してＯＰＥ３０との間で、パケットを送受信する。

図２は、基地局１０の機能的構成を示す図である。図２に示すように、基地局１０は、信号ＩＦ１１と、セレクタ１２と、低速復号部１３と、電源制御部１４と、タイマ１５と、高速復号部１６と、装置制御部１７と、鍵交換部１８と、ＢＢ（Base Band）制御部１９と、アンテナ１１０とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に信号の入出力が可能なように信号線を介して接続されている。信号ＩＦ１１と、セレクタ１２と、低速復号部１３と、電源制御部１４と、タイマ１５とは、主として省電力モード（待機運転時）において機能する。高速復号部１６と、装置制御部１７と、鍵交換部１８と、ＢＢ（Base Band）制御部１９と、アンテナ１１０とは、主として通常モード（通常運転時）において機能する。

信号ＩＦ１１は、基地局１０とＳｅＧＷ２０との間で、パケットの送受信を行う。セレクタ１２は、信号ＩＦ１１から入力された信号の出力先を、後述の低速復号部１３又は高速復号部１６に切り替える制御を行う。低速復号部１３は、暗号専用でない低速なプロセッサ又はプログラム演算により、各種パケットの暗号化及び復号を行う。

電源制御部１４は、低速復号部１３から入力されるパケットの指示に応じて、基地局１０を、省電力モード又は通常モードへ遷移させる。タイマ１５は、省電力鍵のライフタイム（有効時間）を管理する。省電力鍵は、省電力モードから通常モードへの復帰を指示する省電力制御パケットに施された暗号を解除するための鍵（復号鍵）である。電源制御部１４は、ソフトライフタイム（例えば、４０分間）の満了をタイマ１５から通知されると、鍵を交換するため、装置制御部１７の電源を投入し、後述の鍵交換部１８に対して、省電力鍵の交換を依頼する。また、電源制御部１４は、ハードライフタイム（例えば、１時間程度）の満了をタイマ１５から通知されると、基地局１０とＳｅＧＷ２０との間のセッションが不確立となったものと判断し、セキュリティを優先して、現在保持している省電力鍵を削除する。その後、再びセッションが確立されると、電源制御部１４は、ＳｅＧＷ２０に対して省電力鍵の再送を要求（リトライ）し、新しい省電力鍵を取得する。

高速復号部１６は、低速復号部１３と異なり、暗号専用の高速なプロセッサにより、各種パケットの暗号化及び復号を行う。装置制御部１７は、基地局１０の各構成部分を起動、停止させると共に、基地局１０の各構成部分を統括的に制御する。鍵交換部１８は、鍵交換用プロトコル（例えば、ＩＫＥ：Internet Key Exchange）を終端させると共に、通常鍵及び省電力鍵の交換と更新を行う。ＢＢ制御部１９は、無線プロトコルを終端させると共に、スケジューリングやハンドオーバ制御を行う。アンテナ１１０は、無線チャネルを介して、移動局との間で各種信号の送受信を行う。

図３は、鍵ｋのデータ構成を示す図である。図３に示すように、鍵ｋは、ポリシーｋ１と鍵情報ｋ２とを有する。ポリシー（ＳＰＤ：Security Policy Database）ｋ１は更に、暗号モード、セレクタ、ＤＰＤ（Dead Peer Detection）、ライフタイムを有する。暗号モードには、暗号化対象のパケットが暗号化されているか否かを識別する情報と共に、暗号を解除するためのアルゴリズムが格納されている。

なお、ポリシーｋ１（暗号トンネル）は、通常モードと省電力モードとで、別々に設定するものとしてもよい。すなわち、通常モードにおいては、基地局１０は、ライフタイムやライフバイトの超過によって鍵の更新を行うことで、特に高いセキュリティレベルを維持する必要がある。このため、基地局１０は、鍵交換プロトコルによる疎通確認によって、暗号セッションの監視や復旧を行う。一方、省電力モードにおいては、基地局１０は、鍵交換機能を有するＣＰＵ１０ｆの電源をオフとするため、鍵や暗号セッションの更新を行うと、暗号セッションが切断され、鍵が削除されてしまうことがある。この場合、パケットの復号が不能となり、パケットの正常な疎通が阻害される可能性がある。このため、基地局１０は、鍵の更新や、鍵交換プロトコルによる疎通確認を予め無効状態に設定しておく必要がある。なお、省電力モードでは、必要最小限のパケットしか送受信されないため、基地局１０は、必ずしも、通常モードで実行していたセキュリティレベルでの鍵更新や疎通確認を行わなくても、特段の不都合は生じない。

セレクタには、ポリシーを適用する条件が設定されている。当該条件は、省電力モードにおいて、省電力鍵を用いた暗号化トンネルを使用するか、通常の暗号化トンネルを使用するかの判定に使用される。例えば、省電力制御においては、セレクタとして、ＩＰ（Internet Protocol）アドレス、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）、省電力制御特定番号（Type）等が指定される。ＤＰＤには、ＩＫＥ＿ＳＡ（Internet Key Exchange＿Security Association）が正常に通信を行っているか否かを定期的に監視するための時間が設定されている。ライフタイムには、鍵の更新と削除（使用不可化）とを行うための閾値が設定されている。鍵は、経過時間がソフトライフタイムに達した場合、ＤＹＩＮＧとなり更新され、経過時間がハードライフタイムに達した場合、ＤＥＡＤとなり使用不可となる。

鍵情報（ＳＡ：Security Association）ｋ２は更に、番号、状態、鍵データ、経過時間を有する。番号は、鍵を識別するためのＩＤである。状態は、鍵の状態を表す。鍵の状態は、例えば、ＮＵＬＬ（空白）、ＬＡＲＶＡＬ（確立中）、ＭＡＴＵＲＥ（確立済）、ＤＹＩＮＧ（切替え中）、ＤＥＡＤ（使用不可）の様に遷移する。鍵データとしては、例えば、鍵のデータ長、アルゴリズム等の情報が格納される。経過時間は、鍵が最後に更新された時から経過した時間であり、上述のソフトライフタイム、ハードライフタイムの監視に使用される。

図４は、基地局１０のハードウェア構成を示す図である。図４に示すように、基地局１０は、ハードウェアの構成要素として、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ１０ａと、Ｌ２ＳＷ（Layer2 SWitch）１０ｂと、ＰＬＤ（Program LoaDer）１０ｋと、ＮＷＰ（NetWork Processor）１０ｅと、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ｆと、メモリ１０ｇと、メモリコントローラ１０ｈと、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０ｉと、アンテナ１０ｊとを有する。更に、ＰＬＤ１０ｋは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１０ｃとＲＴＣ（Real Time Clock）１０ｄとを有する。メモリ１０ｇは、例えば、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭ、ＲＯＭ（Read Only Memory)、フラッシュメモリにより構成される。上述の信号ＩＦ１１は、イーサネットＰＨＹ１０ａにより実現され、セレクタ１２は、Ｌ２ＳＷ１０ｂにより実現される。また、低速復号部１３と電源制御部１４とは、ＦＰＧＡ１０ｃ又は小型ＣＰＵにより実現され、タイマ１５は、ＲＴＣ１０ｄにより実現される。高速復号部１６は、ＮＷＰ１０ｅにより実現され、装置制御部１７は、ＣＰＵ１０ｆにより実現され、鍵交換部１８は、メモリ１０ｇ及びメモリコントローラ１０ｈにより実現される。また、ＢＢ制御部１９は、ＤＳＰ１０ｉにより実現され、アンテナ１１０は、アンテナ１０ｊにより実現される。

次に、本実施例における無線通信システム１の動作を説明する。図５は、基地局１０の主要な動作を説明するためのフローチャートである。

図５のＳ１では、基地局１０は、電源の投入に伴い、ＣＰＵ１０ｆにより、初期状態としての通常モードに移行する。通常モードでは、ＤＳＰ１０ｉは元より、電力消費量の大きいＮＷＰ１０ｅ、ＣＰＵ１０ｆ、メモリ１０ｇ、メモリコントローラ１０ｈに対しても電力が供給されている。Ｓ２では、基地局１０は、メモリコントローラ１０ｈにより、ＳｅＧＷ２０との間で通常鍵の交換を行う。このとき、ＮＷＰ１０ｅは、省電力モードへの移行を指示するパケットの受信を待機している（Ｓ３）。当該パケットは、セキュリティレベルを維持するため、暗号化されているため、ＮＷＰ１０ｅは、ＯＰＥ３０から送信された当該パケットの受信を検知すると（Ｓ３；Ｙｅｓ）、Ｓ２で交換された通常鍵を用いて、当該パケットの暗号を解除（復号）する。

Ｓ４では、基地局１０のＦＰＧＡ１０ｃは、省電力モードへの移行に先立ち、ＣＰＵ１０ｆとの間で、通常モードへの移行に用いる省電力鍵の交換を行う。その後、ＣＰＵ１０ｆは、ＰＬＤ１０ｋ、Ｌ２ＳＷ１０ｂ及びイーサネットＰＨＹ１０ａ以外の電源をオフとし、基地局１０を省電力モードに移行させる（Ｓ５）。省電力モードでは、電力消費量の大きいＮＷＰ１０ｅ、ＣＰＵ１０ｆ、メモリ１０ｇ、メモリコントローラ１０ｈに対する電力供給が停止される。ＰＬＤ１０ｋを構成するＦＰＧＡ１０ｃ及びＲＴＣ１０ｄには、依然電力が供給されるが、消費電力量は、ＮＷＰ１０ｅ、ＣＰＵ１０ｆ、メモリ１０ｇ、メモリコントローラ１０ｈと比較して極めて少ない。したがって、省電力化が実現される。省電力モードへの移行に伴い、ＲＴＣ１０ｄは、省電力鍵のライフタイマを起動し、モード遷移時からの経過時間の計測を開始する（Ｓ６）。

Ｓ７では、ＲＴＣ１０ｄは、省電力鍵のライフタイマの満了を監視する。ＦＰＧＡ１０ｃは、ライフタイマが満了するまでの間（Ｓ７；Ｎｏ）、ＯＰＥ３０に対して、所定の周期で疎通確認要求パケットを送信し（Ｓ８）、当該要求パケットに対する応答の受信を待機する（Ｓ９）。疎通確認は、基地局１０が、現在保持している省電力鍵を用いることで、省電力モードから通常モードに確実に復帰することが可能であることを確認するために実行される。ＦＰＧＡ１０ｃは、疎通確認応答パケットの受信を検知すると（Ｓ９；Ｙｅｓ）、Ｓ４で交換された省電力鍵を用いて、当該パケットの暗号を解除（復号）する。ＦＰＧＡ１０ｃは、ＯＰＥ３０との間で正常な疎通が行われているものと判断し、以降、省電力モードの解除を指示するパケットの受信を待機する（Ｓ１０）。

省電力モードの解除を指示するパケットは、省電力モードにおいてもセキュリティレベルを維持するための暗号化が為されている。このため、ＦＰＧＡ１０ｃは、ＯＰＥ３０から送信された当該パケットの受信を検知すると（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、Ｓ４で交換された省電力鍵を用いて、通常モードへの復帰を指示するパケットの暗号を解除（復号）する。ＦＰＧＡ１０ｃは、当該パケットの指示に従い、基地局１０を省電力モードから通常モードに移行させる。なお、Ｓ１０において、ＦＰＧＡ１０ｃが上記パケットの受信を検知しない間は（Ｓ１０；Ｎｏ）、上記Ｓ７に戻り、Ｓ７以降の処理が繰り返し実行される。

通常モードへの移行に伴い、ＲＴＣ１０ｄは、省電力鍵のライフタイマを停止させ、モード遷移時からの経過時間の計測を終了する（Ｓ１１）。その後、基地局１０の動作は、上述のＳ１に戻り、Ｓ１以降の一連の処理が再び実行される。

Ｓ７において、ＲＴＣ１０ｄが、省電力鍵のライフタイマの満了を検知すると（Ｓ７；Ｙｅｓ）、ＦＰＧＡ１０ｃは、既存の省電力鍵を新しい鍵と交換するため、ＣＰＵ１０ｆの電源を再度投入する（Ｓ１２）。Ｓ１２の処理の終了後は、再びＳ４以降の処理が実行される。すなわち、一時的に起動されたＣＰＵ１０ｆは、ＳｅＧＷ２０から新規の省電力鍵を取得し、ＦＰＧＡ１０ｃは、ＣＰＵ１０ｆから当該省電力鍵を取得することで、前回Ｓ４で取得された省電力鍵を更新する。

また、Ｓ９において、ＦＰＧＡ１０ｃは、疎通確認応答パケットの受信を所定時間検知しない場合（Ｓ９；Ｎｏ）、基地局１０とＯＰＥ３０との間に何らかの疎通異常が発生したものと判断する。そして、ＦＰＧＡ１０ｃは、基地局１０とＯＰＥ３０との間での正常な疎通を再開可能とするため、上述したＳ１２及びＳ４以降の処理と同様に、一時的に起動されたＣＰＵ１０ｆから現在の省電力鍵を取得する。これにより、ＦＰＧＡ１０ｃは、既存の省電力鍵を最新の状態に更新する。

続いて、図６、図７を参照しながら、無線通信システム１の動作を説明する。図６は、無線通信システムの動作の前半部分を説明するためのシーケンス図である。

（装置起動〜省電力モードへの移行）
Ｔ１では、ＰＬＤ１０ｋ、ＣＰＵ１０ｆは、共に電源オフの状態にあるが、基地局１０の電源がオンされると、ＰＬＤ１０ｋ、ＣＰＵ１０ｆが起動し、基地局１０は、通常運転を開始する（Ｔ２）。運転開始を契機として、基地局１０は、ＣＰＵ１０ｆにより、ＳｅＧＷ２０との間で、通常モード用の鍵（通常鍵）の送受信を行う（Ｔ３、Ｔ４）。この送受信処理は、ＩＫＥにより実行される。次に、基地局１０とＳｅＧＷ２０とは、ＩＫＥを用いて、ＤＰＤによる疎通を行うことにより、通常鍵のためのＩＫＥ＿ＳＡトンネル（暗号セッション）を定期監視する（Ｔ５、Ｔ６）。

ＯＰＥ３０が、ＩＣＭＰにより、ＳｅＧＷ２０宛に省電力指示パケットを送信する（Ｔ７）と、ＳｅＧＷ２０は、ＥＳＰ（Encapsulating Security Payload）とＩＣＭＰとにより、上記パケットを基地局１０に転送する（Ｔ８）。なお、Ｔ８においては、ＥＳＰ上のＳＰＩ（Security Parameter Index）には、“通常鍵”に対応する値が設定されている。

基地局１０のＣＰＵ１０ｆは、電源切断指示の入力に伴い、ＳｅＧＷ２０との間で、省電力モード専用の鍵（省電力鍵）の送受信を行う。基地局１０が、ＳｅＧＷ２０に対して、省電力鍵の送信を要求すると（Ｔ９）、ＳｅＧＷ２０は、基地局１０宛に省電力鍵を返信する（Ｔ１０）。ＣＰＵ１０ｆは、省電力鍵の取得時に、ソフトライフタイムとして例えば４０分を設定し、ハードライフタイムとして例えば６０分を設定する。このとき、ＣＰＵ１０ｆは、ライフタイムと併せて、ライフバイト（例えば、１００バイト）を設定してもよい。なお、省電力鍵の場合には、鍵が削除されない様に、上述の通常鍵と異なり、ＳｅＧＷ２０は、ＤＰＤを実行しない。

Ｔ１１では、ＣＰＵ１０ｆは、Ｔ１０でＳｅＧＷ２０から受信された省電力鍵をＰＬＤ１０ｋに出力する。これにより、消費電力が大きいことから省電力モードでは電源オフとなるＣＰＵ１０ｆと、消費電力が小さいことから省電力モードでも電源オンであるＰＬＤ１０ｋとの間で、省電力鍵の授受が完了する。ＰＬＤ１０ｋは、ＣＰＵ１０ｆから省電力鍵を取得すると、Ｔ１０で設定された省電力鍵のライフタイマを起動し、ＣＰＵ１０ｆに対して、待機運転の開始を通知する（Ｔ１２）。ＣＰＵ１０ｆは、当該通知を契機として、ＣＰＵ１０ｆ、ＮＷＰ１０ｅ、メモリコントローラ１０ｈ、メモリ１０ｇの電源をオフとする。これにより、基地局１０は、従前の通常モードから省電力モードに移行する（Ｔ１３）。

（省電力モードへの移行〜省電力モードの解除）
省電力モードにおいては、ＣＰＵ１０ｆは電源オフ状態にあるため、基地局１０の低消費電力化が実現されるが、省電力モードにおいても、ＰＬＤ１０ｋは、電源オン状態にある。したがって、基地局１０は、ＰＬＤ１０ｋにより、省電力鍵を使用した省電力セッションを通して、ＯＰＥ３０との間で疎通確認を行い、通常モードへの復帰の可否を監視する。具体的には、ＰＬＤ１０ｋは、ＥＳＰとＩＣＭＰとにより、ＳｅＧＷ２０に向けて、疎通確認要求パケットを送信する（Ｔ１４）と、ＳｅＧＷ２０は、ＩＣＭＰにより、上記パケットをＯＰＥ３０に転送する（Ｔ１５）。なお、Ｔ１４において、ＥＳＰ上のＳＰＩは、“省電力”に設定されている。疎通確認要求パケットには、ＰＬＤ１０ｋにおいて、Ｔ１１で取得された省電力鍵による暗号化が施されているため、省電力中においても、基地局１０とＯＰＥ３０との間のセキュリティは確保される。

Ｔ１６では、ＯＰＥ３０は、疎通確認要求パケットに対する返信として、ＩＣＭＰにより、疎通確認応答パケットをＳｅＧＷ２０に送信する。ＳｅＧＷ２０は、ＥＳＰとＩＣＭＰとにより、上記パケットを基地局１０に転送する（Ｔ１７）。なお、Ｔ１７においても、ＥＳＰ上のＳＰＩには、“省電力鍵”に対応する値が設定されている。疎通確認応答パケットは暗号化されているが、ＰＬＤ１０ｋは、Ｔ１１にてＣＰＵ１０ｆから取得された省電力鍵を用いて、当該パケットを復号する。これにより、基地局１０は、ＯＰＥ３０との間で疎通が図られていること、換言すれば、現在保持している省電力鍵を用いて、省電力モードから通常モードへの復帰（ＣＰＵ１０ｆの再起動）が可能であることを確認する。

Ｔ１４〜Ｔ１７の一連の疎通確認処理は、所定の周期（例えば、５〜１０分程度）で定期的に実行され、これにより、基地局１０は、省電力の暗号セッションが正常であることを確認する（Ｔ１９〜Ｔ２１）。回線の切断やＳｅＧＷ２０の故障・電源断により疎通確認応答パケットが基地局１０に到達しなかった場合（Ｔ２２）には、ＰＬＤ１０ｋは、疎通に異常が発生したものと判断し、省電力鍵の更新を試行する。省電力鍵は、暗号セッションに異常（応答無し）が発生した場合に加えて、上記ライフタイムが満了した場合（上述のＴ１１）にも更新される。これにより、ＰＬＤ１０ｋは、基地局１０が復帰不能となることを未然に回避する。

ＰＬＤ１０ｋは、ＣＰＵ１０ｆに対して、起動を指示する（Ｔ２３）。ＣＰＵ１０ｆは、当該指示に従い電源オンとするが、基地局１０は省電力モードであることから、消費電力を抑制するため、電源オン状態となる構成要素は、必要最小限であることが望ましい。例えば、省電力鍵の更新に際しても、アンテナ１０ｊを含むＤＳＰ１０ｉの電源は、依然としてオフの状態を継続する。ＰＬＤ１０ｋとＣＰＵ１０ｆとは、通常鍵と省電力鍵のポリシー（ＳＰＤ）の内、省電力鍵のポリシーのみを使用して、省電力鍵の更新を行う（Ｔ２４）。具体的には、基地局１０のＣＰＵ１０ｆは、起動指示の入力に伴い、ＳｅＧＷ２０との間で、省電力鍵の送受信を行う。基地局１０が、ＳｅＧＷ２０に対して、省電力鍵の送信を要求すると（Ｔ２５）、ＳｅＧＷ２０は、基地局１０宛に省電力鍵を返信する（Ｔ２６）。ＣＰＵ１０ｆは、上述のＴ１０と同様、省電力鍵の取得時に、ソフトライフタイムとして例えば４０分を設定し、ハードライフタイムとして例えば６０分を設定する。このとき、ＣＰＵ１０ｆは、ライフタイムと併せて、ライフバイト（例えば、１００バイト）を設定することもできる。

Ｔ２７では、ＣＰＵ１０ｆは、Ｔ２６でＳｅＧＷ２０から受信された省電力鍵をＰＬＤ１０ｋに出力する。ＰＬＤ１０ｋは、ＣＰＵ１０ｆから省電力鍵を取得すると、Ｔ１０で設定された省電力鍵のライフタイマを起動すると共に、従前の省電力鍵を削除して、取得した上記省電力鍵を保持する。これにより、ＰＬＤ１０ｋは、省電力モードの解除を指示する暗号化済パケットの復号に必要な最新の省電力鍵を入手する。

ＰＬＤ１０ｋは、省電力鍵の更新を完了すると、ＣＰＵ１０ｆに対して、待機運転の開始を通知する（Ｔ２８）。ＣＰＵ１０ｆは、当該通知を契機として、ＣＰＵ１０ｆ、ＮＷＰ１０ｅ、メモリコントローラ１０ｈ、メモリ１０ｇの電源を再びオフとする。これにより、基地局１０は、一時的な通常モードを終了し、省電力モードに再度移行する（Ｔ２９）。

（省電力モードの解除以降）
基地局１０は、省電力モードの解除を指示するパケット（以下、「解除指示パケット」と記す。）を受信すると、Ｔ２７で更新された省電力鍵を用いて解除指示パケットを解読し、上記指示に従い、通常モードに移行する。具体的には、Ｔ３０において、ＯＰＥ３０は、ＩＣＭＰにより、上記解除指示パケットをＳｅＧＷ２０に送信する。ＳｅＧＷ２０は、ＥＳＰとＩＣＭＰとにより、省電力の暗号セッションを通して、上記解除指示パケットを基地局１０に転送する（Ｔ３１）。なお、Ｔ３１においては、省電力モードの解除前であるため、ＥＳＰ上のＳＰＩには、依然“省電力鍵”に対応する値が設定されている。

ＰＬＤ１０ｋは、解除指示パケットを受信すると、Ｔ２７で更新された省電力鍵により、解除指示パケットの暗号を解除（復号）すると共に、これにより不要となった省電力鍵を消去する。Ｔ３２では、ＰＬＤ１０ｋは、上記解除指示パケットの指示に従い、ＣＰＵ１０ｆに対して、通常運転の開始を通知する。ＣＰＵ１０ｆは、当該通知を契機として、ＣＰＵ１０ｆ、ＮＷＰ１０ｅ、メモリコントローラ１０ｈ、メモリ１０ｇの電源を再びオンとする。これにより、基地局１０は、省電力モードから通常モードに復帰し、通常運転を再開する（Ｔ３３）。基地局１０は、運転再開を契機として、ＣＰＵ１０ｆにより、ＳｅＧＷ２０との間で、新しい通常鍵の送受信を行う（Ｔ３４、Ｔ３５）。この送受信処理は、ＩＫＥにより実行される。以降、基地局１０は、通常鍵の暗号セッションにより、ＯＰＥ３０との間で、制御信号及びデータ信号の疎通を行うことで、移動局に対して各種サービスを提供する。

以上説明したように、基地局１０は、高速復号部１６と鍵交換部１８と電源制御部１４と低速復号部１３とを有する。高速復号部１６は、通常モードにおいて、データ（省電力解除指示パケット）を復号する。鍵交換部１８は、省電力モードから上記通常モードへの復帰に用いる鍵を保持する。電源制御部１４は、上記通常モードから上記省電力モードへの移行前に、鍵交換部１８から上記鍵を取得する。低速復号部１３は、上記省電力状態において、上記鍵を用いて、上記復帰を指示するデータを復号する。高速復号部１６は、上記通常状態から上記省電力状態への移行に伴って停止し、上記復帰を指示するデータの復号に伴って起動する。

すなわち、基地局１０は、省電力モードへの移行時に、ＳｅＧＷ２０との間で専用の暗号セッションを確立すると共に、省電力状態でも動作可能なＰＬＤ１０ｋ内に、復号鍵と、簡易的な暗号解読回路であるＦＰＧＡ１０ｃとを準備しておく。基地局１０は、オペレータから省電力解除の指示を受けると、上記復号鍵とＦＰＧＡ１０ｃとを用いて、暗号化されたパケットを復号し、省電力モードを解除する電力制御を行う。基地局１０は、メモリコントローラ１０ｈやメモリ１０ｇの電源をオフとすることで、省電力鍵の保持が途絶える（消失）することが懸念される。しかしながら、ＦＰＧＡ１０ｃは、省電力モードへの移行に先立ち、ＣＰＵ１０ｆから省電力鍵を取得しているため、かかる懸念は解消される。また、基地局１０は、ＣＰＵ１０ｆの電源をオフとすることで、通常モードへの復帰を指示するパケット（暗号化済の解除指示パケット）の復号を実行する主体を失うことが懸念される。しかしながら、ＣＰＵ１０ｆの電源をオフとしても、より消費電力の少ない低速暗号部としてのＦＰＧＡ１０ｃが、ＣＰＵ１０ｆに代わり、省電力鍵による復号を実行することができるため、かかる懸念も解消される。

上述したように、基地局１０は、省電力モードでは、ＦＰＧＡ１０ｃよりも消費電力の大きいＣＰＵ１０ｆ（鍵交換機能）のみならず、高速エンジンとしてのＮＷＰ１０ｅ（高速復号機能）あるいはメモリコントローラ１０ｈ、メモリ１０ｇの電源もオフにすることができる。特にプロセッサに関し、従来では、省電力モードにおいても、ＤＳＰ１０ｉの電源はオフにするものの、節電効果の高いＣＰＵ１０ｆやＮＷＰ１０ｅの電源をオフにすることはなかった。これに対し、基地局１０は、ＦＰＧＡ１０ｃを機能させる代わりに、ＣＰＵ１０ｆやＮＷＰ１０ｅの電源をオフにすることができるため、その分、消費電力を節減することができる。したがって、基地局１０は、従前のセキュリティレベルを損なうことなく、消費電力を抑制することができる。特に、基地局１０は、待機時の電力を低下させることができるので、災害等によりバッテリ駆動が必要となり、かつ、省電力モードが長時間継続した場合でも、その後に通常モードに遷移して、サービスを簡易迅速に復旧させることが可能となる。その結果、基地局１０は、汎用網を用いた通信環境においても、有効な節電効果を得ることができる。

また、基地局１０の鍵交換部１８は、通常モードから省電力モードへの移行後、所定時間（ライフタイム）の経過に伴い、省電力鍵を更新する。これにより、基地局１０は、省電力モードへの移行後も、ＣＰＵ１０ｆを一時的に動作させることで、定期的な鍵更新を行うことができる。したがって、基地局１０は、省電力モードが長時間継続した場合でも、第三者によって省電力鍵を解読されるリスクを低減することができる。その結果、セキュリティが更に向上する。

更に、基地局１０の鍵交換部１８は、通常モードから省電力モードへの移行後、通信異常の検知に伴い、省電力鍵を更新する。すなわち、基地局１０は、省電力モードであっても、定期的に暗号セッションの疎通確認を行い、異常があった場合には、ＣＰＵ１０ｆを一時的に動作させて鍵の更新を行う。これにより、暗号セッションの再確立を行う。このため、基地局１０は、省電力中に異常が発生した場合でも、その復旧後に備えて、最新の鍵を保持することができる。したがって、基地局１０は、基地局１０とＯＰＥ３０とを接続する途中経路の電源切断や故障等の一時的な阻害要因があっても、復旧後に省電力モードを解除不能となるという事態を未然に防止することができる。その結果、基地局１０は、省電力モードからの復帰を安定的に行うことが可能となる。

なお、図１に示した基地局１０の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的態様は、図示のものに限らず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することもできる。例えば、低速復号部１３と電源制御部１４、あるいは、装置制御部１７と鍵交換部１８をそれぞれ１つの構成要素として統合してもよい。その際、装置制御部１７が、鍵交換部１８を、構成要素の１つとして包含するものとしてもよい。反対に、鍵交換部１８に関し、通常鍵を交換する部分と、省電力鍵を交換する部分とに分散してもよい。また、メモリ１０ｇを、基地局１０の外部装置としてネットワークやケーブル経由で接続するようにしてもよい。

１無線通信システム
１０基地局
１０ａイーサネットＰＨＹ
１０ｂＬ２ＳＷ
１０ｃＦＰＧＡ
１０ｄＲＴＣ
１０ｅＮＷＰ
１０ｆＣＰＵ
１０ｇメモリ
１０ｈメモリコントローラ
１０ｉＤＳＰ
１０ｊアンテナ
１０ｋＰＬＤ
１１信号ＩＦ
１２セレクタ
１３低速復号部
１４電源制御部
１５タイマ
１６高速復号部
１７装置制御部
１８鍵交換部
１９ＢＢ制御部
１１０アンテナ
２０ＳｅＧＷ
３０ＯＰＥ
ｋ鍵
ｋ１ポリシー
ｋ２鍵情報
Ｎコアネットワーク

Claims

中継装置を介してコアネットワークと接続され、移動局装置に対して無線接続サービスを提供する基地局であって、
通常状態において、コアネットワーク側の中継装置との間で確立された暗号通信区間での受信データを復号する第１の復号部と、
省電力状態において用いる鍵を保持する保持部と、
前記通常状態から前記省電力状態への移行前に、前記保持部から前記鍵を取得する取得部と、
前記省電力状態において、前記鍵を用いて、コアネットワーク側の中継装置との間で確立された暗号通信区間での受信データであって前記省電力状態から前記通常状態への復帰を指示するデータを復号する第２の復号部とを有し、
前記第１の復号部は、前記通常状態から前記省電力状態への移行に伴って停止し、前記復帰を指示するデータの復号に伴って起動する
ことを特徴とする基地局。
前記保持部は、前記通常状態から前記省電力状態への移行後、所定時間の経過に伴い、前記鍵を更新し、
前記取得部は、前記更新された鍵を取得することを特徴とする請求項１記載の基地局。
前記保持部は、前記通常状態から前記省電力状態への移行後、通信異常の検知に伴い、前記鍵を更新し、
前記取得部は、前記更新された鍵を取得することを特徴とする請求項１記載の基地局。
コアネットワークに接続される中継装置と、前記中継装置を介してコアネットワークに接続され移動局装置に対して無線接続サービスを提供する基地局装置とを有する無線通信システムにおいて、
前記中継装置は、
通常状態の前記基地局装置との間で確立された暗号通信区間に対する送信データを暗号化する第１の暗号部と、
省電力状態の前記基地局装置で用いられる鍵を送信する鍵送信部と、
前記基地局装置に対して、前記省電力状態から前記通常状態への復帰を指示するデータを前記鍵を用いて暗号化する第２の暗号化部と、
を有し、
前記基地局装置は、
通常状態において、コアネットワーク側の中継装置との間で確立された暗号化通信区間での受信データを復号する第１の復号部と、
省電力状態において用いる鍵を保持する保持部と、
前記通常状態から前記省電力状態への移行前に、前記保持部から前記鍵を取得する取得部と、
前記省電力状態において、前記鍵を用いて、コアネットワーク側の中継装置との間で確立された暗号通信区間での受信データであって前記復帰を指示するデータを復号する第２の復号部とを有し、
前記第１の復号部は、前記通常状態から前記省電力状態への移行に伴って停止し、前記復帰を指示するデータの復号に伴って起動する
ことを特徴とする無線通信システム。
中継装置を介してコアネットワークと接続され、移動局装置に対して無線接続サービスを提供する基地局における無線通信方法において、
前記基地局は、
通常状態において、コアネットワーク側の中継装置との間で確立された暗号通信区間での受信データを復号し、
前記通常状態から省電力状態への移行前に、前記省電力状態において用いる鍵を保持する保持部から前記鍵を取得し、
前記省電力状態において、前記鍵を用いて、コアネットワーク側の中継装置との間で確立された暗号通信区間での受信データであって前記省電力状態から前記通常状態への復帰を指示するデータを復号し、
前記通常状態から前記省電力状態への移行に伴って復号部を停止し、前記復帰を指示するデータの復号に伴って前記復号部を起動する
ことを特徴とする無線通信方法。