JP5888426B2 - 無線アクセスネットワーク装置、移動通信システム、通信方法、およびプログラム - Google Patents

無線アクセスネットワーク装置、移動通信システム、通信方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、無線アクセスネットワーク装置、移動通信システム、通信方法、およびプログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。
インターネットなどの有線ネットワークでは、サービス拒否(DoS:Denial of Service)攻撃と呼ばれる悪意のある攻撃がされていることが知られている。DoS攻撃の中には、ネットワーク上のトラフィックを増大させ、通信を処理している回線やサーバの処理能力(リソース)を占有することにより、システムを使用困難あるいはダウンさせようとする攻撃がある。近年では、無線ネットワークにおいても、DoS攻撃がされた場合の対策が検討され始めている(特許文献1)。
ところで、図3に示すように、3GPP(Third Generation Partnership Project)で規定されるLTE(Long Term Evolution)の移動通信システムは、移動局(UE:User Equipment)、無線アクセスネットワーク装置である基地局(eNB:evolved Node B)、およびコアネットワークから構成される。UE100とeNB200との間では、呼接続の際、L3(Layer 3)のプロトコルであるRRC(Radio Resource Control)を用いて無線制御コネクションが確立される(非特許文献1)。
図8は、無線制御コネクションを確立する際に、UE100とeNB200との間で送受信されるRRCメッセージのシーケンス図である。まず、UE100がeNB200に対して、無線制御コネクション要求信号であるRRC Connection Requestメッセージを送信する(S100)。これを受信したeNB200はUE100に対して、無線制御コネクション設定信号であるRRC Connection Setupメッセージを送信する(S101)。これを受信したUE100は、無線制御コネクション設定完了信号であるRRC Connection Setup Completeメッセージを送信する(S102)。
特表2008−537385号公報
Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification[3GPP TS36.331 V10.4.0]
上述の背景技術には次のような問題がある。図8に示したシーケンスにおいて無線制御コネクションを確立する際、eNB200は、UE100と通信するために必要な情報であるコンテキスト情報(UE Context)を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる必要がある。
ここで、図9に示すように、悪意のUE120がRRC Connection Requestを送信するが(S200、S203)、eNB200から送信されたRRC Connection Setup(S202、S205)へは応答しないことにより、シーケンスを正常に完了させない動作を次々に繰り返すDoS攻撃がされた場合を想定する。この場合、eNB200でのUE Context保存エリアが次々に割り当てられ(S201、S204)、最終的にはUE Context保存エリアが枯渇する(S206)。このため、通常のUE110がRRC Connection Requestを送信しても(S207)、eNB200はUE110のためのUE Context保存エリアを割り当てることができず(S208)、UE110が正常に通信できない問題が生じる。
そこで、本発明の目的は、このようなDoS攻撃の影響を受けにくい無線アクセスネットワーク装置、移動通信システム、通信方法、およびプログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体を提供することにある。
本発明による無線アクセスネットワーク装置は、
無線制御コネクションを確立する移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信する第1の受信手段と、
前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信する第1の送信手段と、
前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信する第2の受信手段と、
前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる割当手段と、
を備える。
本発明による通信方法は、
無線アクセスネットワーク装置との間で無線制御コネクションを確立する移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信し、
前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信し、
前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信し、
前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる、
ものである。
本発明によるプログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体は、
移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信する処理と、
前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信する処理と、
前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信する処理と、
前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる処理と、
をコンピュータに実行させるプログラムが格納されたものである。
本発明による移動通信システムは、
移動局と、前記移動局との間で無線制御コネクションを確立する無線アクセスネットワーク装置と、を有する移動通信システムであって、
前記無線アクセスネットワーク装置は、
前記移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信する第1の受信手段と、
前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信する第1の送信手段と、
前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信する第2の受信手段と、
前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる割当手段と、を備え、
前記移動局は、
前記無線アクセスネットワーク装置に、前記無線制御コネクション設定要求信号を送信する第2の送信手段と、
前記無線アクセスネットワーク装置から、前記無線制御コネクション設定信号を受信する第3の受信手段と、
前記無線アクセスネットワーク装置に、前記無線制御コネクション設定完了信号を送信する第3の送信手段と、
を備える。
本発明による通信方法は、
移動局と、前記移動局との間で無線制御コネクションを確立する無線アクセスネットワーク装置と、を有する移動通信システムによる通信方法であって、
前記移動局が、前記無線アクセスネットワーク装置に、無線制御コネクション設定要求信号を送信し、
前記無線アクセスネットワーク装置が、前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信し、
前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が、前記無線アクセスネットワーク装置に、無線制御コネクション設定完了信号を送信し、
前記無線制御コネクション設定完了信号を受信した前記無線アクセスネットワーク装置が、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる、
通信方法。
本発明にかかる無線アクセスネットワーク装置は、悪意の移動局が無線制御コネクション要求信号を大量に送信して無線制御コネクションの設定シーケンスを正常に完了させないDoS攻撃をした場合であっても、メモリが枯渇して通常の移動局が通信できなくなることはない。したがって、DoS攻撃の影響を受けにくい無線アクセスネットワーク装置、移動通信システム、通信方法、およびプログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体を提供することができる。
第1の実施形態による構成を示した図である。 第1の実施形態による動作を示したシーケンス図である。 3GPPで規定されるLTEの移動通信システムの構成を示す図である。 第2の実施形態による構成を示した図である。 第2の実施形態による動作を示したシーケンス図である。 第2の実施形態でUEがeNBに送信する情報を示す図である。 3GPPで規定される3Gの移動通信システムの構成を示す図である。 無線制御コネクションを確立する際のメッセージシーケンス図である。 DoS攻撃が実行される場合のシーケンス図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
[構成]
図1は、第1の実施形態による構成の一例を示した図である。第1の実施形態による移動通信システムは、移動局10と、移動局10との間で無線制御コネクションを確立する無線アクセスネットワーク装置20から構成される。
移動局10は、無線アクセスネットワーク装置20に対して無線制御コネクション要求信号を送信する第2の送信部11、無線アクセスネットワーク装置20から無線制御コネクション設定信号を受信する第3の受信部12、および無線アクセスネットワーク装置20に対して無線制御コネクション設定完了信号を送信する第3の送信部13を備える。
無線アクセスネットワーク装置20は、移動局10から無線制御コネクション要求信号を受信する第1の受信部21、移動局10に対して無線制御コネクション設定信号を送信する第1の送信部22、移動局10から無線制御コネクション設定完了信号を受信する第2の受信部23を備える。また、無線アクセスネットワーク装置20は、メモリ24、および移動局10から無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき移動局10との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリ24に割り当てる割当部25を備える。
[動作]
図2は、第1の実施形態による動作の一例を示すシーケンス図である。以下、図2を参照しながら、移動局10および無線アクセスネットワーク装置20の動作を説明する。
まず、移動局10は、無線アクセスネットワーク装置20に対して、無線制御コネクション要求信号を送信する(S20)。
次に、無線制御コネクション要求信号を受信した無線アクセスネットワーク装置20は、移動局10に対して、無線制御コネクション設定信号を送信する(S21)。
続いて、無線制御コネクション設定信号を受信した移動局10は、無線アクセスネットワーク装置20に対して、無線制御コネクション設定完了信号を送信する(S22)。
さらに、無線制御コネクション設定完了信号を受信した無線アクセスネットワーク装置20は、S22の動作が正常に行われたため移動局10は悪意の移動局ではないと判断し、移動局10との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリ24に割り当てる(S23)。
[効果]
上記の通り、本実施形態にかかる無線アクセスネットワーク装置は、無線制御コネクション設定完了信号を受信した後に、移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するためのエリアをメモリに割り当てる。そのため、悪意の移動局が無線制御コネクション要求信号を大量に送信して無線制御コネクションの設定シーケンスを正常に完了させないDoS攻撃をした場合であっても、メモリが枯渇して通常の移動局が通信できなくなることはない。
(第2の実施形態)
[構成]
第2の実施形態は、第1の実施形態にかかる発明を、図3に示すLTEの無線通信システムに適用した実施形態である。図3を参照すると、第2の実施形態による移動通信システムは、UE100、eNB200、およびコアネットワーク300を有する。以下、本発明の主要な構成要素であるeNB200の構成の詳細について図を参照しながら説明する。
図4は、第2の実施形態にかかるeNB200の構成の一例を示す図である。eNB200は、信号受信部210、呼制御部220、信号送信部230、およびメモリ240を備える。
信号受信部210は、UE100またはコアネットワーク300から、メッセージ形式の制御信号を受信する。
信号送信部230は、UE100またはコアネットワーク300に対して、メッセージ形式の制御信号を送信する。
呼制御部220は、信号受信部210が受信した制御信号に基づいて、eNB200が必要とする各種の呼制御の処理をし、当該処理に基づいた適切な制御信号を信号送信部230が送信できるように制御する。呼制御部220が、呼制御の動作をする際には、メモリ240に保存された各種の情報にアクセスする。
メモリ240は、UE Context保存エリア241、UE Context管理情報242を含む。
UE Context保存エリア241は、UE100との通信に必要な情報であるUE ContextをUE毎に保存するためのエリアであって、セル半径等に応じて複数のUE分のエリア(図4ではN個)が存在する。このUE Context保存エリア241に保存されるUE毎の情報要素の例としては、UEの番号、呼状態、UEへアサインする無線区間のリソース(以下、UL個別リソースと呼ぶ)、および過去に送受信した情報を挙げることができる。UE Context保存エリア241における1UE分のエリアのサイズは、例えば50キロバイト程度である。
UE Context管理情報242は、UE Context保存エリア241の使用状態を管理するための情報である。UE ContextはUEとの通信に必要な情報であるため、eNB200は、UEから発信を受け付けたとき、UE Context管理情報242を用いて、UE Context保存エリア241に当該UE用のエリアを割り当て、通信が終了するまで当該エリアを解放しないという、閉塞管理を行う。
[動作]
図5は、第2の実施形態による動作の一例を示すシーケンス図である。以下、図5を参照しながら、UE100およびeNB200の動作を説明する。
S301において、UE100はeNB200に対して、無線制御コネクション要求信号であるRRC Connection Requestメッセージを送信する。RRC Connection Requestの詳細は、非特許文献1に記載されている。なお、非特許文献1によると、RRC Connection Requestには、移動局の識別情報であるInitialUE−Identityと、コネクション設定要因の情報であるEstablishmentCauseの情報要素が含まれている。
S302において、eNB200はUE100に対して無線制御コネクション設定信号であるRRC Connection Setupメッセージを送信する。RRC Connection Setupの詳細は、非特許文献1に記載されている。
このように、本実施形態にかかる発明では、S301とS302との間で、UE Context保存エリアをメモリ上に割り当てることをしない。InitialUE−IdentityとEstablishmentCauseの情報要素は、eNB200とコアネットワークのノードとの通信に必要となる情報要素である。したがって、本来であれば、S301の後、eNB200はこれらの情報要素を格納することができるUE Context保存エリアをメモリ上に割り当てるのが望ましい。また、RRC Connection SetupメッセージにてUEに通知する必要があるUL個別リソースをS301の後に決定し、UL Context保存エリアに保存しておくのが望ましい。しかしながら、本実施形態にかかる発明では、DoS攻撃に対する防御のため、S301とS302との間でUE Context保存エリアをメモリ上に割り当てない。したがって本実施形態にかかる発明では、eNB200は、UL個別リソースを設定しないRRC Connection Setupメッセージを送信する。
S303において、UE100はeNB200に対して無線制御コネクション設定完了信号であるRRC Connection Setup Completeメッセージを送信する。RRC Connection Setup Completeの詳細は、非特許文献1に記載されている。本実施形態に係る発明では、図6に示すように、RRC Connection Setup Completeの情報要素に、非特許文献1には記載されていないInitialUE−IdentityとEstablishmentCauseを追加することを提案する。なお、上述の通り、S302においてeNB200はUE100にUL個別リソースを設定しないRRC Connection Setupメッセージを送信した。そのため、S303において、UE100はeNB200にRandam Access手順を用いたRRC Connection Setup Completeを送信する。
S304において、eNB200は、この時点でUE100はDoS攻撃をする悪意のユーザではないと判断し、UE Context管理情報242を参照してUE Context保存エリア241に当該UE用のエリアを割り当てる。また、割り当てた後、UE Context管理情報242を更新する。
S305において、eNB200はUE100に対してSecurity Mode Commandメッセージを送信する。また、S306において、eNB200はUE100に対してRRC Connection Reconfigurationメッセージを送信する。これらの動作については当業者によく知られているため説明を省略する。
[効果]
上記の通り、第2の実施形態にかかるeNBは、RRC Connection Setup Complete受信後に、UE Contextを保存するためのエリアをメモリに割り当てる。こうすることにより、eNBは、悪意あるUEがRRC Connection Requestを大量に送信しつつRRC Connection Setupには応答しないDoS攻撃を受けた場合でも、UE Contextの保存エリアが枯渇することなく、呼制御動作をはじめとするサービスを継続することができる。
以上、本発明を、好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、第2の実施形態では、図3に示したLTEの移動通信システムについて本発明を適用したが、3G(Third Generation)の移動通信システムに本発明を適用してもよい。
図7は3GPPで規定される3Gの移動通信システムの構成を示す図である。3Gの移動通信システムは、UE100、NB(Node B)400、RNC(Radio Network Controller)500、およびコアネットワーク300とから構成される。このように、3Gの移動通信システムに本発明を適用する場合の構成および動作は、第2の実施形態における図4および図5において、eNB200をRNC500に置き換えることにより説明することができる。
上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、無線アクセスネットワーク装置20における各処理を、CPU(Central Processing Unit)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。 また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non−transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
この出願は、2012年9月28日に出願された日本出願特願2012−215353を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
10 移動局
11 第2の送信部
12 第3の受信部
13 第3の送信部
20 無線アクセスネットワーク装置
21 第1の受信部
22 第1の送信部
23 第2の受信部
24 メモリ
25 割当部
100 UE
110 通常のUE
120 悪意のUE
200 eNB
210 信号受信部
220 呼制御部
230 信号送信部
240 メモリ
241 UE Context保存エリア
242 UE Context管理情報
300 コアネットワーク
400 NB
500 RNC

Claims (9)

  1. 無線制御コネクションを確立する移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信する第1の受信手段と、
    前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信する第1の送信手段と、
    前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信する第2の受信手段と、
    前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる割当手段と、
    を備える無線アクセスネットワーク装置。
  2. 前記無線制御コネクション設定完了信号は、前記移動局の識別情報とコネクション設定要因の情報を含む、
    請求項1に記載の無線アクセスネットワーク装置。
  3. 前記移動局は、UE(User Equipment)であって、
    前記無線アクセスネットワーク装置は、eNB(evolved Node B)であって、
    前記無線制御コネクション要求信号は、RRC Connection Requestメッセージであって、
    前記無線制御コネクション設定信号は、RRC Connection Setupメッセージであって、
    前記無線制御コネクション設定完了信号は、RRC Connection Setup Completeメッセージである、
    請求項2に記載の無線アクセスネットワーク装置。
  4. 前記移動局は、UE(User Equipment)であって、
    前記無線アクセスネットワーク装置は、RNC(Radio Network Controller)であって、
    前記無線制御コネクション要求信号は、RRC Connection Requestメッセージであって、
    前記無線制御コネクション設定信号は、RRC Connection Setupメッセージであって、
    前記無線制御コネクション設定完了信号は、RRC Connection Setup Completeメッセージである、
    請求項2に記載の無線アクセスネットワーク装置。
  5. 前記移動局の識別情報はInitialUE−Identityであって、前記コネクション設定要因の情報はEstablishmentCauseである、
    請求項3または4に記載の無線アクセスネットワーク装置。
  6. 無線アクセスネットワーク装置との間で無線制御コネクションを確立する移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信し、
    前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信し、
    前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信し、
    前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる、
    通信方法。
  7. 移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信する処理と、
    前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信する処理と、
    前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信する処理と、
    前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる処理と、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
  8. 移動局と、前記移動局との間で無線制御コネクションを確立する無線アクセスネットワーク装置と、を有し、
    前記無線アクセスネットワーク装置は、
    前記移動局が送信した無線制御コネクション設定要求信号を受信する第1の受信手段と、
    前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信する第1の送信手段と、
    前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が送信した、無線制御コネクション設定完了信号を受信する第2の受信手段と、
    前記無線制御コネクション設定完了信号を受信したとき、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる割当手段と、を備え、
    前記移動局は、
    前記無線アクセスネットワーク装置に、前記無線制御コネクション設定要求信号を送信する第2の送信手段と、
    前記無線アクセスネットワーク装置から、前記無線制御コネクション設定信号を受信する第3の受信手段と、
    前記無線アクセスネットワーク装置に、前記無線制御コネクション設定完了信号を送信する第3の送信手段と、
    を備える移動通信システム。
  9. 移動局と、前記移動局との間で無線制御コネクションを確立する無線アクセスネットワーク装置と、を有する移動通信システムによる通信方法であって、
    前記移動局が、前記無線アクセスネットワーク装置に、無線制御コネクション設定要求信号を送信し、
    前記無線アクセスネットワーク装置が、前記無線制御コネクション設定要求信号を送信した前記移動局に、無線制御コネクション設定信号を送信し、
    前記無線制御コネクション設定信号を受信した前記移動局が、前記無線アクセスネットワーク装置に、無線制御コネクション設定完了信号を送信し、
    前記無線制御コネクション設定完了信号を受信した前記無線アクセスネットワーク装置が、前記移動局との通信に必要なコンテキスト情報を保存するための記憶エリアをメモリに割り当てる、
    通信方法。
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