JP6153168B2 - 接続認証方法、そのシステムおよび端末 - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線基地局を無線通信レイヤで統合し、ある無線基地局の帯域を別の無線基地局の帯域に追加または削除して通信可能な無線通信方式における認証技術に関する。

携帯電話に代表されるように、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）により規格化された３ＧやＬＴＥ（Long Term Evolution）と呼ばれる移動体通信の機器は広く用いられている。３ＧＰＰでは移動体通信の仕様を拡張するため、ＬＴＥ−Advancedやそれ以降をターゲットとした技術的な議論が活発に行われている。３ＧＰＰにおける将来の移動体通信の仕様の議論の中で、無線基地局（以下、単に「基地局」）とそのサービスエリアであるセルの構成に関して、ＨｅｔＮｅｔ（Heterogeneous Network）の概念が議論されている。

ＨｅｔＮｅｔは広いエリアをカバーするマクロセルと、高速であるがカバーエリアが狭いスモールセル（ピコセル等の呼称もある）とを重畳して展開する考え方である。ＨｅｔＮｅｔのための要素技術の１つとして、ＬＴＥおよびＬＴＥ−Advancedにおいては、Carrier Aggregation（非特許文献１参照）が規定されている。この技術は、複数の分割された周波数帯域を合わせて使用することで、通信速度を高速化するものであり、ＨｅｔＮｅｔ環境においては、マクロセルとスモールセルの両方の周波数を同時に使用することで帯域を増加させる方式が規定されている。つまり、マクロセルの周波数帯域に、スモールセルの周波数帯域をアドオンする形での活用を可能とする技術である。

一方で、移動体通信で使用される端末は、３ＧやＬＴＥのインタフェース以外に無線ＬＡＮのインタフェースを持つものが多く、無線ＬＡＮのエリアでは、高速かつ安価に通信可能である無線ＬＡＮを選択するように通信インタフェースを切り替えることが一般的である。この場合、電波環境に応じて、いずれかの通信インタフェースを利用することで、ユーザがより良い通信手段を利用することを可能にする。ＨｅｔＮｅｔ環境においてはマクロセルのエリア内に無線ＬＡＮのエリアもスポット的に存在することになり、スモールセルと合わせて、無線ＬＡＮもＨｅｔＮｅｔ環境の一部として活用することが、帯域の有効利用とユーザ体感の向上の上で重要となる。

通常、無線ＬＡＮと移動体通信は切り替えて排他的に利用するが、将来的には無線ＬＡＮと移動体通信のインタフェースの両方を使用して、リンクアグリゲーションを行うことで通信速度を向上させる技術が検討されている。その一つの実現方式として、移動体通信の基地局と無線ＬＡＮの基地局とを無線通信レイヤで統合し、無線ＬＡＮの帯域を移動体通信の帯域に追加または削除して通信可能とするシステムが考えられる。

ＨｅｔＮｅｔにおいて、リンクアグリゲーションをよりユーザに使い易くし、例えばＬＴＥ−AdvancedのCarrier Aggregationのように無線ＬＡＮの帯域を高速かつ柔軟に追加または削除するためには、無線ＬＡＮの接続を高速にできることが重要である。

従来の無線ＬＡＮの接続およびサービスの認証は、WPA2-PSKによる接続認証とＷＥＢ認証の組み合わせや、IEEE 802.1xを利用する一連の認証（EAP-TLS/TTLS/SIM、PEAP）などが存在する（非特許文献２参照）。これらはいずれも、ネットワーク側に設置された認証サーバにより、加入者情報に基づく認証を行うものであり、無線ＬＡＮ用の認証サーバは移動体通信のものとは別に構築される。

上述した、移動体通信の基地局と無線ＬＡＮの基地局とを無線通信レイヤで統合するような構成において、無線ＬＡＮの帯域を移動体通信の帯域に追加または削除を行うことを想定すると、通常の無線ＬＡＮの接続およびサービスの認証を適用した場合、無線ＬＡＮ用に加入者情報の管理と認証を行うためのサーバがネットワーク側に必要となる。また、ネットワーク側のサーバとの認証シーケンスはその経路が冗長である場合、認証に時間がかかる。従って、簡易かつ高速な認証手段が必要となる。

本発明では、前記課題を解決するため、
複数の無線基地局と、複数の各無線基地局との間で無線通信可能な端末とを含み、一の無線基地局の帯域に他の無線基地局の帯域を無線通信レイヤで追加または削除して通信可能な無線通信方式における接続認証方法であって、
端末が、一の無線基地局との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を認識したとき、前記一の無線基地局に対し認証トークンを要求するステップと、
一の無線基地局が、前記端末からの要求を受信して認証トークンを生成し、当該認証トークンと前記端末との組み合わせを記憶し、当該認証トークンを前記端末に送信するステップと、
端末が、前記一の無線基地局から前記認証トークンを受信し、当該認証トークンとともに当該端末および前記一の無線基地局を特定可能な情報を含む接続要求を前記他の無線基地局に対して送信するステップと、
他の無線基地局が、前記端末からの接続要求を受信し、当該要求に含まれる情報に基づいて前記一の無線基地局を特定し、当該一の無線基地局に対して前記認証トークンを含む前記端末の認証要求を送信するステップと、
一の無線基地局が、前記他の無線基地局から認証要求を受信し、当該要求に含まれる認証トークンと前記端末と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定し、その結果を前記他の無線基地局に通知するステップと、
他の無線基地局が、前記一の無線基地局からの前記判定結果を受信し、接続許可である場合に前記端末との間の接続を確立するステップと、を含む
ことを特徴とする。

また、本発明では、前記課題を解決するため、
複数の無線基地局と、複数の各無線基地局との間で無線通信可能な端末とを含み、一の無線基地局の帯域に他の無線基地局の帯域を無線通信レイヤで追加または削除して通信可能な無線通信方式における接続認証方法であって、
端末が、一の無線基地局との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を認識したとき、前記一の無線基地局に対し認証トークンを要求するステップと、
一の無線基地局が、前記端末からの要求を受信して認証トークンを生成するとともに当該一の無線基地局を特定可能な基地局特定情報を生成し、当該認証トークンと前記端末との組み合わせを記憶し、当該認証トークンおよび基地局特定情報を前記端末に送信するステップと、
端末が、前記一の無線基地局から前記認証トークンおよび基地局特定情報を受信し、当該認証トークンとともに当該端末を特定可能な情報および基地局特定情報を含む接続要求を前記他の無線基地局に対して送信するステップと、
他の無線基地局が、前記端末からの接続要求を受信し、当該要求に含まれる基地局特定情報に基づいて前記一の無線基地局を特定し、当該一の無線基地局に対して前記認証トークンを含む前記端末の認証要求を送信するステップと、
一の無線基地局が、前記他の無線基地局から認証要求を受信し、当該要求に含まれる認証トークンと前記端末と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定し、その結果を前記他の無線基地局に通知するステップと、
他の無線基地局が、前記一の無線基地局からの前記判定結果を受信し、接続許可である場合に前記端末との間の接続を確立するステップと、を含む
ことを特徴とする。

本発明によれば、複数の基地局を無線通信レイヤで統合し、ある基地局の帯域を別の基地局の帯域に追加または削除して通信可能な無線通信方式において、高速かつ簡易な接続認証が可能となる。特にネットワーク側に機器を必要とせず、基地局のみで認証が完了可能となり、例えば帯域拡大用の無線ＬＡＮの基地局を移動体通信の基地局と統合した形での設置が容易となる。また、基地局に閉じた認証であり、認証速度も高速であり、ユーザにとって無線ＬＡＮの帯域の追加または削除の利便性が向上する。

尚、上記において無線ＬＡＮの基地局と移動体通信の基地局について説明したが、あくまでも一例であり、様々な通信方式において応用可能、例えばマクロセルとスモールセルといった、複数の移動体通信の基地局間での認証にも使用できる。

本発明の接続認証システムの概要を示す構成図 本発明の接続認証システムの実施の形態の一例を示す構成図 本発明の接続認証システムにおける処理手順の一例を示すシーケンス図 本発明の接続認証システムにおける処理手順の他の例を示すシーケンス図

＜本発明の概要＞
以上のような課題に対し、本発明では、図１の本発明の接続認証システムの概要に示すように、移動体通信の基地局と無線ＬＡＮの基地局とを無線通信レイヤで統合する構成において、移動体通信の基地局による認証トークンの生成と、当該認証トークン、端末ＩＤおよびセルＩＤを使用した無線ＬＡＮの接続認証を行うことで、高速かつ簡易な無線ＬＡＮの接続認証を実現する。

＜本発明の基本的な構成＞
図２は本発明の接続認証システムの実施の形態の一例を示すもので、以下、詳細に説明する。

本発明が対象とする基地局は、移動体通信の基地局（以下、「移動体通信基地局」）１と、無線ＬＡＮの基地局（以下、「無線ＬＡＮ基地局」）２との２つの機能を備える。これは２つの機能を一体の基地局として実現する場合や、それぞれの基地局は別筐体としてシステムとして実現する場合が想定される。また、本発明が対象とする端末３は、移動体通信基地局１および無線ＬＡＮ基地局２との間で無線通信することができる。

移動体通信基地局１は認証トークンの生成と端末の認証を行うトークン生成および認証機能１１を備える。詳細には、端末３からの要求に応じて当該端末３を認証するための認証トークンを生成し、当該認証トークンと前記端末３との組み合わせを記憶し、当該認証トークンを当該端末３に送信し、無線ＬＡＮ基地局２から認証要求を受信すると当該要求に含まれる認証トークンと前記端末３と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定する機能１１を備える。

また、端末３は無線ＬＡＮの接続のために基地局の認証トークン、端末ＩＤ、セルＩＤを用いて接続要求を行う認証機能３１を備える。詳細には、移動体通信基地局１との接続確立後に当該移動体通信基地局１の帯域に追加可能な帯域を有する無線ＬＡＮ基地局２の存在を認識すると、前記移動体通信基地局１から認証トークンを取得し、当該認証トークンとともに当該端末３を特定可能な情報としての端末ＩＤ、および前記移動体通信基地局１を特定可能な基地局特定情報としてのセルＩＤを含む接続要求を前記他の無線ＬＡＮ基地局２に対して送信する機能３１を備える。

また、無線ＬＡＮ基地局２は認証を行う移動体通信基地局を端末から通知されたセルＩＤを用いて判別し、それに基づき移動体通信基地局に端末の接続許可を問い合わせる無線ＬＡＮ接続認証機能２１を備える。詳細には、端末３からの接続要求に含まれるセルＩＤに基づいて認証を行う移動体通信基地局１を特定し、当該移動体通信基地局１に前記認証トークンを含む認証要求を送信し、移動体通信基地局１から接続許可の判定結果を受信したときは前記端末３との間の接続を確立する機能２１を備える。

図３に本発明の接続認証システムにおける処理手順の一例を示す。本例では、接続が許可される場合を例示する。

まず、端末３は移動体通信において、移動体通信基地局１と接続していることが必要である。端末３が無線ＬＡＮのエリアに入り、それがアドオン可能なものである場合、端末３はその無線ＬＡＮの存在を検知する。その検知において移動体通信基地局１から、アドオン可能な無線ＬＡＮが存在することを端末３に対して信号を送信し、通知することも方法としてある。または、端末３が自ら無線ＬＡＮをスキャンして検知しても良い。更に、移動体通信基地局１から通知する場合において、受信した端末３は、無線ＬＡＮの通信インタフェースがオフであった場合にオンにする機能を有することも有効である。

端末３は、アドオン可能な無線ＬＡＮを検知した後、接続している移動体通信基地局１に、認証トークンの発行を要求する。移動体通信基地局１は認証のための認証トークンを端末３に対して発行し、端末ＩＤと発行したトークンとの組み合わせを記憶する。認証トークンを取得した端末３は、無線ＬＡＮ基地局２に対して、接続要求を行う。この際、認証トークンとともに端末ＩＤおよび移動体通信基地局１のセルＩＤを通知する。通知するプロトコルの実装としては種々考えられるが、例えばIEEE 802.1xのフレームを拡張して該当情報を搭載することが考えられる。

接続要求を受信した無線ＬＡＮ基地局２は、セルＩＤに基づき、認証を依頼する移動体通信基地局１を特定し、当該移動体通信基地局１に対して、端末ＩＤおよび認証トークンを通知し、接続許可の判定を依頼する。移動体通信基地１は、受信した認証トークンと、当該端末ＩＤとともに記憶している認証トークンを照合し、接続許可を発行する。無線ＬＡＮ基地局２は、移動体通信基地局１からの回答に基づき、端末３の接続を許可する。

図４は本発明の接続認証システムにおける処理手順の他の例、即ち移動体通信基地局１が端末３からの要求に応じて当該端末３を認証するための認証トークンを生成するとともに当該移動体通信基地局１を特定可能な基地局特定情報（基地局のＩＰアドレス、セルＩＤ等）を生成し、当該認証トークンと前記端末３との組み合わせを記憶し、当該認証トークンおよび基地局特定情報を当該端末３に送信し、無線ＬＡＮ基地局２から認証要求を受信すると当該要求に含まれる認証トークンと前記端末３と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定する機能を備え、認証トークンの取得の際に前記基地局特定情報を同時に通知するケースを示す。

１：移動体通信基地局、２：無線ＬＡＮ基地局、３：端末、１１：トークン生成および認証機能、２１：無線ＬＡＮ接続認証機能、３１：認証機能。

3GPP, Carrier Aggregation explained［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２５年１１月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.3gpp.org/Carrier-Aggregation-explained＞ Jon Edney, William A. Arbaugh, 「無線ＬＡＮセキュリティ 次世代技術 IEEE802.11iとWPAの実際」、共立出版、ISBN4-320-09742-4、２００６年、pp.133-146

Claims (6)

1. 複数の無線基地局と、複数の各無線基地局との間で無線通信可能な端末とを含み、一の無線基地局の帯域に他の無線基地局の帯域を無線通信レイヤで追加または削除して通信可能な無線通信方式における接続認証方法であって、
   端末が、一の無線基地局との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を認識したとき、前記一の無線基地局に対し認証トークンを要求するステップと、
   一の無線基地局が、前記端末からの要求を受信して認証トークンを生成し、当該認証トークンと前記端末との組み合わせを記憶し、当該認証トークンを前記端末に送信するステップと、
   端末が、前記一の無線基地局から前記認証トークンを受信し、当該認証トークンとともに当該端末および前記一の無線基地局を特定可能な情報を含む接続要求を前記他の無線基地局に対して送信するステップと、
   他の無線基地局が、前記端末からの接続要求を受信し、当該要求に含まれる情報に基づいて前記一の無線基地局を特定し、当該一の無線基地局に対して前記認証トークンを含む前記端末の認証要求を送信するステップと、
   一の無線基地局が、前記他の無線基地局から認証要求を受信し、当該要求に含まれる認証トークンと前記端末と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定し、その結果を前記他の無線基地局に通知するステップと、
   他の無線基地局が、前記一の無線基地局からの前記判定結果を受信し、接続許可である場合に前記端末との間の接続を確立するステップと、を含む
   ことを特徴とする接続認証方法。
2. 複数の無線基地局と、複数の各無線基地局との間で無線通信可能な端末とを含み、一の無線基地局の帯域に他の無線基地局の帯域を無線通信レイヤで追加または削除して通信可能な無線通信方式における接続認証方法であって、
   端末が、一の無線基地局との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を認識したとき、前記一の無線基地局に対し認証トークンを要求するステップと、
   一の無線基地局が、前記端末からの要求を受信して認証トークンを生成するとともに当該一の無線基地局を特定可能な基地局特定情報を生成し、当該認証トークンと前記端末との組み合わせを記憶し、当該認証トークンおよび基地局特定情報を前記端末に送信するステップと、
   端末が、前記一の無線基地局から前記認証トークンおよび基地局特定情報を受信し、当該認証トークンとともに当該端末を特定可能な情報および基地局特定情報を含む接続要求を前記他の無線基地局に対して送信するステップと、
   他の無線基地局が、前記端末からの接続要求を受信し、当該要求に含まれる基地局特定情報に基づいて前記一の無線基地局を特定し、当該一の無線基地局に対して前記認証トークンを含む前記端末の認証要求を送信するステップと、
   一の無線基地局が、前記他の無線基地局から認証要求を受信し、当該要求に含まれる認証トークンと前記端末と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定し、その結果を前記他の無線基地局に通知するステップと、
   他の無線基地局が、前記一の無線基地局からの前記判定結果を受信し、接続許可である場合に前記端末との間の接続を確立するステップと、を含む
   ことを特徴とする接続認証方法。
3. 複数の無線基地局と、複数の各無線基地局との間で無線通信可能な端末とを含み、一の無線基地局の帯域に他の無線基地局の帯域を無線通信レイヤで追加または削除して通信可能な無線通信方式における接続認証システムであって、
   一の無線基地局は、端末からの要求に応じて当該端末を認証するための認証トークンを生成し、当該認証トークンと前記端末との組み合わせを記憶し、当該認証トークンを当該端末に送信し、他の無線基地局から認証要求を受信すると当該要求に含まれる認証トークンと前記端末と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定する機能を備え、
   端末は、一の無線基地局との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を認識すると、前記一の無線基地局から認証トークンを取得し、当該認証トークンとともに当該端末および前記一の無線基地局を特定可能な情報を含む接続要求を前記他の無線基地局に対して送信する機能を備え、
   他の無線基地局は、端末からの接続要求に含まれる情報に基づいて一の無線基地局を特定し、当該一の無線基地局に前記認証トークンを含む認証要求を送信し、一の無線基地局から接続許可の判定結果を受信したときは前記端末との間の接続を確立する機能を備えた
   ことを特徴とする接続認証システム。
4. 複数の無線基地局と、複数の各無線基地局との間で無線通信可能な端末とを含み、一の無線基地局の帯域に他の無線基地局の帯域を無線通信レイヤで追加または削除して通信可能な無線通信方式における接続認証システムであって、
   一の無線基地局は、端末からの要求に応じて当該端末を認証するための認証トークンを生成するとともに当該一の無線基地局を特定可能な基地局特定情報を生成し、当該認証トークンと前記端末との組み合わせを記憶し、当該認証トークンおよび基地局特定情報を当該端末に送信し、他の無線基地局から認証要求を受信すると当該要求に含まれる認証トークンと前記端末と組み合わせて記憶した認証トークンを照合して接続可否を判定する機能を備え、
   端末は、一の無線基地局との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を認識すると、前記一の無線基地局から認証トークンおよび基地局特定情報を取得し、当該認証トークンとともに当該端末を特定可能な情報および基地局特定情報を含む接続要求を前記他の無線基地局に対して送信する機能を備え、
   他の無線基地局は、端末からの接続要求に含まれる基地局特定情報に基づいて一の無線基地局を特定し、当該一の無線基地局に前記認証トークンを含む認証要求を送信し、一の無線基地局から接続許可の判定結果を受信したときは前記端末との間の接続を確立する機能を備えた
   ことを特徴とする接続認証システム。
5. 請求項３又は４に記載の接続認証システムにおける一の無線基地局であって、
   前記に加え、
   端末との接続確立後に当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在を端末に通知する機能を有する
   ことを特徴とする無線基地局。
6. 請求項３又は４に記載の接続認証システムにおける端末であって、
   前記に加え、
   一の無線基地局から当該一の無線基地局の帯域に追加可能な帯域を有する他の無線基地局の存在が通知されると、他の無線基地局との間の通信インターフェースの電源をオンにして当該他の無線基地局の存在を認識する機能を有する
   ことを特徴とする端末。

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