JP6422130B2 - ユーザプレーン及び制御プレーンが分割されたセルラシステムにおける安全な通信 - Google Patents

ユーザプレーン及び制御プレーンが分割されたセルラシステムにおける安全な通信 Download PDF

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Description

本発明は、移動通信デバイス及び移動通信ネットワークに関し、限定はしないが、特に、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）標準規格又はその均等物若しくは派生物に従って動作する移動通信デバイス及び移動通信ネットワークに関する。本発明は、限定はしないが、特に、ＵＴＲＡＮのいわゆるロングタームエボリューション（ＬＴＥ）／発展型ＬＴＥ（ＬＴＥアドバンスト（ＬＴＥ−Ａ））（発展型ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）と呼ばれる）の更なる発展に関連する。
３ＧＰＰ標準化プロセスの一部として、２０ＭＨｚを超えるシステム帯域幅の場合のダウンリンク動作は、種々の周波数にある複数のコンポーネントキャリアのアグリゲーションに基づくものと決定された。そのようなキャリアアグリゲーションを用いて、連続的なスペクトルを有するシステム、及び連続的なスペクトルを有しないシステムの両方における動作をサポートすることができる（例えば、非連続的なシステムは８００ＭＨｚ、２ＧＨｚ及び３．５ＧＨｚのコンポーネントキャリアを含む場合がある）。旧来の移動デバイスは、単一の、後方互換性があるコンポーネントキャリアを用いてのみ通信できる場合があるが、更に進んだマルチキャリア対応端末であれば、複数のコンポーネントキャリアを同時に使用することができる。
移動（セルラ）通信技術が発展するにつれて、より大型の（「マクロ」）セルと共存する小型セル（例えば、「ピコ」セル又は「フェムト」セル）を有することによって相対的に小さな地理的領域において改善された通信を提供し、かつ小型セルがカバーする局所的な地理的領域において改善された通信能力を提供することが提案されてきた。これらの小型セルは、マクロセルと同じキャリア上で提供することができるか、又は異なる（例えば、高い周波数の）専用のキャリア上で提供することができる。
最近になって、移動電話又は他の移動通信デバイスのような特定のユーザデバイス（「ユーザ機器」又は「ＵＥ」とも呼ばれる）のためのユーザデータを、異なるセルを介して、そのユーザデバイスのための制御データが通信されるセルに通信できるようにすることが提案されている。具体的には、特定のユーザデバイスのためのユーザプレーン（Ｕ−プレーン）及び制御プレーン（Ｃ−プレーン）を、Ｕ−プレーンデータが小型セルを介して通信され、Ｃ−プレーンデータがマクロセルを介して通信されるように小型セルとマクロセルとに分割できるようにすることが提案されている。
この提案の小型セルは、キャリア基準信号、マスタ情報/システム情報ブロードキャスト、一次／二次同期信号等の従来のセル特有信号及び／又はチャネルを提供しないので、実効的には「擬似」セル又は「ファントム」セルである。
理論的には、この提案のＣ−プレーン／Ｕ−プレーン分割は、重要な制御シグナリングのためにマクロセルによって通常提供される、より良好な接続性の恩恵と、より大量のユーザデータのためにより高く、及び／又はより広い周波数帯を用いる小型セルによって提供される、より高いスループット、並びにより融通性があり、エネルギ効率が高く、コスト効率が高い通信の恩恵との最適化を提供する。
しかしながら、Ｃ−プレーン／Ｕ−プレーン分割提案は、そのような提案がグローバル通信ネットワークにおいて実際に実施されることになる場合に、対処される必要がある幾つかの課題を提示する。
１つのそのような課題は、ユーザデバイスがユーザデータ及び制御データを正確に暗号化／解読できるのを保証しながら、異なる基地局がＵ−プレーンシグナリング及びＣ−プレーンシグナリングの責任をそれぞれ負うような適切な通信セキュリティを提供することである。これは、コアネットワーク、基地局、ユーザデバイス間のシグナリングを望ましくないほど著しく複雑にする可能性がある。
さらに、適切なセキュリティを保証するために、随時、暗号化及び完全性保護のために用いられるセキュリティ鍵を再生できることが有益である（「鍵更新」又は「鍵リフレッシュ」）。そのような動的な鍵変更は、明示的な鍵更新手順又は暗黙の鍵リフレッシュ手順の結果とすることができる。暗号化及び完全性保護のために用いられるセキュリティパラメータが固有のままであるのを保証するために、例えば、暗号化入力として用いられるパケットデータコンバージェンスプロトコル（ＰＤＣＰ）カウンタ（「ＰＤＣＰ ＣＯＵＮＴ」）がその限界値に達し、「ラップアラウンド」又は「ロールオーバ」してその初期値に戻るときに、通常、鍵リフレッシュが必要とされる。鍵更新／鍵リフレッシュは、暗号化のための入力として、以前に使用されたＰＤＣＰ ＣＯＵＮＴが同じセキュリティ鍵と組み合わせて再利用されるリスクを回避し、それにより、以前のセキュリティパラメータが周期的に再利用されるのを回避する。
しかしながら、ＰＤＣＰカウントはＵ−プレーンにおいて保持され、一方、鍵更新のために必要とされる制御シグナリングはＣ−プレーンにおいて行われるので、現時点では、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されるときに、そのような動的な鍵リフレッシュを実施することはできない。
本発明は、上記の問題を克服するか、又は少なくとも軽減する移動通信システム、移動通信デバイス、通信ノード及び関連する方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、第１の通信セルを運用する通信ネットワークの第１の通信装置を介してユーザプレーンデータを通信し、かつ第２の通信セルを運用する前記通信ネットワークの第２の通信装置からユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信する移動通信デバイスであって、該移動通信デバイスは、セキュリティ情報を受信する手段と；記セキュリティ情報から、前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信のためのユーザプレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータと、前記第２の通信装置を介しての制御プレーン通信のための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータとを入手する手段と；前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信において前記少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータを適用し、かつ前記第２の通信装置を介しての前記制御プレーン通信において前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを適用する手段と；を備える、移動通信デバイスが提供される。
前記移動通信デバイスは、必要に応じ、ユーザプレーン及び制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供されるというインジケータを受信するように動作可能であってもよい。
前記移動通信デバイスは、必要に応じ、前記ユーザプレーン及び前記制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供されるというインジケータを前記第２の通信装置から受信するように動作可能であってもよい。
前記移動通信デバイスは、必要に応じ、前記ユーザプレーン及び前記制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供される場合があるというインジケータを、前記通信ネットワークの通信エンティティ（例えば、コアネットワークエンティティ、例えば、モビリティ管理エンティティ「ＭＭＥ」）から受信するように動作可能であってもよい。
前記少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータは、必要に応じ、ユーザプレーン通信を暗号化及び／又は解読するためのセキュリティ鍵「ＫＵＰｅｎｃ」を含んでもよい。
前記入手する手段は、必要に応じ、前記セキュリティ情報から入手された更なるセキュリティ鍵（例えば「ＫｅＮＢ」及び「ＫｅＮＢ ＊」）を用いて、ユーザプレーン通信を暗号化及び／又は解読するための前記セキュリティ鍵「ＫＵＰｅｎｃ」を導出することによって入手するように動作可能であってもよい。
前記入手する手段は、必要に応じ、更なるセキュリティ鍵を必要とする導出を用いることなく、暗号化及び／又は解読するための前記セキュリティ鍵「ＫＵＰｅｎｃ」を入手するように動作可能であってもよい。
前記少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータは、必要に応じ、ユーザプレーン通信の完全性保護のためのセキュリティ鍵「ＫＵＰｉｎｔ」を含んでもよい。
前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータは、必要に応じ、制御プレーン通信を暗号化及び／又は解読するためのセキュリティ鍵「ＫＲＲＣｅｎｃ」を含んでもよい。
前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータは、必要に応じ、制御プレーン通信の完全性保護のためのセキュリティ鍵「ＫＲＲＣｉｎｔ」を含んでもよい。
本発明の更なる態様によれば、更なる通信装置が更なるセルを運用し、ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを提供する通信ネットワークにおいて、移動通信デバイスが前記ユーザプレーン通信にそれを介して関与することができる通信セルを運用する通信装置であって、該通信装置は、前記移動通信デバイスがユーザプレーン通信にそれを介して関与することができる前記通信セルを運用する手段と；セキュリティ情報を受信する手段と；前記セキュリティ情報から、前記ユーザプレーン通信のためのユーザプレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータを入手する手段と；前記ユーザプレーンセキュリティパラメータを前記第１の通信装置を介してユーザプレーン通信に適用する手段と；を備える、通信装置が提供される。
前記セキュリティ情報を受信する前記手段は、必要に応じ、前記更なる通信装置から前記セキュリティ情報を受信するように動作可能であってもよい。
前記セキュリティ情報を受信する前記手段は、必要に応じ、Ｘ２インターフェースを介して前記セキュリティ情報を受信するように動作可能であってもよい。
前記セキュリティ情報を受信する前記手段は、必要に応じ、前記通信ネットワーク（例えば、コアネットワークエンティティ、例えば、モビリティ管理エンティティ「ＭＭＥ」）の通信エンティティから前記セキュリティ情報を受信するように動作可能であってもよい。
前記セキュリティ情報を受信する前記手段は、必要に応じ、Ｓ１インターフェースを介して前記セキュリティ情報を受信するように動作可能であってもよい。
前記通信セルを運用する前記手段は、必要に応じ、前記更なる通信装置によって運用される前記更なるセルに比べて小さいセルを運用するように構成してもよい。
前記少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータは、必要に応じ、ユーザプレーン通信を暗号化及び／又は解読するためのセキュリティ鍵「ＫＵＰｅｎｃ」を含んでもよい。
前記入手する手段は、必要に応じ、前記セキュリティ情報から直接、ユーザプレーン通信を暗号化及び／又は解読するための前記セキュリティ鍵「ＫＵＰｅｎｃ」を入手するように動作可能であってもよい。
前記入手する手段は、必要に応じ、前記セキュリティ情報から入手された更なるセキュリティ鍵（例えば「ＫｅＮＢ」及び「ＫｅＮＢ ＊」）を用いて、前記セキュリティ鍵「ＫＵＰｅｎｃ」を導出することによって入手するように動作可能であってもよい。
通信装置は、必要に応じ、ユーザプレーンセキュリティを提供するための前記ユーザプレーンセキュリティパラメータが（例えば、鍵更新又は鍵リフレッシュ手順において）変更を必要とするというインジケータを前記更なる通信装置に送信する手段を更に備えてもよい。
前記通信装置は、必要に応じ、基地局から成ってもよい。
前記基地局は、必要に応じ、発展型ユニバーサル陸上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）基地局から成ってもよい。
本発明の更なる態様によれば、更なる通信装置が、制御プレーンシグナリングが関連するユーザプレーン通信に移動通信デバイスがそれを介して関与することができる更なるセルを運用する通信ネットワークにおいて、前記制御プレーンシグナリングが前記移動通信デバイスにそれを介して提供される通信セルを運用する通信装置であって、該通信装置は、前記制御プレーンシグナリングが移動通信デバイスにそれを介して提供される前記通信セルを運用する手段と；前記通信ネットワークの通信エンティティからセキュリティ情報を受信する手段と；前記セキュリティ情報から、前記移動通信デバイスに提供される前記制御プレーンシグナリングのための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータと、少なくとも１つの更なるセキュリティパラメータとを入手する手段と；前記更なるセキュリティパラメータを含むセキュリティ情報を前記更なる通信装置に提供する手段と；前記制御プレーンシグナリングを前記移動通信デバイスに提供するときに、前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを適用する手段と；を備える、通信装置が提供される。
前記通信装置は、必要に応じ、前記移動通信デバイスに、ユーザプレーン及び制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供されるというインジケータを送信するように動作可能であってもよい。
前記通信装置は、必要に応じ、ユーザプレーンセキュリティを提供するためのユーザプレーンセキュリティパラメータが（例えば、鍵更新又は鍵リフレッシュ手順において）変更を必要とするというインジケータを前記更なる通信装置から受信する手段を更に備えてもよい。
前記通信装置は、必要に応じ、ユーザプレーンセキュリティを提供するための前記ユーザプレーンセキュリティパラメータが変更を必要とするという前記インジケータを受信するのに応答して、セル内ハンドオーバを開始する手段を更に備えてもよく、それにより、ユーザプレーンセキュリティを提供するための前記ユーザプレーンセキュリティパラメータの変更を提供する。
前記通信装置は、必要に応じ、基地局から成ってもよい。
前記基地局は、必要に応じ、発展型ユニバーサル陸上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）基地局から成ってもよい。
本発明の更なる態様によれば、移動通信デバイスが第１の通信セルを運用する第１の通信装置を介してユーザプレーン通信に関与し、前記移動通信デバイスが第２の通信セルを運用する第２の通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信する、通信ネットワークのための通信エンティティであって、該通信エンティティは、前記通信ネットワークの更なる通信エンティティからセキュリティ情報を受信する手段と；前記セキュリティ情報から、前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信のためのユーザプレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータと、前記第２の通信装置を介しての制御プレーン通信のための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータと、の導出において用いることができる少なくとも１つのルートセキュリティパラメータを入手する手段と；前記ルートセキュリティパラメータを含むセキュリティ情報を第１のメッセージにおいて前記第１の通信装置に、かつ第２のメッセージにおいて前記第２の通信デバイスに提供する手段と；を備える、通信エンティティが提供される。
通信エンティティは、必要に応じ、コアネットワークエンティティから成ってもよい。
通信エンティティは、必要に応じ、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）から成ってもよい。
前記提供する手段は、必要に応じ、Ｓ１インターフェースを介して前記第１のメッセージ及び前記第２のメッセージを提供するように動作可能であってもよい。
前記提供する手段は、必要に応じ、Ｓ１アプリケーションプロトコル「Ｓ１−ＡＰ」を用いて前記第１のメッセージ及び前記第２のメッセージを提供するように動作可能であってもよい。
本発明の更なる態様によれば、更なる通信装置が、制御プレーンシグナリングが関連するユーザプレーン通信に移動通信デバイスがそれを介して関与することができる更なるセルを運用する通信ネットワークにおいて、前記制御プレーンシグナリングが前記移動通信デバイスにそれを介して提供される通信セルを運用する通信装置であって、該通信装置は、前記制御プレーンシグナリングが移動通信デバイスにそれを介して提供される前記通信セルを運用する手段と；前記通信ネットワークの通信エンティティからセキュリティ情報を受信する手段と；前記セキュリティ情報から、前記移動通信デバイスに提供される前記制御プレーンシグナリングのための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを入手する手段と；前記移動通信デバイスに、ユーザプレーン及び制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供されるというインジケータを送信する手段と；前記制御プレーンシグナリングを前記移動通信デバイスに提供するときに、前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを適用する手段と；を備える、通信装置が提供される。
前記入手する手段は、必要に応じ、前記セキュリティ情報から、少なくとも１つの更なるセキュリティパラメータを入手するように動作可能とすることができ、前記更なるセキュリティパラメータを含むセキュリティ情報を前記更なる通信装置に提供する手段を更に備えてもよい。
本発明の更なる態様によれば、第１の通信セルを運用する通信ネットワークの第１の通信装置を介してユーザプレーンデータを通信し、かつ第２の通信セルを運用する前記通信ネットワークの第２の通信装置からユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信する移動通信デバイスであって、該移動通信デバイスは、前記第１の通信装置に関する第１の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順から、前記ユーザプレーン通信のための第１の組のセキュリティパラメータを入手し、関連する第１のセキュリティコンテキストを生成する手段と；前記第２の通信装置に関する第２の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順から、前記制御プレーン通信のための第２の組のセキュリティパラメータを入手し、関連する第２のセキュリティコンテキストを生成する手段と；前記第１のセキュリティコンテキスト及び前記第２のセキュリティコンテキストを保持する手段と；を備える、移動通信デバイスが提供される。
本発明の更なる態様によれば、移動通信デバイスが第１の通信セルを運用する第１の通信装置を介してユーザプレーン通信に関与することができ、前記移動通信デバイスが第２の通信セルを運用する第２の通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信することができる、通信ネットワークのための通信エンティティであって、該通信エンティティは、前記第１の通信装置に関して、ユーザプレーン通信のための第１の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順を実行し、関連する第１のセキュリティコンテキストを生成する手段と；前記第２の通信装置に関して、制御プレーン通信のための第２の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順を実行し、関連する第２のセキュリティコンテキストを生成する手段と；前記第１のセキュリティコンテキスト及び前記第２のセキュリティコンテキストを保持する手段と；を備える、通信エンティティが提供される。
本発明の更なる態様によれば、第１の通信セルを運用する通信ネットワークの第１の通信装置を介してユーザプレーンデータを通信することができ、第２の通信セルを運用する前記通信ネットワークの第２の通信装置からユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信することができる移動通信デバイスによって実行される方法であって、該方法は、セキュリティ情報を受信し；前記セキュリティ情報から、前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信のためのユーザプレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータと、前記第２の通信装置を介しての制御プレーン通信のための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータとを入手し；前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信において前記少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータを適用し、前記第２の通信装置を介しての前記制御プレーン通信において前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを適用する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、更なる通信装置が更なるセルを運用し、ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを提供する通信ネットワークにおいて、移動通信デバイスが前記ユーザプレーン通信にそれを介して関与することができるセルを運用するときに、通信装置によって実行される方法であって、該方法は、セキュリティ情報を受信し；前記セキュリティ情報から、前記ユーザプレーン通信のためのユーザプレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータを入手し；前記ユーザプレーンセキュリティパラメータを前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信に適用する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、更なる通信装置が、制御プレーンシグナリングが関連するユーザプレーン通信に移動通信デバイスがそれを介して関与することができる更なるセルを運用する通信ネットワークにおいて、前記制御プレーンシグナリングが前記移動通信デバイスにそれを介して提供されるセルを運用するときに、通信装置によって実行される方法であって、該方法は、前記通信ネットワークの通信エンティティからセキュリティ情報を受信し；前記セキュリティ情報から、前記移動通信デバイスに提供される前記制御プレーンシグナリングのための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータと、少なくとも１つの更なるセキュリティパラメータとを入手し；前記更なるセキュリティパラメータを含むセキュリティ情報を前記更なる通信装置に提供し；前記制御プレーンシグナリングを前記移動通信デバイスに提供するときに、前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを適用する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、移動通信デバイスが第１の通信セルを運用する第１の通信装置を介してのユーザプレーン通信に関与し、前記移動通信デバイスが第２の通信セルを運用する第２の通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信する、通信ネットワーク内の通信エンティティによって実行される方法であって、該方法は、前記通信ネットワークの更なる通信エンティティからセキュリティ情報を受信し；前記セキュリティ情報から、前記第１の通信装置を介しての前記ユーザプレーン通信のためのユーザプレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つのユーザプレーンセキュリティパラメータと、前記第２の通信装置を介しての制御プレーン通信のための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータと、の導出において用いることができる少なくとも１つのルートセキュリティパラメータを入手し；前記ルートセキュリティパラメータを含むセキュリティ情報を第１のメッセージにおいて前記第１の通信装置に、かつ第２のメッセージにおいて前記第２の通信装置に提供する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、更なる通信装置が、制御プレーンシグナリングが関連するユーザプレーン通信に移動通信デバイスがそれを介して関与することができる更なるセルを運用する通信ネットワークにおいて、前記制御プレーンシグナリングが前記移動通信デバイスにそれを介して提供される通信セルを運用するときに通信装置によって実行される方法であって、該方法は、前記制御プレーンシグナリングが移動通信デバイスにそれを介して提供される前記通信セルを運用し；前記通信ネットワークの通信エンティティからセキュリティ情報を受信し；前記セキュリティ情報から、前記移動通信デバイスに提供される前記制御プレーンシグナリングのための制御プレーンセキュリティを提供するための少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを入手し；前記移動通信デバイスに、ユーザプレーン及び制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供されるというインジケータを送信し；前記制御プレーンシグナリングを前記移動通信デバイスに提供するときに前記少なくとも１つの制御プレーンセキュリティパラメータを適用する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、第１の通信セルを運用する通信ネットワークの第１の通信装置を介してユーザプレーンデータを通信することができ、かつ第２の通信セルを運用する前記通信ネットワークの第２の通信装置からユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信することができる移動通信デバイスによって実行される方法であって、該方法は、前記第１の通信装置に関する第１の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順から、前記ユーザプレーン通信のための第１の組のセキュリティパラメータを入手し、関連する第１のセキュリティコンテキストを生成し；前記第２の通信装置に関する第２の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順から、制御プレーン通信のための第２の組のセキュリティパラメータを入手し、関連する第２のセキュリティコンテキストを生成し；前記第１のセキュリティコンテキスト及び前記第２のセキュリティコンテキストを保持する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、移動通信デバイスが第１の通信セルを運用する第１の通信装置を介してユーザプレーン通信に関与することができ、移動通信デバイスが第２の通信セルを運用する第２の通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信することができる、通信ネットワーク内の通信エンティティによって実行される方法であって、該方法は、前記第１の通信装置に関して、前記ユーザプレーン通信のための第１の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順を実行し、関連する第１のセキュリティコンテキストを生成し；前記第２の通信装置に関して、制御プレーン通信のための第２の認証鍵合意（ＡＫＡ）手順を実行し、関連する第２のセキュリティコンテキストを生成し； 前記第１のセキュリティコンテキスト及び前記第２のセキュリティコンテキストを保持する；ことを含む、方法が提供される。
本発明の更なる態様によれば、先行する態様による移動通信デバイス、先行する態様による第１の通信装置及び先行する態様による第２の通信装置を備える通信システムが提供され、前記移動通信デバイスは、前記第１の通信装置を介してユーザプレーンデータを通信し、前記第２の通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信するように構成される。
本発明の更なる態様によれば、先行する態様による移動通信デバイス、先行する態様による第１の通信装置、第２の通信装置、及び先行する態様による通信エンティティを備える通信システムが提供され、前記移動通信デバイスは、前記第１の通信装置を介してユーザプレーンデータを通信し、前記第２の通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信するように構成される。
本発明の態様は、上記で示した、又は特許請求の範囲において記載される態様及び可能な形態において記述されるような方法を実行するようにプログラマブルプロセッサをプログラムするように、及び／又は特許請求の範囲のいずれかの請求項において記載される装置を提供するように適切に構成されたコンピュータをプログラムするように動作可能である、その上に記憶された命令を有するコンピュータ可読記憶媒体のようなコンピュータプログラム製品にまで及ぶ。
本明細書（特許請求の範囲を含む）において開示され、及び／又は図面において示される各特徴は、開示され、及び／又は図示される任意の他の特徴から独立して（又はそれらと組み合わせて）本発明に組み込まれる場合がある。詳細には、限定はしないが、特定の独立請求項に従属する請求項のうちのいずれかの特徴は、任意の組み合わせにおいて又は個々に、その独立請求項に取り込まれる場合がある。
次に、本発明の実施形態を、単に例として、添付の図面を参照しながら説明する。
通信システムを示す概略図である。 図１の通信システムにおいて用いられる暗号化／完全性鍵階層を示す図である。 図１の通信システム内の基地局によって用いられる鍵導出方式を示す図である。 図１の通信システム内の移動通信デバイスによって用いられる鍵導出方式を示す図である。 図１の通信システムのための移動通信デバイスの簡略化されたブロック図である。 図１の通信システムのための「マクロ」基地局の簡略化されたブロック図である。 図１の通信システムのための「ピコ」基地局の簡略化されたブロック図である。 図１の通信システムのためのモビリティ管理エンティティの簡略化されたブロック図である。 第１のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図である。 第２のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図である。 第３のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図である。 第４のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図である。 認証及び鍵合意手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図である。
概説
図１は、移動（セルラ）通信システム１を概略的に示しており、そのシステムでは、複数の移動通信デバイス３−１、３−２、３−３のうちのいずれかのユーザが、複数の基地局５−１、５−２、５−３及びコアネットワーク１１０のうちの１つ又は複数を介して、他のユーザと通信することができる。図１に示されるシステムでは、図示される各基地局５は、マルチキャリア環境において動作することができる発展型ユニバーサル地上波無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）基地局（すなわち、「ｅＮＢ」）である。
コアネットワーク１１０は、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）１１２、ホーム加入者サーバ（ＨＳＳ）１１４及び認証センター（ＡｕＣ）１１６を含む、複数の機能／論理エンティティを備える。
ＭＭＥ１１２はＬＴＥアクセスネットワークのための鍵制御ノードである。ＭＭＥは、数ある中でも、ユーザを認証する（ＨＳＳ１１４とインタラクトすることによる）責任を負う。非アクセス層（ＮＡＳ）シグナリングはＭＭＥ１１２において終端する。また、ＭＭＥ１１２はＮＡＳシグナリングのための暗号化／完全性保護のためのネットワーク内終端点でもあり、セキュリティ鍵管理を行う。
ＨＳＳ１１４は、ユーザ関連情報及び加入関連情報を含む中央データベースを備える。ＨＳＳ１１４の機能は、モビリティ管理、呼及びセッション確立支援、ユーザ認証及びアクセス許可のような機能を含む。ＨＳＳ１１４は、この例示的な実施形態では、ＡｕＣ１１６の機能を含む（ただし、これは別々に設けることもできる）。ＡｕＣ１１６機能は、コアネットワーク１１０に接続しようと試みる各移動通信デバイス３（より具体的には、関連する加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード）の認証を提供する（例えば、移動通信デバイス３の電源が投入されたとき）。認証に成功すると、ＨＳＳ１１４は、上記のようにＳＩＭ及びサービスを管理する。後に更に詳述されるように、ＡｕＣ１１６機能によって暗号鍵も生成され、暗号鍵は、移動通信デバイス３とコアネットワーク１１０との間の全てのワイヤレス通信（音声、ＳＭＳ等）を暗号化するために後に用いられる。
図１において、５−１を付された基地局は、第１の周波数（Ｆ１）を有する関連するコンポーネントキャリアを用いて地理的に相対的に大きな「マクロ」セル１０−１を運用する、いわゆる「マクロ」基地局から成る。図１に示される他の基地局５−２、５−３はそれぞれ、各「ピコ」セル１０−２、１０−３を運用する、いわゆる「ピコ」基地局から成る。各ピコセル１０−２、１０−３は、対応する周波数帯（Ｆ２）を有するそれぞれのコンポーネントキャリア上で運用される。ピコセル１０−２、１０−３を提供するために用いられる電力はマクロセル１０−１のために用いられる電力に比べて低く、それゆえ、ピコセル１０−２、１０−３はマクロセル１０−１に比べて小さい。
マクロ基地局５−１は、その基地局が運用するマクロセル１０−１内に位置する、移動通信デバイス３−１のような移動通信デバイスに、制御プレーン（「Ｃ−プレーン」）において制御シグナリング１３−１を与える。また、マクロ基地局５−１は、その基地局が運用するマクロセル内に位置する、移動通信デバイス３−１のような移動通信デバイスとの間で、ユーザプレーン（「Ｕ−プレーン」）においてユーザデータ１１−１も通信する。
しかしながら、ピコセル１０−２、１０−３の場合、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンの提供は、マクロ基地局５−１と、ピコセル１０−２、１０−３を運用するピコ基地局５−２又は５−３との間で分割される。具体的には、マクロ基地局５−１は、ピコ基地局５−２、５−３によって運用されるピコセル１０−２、１０−３内に位置する移動通信デバイス３−２、３−３のような移動通信デバイスに、制御プレーン（「Ｃ−プレーン」）において制御シグナリング１３−２、１３−３を与える。対照的に、各ピコ基地局５−２、５−３は、ピコ基地局５−２、５−３が運用するピコセル１０−２、１０−３内のそれぞれの移動通信デバイス３−２、３−３と、Ｕ−プレーンにおいてユーザデータ１１−２、１１−３を通信する。
Ｃ−プレーンシグナリングは、数ある制御シグナリングの中でも、例えば、ユーザプレーン通信のために用いられるリソースを制御するためのシグナリング、ユーザプレーン通信ベアラの確立及び解放を制御するためのシグナリング、セル間のユーザプレーン通信のモビリティ（例えば、ハンドオーバ）を制御するためのシグナリングのようなＵ−プレーン通信に関連するシグナリングを含む。
より詳細には、Ｃ−プレーンシグナリングは、システム情報のブロードキャストと、ページングと、移動通信デバイス３とネットワークとの間のＲＲＣ接続の確立、保持及び解放と、鍵管理を含むセキュリティ機能と、２地点間無線ベアラの確立、構成、保持及び解放と、モビリティ機能（ハンドオーバー及びセル再選択）と、サービス品質（ＱｏＳ）管理機能と、測定報告及び報告の制御と、Ｕ−プレーン通信のためのリソース割当てのための、無線リソース制御（ＲＲＣ）シグナリングとを含む制御シグナリングを含む。
ピコセル１０−２、１０−３ごとのＣ−プレーンデータを暗号化／解読する（暗号化／復号する）ために（及びＣ−プレーンにおける完全性保護のために）必要とされるセキュリティ情報が、マクロ基地局５−１に与えられる。マクロ基地局５−１は、セキュリティ情報を用いて、ピコセル１０−２、１０−３のいずれかに位置する移動通信デバイス３−２、３−３ごとの制御シグナリングを暗号化／解読する（暗号化／復号する）のに適したセキュリティ鍵を導出する。
ピコセル１０−２、１０−３ごとのＵ−プレーンデータを暗号化／解読する（暗号化／復号する）ために（及びＵ−プレーンにおけるあらゆる完全性保護のために）必要とされるセキュリティ情報が、そのピコセル１０−２、１０−３を運用するピコ基地局５−２、５−３に与えられる。各ピコ基地局５−２、５−３は、その基地局５−２、５−３によって運用されるピコセル１０−２、１０−３内に位置する移動通信デバイス３−２、３−３ごとのユーザデータを暗号化／解読する（暗号化／復号する）のに適したセキュリティ鍵を求める。
Ｃ−プレーンデータ及びＵ−プレーンデータを暗号化／解読する（暗号化／復号する）ために（並びにあらゆる完全性保護のために）必要とされるセキュリティ情報が各移動通信デバイス３にも与えられる。各移動通信デバイス３は、セキュリティ情報から、そのデバイスのためのユーザデータ及び制御データを暗号化／解読する（暗号化／復号する）のに適したセキュリティ鍵を求める。
ピコセル１０−２、１０−３を介して通信する各移動通信デバイス３−２、３−３は、Ｃ−プレーン及びＵ−プレーンがマクロ基地局とピコ基地局との間で分割されるという指示も与えられる。これは、移動通信デバイス３−２、３−３が、どの基地局５がＣ−プレーンの責任を負うか、及びどの基地局５がＵ−プレーンの責任を負うかを把握できるのを確実にするのを助けるので有益である。したがって、移動通信デバイス３−２、３−３は、Ｕ−プレーン通信を取り扱う基地局がＣ−プレーン通信を提供する基地局と異なる場合であっても、それぞれのＵ−プレーンデータを暗号化／解読する（暗号化／復号する）ための（そして、Ｕ−プレーンにおけるあらゆる完全性保護のための）鍵を導出することができる。
セキュリティ鍵階層及び鍵導出
図２〜図４は、図１の移動通信システムにおけるセキュリティ鍵階層及び鍵導出を示す。
具体的には、図２は、図１の移動通信システムにおいて用いられる暗号化／完全性鍵階層を示す。図３は、図１の通信システム内の基地局によって用いられる鍵導出方式を示し、図４は、図１の通信システム内の移動通信デバイスによって用いられる鍵導出方式を示す。
図２〜図４は、３ＧＰＰ技術標準規格（ＴＳ）３３．４０１ｖ１２．６．０からの類似の図に基づいており、当業者であれば理解するように、その標準規格は図１の移動通信システムにおいて用いられるセキュリティ機構の更なる詳細を含む。
図２〜図４を参照すると、移動通信システム１は幾つかのセキュリティ鍵パラメータを使用し、それらのパラメータは、例示のために、階層内に配置されると見なすことができ、その階層では、階層内の低い方のレベルにおける鍵は、適切な鍵導出関数（ＫＤＦ）を用いて、（場合によっては、他のパラメータと組み合わせて）階層内の高い方の鍵から導出することができる。この例示的な実施形態では、セキュリティ鍵を導出するために用いられるＫＤＦは、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１ｖ１２．６．０（付録Ａ）において記述されるような入力を用いる３ＧＰＰ ＴＳ ３３．２２０ｖ１１．４．０（付録Ｂ）において記述されるＫＤＦである。
図２〜図４において見られるように、移動通信システム１において用いられるセキュリティ情報は、以下のセキュリティ鍵パラメータを含む：
一般鍵パラメータ：
・Ｋは移動通信デバイス３内、及びＡｕＣ１１６内のＵＳＩＭ上、又はＵＩＣＣ上に記憶される永久鍵である。
・ＣＫ及びＩＫ（それぞれ「暗号鍵」及び「完全性鍵」）は、ＡＫＡ手順中にＡｕＣ１１６内、及びＵＳＩＭ／ＵＩＣＣ上で導出される一対の鍵である。ＣＫ、ＩＫは、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の従節６．１．２において記述されるように、それらの鍵が発展型パケットシステムのセキュリティコンテキストにおいて用いられるか、旧来のセキュリティコンテキストにおいて用いられるかによって異なる取り扱いを受ける。
・ＫＡＳＭＥは、ＣＫ及びＩＫ（並びにサービングネットワーク識別（ＳＮｉｄ））から、ＨＳＳ１１４内、及び移動通信デバイス３内で導出される中間鍵である。
・ＫｅＮＢは、ＫＡＳＭＥから、移動通信デバイス３及びＭＭＥ１１２によって（又は場合によっては、ハンドオーバ中に移動通信デバイス３及びターゲットｅＮＢによって）導出される鍵である。
ＮＡＳトラフィックのための鍵：
・ＫＮＡＳｉｎｔは、特定の完全性アルゴリズムを用いてＮＡＳトラフィックを保護するために用いられる鍵である。この鍵は、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ＫＡＳＭＥ、及び完全性アルゴリズムのための識別子から、移動通信デバイス３及びＭＭＥ１１２によって導出される。
・ＫＮＡＳｅｎｃは、特定の暗号化アルゴリズムを用いてＮＡＳトラフィックを保護するために用いられる鍵である。この鍵は、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ＫＡＳＭＥ、及び暗号化アルゴリズムの識別子から、移動通信デバイス３及びＭＭＥ１１２によって導出される。
ユーザプレーントラフィックのための鍵：
・ＫＵＰｅｎｃは、特定の暗号化アルゴリズムを用いてＵ−プレーントラフィックを保護するために用いられる鍵である。この鍵は、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ＫｅＮＢ、及び暗号化アルゴリズムのための識別子から、移動通信デバイス３及びマクロ基地局５−１によって導出される。しかしながら、Ｕ−プレーン／Ｃ−プレーンが上記のようにピコ基地局とマクロ基地局との間で分割される場合、ＫＵＰｅｎｃは、特定の暗号化アルゴリズムを用いてＵ−プレーントラフィックを保護する際に用いるためにピコ基地局５−２、５−３において入手される（後に更に詳細に説明される）。
・ＫＵＰｉｎｔは、特定の完全性アルゴリズムを用いて中継ノード（ＲＮ）とドナーｅＮＢ（ＤｅＮＢ）との間のＵ−プレーントラフィックを保護するために用いられる鍵である。この鍵は、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ＫｅＮＢ、及び完全性アルゴリズムのための識別子から、ＲＮ及びＤｅＮＢによって導出される。
制御プレーン（ＲＲＣ）トラフィックのための鍵：
・ＫＲＲＣｉｎｔは、特定の完全性アルゴリズムを用いて無線リソース制御（ＲＲＣ）トラフィックを保護するために用いられる鍵である。ＫＲＲＣｉｎｔは、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ＫｅＮＢ及び完全性アルゴリズムのための識別子から、移動通信デバイス３及びマクロ基地局５−１によって導出される。
・ＫＲＲＣｅｎｃは、特定の暗号化アルゴリズムを用いてＲＲＣトラフィックを保護するために用いられる鍵である。ＫＲＲＣｅｎｃは、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ＫｅＮＢ及び暗号化アルゴリズムのための識別子から、移動通信デバイス３及びマクロ基地局５−１によって導出される。
中間鍵：
・ＮＨ（「ネクストホップ」）は、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．７．２．８において記述されるようなフォワードセキュリティ（例えば、ハンドオーバ中）を提供するために、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．４において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、移動通信デバイス３及びＭＭＥ１１２によって導出される鍵である。
・ＫｅＮＢ ＊は、３ＧＰＰ ＴＳ ３３．４０１の節Ａ．５において指定されるような入力を伴うＫＤＦを用いて、ハンドオーバ／コンテキスト変更中に鍵を導出する際に用いるためのＮＨ又は現在有効なＫｅＮＢから、移動通信デバイス３及びソース基地局によって導出される鍵である。具体的には、ハンドオーバ時に、ＫｅＮＢ ＊は、ターゲット基地局にソース基地局から転送される。ターゲット基地局は、移動通信デバイス３がハンドオーバされる場合に用いられることになるＫｅＮＢとして、受信されたＫｅＮＢ ＊を直接使用する。後に更に詳細に説明されるように、一例の方法では、このパラメータは、Ｃ−プレーン／Ｕ−プレーンが分割される場合に再利用されることが好都合である。
幾つかの他の注目すべきパラメータも移動電気通信システム１のセキュリティアーキテクチャにおいて用いられる。これらのパラメータは以下のものを含む。
・ＡｕＣ１１６にあるデータベース内、及び移動通信デバイス３のＳＩＭカード上のいわゆる認証済み管理フィールドであるＡＭＦ。ＡＭＦは、移動通信デバイス３とＡｕＣ１１６との間で事前に共有され、或る特定のセキュリティパラメータ（例えば、後に説明されるＭＡＣ及びＸＭＡＣ）を計算する際に用いられる。
・ＡｕＣ１１６にあるデータベース内、及び移動通信デバイス３のＳＩＭカード上のいわゆるオペレータバリアントアルゴリズム構成フィールドであるＯＰ。
・ネットワークが移動通信デバイス３を認証しようと試みるたびにインクリメントされるシーケンス番号であるＳＱＮ。
・鍵生成及び認証において用いるための乱数であるＲＡＮＤ。
・ＡｕＣ１１６において生成されるいわゆる匿名鍵であるＡＫ。
・ＡｕＣ１１６において生成されるいわゆる「予想応答」であるＸＲＥＳ。
・ＲＥＳは、ＸＲＥＳと同等の応答パラメータであるが、認証の目的上ＸＲＥＳと比較するために、ＭＭＥ１１２に送信するために移動通信デバイス３によって生成される。
・ＭＡＣはＡｕＣ１１６において生成されるメッセージ認証コードである。
・ＸＭＡＣは、受信されたＭＡＣに対してメッセージを認証するために移動通信デバイス３において生成される予想ＭＡＣ値である。
・ＡＵＴＮは、ＡｎＣ１１６において生成されるいわゆる認証トークンである。
ＭＭＥ１１２が移動通信デバイス３からアタッチ要求を受信するとき、ＭＭＥ１１２は、ＡｕＣ１１６／ＨＳＳ１１４に認証データ要求を送信する。ＲＡＮＤ、ＸＲＥＳ、ＣＫ、ＩＫ及びＡＵＴＮを導出した後に、ＡｕＣ１１６は、それらのパラメータを組み合わせて、いわゆる認証ベクトル（ＡＶ＝ＲＡＮＤ｜ＸＲＥＳ｜ＣＫ｜ＩＫ｜ＡＵＴＮ）を生成し、認証ベクトルはＭＭＥ１１２に送信される。その後、ＭＭＥ１１２は、後により詳細に説明されるような認証及び鍵生成プロセス中に移動通信デバイスに送信するために、ＡＶから個々のパラメータを検索することができる。
ユーザプレーンデータを暗号化／解読するために、その入力として、ＫＵＰｅｎｃ：通信のために用いられる無線ベアラを識別する情報（「ＢＥＡＲＥＲ」）と、通信の方向の単一ビット指示子（「ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ」）と、必要とされる鍵ストリームの長さ（「ＬＥＮＧＴＨ」）と、ベアラ特有であるが、時間及び方向に依存する、移動通信デバイス３及びピコ基地局５−２、５−３のためのＰＤＣＰ層内に保持される３２ビットＰＤＣＰ ＣＯＵＮＴに対応するインクリメンタルカウンタ（「ＣＯＵＮＴ」）の３２ビット値とを有する暗号化関数が用いられる。
移動通信デバイス
図５は、図１に示される移動通信デバイス３の主要構成要素を示すブロック図である。各移動通信デバイス３は、マルチキャリア環境において動作することができる移動（又は「セル」）電話から成る。移動通信デバイス３は、少なくとも１つのアンテナ５１２を介して、基地局５との間で信号を送受信するように動作可能であるトランシーバ回路５１０を備える。移動通信デバイス３はユーザインターフェース５１４（例えば、タッチスクリーン、キーパッド、マイク、スピーカ等）を備え、ユーザインターフェースを介して、ユーザはデバイスとインタラクトすることができる。
移動通信デバイスは、ユニバーサル集積回路カード（ＵＩＣＣ）上で動作するユニバーサルＳＩＭ（ＵＳＩＭ）の形の加入者識別モジュール（ＳＩＭ）５３０を含む。ＳＩＭ５３０は、永久鍵「Ｋ」５３４−１を入手し、記憶するためのＵＳＩＭ／ＵＩＣＣセキュリティモジュール５３２を備え、永久鍵は、動作時に、通信セキュリティのために用いられる他のセキュリティパラメータを生成するために用いられる。また、ＵＳＩＭ／ＵＩＣＣセキュリティモジュール５３２は、Ｋ及び「ランダム」値（例えば、ＭＭＥ１１２を介してＡｕＣ１１６によって与えられるＲＡＮＤの値）を用いて、暗号鍵（ＣＫ）及び完全性鍵（ＩＫ）のような他のセキュリティパラメータ５３４−２を導出するように動作可能である。ＳＩＭ５３０は、国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）の形の識別５３６を有する。
トランシーバ回路５１０の動作は、メモリ５１８に記憶されるソフトウェアに従ってコントローラ５１６によって制御される。
ソフトウェアは、中でも、オペレーティングシステム５２０、通信制御モジュール５２２及びセキュリティ管理モジュール５２５を含む。
通信制御モジュール５２２は、関連するコンポーネントキャリア上でのマクロ及び／又は基地局５との通信を管理するように構成される。通信制御モジュール５２２は、ＭＭＥ１１２との（基地局を介しての間接的な）ＮＡＳ通信を管理するように構成される。通信制御モジュール５２２は、ユーザデータを取り扱うためのＵ−プレーンモジュール５２３と、無線リソース制御メッセージのような制御シグナリングを取り扱うためのＣ−プレーンモジュール５２４とを含む。
セキュリティ管理モジュール５２５は、移動通信デバイス３において実行される範囲内で、認証手順の実行、鍵及び関連するセキュリティパラメータ生成及び利用、認証及び鍵合意（ＡＫＡ）を含む通信セキュリティを管理するように構成される。セキュリティ管理モジュール５２５は、認証／鍵生成手順において用いるのに適したパラメータ５２６の検索／生成を取り扱うことができる。これらのパラメータは、ＳＩＭ５３０から検索されるＵＩＣＣ／ＵＳＩＭパラメータ５２６−１（例えば、ＳＩＭ５３０によって導出されるＣＫ及びＩＫのようなパラメータ５３４−２）と、他のソースから受信されるパラメータ５２６−２（例えば、非アクセス層（ＮＡＳ）シグナリングにおいてＭＭＥ１１２から受信されるＡＵＴＮ及びＲＡＮＤのようなパラメータ）と、移動通信デバイスにおいて導出される場合があるパラメータ５２６−３（例えば、ＫＡＳＭＥ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃ、ＫｅＮＢ、ＫｅＮＢ ＊、ＮＨ、ＫＵＰｅｎｃ、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ等）を含む。セキュリティ管理モジュール５２５は、移動通信デバイス３によって実行される範囲でＡＫＡ手順を管理するためのＡＫＡモジュール５２８も含む。
マクロ基地局
図６は、図１に示されるマクロ基地局５−１の主要構成要素を示すブロック図である。マクロ基地局５−１は、トランシーバ回路６１０を備えるＥ−ＵＴＲＡＮマルチキャリア対応基地局から成り、トランシーバ回路は、少なくとも１つのアンテナ６１２を介して移動通信デバイス３に信号を送信し、移動通信デバイス３から信号を受信するように動作可能である。また、基地局５−１は、ＭＭＥ（Ｓ１）インターフェース６１４を介してコアネットワーク１１０のＭＭＥ１１２との間で、及びｅＮＢ（Ｘ２）インターフェース６１６を介して他の基地局５との間で信号を送信及び受信するように動作可能である。
トランシーバ回路６１０の動作は、メモリ６１８に記憶されるソフトウェアに従ってコントローラ６１６によって制御される。
ソフトウェアは、中でも、オペレーティングシステム６２０、通信制御モジュール６２２及びセキュリティ管理モジュール６２５を含む。
通信制御モジュール６２２は、マクロ基地局５−１と、マクロセル１０−１によってカバーされる地理的エリア内で動作する移動通信デバイス３との間の通信を管理するように構成される。また、通信制御モジュール６２２は、マクロ基地局５−１とＭＭＥ１１２との間のＳ１−ＡＰシグナリングと、マクロ基地局５−１と他の基地局との間のＸ２−ＡＰシグナリングとを管理するように構成される。
通信制御モジュール６２２は、マクロセル１０−１を介して通信する移動通信デバイス３−１のためのユーザデータを取り扱うためのＵ−プレーンモジュール６２３を含む。また、通信制御モジュール６２２は、マクロセル１０−１を介して通信する移動通信デバイス３０１に送信するための、そして、それぞれのピコセル１０−２、１０−３を介してユーザデータを通信する移動通信デバイス３−２、３−３のための、無線リソース制御（ＲＲＣ）メッセージのような制御シグナリングを生成するためのＣ−プレーンモジュール６２４も含む。
セキュリティ管理モジュール６２５は、マクロ基地局５−１において実行される範囲内で、認証手順の実行、鍵及び関連するセキュリティパラメータ生成及び利用、認証及び鍵合意（ＡＫＡ）手順を含む通信セキュリティを管理するように構成される。
セキュリティ管理モジュール６２５は、認証／鍵生成手順において用いるのに適したパラメータ６２６の受信／生成を取り扱うことができる。これらのパラメータ６２６は、他のソースから受信されるパラメータ６２６−１（例えば、ＭＭＥ１１２から受信されるＫｅＮＢ若しくはＮＨ、又はハンドオーバ中にソース基地局から受信されるＫｅＮＢ ＊）を含む。また、パラメータ６２６は、正常動作中にマクロ基地局５−１において導出される場合があるか（例えば、ＫＵＰｅｎｃ、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ）、又はハンドオーバ中にマクロ基地局５−１において導出される場合がある（例えば、ソースノードとして動作するときのＫｅＮＢ ＊又はターゲットノードとして動作するときのＫｅＮＢ（＝ＫｅＮＢ ＊）等）パラメータ６２６−２も含む。また、セキュリティ管理モジュール６２５は、マクロ基地局５−１によって実行される範囲で、ＡＫＡ手順を管理するためのＡＫＡモジュール６２８も含む。
ピコ基地局
図７は、図１に示されるピコ基地局５−２、５−３の主要構成要素を示すブロック図である。ピコ基地局５−２、５−３は、トランシーバ回路７１０を備えるＥ−ＵＴＲＡＮマルチキャリア対応基地局から成り、トランシーバ回路は、少なくとも１つのアンテナ７１２を介して、移動通信デバイス３に信号を送信し、移動通信デバイス３から信号を受信するように動作可能である。また、ピコ基地局５−２、５−３は、ＭＭＥ（Ｓ１）インターフェース７１４を介してコアネットワーク１１０のＭＭＥ１１２との間で、及びｅＮＢ（Ｘ２）インターフェース７１６を介して他の基地局との間で信号を送信及び受信するように動作可能である。
トランシーバ回路７１０の動作は、メモリ７１８に記憶されるソフトウェアに従ってコントローラ７１６によって制御される。
ソフトウェアは、中でも、オペレーティングシステム７２０、通信制御モジュール７２２及びセキュリティ管理モジュール７２５を含む。
通信制御モジュール７２２は、ピコ基地局５−２、５−３と、ピコセル１０−２、１０−３を介して通信する移動通信デバイス３−２、３−３との間の通信を管理するように構成される。また、通信制御モジュール７２２は、ピコ基地局５−２、５−３とＭＭＥ１１２との間のＳ１−ＡＰシグナリングと、ピコ基地局５−２、５−３と他の基地局との間のＸ２−ＡＰシグナリングとを管理するように構成される。
通信制御モジュール７２２は、ピコセル１０−２、１０−３を介して通信する移動通信デバイス３−２，３−３のためのユーザデータを取り扱うためのＵ−プレーンモジュール７２３を含む。
セキュリティ管理モジュール７２５は、ピコ基地局５−２、５−３において実行される範囲内で、認証手順の実行、鍵及び関連するセキュリティパラメータ生成及び利用、認証及び鍵合意（ＡＫＡ）手順を含む通信セキュリティを管理するように構成される。
セキュリティ管理モジュール７２５は、認証／鍵生成手順において用いるのに適したパラメータ７２６の受信／生成を取り扱うことができる。これらのパラメータ７２６は、他のソースから受信されるパラメータ７２６−１（例えば、この実施形態では、ＫｅＮＢ）を含む。また、パラメータ７２６は、ピコ基地局５−２、５−３において導出される場合があるパラメータ７２６−２（例えば、ＫＵＰｅｎｃ）も含む。また、セキュリティ管理モジュール７２５は、ピコ基地局５−２、５−３によって実行される範囲で、ＡＫＡ手順を管理するためのＡＫＡモジュール７２８も含む。
ＭＭＥ
図８は、図１に示されるモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）１１２の主要構成要素を示すブロック図である。ＭＭＥ１１２は、関連するネットワークエンティティインターフェース８１２を介して、他のネットワークデバイス（ＨＳＳ等）に信号を送信し、他のネットワークデバイスから信号を受信するように動作可能であるトランシーバ回路８１０を備える。また、トランシーバ回路８１０は、ｅＮＢ（Ｓ１）インターフェース８１６を介して、基地局５に信号を送信し、基地局５から信号を受信するように動作可能であり、その信号は、基地局５のためのＳ１−ＡＰシグナリング及び、移動通信デバイス３のための、基地局に対してトランスペアレントであるＮＡＳシグナリングを含む。
トランシーバ回路８１０の動作は、メモリ８１８に記憶されるソフトウェアに従ってコントローラ８１６によって制御される。
ソフトウェアは、中でも、オペレーティングシステム８２０、通信制御モジュール８２２及びセキュリティ管理モジュール８２５を含む。
通信制御モジュール８２２は、ＭＭＥ１１２と移動通信デバイス３との間のＮＡＳシグナリング、及びＭＭＥ１１２と基地局５との間のＳ１−ＡＰシグナリングを管理するように構成される。
セキュリティ管理モジュール８２５は、ＭＭＥ１１２において実行される範囲内で、認証手順の実行、鍵及び関連するセキュリティパラメータ生成及び利用、認証及び鍵合意（ＡＫＡ）手順を含む通信セキュリティを管理するように構成される。
セキュリティ管理モジュール８２５は、認証／鍵生成手順において用いるのに適したパラメータ８２６の受信／生成を取り扱うことができる。これらのパラメータ８２６は、他のソースから受信されるパラメータ８２６−１（例えば、ＨＳＳ１１４／ＡｕＣ１１６等から受信されるＡＶから検索されるＣＫ、ＩＫ、ＡＵＴＮ、ＫＡＳＭＥ、ＲＡＮＤ、ＸＲＥＳ）を含む。また、これらのパラメータ８２６は、ＭＭＥ１１２において導出される場合があるパラメータ８２６−２(例えば、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃ、ＫｅＮＢ、ＮＨ等）を含む。セキュリティ管理モジュール８２５は、ＭＭＥ１１２によって実行される範囲で、ＡＫＡ手順を管理するためのＡＫＡモジュール８２８も含む。
動作概説−セキュリティパラメータ提供
図９〜図１３は、セキュリティ手順のそれぞれの変形を実行する際の図１の通信システムの動作をそれぞれ示す簡略化されたタイミング図を示す。当業者には理解されるように、そのタイミング図は、セキュリティに特に関連するシグナリングのみを示す。一般的には、他のシグナリングが生じることになるが、明確にする理由から、簡略化されたタイミング図から削除されている。
図９〜図１３において見られるように、例示される各セキュリティ手順は、移動通信デバイス３及び基地局の両方におけるＵ−プレーン保護のために、適切なセキュリティパラメータ（詳細には、ＫＵＰｅｎｃの適切な値）が一貫して用いられるのを保証するための異なるそれぞれの機構を用いる。
図９〜図１３に示される異なるセキュリティ手順は別々に示されるが、セキュリティ手順の重要な特徴は、適切な場合には組み合わせることができるか、又は展開されているシステム内の代替の実施の任意選択として提供することができることは理解されよう。
ＭＭＥに基づくＫｅＮＢ提供
図９は、第１のセキュリティ手順を実行する際の図１の電気通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図を示しており、ＭＭＥ１１２からのシグナリングに応答して、ピコ基地局５−２、５−３において適切なセキュリティパラメータ、詳細には、ＫＵＰｅｎｃの適切な値が生成される。
例示されるセキュリティ手順の開始時に、ピコセル５−１、５−２において通信を開始することを望む移動通信デバイス３は、Ｓ９１０において、移動通信デバイス３のＳＩＭカード５３０を識別する情報（例えば、「国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）」）を含む、アタッチメントを要求する非アクセス層（ＮＡＳ）メッセージ（例えば、「ＮＡＳアタッチ要求」メッセージ）を（マクロ基地局５−１を介してトランスペアレントに）ＭＭＥ１１２に送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ９１２において、認証を要求し、かつＳＩＭカード５３０を識別する情報を含むメッセージ（例えば、「認証データ要求」メッセージ）をＨＳＳ１１４に送信することによって、この要求に応答する。ＨＳＳ１１４のＡｕＣ機能１１６は、ＲＡＮＤ、ＸＲＥＳ、ＣＫ、ＩＫ、ＡＵＴＮを導出し、それらを組み合わせて、Ｓ９１４において、ＳＩＭカード５３０のための認証ベクトル（ＡＶ＝ＲＡＮＤ｜ＸＲＥＳ｜ＣＫ｜ＩＫ｜ＡＵＴＮ）を形成し、Ｓ９１６において、生成されたＡＶをＭＭＥ１１２に（例えば、「認証データ応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ９１８において、ＡＶからＩＫ、ＣＫ、ＸＲＥＳ、ＲＡＮＤ及びＡＵＴＮを検索し、Ｓ９２０において、ＮＡＳシグナリングを用いて、ＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータを移動通信デバイス３に（例えば、「ＮＡＳ認証要求」メッセージにおいて）送信する。
移動通信デバイス３は、Ｓ９２２において、受信されたＡＵＴＮを用いてネットワークを認証し、記憶された永久セキュリティ鍵「Ｋ」と、受信されたＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータ（及び必要に応じて、任意の他のパラメータ、例えば、ＸＭＡＣの決定のためのＡＭＦ）とを用いて、適切なセキュリティ関連パラメータ（ＩＫ、ＣＫ、ＲＥＳ等）を導出することによって応答する。認証が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ９２４において、ＲＥＳの計算値をＭＭＥ１１２に（例えば、「ＮＡＳ認証応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ９２６において、受信されたＲＥＳ値をＸＲＥＳに対してチェックし、ダウンリンクＮＡＳカウントをリセットし、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出する。その後、ＭＭＥ１１２は、完全性保護及び暗号化（解読）のために使用するそれぞれのアルゴリズムを移動通信デバイス３に通知するＮＡＳセキュリティモードコマンドメッセージを送信することによって、Ｓ９２８において、ＭＭＥ１１２と移動通信デバイス３との間のＮＡＳシグナリングセキュリティを開始する。
移動通信デバイス３は、Ｓ９３０において、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出し、その後、Ｓ９３２において、ＮＡＳシグナリングセキュリティ初期化が完了したことをＭＭＥ１１２に通知する応答メッセージを送信することによって応答する。
その後、その方法は、Ｓ９３４においてピコ基地局５−２、５−３に、Ｓ９３６においてマクロ基地局５−１に、実質的に同一のＳ１アプリケーション（Ａ１−ＡＰ）メッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）を送信することによって、ピコ基地局５−２、５−３及びマクロ基地局５−１の両方においてセキュリティコンテキスト設定を開始することによって続行する。Ｓ１−ＡＰメッセージはそれぞれ、ＫｅＮＢの導出された値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。
その後、ピコ基地局５−２、５−３は、Ｓ９３８において、受信したＫｅＮＢからＵ−プレーン暗号化／解読のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＵＰｅｎｃ）を導出する。同様に、マクロ基地局５−１は、Ｓ９４０において、受信したＫｅＮＢからＣ−プレーン暗号化／解読のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ）を導出する。
Ｓ９４２において、ピコ基地局５−２、５−３におけるセキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、ピコ基地局５−２、５−３は、適切なＳ１−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定応答」メッセージ）において、これをＭＭＥ１１２に確認する。
その後、マクロ基地局５−１は、Ｓ９４４において、ＲＲＣシグナリング（例えば、「ＲＲＣセキュリティモードコマンド」メッセージ）を用いて、移動通信デバイス３においてＲＲＣ（及びユーザプレーン）セキュリティコンテキスト設定を開始し、ＲＲＣシグナリングは、完全性保護及び／又は暗号化のために用いられるアルゴリズムを識別する情報と、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されることを指示する情報（例えば、専用情報要素（ＩＥ）、変更されたＩＥ、又は既存のＩＥの再利用の形をとる）とを含む。
移動通信デバイス３は、Ｓ９４６において、あらかじめ計算されたＫｅＮＢの値から、マクロ基地局５−１からの制御シグナリングとともに用いるためのＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃの値を導出することによって、マクロ基地局５−１と通信するためのＲＲＣセキュリティコンテキストを初期化することによって応答する。また、移動通信デバイス３は、ＫｅＮＢから、ピコ基地局５−２、５−３との間のユーザプレーンシグナリングとともに用いるためのＫＵＰｅｎｃの値を導出することによって、ピコ基地局５−２、５−３との通信のためのＵ−プレーンセキュリティコンテキストを初期化する。
セキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ９５０においてマクロ基地局５−１に適切な応答メッセージ（例えば、「ＲＲＣセキュリティモード完了」メッセージ）を送信することによって、Ｓ９３２においてこれを確認する。
マクロ基地局５−１は、Ｓ９５２において、セキュリティコンテキスト設定に成功したことを、適切なＳ１−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）においてＭＭＥ１１２に確認する。
種々のデバイスにおいて種々のセキュリティコンテキスト（ＮＡＳ及びＡＳ）の初期化に成功すると、Ｓ９５４において、制御シグナリング接続及びユーザシグナリング接続を設定することができ、移動通信デバイス３は、制御プレーンシグナリングがマクロ基地局５−１によって提供され（Ｓ９５６）、Ｕ−プレーンシグナリングがピコ基地局５−２、５−３を介して提供される（Ｓ９５８）通信を開始することができる。
それゆえ、有利には、本方法は、異なる基地局がそれぞれＵ−プレーンシグナリング及びＣ−プレーンシグナリングに責任を負う適切な通信セキュリティを提供する効率的な方法を提供する。ユーザデバイスは、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーン両方のために適したセキュリティコンテキストを保持することができ、それにより、ユーザデバイスは、ユーザデータ及び制御データを正確に暗号化／解読できるようになり、かつ異なる基地局において用いられるセキュリティパラメータ（鍵）を把握できるようになる。
この手法は、基地局シグナリング（Ｘ２上、又は場合によっては新たなインターフェース上）に関する基地局の変更を不要にし、変更に関連してＸ２−ＡＰが複雑になるのを回避するという点で、本明細書において記述される他の方法より優れた利点を有する。しかしながら、本明細書において記述される他の方法は、Ｓ１シグナリングの繰り返しが回避され、それゆえ、Ｓ１シグナリングオーバヘッドが低減されるという利点を有する。
基地局に基づくＫｅＮＢ提供
図１０は、マクロ基地局５−１からのシグナリングに応答して、ピコ基地局５−２、５−３において適切なセキュリティパラメータ、詳細には、ＫＵＰｅｎｃの適切な値が生成される第２のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図を示す。
図１０に示されるセキュリティ手順の開始時に、ピコセル５−１、５−２において通信を開始することを望む移動通信デバイス３は、Ｓ１０１０において、移動通信デバイス３のＳＩＭカード５３０を識別する情報（例えば、「国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）」）を含む、アタッチメントを要求する非アクセス層（ＮＡＳ）メッセージ（例えば、「ＮＡＳアタッチ要求」メッセージ）をＭＭＥ１１２に（マクロ基地局５−１を介してトランスペアレントに）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１０１２において、認証を要求し、かつＳＩＭカード５３０を識別する情報を含むメッセージ（例えば、「認証データ要求」メッセージ）をＨＳＳ１１４に送信することによって、この要求に応答する。ＨＳＳ１１４のＡｕＣ機能１１６は、ＲＡＮＤ、ＸＲＥＳ、ＣＫ、ＩＫ、ＡＵＴＮを導出し、それらを組み合わせて、Ｓ１０１４において、ＳＩＭカード５３０のための認証ベクトル（ＡＶ＝ＲＡＮＤ｜ＸＲＥＳ｜ＣＫ｜ＩＫ｜ＡＵＴＮ）を形成し、Ｓ１０１６において、生成されたＡＶをＭＭＥ１１２に（例えば、「認証データ応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１０１８においてＡＶからＩＫ、ＣＫ、ＸＲＥＳ、ＲＡＮＤ及びＡＵＴＮを検索し、Ｓ１０２０において（例えば、「ＮＡＳ認証要求」メッセージにおいて）ＮＡＳシグナリングを用いてＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータを移動通信デバイス３に送信する。
移動通信デバイス３は、Ｓ１０２２において、受信されたＡＵＴＮを用いてネットワークを認証することによって、かつ記憶された永久セキュリティ鍵「Ｋ」と、受信されたＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータ（及び必要に応じて、任意の他のパラメータ、例えば、ＸＭＡＣの決定のためのＡＭＦ）とを用いて、適切なセキュリティ関連パラメータ（ＩＫ、ＣＫ、ＲＥＳ等）を導出することによって、応答する。認証が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ１０２４において、ＲＥＳの計算値をＭＭＥ１１２に（例えば、「ＮＡＳ認証応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１０２６において、受信されたＲＥＳ値をＸＲＥＳに対してチェックし、ダウンリンクＮＡＳカウントをリセットし、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出する。その後、ＭＭＥ１１２は、完全性保護及び暗号化（解読）のために使用するそれぞれのアルゴリズムを移動通信デバイス３に通知するＮＡＳセキュリティモードコマンドメッセージを送信することによって、Ｓ１０２８において、ＭＭＥ１１２と移動通信デバイス３との間のＮＡＳシグナリングセキュリティを開始する。
移動通信デバイス３は、Ｓ１０３０において、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出し、その後、Ｓ１０３２において、ＮＡＳシグナリングセキュリティ初期化が完了したことをＭＭＥ１１２に通知する応答メッセージを送信することによって応答する。
その後、その方法は、Ｓ１０３４においてマクロ基地局５−１にＳ１アプリケーション（Ａ１−ＡＰ）メッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）を送信することによって、マクロ基地局５−１においてセキュリティコンテキスト設定を開始することによって続行する。Ｓ１−ＡＰメッセージは、ＫｅＮＢの導出された値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１０３６において、Ｘ２アプリケーション（Ｘ２−ＡＰ）メッセージ（例えば、新たな「Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定」メッセージ）をピコ基地局５−２、５−３に送信することによって、ピコ基地局５−２、５−３においてセキュリティコンテキスト設定を開始する。Ｘ２−ＡＰメッセージは、ＫｅＮＢの導出された値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。
その後、ピコ基地局５−２、５−３は、Ｓ１０３８において、マクロ基地局５−１から受信されたＫｅＮＢから、Ｕ−プレーン暗号化／解読のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＵＰｅｎｃ）を導出する。同様に、マクロ基地局５−１は、Ｓ１０４０において、ＭＭＥ１１２から受信されたＫｅＮＢから、Ｃ−プレーン暗号化／解読のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ）を導出する。
Ｓ１０４２において、ピコ基地局５−２、５−３におけるセキュリティコンテキスト設定に成功すると仮定すると、ピコ基地局５−２、５−３は、適切なＸ２−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定応答」メッセージ）において、これをマクロ基地局５−１に確認する。
その後、マクロ基地局５−１は、Ｓ１０４４において、ＲＲＣシグナリング（例えば、「ＲＲＣセキュリティモードコマンド」メッセージ）を用いて、移動通信デバイス３においてＲＲＣ（及びユーザプレーン）セキュリティコンテキスト設定を開始し、ＲＲＣシグナリングは、完全性保護及び／又は暗号化のために用いられるアルゴリズムを識別する情報と、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されることを指示する情報（例えば、専用情報要素（ＩＥ）、変更されたＩＥ、又は既存のＩＥの再利用の形をとる）とを含む。
移動通信デバイス３は、Ｓ１０４６において、あらかじめ計算されたＫｅＮＢの値から、マクロ基地局５−１からの制御シグナリングとともに用いるためのＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃの値を導出することによって、マクロ基地局５−１と通信するためのＲＲＣセキュリティコンテキストを初期化することによって応答する。また、移動通信デバイス３は、ＫｅＮＢから、ピコ基地局５−２、５−３との間のユーザプレーンシグナリングとともに用いるためのＫＵＰｅｎｃの値を導出することによって、ピコ基地局５−２、５−３との通信のためのＵ−プレーンセキュリティコンテキストを初期化する。
セキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ１０５０において、マクロ基地局５−１に適切な応答メッセージ（例えば、「ＲＲＣセキュリティモード完了」メッセージ）を送信することによって、Ｓ１０３２においてこれを確認する。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１０５２において、セキュリティコンテキスト設定に成功したことを、適切なＳ１−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）においてＭＭＥ１１２に確認する。
種々のデバイスにおいて種々のセキュリティコンテキスト（ＮＡＳ及びＡＳ）の初期化に成功すると、Ｓ１０５４において、制御シグナリング接続及びユーザシグナリング接続を設定することができ、移動通信デバイスは、制御プレーンシグナリングがマクロ基地局５−１によって提供され（Ｓ１０５６）、Ｕ−プレーンシグナリングがピコ基地局５−２、５−３を介して提供される（Ｓ１０５８）通信を開始することができる。
それゆえ、有利には、本方法は、異なる基地局がそれぞれＵ−プレーンシグナリング及びＣ−プレーンシグナリングに責任を負う適切な通信セキュリティを提供する別の効率的な方法を提供する。ユーザデバイスは、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーン両方に適したセキュリティコンテキストを保持することができ、それにより、ユーザデバイスは、ユーザデータ及び制御データを正確に暗号化／解読できるようになり、かつ異なる基地局において用いられるセキュリティパラメーター（鍵）を把握できるようになる。
このようにしてＣ−プレーン／Ｕ−プレーンが分割されることを移動通信デバイスに通知することは、移動通信デバイスが、ピコセルと通信するためにユーザプレーンセキュリティパラメータ（ＫＵＰｅｎｃ）の導出が必要とされることを確証するために必要とされる情報を有するのを保証する効率的な方法を提供する。
この手法は、Ｓ１シグナリングの繰り返しが回避され、それゆえ、Ｓ１シグナリングオーバヘッドが低減されるという点で、本明細書において記述される第１の方法より優れた利点を有する。しかしながら、第１の方法は、基地局シグナリング（Ｘ２上、又は場合によっては新たなインターフェース上）に関する基地局の変更を不要にし、変更に関連してＸ２−ＡＰが複雑になるのを回避するという利点を有する。
基地局に基づくＫＵＰｅｎｃ提供
図１１は、第３のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図を示しており、ＭＭＥ１１２からのシグナリングに応答して、マクロ基地局５−１において適切なセキュリティパラメータ、詳細には、ＫＵＰｅｎｃの適切な値が生成され、Ｘ２インターフェースを介してピコ基地局５−２、５−３に転送される。
図１１に示されるセキュリティ手順の開始時に、ピコセル５−１、５−２において通信を開始することを望む移動通信デバイス３は、Ｓ１１１０において、移動通信デバイス３のＳＩＭカード５３０を識別する情報（例えば、「国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）」）を含む、アタッチメントを要求する非アクセス層（ＮＡＳ）メッセージ（例えば、「ＮＡＳアタッチ要求」メッセージ）をＭＭＥ１１２に（マクロ基地局５−１を介してトランスペアレントに）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１１１２において、認証を要求し、かつＳＩＭカード５３０を識別する情報を含むメッセージ（例えば、「認証データ要求」メッセージ）をＨＳＳ１１４に送信することによって、この要求に応答する。ＨＳＳ１１４のＡｕＣ機能１１６は、ＲＡＮＤ、ＸＲＥＳ、ＣＫ、ＩＫ、ＡＵＴＮを導出し、それらを組み合わせて、Ｓ１１１４において、ＳＩＭカード５３０のための認証ベクトル（ＡＶ＝ＲＡＮＤ｜ＸＲＥＳ｜ＣＫ｜ＩＫ｜ＡＵＴＮ）を形成し、Ｓ１１１６において、生成されたＡＶをＭＭＥ１１２に（例えば、「認証データ応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１１１８において、ＡＶからＩＫ、ＣＫ、ＸＲＥＳ、ＲＡＮＤ及びＡＵＴＮを検索し、Ｓ１１２０において（例えば、「ＮＡＳ認証要求」メッセージにおいて）ＮＡＳシグナリングを用いてＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータを移動通信デバイス３に送信する。
移動通信デバイス３は、Ｓ１１２２において、受信されたＡＵＴＮを用いてネットワークを認証することによって、かつ記憶された永久セキュリティ鍵「Ｋ」と、受信されたＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータ（及び必要に応じて、任意の他のパラメータ、例えば、ＸＭＡＣの決定のためのＡＭＦ）とを用いて、適切なセキュリティ関連パラメータ（ＩＫ、ＣＫ、ＲＥＳ等）を導出することによって応答する。認証が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ１１２４において、ＲＥＳの計算値をＭＭＥ１１２に（例えば、「ＮＡＳ認証応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１１２６において、受信されたＲＥＳ値をＸＲＥＳに対してチェックし、ダウンリンクＮＡＳカウントをリセットし、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出する。その後、ＭＭＥ１１２は、完全性保護及び暗号化（解読）のために使用するそれぞれのアルゴリズムを移動通信デバイス３に通知するＮＡＳセキュリティモードコマンドメッセージを送信することによって、Ｓ１１２８において、ＭＭＥ１１２と移動通信デバイス３との間のＮＡＳシグナリングセキュリティを開始する。
移動通信デバイス３は、Ｓ１１３０において、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出し、その後、Ｓ１１３２において、ＮＡＳシグナリングセキュリティ初期化が完了したことをＭＭＥ１１２に通知する応答メッセージを送信することによって応答する。
その後、その方法は、Ｓ１１３４においてマクロ基地局５−１にＳ１アプリケーション（Ａ１−ＡＰ）メッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）を送信することによって、マクロ基地局５−１においてセキュリティコンテキスト設定を開始することによって続行する。Ｓ１−ＡＰメッセージは、ＫｅＮＢの導出された値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１１４０において、ＭＭＥ１１２から受信されたＫｅＮＢから、Ｃ−プレーン保護のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ）及びＵ−プレーン保護のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＵＰｅｎｃ）を導出する。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１１３６において、Ｘ２アプリケーション（Ｘ２−ＡＰ）メッセージ（例えば、新たな「Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定」メッセージ）をピコ基地局５−２、５−３に送信することによって、ピコ基地局５−２、５−３においてセキュリティコンテキスト設定を開始する。Ｘ２−ＡＰメッセージは、ＫＵＰｅｎｃの導出された値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。
マクロ基地局５−１からのＫＵＰｅｎｃの受信時に、かつピコ基地局５−２、５−３におけるセキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、Ｓ１１４２において、ピコ基地局５−２、５−３は、適切なＸ２−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定応答」メッセージ）において、これをマクロ基地局５−１に確認する。
その後、マクロ基地局５−１は、Ｓ１１４４において、ＲＲＣシグナリング（例えば、「ＲＲＣセキュリティモードコマンド」メッセージ）を用いて、移動通信デバイス３においてＲＲＣ（及びユーザプレーン）セキュリティコンテキスト設定を開始し、ＲＲＣシグナリングは、完全性保護及び／又は暗号化のために用いられるアルゴリズムを識別する情報と、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されることを指示する情報（例えば、専用情報要素（ＩＥ）、変更されたＩＥ、又は既存のＩＥの再利用の形をとる）とを含む。
移動通信デバイス３は、Ｓ１１４６において、あらかじめ計算されたＫｅＮＢの値から、マクロ基地局５−１からの制御シグナリングとともに用いるためのＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃの値を導出することによって、マクロ基地局５−１と通信するためのＲＲＣセキュリティコンテキストを初期化することによって応答する。また、移動通信デバイス３は、ＫｅＮＢから、ピコ基地局５−２、５−３との間のユーザプレーンシグナリングとともに用いるためのＫＵＰｅｎｃの値を導出することによって、ピコ基地局５−２、５−３との通信のためのＵ−プレーンセキュリティコンテキストを初期化する。
セキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ１１５０において、マクロ基地局５−１に適切な応答メッセージ（例えば、「ＲＲＣセキュリティモード完了」メッセージ）を送信することによって、Ｓ１１３２においてこれを確認する。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１１５２において、セキュリティコンテキスト設定に成功したことを、適切なＳ１−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）においてＭＭＥ１１２に確認する。
種々のデバイスにおいて種々のセキュリティコンテキスト（ＮＡＳ及びＡＳ）の初期化に成功すると、Ｓ１１５４において、制御シグナリング接続及びユーザシグナリング接続を設定することができ、移動通信デバイスは、制御プレーンシグナリング（Ｓ１１５６）がマクロ基地局５−１によって提供され、Ｕ−プレーンシグナリングがピコ基地局５−２、５−３を介して提供される（Ｓ１１５８）通信を開始することができる。
それゆえ、有利には、本方法は、異なる基地局がそれぞれＵ−プレーンシグナリング及びＣ−プレーンシグナリングに責任を負う適切な通信セキュリティを提供する別の効率的な方法を提供する。ユーザデバイスは、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーン両方に適したセキュリティコンテキストを保持することができ、それにより、ユーザデバイスは、ユーザデータ及び制御データを正確に暗号化／解読できるようになり、かつ異なる基地局において用いられるセキュリティパラメータ（鍵）を把握できるようになる。
このようにしてＣ−プレーン／Ｕ−プレーンが分割されることを移動通信デバイスに通知することは、移動通信デバイスが、ピコセルと通信するためにユーザプレーンセキュリティパラメータ（ＫＵＰｅｎｃ）の導出が必要とされることを確証するために必要とされる情報を有するのを保証する効率的な方法を提供する。
この手法は、ピコ基地局がＫＵＰｅｎｃ自体を導出する必要がなく、それにより、ピコ基地局を更に簡単にし、それは、ピコ基地局を複雑にするのを最小限に抑えたいという一般的な希望を踏まえているという点で、本明細書において記述される他の方法より優れた利点を有する。しかしながら、本明細書において記述される他の方法は、ＫＵＰｅｎｃの値（移動電話３によっても用いられる）が送信されず、それゆえ、容易く危険にさらされる（例えば、「傍受」による）可能性がなく、ユーザデータセキュリティが危険にさらされる可能性がないという点で、本方法より優れたセキュリティに関する利点を有する。他の方法において転送されるＫｅＮＢが、危険にさらされる場合には、ＫＵＰｅｎｃを導出するために他のセキュリティ鍵を知る必要があるので、ＫＵＰｅｎｃを導出するのは些細なことではない。
基地局に基づくＫｅＮＢ ＊提供
基地局間のＫｅＮＢ及びＫＵＰｅｎｃの転送は、現在、いかなる状況においてもサポートされないことは理解されよう。図１２は、第４のセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化されたタイミング図を示しており、基地局間で転送することが現在サポートされていないパラメータを転送するのではなく、限られた状況においてではあるが、基地局間転送が現在サポートされているセキュリティパラメータ（ＫｅＮＢ ＊）が転送される。具体的には、現在、基地局間のＫｅＮＢ ＊の転送はハンドオーバ中にサポートされている。したがって、この第４のセキュリティ手順は、ＫｅＮＢ ＊がサポートされる状況を、Ｕ−プレーン／Ｃ−プレーンが分割される場合のセキュリティコンテキスト設定に拡張する。
具体的には、ＭＭＥ１１２からのシグナリングに応答して、マクロ基地局５−１においてＫｅＮＢ ＊が生成され（ハンドオーバ中に対応する）、Ｘ２インターフェースを介してピコ基地局５−２、５−３に転送される。
図１２に示されるセキュリティ手順の開始時に、ピコセル５−１、５−２において通信を開始することを望む移動通信デバイス３は、Ｓ１２１０において、移動通信デバイス３のＳＩＭカード５３０を識別する情報（例えば、「国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）」）を含む、アタッチメントを要求する非アクセス層（ＮＡＳ）メッセージ（例えば、「ＮＡＳアタッチ要求」メッセージ）をＭＭＥ１１２に（マクロ基地局５−１を介してトランスペアレントに）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１２１２において、認証を要求し、かつＳＩＭカード５３０を識別する情報を含むメッセージ（例えば、「認証データ要求」メッセージ）をＨＳＳ１１４に送信することによって、この要求に応答する。ＨＳＳ１１４のＡｕＣ機能１１６は、ＲＡＮＤ、ＸＲＥＳ、ＣＫ、ＩＫ、ＡＵＴＮを導出し、それらを組み合わせて、Ｓ１２１４において、ＳＩＭカード５３０のための認証ベクトル（ＡＶ＝ＲＡＮＤ｜ＸＲＥＳ｜ＣＫ｜ＩＫ｜ＡＵＴＮ）を形成し、Ｓ１２１６において、生成されたＡＶをＭＭＥ１１２に（例えば、「認証データ応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１２１８において、ＡＶからＩＫ、ＣＫ、ＸＲＥＳ、ＲＡＮＤ及びＡＵＴＮを検索し、Ｓ１２２０において（例えば、「ＮＡＳ認証要求」メッセージにおいて）ＮＡＳシグナリングを用いてＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータを移動通信デバイス３に送信する。
移動通信デバイス３は、Ｓ１２２２において、受信されたＡＵＴＮを用いてネットワークを認証することによって、かつ記憶された永久セキュリティ鍵「Ｋ」と、受信されたＡＵＴＮ及びＲＡＮＤパラメータ（及び必要に応じて、任意の他のパラメータ、例えば、ＸＭＡＣの決定のためのＡＭＦ）とを用いて、適切なセキュリティ関連パラメータ（ＩＫ、ＣＫ、ＲＥＳ等）を導出することによって応答する。認証が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ１２２４において、ＲＥＳの計算値をＭＭＥ１１２に（例えば、「ＮＡＳ認証応答」メッセージにおいて）送信する。
ＭＭＥ１１２は、Ｓ１２２６において、受信されたＲＥＳ値をＸＲＥＳに対してチェックし、ダウンリンクＮＡＳカウントをリセットし、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出する。その後、ＭＭＥ１１２は、完全性保護及び暗号化（解読）のために使用するそれぞれのアルゴリズムを移動通信デバイス３に通知するＮＡＳセキュリティモードコマンドメッセージを送信することによって、Ｓ１２２８において、ＭＭＥ１１２と移動通信デバイス３との間のＮＡＳシグナリングセキュリティを開始する。
移動通信デバイス３は、Ｓ１２３０において、ＫＡＳＭＥ、ＫｅＮＢ、ＫＮＡＳｉｎｔ、ＫＮＡＳｅｎｃの値を導出し、その後、Ｓ１２３２において、ＮＡＳシグナリングセキュリティ初期化が完了したことをＭＭＥ１１２に通知する応答メッセージを送信することによって応答する。
その後、その方法は、Ｓ１２３４においてマクロ基地局５−１にＳ１アプリケーション（Ａ１−ＡＰ）メッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）を送信することによって、マクロ基地局５−１においてセキュリティコンテキスト設定を開始することによって続行する。Ｓ１−ＡＰメッセージは、ＫｅＮＢの導出された値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１２３６において、Ｘ２アプリケーション（Ｘ２−ＡＰ）メッセージ（例えば、新たな「Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定」メッセージ）をピコ基地局５−２、５−３に送信することによって、ピコ基地局５−２、５−３においてセキュリティコンテキスト設定を開始する。Ｘ２−ＡＰメッセージは、ＭＭＥ１１２からのＫｅＮＢの値（そして場合によっては、ＮＨの値）から導出されたＫｅＮＢ ＊の値と、移動通信デバイス３のためのセキュリティ機能の詳細とを含む。ＫｅＮＢ ＊の値は、ハンドオーバの場合と実質的に同じようにして導出されるが、ハンドオーバの場合と区別できるようにするために別の名称（例えば、ＫｅＮＢ ＊＊）を与えられる場合がある。
ピコ基地局５−２、５−３は、マクロ基地局５−１からＫｅＮＢ ＊を受信すると、Ｓ１２３８において、Ｕ−プレーン暗号化／解読のために必要とされるセキュリティパラメーター（複数の場合もある）を導出する。具体的には、ピコ基地局５−２、５−３は、受信されたＫｅＮＢ ＊からＫｅＮＢ（実質的には「ピコ」ＫｅＮＢ）の値を導出し、導出されたピコＫｅＮＢからＫＵＰｅｎｃの値を導出する。同様に、マクロ基地局５−１は、Ｓ１２４０において、ＭＭＥ１１２から受信されたＫｅＮＢからＣ−プレーン暗号化／解読のために必要とされるセキュリティパラメータ（例えば、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ）を導出する。
ピコ基地局５−２、５−３におけるセキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、Ｓ１２４２において、ピコ基地局５−２、５−３は、適切なＸ２−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定応答」メッセージ）において、これをマクロ基地局５−１に確認する。
その後、マクロ基地局５−１は、Ｓ１２４４において、ＲＲＣシグナリング（例えば、「ＲＲＣセキュリティモードコマンド」メッセージ）を用いて、移動通信デバイス３においてＲＲＣ（及びユーザプレーン）セキュリティコンテキスト設定を開始し、ＲＲＣシグナリングは、完全性保護及び／又は暗号化のために用いられるアルゴリズムを識別する情報と、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されることを指示する情報（例えば、専用情報要素（ＩＥ）、変更されたＩＥ、又は既存のＩＥの再利用の形をとる）とを含む。
移動通信デバイス３は、Ｓ１２４６において、あらかじめ計算された（「マクロ」）ＫｅＮＢの値から、マクロ基地局５−１からの制御シグナリングとともに用いるためのＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃの値を導出することによって、マクロ基地局５−１と通信するためのＲＲＣセキュリティコンテキストを初期化することによって応答する。また、移動通信デバイス３は、ＫｅＮＢ ＊の値、それゆえ、ピコ基地局５−２、５−３との間のユーザプレーンシグナリングとともに用いるための正確なＫＵＰｅｎｃを見つけることができる「ピコ」ＫｅＮＢの値を導出することによって、ピコ基地局５−２、５−３との通信のためのＵ−プレーンセキュリティコンテキストを初期化する。
セキュリティコンテキスト設定が成功すると仮定すると、移動通信デバイス３は、Ｓ１２５０において、マクロ基地局５−１に適切な応答メッセージ（例えば、「ＲＲＣセキュリティモード完了」メッセージ）を送信することによって、Ｓ１２３２においてこれを確認する。
マクロ基地局５−１は、Ｓ１２５２において、セキュリティコンテキスト設定に成功したことを、適切なＳ１−ＡＰメッセージ（例えば、「Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定要求」メッセージ）においてＭＭＥ１１２に確認する。
種々のデバイスにおいて種々のセキュリティコンテキスト（ＮＡＳ及びＡＳ）の初期化に成功すると、Ｓ１２５４において、制御シグナリング接続及びユーザシグナリング接続を設定することができ、移動通信デバイスは、制御プレーンシグナリングがマクロ基地局５−１によって提供され（Ｓ１２５６）、Ｕ−プレーンシグナリングがピコ基地局５−２、５−３を介して提供される（Ｓ１２５８）通信を開始することができる。
それゆえ、有利には、本方法は、異なる基地局がそれぞれＵ−プレーンシグナリング及びＣ−プレーンシグナリングに責任を負う適切な通信セキュリティを提供する別の効率的な方法を提供する。ユーザデバイスは、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーン両方に適したセキュリティコンテキストを保持することができ、それにより、ユーザデバイスは、ユーザデータ及び制御データを正確に暗号化／解読できるようになり、かつ異なる基地局において用いられるセキュリティパラメータ（鍵）を把握できるようになる。
このようにしてＣ−プレーン／Ｕ−プレーンが分割されることを移動通信デバイスに通知することは、移動通信デバイスが、ピコセルと通信するためにユーザプレーンセキュリティパラメータ（ＫＵＰｅｎｃ）の導出が必要とされることを確証するために必要とされる情報を有するのを保証する効率的な方法を提供する。
この手法は、基地局間で転送が現在サポートされていないセキュリティパラメータを転送する必要がないという点で、本明細書において記述される他の方法より優れた利点を有する。しかしながら、本明細書において記述される他の方法は、非ハンドオーバのシナリオにおいてＫｅＮＢ ＊を適切に導出するために複雑さが増すという利点を有する。
個別認証及び鍵合意（ＡＫＡ）手順
図１３は、更なるセキュリティ手順を実行する際の図１の通信システムの動作を示す簡略化された図を示しており、セキュリティ手順中に適切なセキュリティパラメータがピコ基地局５−２、５−３に渡され、及び／又はピコ基地局５−２、５−３において導出される、マクロ基地局５−１のための単一のＡＫＡ手順（例えば、図９〜図１１にそれぞれ示される）を実行するのではなく、マクロ基地局５−１、及びピコ基地局５−２、５−３のための個別のＡＫＡ手順が実行される。
図１３に示されるように、その手順は、Ｓ１３１３において、マクロ基地局５−１と移動通信デバイス３との間の通信のために実行されるＡＳセキュリティ手順を伴う。この手順中に、移動通信デバイス３、マクロ基地局５−１及びＭＭＥ１１２はそれぞれ、Ｓ１３１２−１、Ｓ１３１２−２、Ｓ１３１２−３において、マクロ基地局５−１と移動通信デバイス３との間のＣ−プレーンシグナリングのための自らのセキュリティコンテキストを生成し、保持する。各セキュリティコンテキストの生成は、適切なマクロ／Ｃ−プレーン特有セキュリティ鍵（例えば、上記のようなＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＲＲＣｅｎｃ等）の導出を含む。
また、その手順は、Ｓ１３１４において、ピコ基地局５−２、５−３と移動通信デバイス３との間の通信のために実行されるＡＳセキュリティ手順も伴う。この手順中に、移動通信デバイス３、ピコ基地局５−２、５−３及びＭＭＥ１１２はそれぞれ、Ｓ１３１６−１、Ｓ１３１６−２、Ｓ１３１６−３において、ピコ基地局５−２、５−３と移動通信デバイス３との間のＵ−プレーンシグナリングのための自らのセキュリティコンテキストを生成し、保持する。各セキュリティコンテキストの生成は、適切なピコ／Ｕ−プレーン特有セキュリティ鍵（例えば、上記のようなＫＵＰｅｎｃ等）の導出を含む。
Ｓ１３１３及びＳ１３１４の手順は任意の適切な順序で順次に、又は同時に実行することができる。
それゆえ、図１３における手順の結果として、ＭＭＥ１１２及び移動通信デバイス３はそれぞれ２つの進行中のセキュリティコンテキストを保持することが確認できる。２つの進行中のセキュリティコンテキストの存在をサポートするために、この例ではハンドオーバシグナリング（マクロ＋ピコから別のマクロ＋ピコへのハンドオーバ用）を変更して、２つのセキュリティコンテキストを交換できるようにする。例えば、そのシグナリングを変更して、（各ＫｅＮＢに基づいて）２つのＫｅＮＢ ＊を生成し、転送できるようにし、（異なるアルゴリズムが用いられる場合には）異なるセキュリティアルゴリズムを通知できるようにし、２つの異なるセキュリティコンテキストに関連付けられる他の一般情報のシグナリングを可能にするようにする。
さらに、図１３のデュアルＡＫＡ手順をサポートするために、ＲＲＣ及びＮＡＳメッセージが適切に変更される。例えば、ＲＲＣセキュリティモードコマンドは、ＡＫＡ手順ごとのセキュリティアルゴリズムを識別する情報を含むように変更され、ＮＡＳセキュリティメッセージは、必要に応じて、セキュリティパラメータの複製を含むように変更される。
移動通信デバイス３は、２つの暗号化インスタンスを（例えば、ＰＤＣＰ層において）保持し、それぞれ自らの１組のセキュリティ鍵を有し、１つの鍵は制御プレーン暗号化用であり、もう１つの鍵はユーザプレーン暗号化用である。
実行されているピコ基地局及びマクロ基地局のＡＫＡ手順のための個別のＮＡＳコンテキストを生成するために、必要に応じて、同様の手順を適用できることは理解されよう。その手順は、図９〜図１２を参照しながら説明された手順に類似であるが、この手順中に、移動通信デバイス３及びＭＭＥ１１２はそれぞれ、マクロ基地局５−１のためのＮＡＳセキュリティコンテキストと、ピコ基地局５−２、５−３のための別のＮＡＳセキュリティコンテキストとを生成し、保持することになる。ＮＡＳセキュリティコンテキストの生成及び送信は、必要に応じて、複製のセキュリティパラメータ（コンテキストごとに１つのコピー）の導出及び送信を含んでもよい。
鍵変更実行中手順
上記の手順のどの手順が実施されるかにかかわらず、ＰＤＣＰ ＣＯＵＮＴロールオーバに関連付けられる潜在的なセキュリティ問題を回避するために、ピコ基地局５−２、５−３は、ＰＤＣＰ ＣＯＵＮＴロールオーバが発生した時点、又は発生しようとしている時点を、ＫＵＰｅｎｃが変更を必要とすることを指示する情報要素（例えば、「ＫＵＰｅｎｃ鍵変更」ＩＥ）を含む新たなＸ２−ＡＰメッセージを用いて、マクロ基地局５−１に通知するように動作可能である。このメッセージを受信するのに応答して、マクロ基地局５−１は、セル間ハンドオーバを開始し、結果として、最終的には、現在のピコ／マクロセル対であるが、ユーザプレーン暗号化のために異なるＫＵＰｅｎｃ値を用いて通信を継続することになる。
同様に、ＫｅＮＢのような他のセキュリティパラメータが動的に変更され、ＭＭＥ１１２によってマクロ基地局５−１に与えられる場合（現在の手順による）、図１０に示される手順が実施されるとき、マクロ基地局５−１は、新たなＫｅＮＢをピコ基地局５−２、５−３に転送するように構成される。図１１に示される手順が実施される場合、マクロ基地局５−１は、新たなＫｅＮＢ ＊をピコ基地局５−２、５−３に転送するように構成される。図１２に示される手順が実施されるとき、マクロ基地局５−１は、新たなＫＵＰｅｎｃをピコ基地局５−２、５−３に転送するように構成される。図９に示される手順が実施される場合、ＭＭＥ１１２は、複製のＳ１メッセージにおいて、新たなＫｅＮＢをピコ基地局５−２、５−３に転送するように構成される。
変更形態及び代替形態
詳細な実施形態がこれまで説明されてきた。当業者は理解するように、本明細書において具現される発明からの利益を依然として享受しながら、上記の実施形態及び変形形態に対する幾つかの変更形態及び代替形態を実施ことができる。
上記の実施形態において、１つのマクロセル７及び２つのピコセル１０が記述される。ピコセルは同じ周波数帯（Ｆ２）を有するコンポーネントキャリアを用いて運用され、マクロセルは異なる周波数帯（Ｆ１）を有するコンポーネントキャリアを用いて運用される。展開されたシステムにおいて、任意の数のピコセルが存在する場合があり、各ピコセルは異なるそれぞれの周波数帯を有するコンポーネントキャリア上で運用される場合があり、潜在的には、マクロセルと同じ周波数帯を有するコンポーネントキャリア上で運用できることは理解されよう。
上記の実施形態において、マクロ基地局及びピコ基地局は、同じセキュリティ機能を有することができる。しかしながら、異なるセキュリティ機能がサポートされる場合には、移動通信デバイスは、基地局ごとの適切な機能を（例えば、「ＲＲＣセキュリティモードコマンド」又は他の類似のメッセージにおいて）通知され、それにより、移動通信デバイスは正しいアルゴリズムを使用できるようになる。
上記の実施形態において、暗号鍵はマクロ基地局から転送されるか、又はＭＭＥ若しくはマクロ基地局のいずれかから受信されたセキュリティ情報に基づいて、ピコ基地局によって導出される。Ｕ−プレーン暗号化／解読のために必要とされる他のパラメータは以下のように導出される場合があることは理解されよう。ピコ基地局によって、ＰＤＣＰレベルにおいてＣＯＵＮＴを保持することができる。ＢＥＡＲＥＲ識別をマクロ基地局から転送することができるか、又はピコ基地局によって選択することができる。ＤＩＲＥＣＴＩＯＮをマクロ基地局又はピコ基地局のいずれかにおいて設定することができる。例えば、マクロ基地局及びピコ基地局の両方において正しいベアラ識別がわかるのを保証するために、マクロ基地局とピコ基地局との間に適切な同期を与えることができる。両方の基地局が特定のパラメータ（例えば、「ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ」）を決定するための情報及び能力を有する場合には、一方の基地局のみが決定を行い、これが他方の基地局に通知されることになる。
図９〜図１２の実施形態の場合に与えられる詳細な説明は、初期接続確立のための手順に関連する。Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンを分割する決定が後の段階において行われるとき、類似の手法を用いることができることは理解されよう。例えば、移動通信デバイスが、マクロセルによって提供される１つのタイプのユーザプレーン通信（例えば、ボイスオーバーＩＰ「ＶｏＩＰ」）に関与し、その後、ピコセルによって提供される異なる形のユーザプレーン通信（例えば、ウェブブラウジングセッション）を開始する場合、Ｃ−プレーン／Ｕ−プレーン分割を開始することが必要な場合がある。この場合、Ｓ１ ＵＥコンテキスト変更（対応する応答を伴う）を用いて、ピコ基地局に適切なセキュリティ情報を与えることができる（図９のプロセスに類似）。同様に、新たなＸ２メッセージ（対応する応答を伴う）が与えられる場合がある（例えば、Ｘ２−ＡＰコンテキスト変更メッセージ）（図１０〜図１２のいずれかのプロセスに類似）。さらに、移動通信デバイスに、適切なセキュリティ情報（セキュリティパラメータが変化した場合）及び／又は分割が生じたという指示を与えるために用いられるＲＲＣシグナリングは、ＲＲＣ再構成メッセージ（対応する応答を伴う）のようなメッセージとすることができる。
特有の新たなＸ２−ＡＰメッセージ（Ｘ２−ＡＰコンテキスト設定及びＸ２−ＡＰ コンテキスト設定応答）が説明されてきたが、適切な情報要素を追加した既存のメッセージの再利用を含む、任意の適切なＸ２−ＡＰメッセージが用いることができることは理解されよう。
さらに、ＫｅＮＢのような情報がピコ基地局とマクロ基地局との間のＸ２インターフェースを介して交換されるように示されるが、基地局間のインターフェースは、新たな専用インターフェース（例えば、「Ｘ３」インターフェース）とすることができることは理解されよう。
ＲＲＣセキュリティモードコマンドメッセージは、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されることを指示する情報（例えば、専用情報要素（ＩＥ）、変更されたＩＥ、又は既存のＩＥの再利用の形をとる）を含むように説明されてきたが、Ｕ−プレーン及びＣ−プレーンが分割されるという指示は、（その代わりに、又はそれに加えて）ＮＡＳセキュリティモードコマンドメッセージのようなＮＡＳメッセージにおいて移動通信デバイスに通知することもできる。
そのようなメッセージに含まれる情報要素は通常、例えば、以下のものを含む。
・マクロ基地局からピコ基地局へのメッセージのためのセキュリティ鍵ＩＥ（図１０〜図１３の手順において、又は鍵変更実行中手順のために用いることができる）。
°これはＫｅＮＢ又はネクストホップ（ＮＨ）とすることができる。
°図１０の実施態様の場合、例えば、それはマクロＫｅＮＢとすることができる。
°図１２の実施態様の場合、それはマクロＫｅＮＢ ＊とすることができる。
°図１３のデュアルＡＫＡの場合、それは新たなＡＫＡのためのピコＫｅＮＢとすることができる。
・マクロ基地局からピコ基地局へのメッセージ（例えば、セキュリティ機能の変化を指示する）のためのＵＥセキュリティ機能ＩＥ
・ピコ基地局からマクロ基地局へのメッセージ（ＰＤＣＰ ＣＯＵＮＴロールオーバ時にセル内ハンドオーバ手順が必要であることを指示する）のためのＫｕｐｅｎｃ鍵変更ＩＥ
タイミング図を参照すると、多くの場合に、メッセージ伝送は図示される具体的な順序に従う必要はなく、任意の論理的な順序に従うことができることは理解されよう。
図９を参照すると、一例として、ＡＳセキュリティコンテキスト設定（Ｓ９３４、Ｓ９３６）、そして結果として行われるＵ−プレーン及びＣ−プレーン鍵導出（Ｓ９３８、Ｓ９４０）を開始するためにピコ基地局及びマクロ基地局に送信されるＳ１−ＡＰメッセージは特定の順序において行われるように示されるが（明確に例示するため）、それらのメッセージは、任意の適切な順序において、又は必要に応じて、同時に行われる場合があることは当業者には理解されよう。具体的には、例えば、ピコ基地局５−２、５−３におけるセキュリティコンテキスト初期化及び鍵導出の開始（Ｓ９３４、Ｓ９３８）は、マクロ基地局５−１におけるセキュリティコンテキスト初期化及び鍵導出の対応する開始（Ｓ９３６、Ｓ９４０）の全体として前に、又は全体として後に、又は実質的に同時に行われる場合がある。同様に、関連するＳ１−ＡＰ応答メッセージは、セキュリティコンテキスト初期化に成功した後の任意の適切な時点で送信される場合がある。
さらに、図９において、適切なセキュリティパラメータを与えるために、唯一のＳ１−ＡＰメッセージ（Ｓ１−ＡＰ初期コンテキスト設定）の複製がピコ基地局に送信されるように示されるが、例えば、ＵＥコンテキスト変更メッセージ等を含む、セキュリティパラメータを搬送する任意の適切なＳ１−ＡＰメッセージの複製がピコ基地局に与えられる場合があることは理解されよう。
図１３を参照しながら説明されたデュアルＡＫＡ手順に関連して、ピコ基地局がＥ−ＵＴＲＡＮ基地局ではなく、代わりに、非ＥＵＴＲＡＮ、更には非３ＧＰＰネットワークに接続するシナリオも存在する場合があることは理解されよう。この場合、非３ＧＰＰネットワークは、ユーザプレーンのために自らのセキュリティ手順を実行することができ、一方、マクロ基地局は依然として３ＧＰＰセキュリティ手順を実行し、それにより、結果として、ユーザプレーンのための非３ＧＰＰセキュリティコンテキストが生じ、制御プレーンのための３ＧＰＰセキュリティコンテキストが生じる。
通信システム１は、マクロ基地局又はピコ基地局として動作する基地局５に関して説明されているが、同じ原理は、フェムト基地局として動作する基地局、基地局機能の要素を提供する中継ノード、又は他のそのような通信ノードに適用することができることが理解されよう。
上記の実施形態では、移動電話ベースの通信システムを説明した。当業者であれば理解するように、本出願において説明されるシグナリング技法は、他の通信システムにおいて用いることができる。他の通信ノード又はデバイスには、例えば、携帯情報端末、ラップトップコンピュータ、ウェブブラウザ等のようなユーザデバイスを含めることができる。当業者であれば理解するように、上述された中継システムが移動通信デバイスのために用いられることは必須ではない。システムを用いて、基地局のカバレッジを、移動通信デバイスとともに、又はその代わりに、１つ又は複数の固定の演算デバイスを有するネットワークにおいて拡張することができる。
上記の実施形態では、基地局５及び移動通信デバイス３は、それぞれトランシーバ回路を備える。通常、この回路は専用ハードウェア回路によって形成される。しかしながら、幾つかの実施形態では、トランシーバ回路の一部を、対応するコントローラによって実行されるソフトウェアとして実装することができる。
上記の実施形態では、複数のソフトウェアモジュールを説明した。当業者であれば理解するように、それらのソフトウェアモジュールは、コンパイル済みの形式又は未コンパイルの形式において与えることができ、コンピュータネットワークを介して信号として、又は記録媒体において基地局又は中継局に供給することができる。さらに、このソフトウェアの一部又は全部によって実行される機能は、１つ又は複数の専用のハードウェア回路を用いて実行することもできる。
種々の他の変更は当業者には明らかであり、ここでは、これ以上詳しくは説明しない。
この出願は、２０１３年１月１７日に出願された英国特許出願第１３００８８４．２号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。

Claims (9)

  1. 通信装置であって、
    移動通信デバイスに制御プレーンシグナリングを提供する通信セルを運用する手段と、
    ユーザプレーン通信を暗号化するための第２のセキュリティ鍵が導出されえる第１のセキュリティ鍵であって、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）から受信した更なるセキュリティ鍵から導出される前記第１のセキュリティ鍵を導出する手段と、
    前記移動通信デバイスと一緒にユーザプレーン通信のための更なるセルを運用する更なる通信装置へ、該更なる通信装置で前記移動通信デバイス用のコンテキストの変更を要求するために、前記第１のセキュリティ鍵と前記移動通信デバイスのためのセキュリティコンテキスト設定開始用のセキュリティ機能の詳細とを含むメッセージを送信する手段と、
    を備える、通信装置。
  2. 前記通信装置は、前記移動通信デバイスに、ユーザプレーン及び制御プレーンがそれぞれ異なる通信装置によって提供されるというインジケータを送信するように動作可能である、請求項１に記載の通信装置。
  3. ユーザプレーンセキュリティを提供するためのユーザプレーンセキュリティパラメータが変更を必要とするというインジケータを前記更なる通信装置から受信する手段を更に備える、請求項１又は２に記載の通信装置。
  4. ユーザプレーンセキュリティを提供するための前記ユーザプレーンセキュリティパラメータが変更を必要とするという前記インジケータを受信するのに応答して、セル内ハンドオーバを開始する手段を更に備える、請求項３に記載の通信装置。
  5. 前記通信装置は基地局から成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の通信装置。
  6. 前記基地局は発展型ユニバーサル陸上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）基地局から成る、請求項５に記載の通信装置。
  7. 通信装置によって実行される方法であって、該方法は、
    移動通信デバイスに制御プレーンシグナリングを提供する通信セルを運用し、
    ユーザプレーン通信を暗号化するための第２のセキュリティ鍵が導出されえる第１のセキュリティ鍵であって、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）から受信した更なるセキュリティ鍵から導出される前記第１のセキュリティ鍵を導出し、
    前記移動通信デバイスとユーザプレーン通信のための更なるセルを運用する更なる通信装置へ、該更なる通信装置で前記移動通信デバイス用のコンテキストの変更を要求するために、前記第１のセキュリティ鍵と前記移動通信デバイスのためのセキュリティコンテキスト設定開始用のセキュリティ機能の詳細とを含むメッセージを送信する、
    ことを含む、方法。
  8. 移動通信デバイスと、前記更なる通信装置と、請求項１〜６のいずれか一項に記載の通信装置とを備える通信システムであって、
    前記移動通信デバイスは、前記更なる通信装置を介してユーザプレーンデータを通信し、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記通信装置から前記ユーザプレーン通信に関連する制御プレーンシグナリングを受信するように構成される、通信システム。
  9. コンピュータデバイス上で実施されるときに、結果として前記コンピュータデバイスが請求項７に記載の方法を実行する、コンピュータ実施可能命令を含むコンピュータプログラム。
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