JPWO2008053539A1 - 秘匿解除成否の判定方法及び秘匿解除方法 - Google Patents

Abstract

秘匿機能に関し、特に３ＧＰＰ勧告にて定義されている秘匿機能のレイヤ２ (RLC）にて暗号化解除が失敗した場合に、それを判定して短時間で復旧させることができる秘匿機能を提供する。秘匿機能を有する無線通信方式において、送信端末は、固有のユーザ識別子を含む秘匿データを送信し、受信端末は、受信データの秘匿解除時に、前記固有のユーザ識別子の有無を検出することにより、秘匿解除の成否を判定する。

Description

本発明は秘匿機能（Ciphering）に関し、特に３ＧＰＰ（the Third Generation Partnership Project）勧告で秘匿機能を規定するレイヤ２プロトコル（RLC：Radio Link Control）にて暗号化解除（秘匿解除）が失敗した場合（以降、「秘匿解除ＮＧ」という）に、それを判定して短時間に復旧させることができる秘匿解除成否判定方法及び秘匿解除方法に関するものである。

Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）環境では、無線リンクの制御を行う機能を有する無線レイヤ層であるＲＬＣ（Radio Link Control）と呼ばれる３ＧＰＰで標準化されたレイヤ２プロトコル（３ＧＰＰ．ＴＳ２５．３２２にて規定）が用いられる。

このＲＬＣプロトコルでは、伝送方式として、上位レイヤのレイヤ３（無線リソースの制御を行う機能を有するアプリケーション層であるＲＲＣ（Radio Resource Control））から受け取った、コネクションの終端間における転送で情報の同一性が保たれる一かたまりの情報（データユニット）であるＳＤＵ（Service Data Unit）を、固定長のレイヤ２のプロトコルに従って送受信される一かたまりの情報（データユニット）であって、プロトコル制御情報とユーザデータからなる複数のＰＤＵ（Protocol Data Unit）に分割（セグメント化）して、ＰＤＵ単位で伝送を行う。

そこでは、フロー制御方式として、ＳＤＵの順序を保証する機能が定義されており、受信側においてＰＤＵに対してフロー制御を行って組立て可能なＳＤＵを上位層に渡す。そして再送方式として、伝送誤りにより消失したＰＤＵを回復するために消失したＰＤＵだけを選択して再送する Selective-Repeat 再送方式を用いる。しかしながら、再送を何度も繰返すと回復に要する遅延は無限に大きくなるため、回復の遅延時間をある時間内に制限する必要からタイマ設定する方法や再送最大回数を設定する方法が定義されている。また、エラー回復方式として、伝送誤りにより消失したＰＤＵが受信側に到達しない場合には、伝送路上でのエラーと認識して秘匿パラメータの初期化によりエラー回復を行うエラー回復方式（RLC reset procedure）が定義されている。

さらに、秘匿機能については、３ＧＰＰ．ＴＳ２５．１０２に規定されており、Ｗ−ＣＤＭＡ環境では、ＫＡＳＵＭＩと呼ばれるアルゴリズムが採用されている。そこでは、送信側/受信側のＲＬＣレイヤにおいて同一パラメータ（図１参照）を用いて、秘匿化（Ciphering）及び秘匿解除（Deciphering）を行うことを規定している（以上、非特許文献１〜３（www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25-series.htm）参照）。

３ＧＰＰ．ＴＳ２５．３３１（Radio Resource Control (RRC) protocol specification） ３ＧＰＰ．ＴＳ２５．３２２（Radio Link Control (RLC) protocol specification） ３ＧＰＰ．ＴＳ２５．１０２（User Equipment (UE) radio transmission and reception (TDD)）

しかしながら、３ＧＰＰ勧告に定義されている秘匿機能（Ciphering）では、レイヤ２（RLC）にて秘匿解除ＮＧが発生した場合に、受信側でそれを検出して早期に復旧させる手段が規定されていなかった。そのため、従来においては、受信側で秘匿解除ＮＧのユーザデータ受信により音声異音やテレビ電話の画像が異常になる現象等が発生し、また秘匿解除ＮＧの制御データ受信によりチャネル接続が異常終了して秘匿パラメータが初期化されるまで（RLC reset procedureの完了まで）それが長時間継続するという問題があった。

図１には、秘匿パラメータ一覧の例を示している。
図１では、秘匿キー（Cipher Key）、通信のネゴシエーション時に上位のコントローラからＲＬＣへ通知されるハイパーフレーム番号（ＨＦＮ）、ＰＤＵ毎に割振られるシリアル番号（ＰＤＵ ＳＮ）、論理無線チャネルの種別を表すＲａｄｉｏ ＢｅａｒｅｒＩＤ、そして論理無線チャネルの上り／下りの信号方向を表すＤｉｒｅｃｔｉｏｎ、等を一例として挙げている。これらは、固定パターンとして又は運用中に更新される可変パターンとして使用され、他にも例えばＨＦＮ値と他の秘匿パラメータ一との組合せにより又は所定の算出演算を行うことにより秘匿パラメータが特定されるようになっている。

秘匿処理は、具体的には送信側/受信側の各ＲＬＣレイヤにおいて同一の秘匿パラメータを用いて作成した秘匿キー・ストリーム・ブロックと送受信データのペイロードデータとの排他的論理和演算（ＥＸ−ＯＲ）を実行することで、秘匿処理及び秘匿解除処理を行っている。

図２は、従来の秘匿処理方法の一例（秘匿処理の成功例）を図式的に示したものである。ここでは、送信側ＲＬＣ２にてＳＤＵ を秘匿化し、受信側ＲＬＣ３にてＳＤＵを秘匿解除する。
送信側ＲＬＣの処理は下記の通りとなる。
ｉ）ＳＤＵを分割する。(図中の （１）〜（５）に分割)
ii）（１）〜（５）に対して、秘匿機能を使用して秘匿化データ（１）’〜（５）’を生成する。
iii）（１）’〜（５）’にＲＬＣヘッダを付与し、ＰＤＵを生成する。
vi）受信側ＲＬＣ３に送信する。

受信側ＲＬＣ３の処理は下記の通りとなる。
ｉ）ＰＤＵ からＲＬＣヘッダを取り除く(図中の（１）’〜（５）’を生成)。
ii）（１）’〜（５）’に対して、秘匿機能を使用して秘匿解除データ（１）〜（５）を生成する。
iii）（１）〜（５）を再構築し、ＳＤＵを生成する。
iv）受信側ＲＲＣ４に転送する。

一方、従来において、例えば上記の受信側ＲＬＣ３手順の（１）において、送信側と受信側との間で秘匿パラメータに差分（異なった値となっていた場合）が生じていた場合には秘匿解除に失敗するが、既存のＲＬＣプロトコルには秘匿解除失敗（ＮＧ）を検出し、失敗から回復するためのロジックを具備していなかったため、受信側ＲＲＣ４では不当ＳＤＵ受信により誤動作(音声異音、テレビ電話の画像が異常になる等)が発生するという問題があった。

図３は、従来の秘匿処理方法のもう一つの例（秘匿処理の失敗例）を図式的に示している。
図３において、送信側ＲＬＣ２の処理は図２と同様である。受信側ＲＬＣ３の処理は下記の通りとなる。
ｉ）ＲＬＣ ＰＤＵ からＲＬＣヘッダを取り除く(図中の（１）’〜（５）’を生成)。
ii）本例では（１）’〜（５）’に対して、秘匿機能を使用して秘匿解除データを生成する際に、最初の秘匿解除処理が失敗して秘匿化開始前とは異なった（１）’’に秘匿解除される。以降は、図１で説明したように運用中に更新等される秘匿パターン（例えば、ＨＦＮ値等）も更新後において誤ったままであり、誤った秘匿解除後のＳＤＵ（１）’’〜（５）’’が受信側ＲＲＣ４に転送されることになる。

図４には、既存の秘匿解除処理フローの一例を示している。
図４に示すように、既存の処理では秘匿解除結果の成否（ＯＫ又はＮＧ）が判断されておらず（Ｓ０１）、その結果、既存の受信側ＲＲＣ４では不当なＳＤＵ（１）’’〜（５）’’を受信することによる誤動作(音声異音、テレビ電話の画像が異常になる等)がチャネル受信中に継続して発生するという問題があった。

そこで本発明の目的は、上記問題点に鑑み、秘匿解除成否判定を、呼設定中は送受信間でユニークな情報を使って秘匿解除時の固有ユーザ識別子の有無で判定し、秘匿解除失敗となった受信信号を早期に救済する手段を設けることにより、通信異常時間の短縮化を図った受信側における秘匿解除成否判定方法と秘匿解除方法を提供することにある。

本発明によれば、秘匿機能を有する無線通信方式において、送信端末は、固有のユーザ識別子を含む秘匿データを送信し、受信端末は、受信データの秘匿解除時に、前記固有のユーザ識別子の有無を検出することにより、秘匿解除の成否を判定することを特徴とする秘匿解除成否判定方法が提供される。前記固有のユーザ識別子は、呼設定中は送受信間でユニークな情報である、少なくとも端末を認証すための情報（ＴＭＳＩ）又は電話番号のいずれか一つを含む。

本発明によれば、秘匿解除失敗時における、秘匿化されたデータがユーザデータの場合にはテレビ電話の画像が異常になる現象や音声の異音発生が防止される。また、秘匿化されたデータが制御データの場合には移動機端末の誤制御（通話断等）が防止可能となる。

秘匿パラメータ一覧の一例を示した図である。 従来の秘匿処理の成功例を図式的に示した図である。 従来の秘匿処理の失敗例を図式的に示した図である。 従来の秘匿解除処理フロー例を示した図である。 本発明による秘匿処理の成功例を図式的に示した図である。 本発明による発呼シーケンス中のユーザ識別子読み出し方法の一例を示した図である。 本発明による秘匿解除処理フロー例を示した図である。 本発明による失敗検出時の回復処理を図式的に示した図である。

図５は、本発明による秘匿処理方法の一例（秘匿処理の成功例）を図式的に示したものである。
本例では、図２の従来例と異なり、受信側ＲＬＣ３で秘匿解除成否（ＯＫ／ＮＧ）を検出できるロジック（ユーザ識別子の検出）を追加している。また、秘匿化の際に送信側ＲＬＣ２において、ＰＤＵ部に前記ユーザ識別子を挿入するロジック（ユーザ識別子の挿入）を追加している。

本例におけるユーザ識別子としては、端末を認証すための情報であり、呼設定状態で不変で局側や携帯電話端末等でも識別可能な固有番号であるＴＭＳＩ（Temporally Mobile Subscriber Identify）や電話番号のいずれか一方又は双方を使用している。

本発明による送信側ＲＬＣ２の処理は下記の通りとなる。
ｉ）ＳＤＵを分割する（図中の（１）〜（５）に分割）。
ii）（１）〜（５）に対して、上記ユーザ識別子（ＴＭＳＩ又は電話番号）を付与し、本発明では中間段階で（１）＋〜（５）＋（ユーザ識別子を挿入したデータ）を生成する。
iii）（１）＋〜（５）＋に対して、秘匿機能を使用して秘匿化データ（１）’〜（５）’を生成する。
iv）（１）’〜（５）’にＲＬＣヘッダを付与し、ＰＤＵを生成する。
ｖ）受信側ＲＬＣ３に送信する。

本発明による受信側ＲＬＣ３の処理は下記の通りとなる。
ｉ）ＰＤＵからＲＬＣヘッダを取り除く（図中の（１）’〜（５）’を生成）。
ii）（１）’〜（５）’に対して、秘匿機能を使用して秘匿解除データ（１）＋〜（５）＋を生成する。
iii）（１）＋〜（５）＋に含まれるユーザ識別子をチェック（ユーザ識別子の検出）し、チェックＯＫの場合は（１）〜（５）を分離生成する。
iv）（１）〜（５）を再構築してＳＤＵを生成する。
ｖ）再構築したＳＤＵを受信側ＲＲＣ４に転送する。

図６は、発呼シーケンス中のユーザ識別子読み出し方法の一例を図式的に示したものである。
ユーザ識別子は、端末１３（ＭＳ：Mobile Station）と制御局１０（ＣＮ：Control Node）で共通に持つ固有の識別子を使用する。本例では、一例としてＴＭＳＩ（Temporally Mobile Subscriber Identify）又は電話番号を使用する。
ユーザ識別子は、下記手段により取得する。
（１）移動端末(MS)１３は、発呼シーケンス中の信号より取得する。
（２）中継交換機１１は、CN１０-移動端末１３間の発呼シーケンス中の信号により読み出す（図６参照）。

図７には、受信側ＲＬＣ３の秘匿解除処理における失敗検出ロジック動作フロー例を示している。
ここでは、秘匿解除処理において、先ず中間段階で復号化されたユーザ識別子とユーザデータが生成される（Ｓ１１；図中の〜＋復号処理）。そして、復号化されたユーザ識別子が自己（端末）の保有するユーザ識別子と一致すれば秘匿解除成功（ＯＫ）（Ｓ１２及び１３）と判断されてユーザデータ（ペイロードデータ）が分離される。一方、一致しない場合には、秘匿解除失敗（（ＮＧ）（Ｓ１４）と判断されて、以降で説明するように（図８参照）、直ちにエラー（ＮＧ）からの回復処理が実行される。なお、最初にユーザ識別子を含むエリア領域だけを復号化して秘匿解除ＯＫ／ＮＧの判断を行い、ＯＫの場合にだけ他のペイロード領域（ユーザデータを含むペイロード領域）を秘匿解除するようにしてもよい。

図８は、本発明による秘匿解除失敗（ＮＧ）検出時の回復処理を図式的に示したシーケンス図である。
秘匿解除ＮＧは、送信側ＲＬＣ-受信側ＲＬＣ間の秘匿パラメータの不一致（アンマッチ）によって発生する。本発明により挿入されたユーザ識別子はアンマッチの発生を受信側で検出するためにだけ用いられる。例えば、ＨＦＮ値の不一致（アンマッチ）によりＮＧを検出した場合には、そのエラー回復手順（RLC reset procedure）としてＨＦＮ値を一致化させる機能が従来から定義されており、本発明（図７の例）ではこの手順を利用して秘匿解除ＮＧ検出時に秘匿パラメータの一致化（正常な復号処理の実現）を図っている。

すなわち、本発明ではＮＧ検出時に直ちに受信側からリセット要求パケット（RESET）を送信し、送信側ではそれを検出してリセット確認パケット（RESETACK）を返信する。その結果、送信側／受信側ともに前記パケットに含まれる初期値を使って初期化され、互いに同期した状態（マッチ状態）に復帰する。その結果、ＨＦＮ値等の更新可能な可変値も互いに一致し（図１参照）、秘匿解除処理において正しいＳＤＵ（１）〜（５）が復元される。これにより、ユーザデータの誤受信によるテレビ電話の画像が異常になる現象や音声の異音発生が防止され、制御データの誤受信による移動機端末の誤制御（通話断等）が防止可能となる。

Claims (5)

1. 秘匿機能を有する無線通信方式において、
   送信端末は、固有のユーザ識別子を含む秘匿データを送信し、
   受信端末は、受信データの秘匿解除時に、前記固有のユーザ識別子の有無を検出することにより、秘匿解除の成否を判定することを特徴とする秘匿解除成否判定方法。
2. 前記固有のユーザ識別子は、呼設定中は送受信間でユニークな情報である、少なくとも端末を認証するための情報（ＴＭＳＩ）又は電話番号のいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項１記載の秘匿解除成否判定方法。
3. Ｗ−ＣＤＭＡ無線方式において、
   無線リンクの制御を行う機能を有する無線レイヤ層（ＲＬＣ）を用い、
   送信側無線レイヤ層（ＲＬＣ）は、
   （１）第１のデータユニット（ＳＤＵ）を複数のセグメントに分割し、各分割セグメントに対してユーザ識別子を挿入したデータを生成すること、
   （２）前記生成されたデータに対して、無線レイヤ層（ＲＬＣ）の秘匿機能を使用して暗号化データを生成すること、
   （３）前記生成された暗号化データにＲＬＣヘッダを付与した第２のデータユニット（ＰＤＵ）を生成して受信側無線レイヤ層（ＲＬＣ）に送信すること、から成り、
   受信側無線レイヤ層（ＲＬＣ）は、
   （４）受信した前記第２のデータユニット（ＰＤＵ）から前記ＲＬＣヘッダを取り除くこと、
   （５）前記ＲＬＣヘッダを取り除いた第２のデータユニット（ＰＤＵ）に対して、無線レイヤ層（ＲＬＣ）の秘匿機能を使用して暗号化解除データを生成すること、
   （６）前記暗号化解除データに含まれる前記ユーザ識別子を検出して、自己が保有するユーザー識別子と一致する場合は第１のデータユニット（ＳＤＵ）を再構築して受信側の無線リソースの制御を行う機能を有するアプリケーション層（ＲＲＣ）に転送すること、
   （７）前記検出したユーザ識別子が自己の保有するユーザ識別子と不一致の場合は、前記送信側無線レイヤ層（ＲＬＣ）との間でリセット処理を実行して、前記秘匿機能を初期化すること、
   から成ることを特徴とする秘匿解除方法。
4. 前記固有のユーザ識別子は、少なくとも端末を認証するための情報（ＴＭＳＩ）又は電話番号のいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項３記載の秘匿解除方法。
5. 前記リセット処理により、前記送信側無線レイヤ層（ＲＬＣ）と前記受信側無線レイヤ層（ＲＬＣ）との間で秘匿パラメータの同期化を取ること、を特徴とする請求項３記載の秘匿解除方法。

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