RU2493675C1

RU2493675C1 - Система мобильной связи, мобильная станция и базовая радиостанция

Info

Publication number: RU2493675C1
Application number: RU2012103447/08A
Authority: RU
Inventors: Микио ИВАМУРА; Вури Андармаванти ХАПСАРИ
Original assignee: Нтт Докомо, Инк.
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2013-09-20
Also published as: JP5038366B2; WO2011007686A1; ES2449698T3; US20120157053A1; CN102474717B; US8676164B2; EP2456244A1; JP2011024037A; CA2767989C; CL2012000128A1; AU2010271918A1; CA2767989A1; KR20120042872A; CN102474717A; EP2456244A4; KR101302064B1; AU2010271918B2; EP2456244B1

Abstract

Группа изобретений относится к мобильной связи, а именно к способам защиты информации в мобильной связи. Техническим результатом является повышение быстродействия при выполнении операции защиты информации. Технический результат достигается тем, что заявленная система мобильной связи, в которой мобильная станция выполнена с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией с использованием множества несущих частот, мобильная станция выполнена с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот, а также с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты любой из множества несущих частот. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений относится к системе мобильной связи, мобильной станции и базовой радиостанции.

Уровень техники

В системе мобильной связи, использующей схему LTE-Advanced, которая является развитием схемы LTE (Long Term Evolution, Долгосрочное развитие), имеется возможность использования так называемой технологии объединения несущих (Carrier Aggregation), в которой мобильная станция UE осуществляет связь с базовой радиостанцией eNB, одновременно используя несколько несущих частот.

Отдельные несущие частоты, составляющие объединение несущих частот, называются элементарными несущими частотами (элементарными несущими, Component Carrier).

Каждая элементарная несущая может при этом быть несущей независимой соты LTE. Таким образом, имеется возможность объединять несущие сот LTE, в которых используются разные несущие частоты, используя данные частоты в качестве элементарных несущих частот.

Соответственно, в схеме LTE-Advanced, применяя объединение несущих, можно осуществлять связь с одновременным использованием нескольких сот LTE с различающимися несущими частотами.

При этом в схеме LTE ключ KeNB, используемый в операции защиты информации при радиосвязи, зависит как от идентификатора PCI (Physical Cell Identity, физический идентификатор соты), так и от кода E-ARFCN (E-UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number, абсолютный номер радиочастотного канала Е-UTRA или код частоты, frequency code) соты, участвующей в связи.

Это сделано с целью использования функции формирования ключа (Key Derivation Function, KDF) с использованием PCI и E-ARFCN в качестве параметров при формировании ключа KeNB.

Вместе с тем ключ KeNB формируется на основе основного ключа KASME, индивидуального для каждой мобильной станции UE. Таким образом, в схеме LTE ключ KeNB индивидуален для каждой соты и для каждой мобильной станции UE.

Однако в системе мобильной связи LTE-Advanced пока не определена операция защиты информации при радиосвязи при использовании объединения несущих.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение сделано с учетом вышеуказанного недостатка, и целью настоящего изобретения является предложение системы мобильной связи, мобильной станции и базовой радиостанции, предоставляющих возможность надлежащего осуществления операции защиты информации при радиосвязи при использовании объединения несущих.

Сущностью первого аспекта настоящего изобретения является система мобильной связи, в которой мобильная станция выполнена с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией с использованием множества несущих частот, причем мобильная станция выполнена с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот.

Сущностью второго аспекта настоящего изобретения является мобильная станция, включающая модуль связи, выполненный с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией с одновременным использованием множества несущих частот, причем модуль связи выполнен с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот.

Сущностью третьего аспекта настоящего изобретения является базовая радиостанция, включающая модуль связи, выполненный с возможностью осуществления связи с мобильной станцией с одновременным использованием множества несущих частот и с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот.

Технический результат настоящего изобретения

Как указано выше, настоящее изобретение позволяет предложить систему мобильной связи, мобильную станцию и базовую радиостанцию, предоставляющие возможность надлежащего осуществления операции защиты информации при радиосвязи с использованием объединения несущих.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой обобщенную схему конфигурации системы мобильной связи в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой схему стека протоколов системы мобильной связи в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой схему, поясняющую пример, в котором в системе мобильной связи в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения передаются три элемента данных PDCP-SDU.

Фиг.4 представляет собой функциональную схему мобильной станции в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 представляет собой функциональную схему базовой радиостанции в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой диаграмму последовательности операций при функционировании системы мобильной связи в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Система мобильной связи в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Далее со ссылкой на фиг.1-3 описывается система мобильной связи в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Система мобильной связи в соответствии с данным вариантом осуществления представляет собой систему мобильной связи LTE-Advanced. В данной системе мобильной связи мобильная станция UE может осуществлять связь с базовой радиостанцией eNB с одновременным использованием множества несущих частот (иными словами, возможно объединение несущих).

В данном варианте осуществления, как показано на фиг.1, мобильная станция UE может осуществлять связь, одновременно используя несущую частоту F1 в соте #1, имеющей физический идентификатор соты (Physical Cell ID) PCI=1, несущую частоту F2 в соте #2, имеющей PCI=2, и несущую частоту F3 в соте #3, имеющей PCI=3.

Здесь предполагается, что все соты #1-#3 работают под управлением базовой радиостанции eNB. Кроме того, соты #1-#3 также могут быть независимыми сотами LTE.

Как показано на фиг.2, в системе мобильной связи в соответствии с данным вариантом осуществления мобильная станция UE и базовая радиостанция eNB включают функциональный модуль физического (PHY) уровня, функциональный модуль МАС-уровня (Media Access Control, управление доступом к среде передачи), функциональный модуль RLC-уровня (Radio Link Control, управление каналом радиосвязи) и функциональный модуль PDCP-уровня (Packet Data Convergence Protocol, протокол сведения пакетных данных).

Функциональный модуль PDCP-уровня выполнен с возможностью осуществления операции защиты информации при радиосвязи между мобильной станцией UE и базовой радиостанцией eNB.

Функциональный модуль RLC-уровня выполнен с возможностью управления повторной передачей на RLC-уровне, а функциональный модуль МАС-уровня выполнен с возможностью управления повторной передачей HARQ (hybrid automatic repeat request).

На фиг.3 показан пример передачи трех элементов данных PDCP-SDU (service data unit, служебный элемент данных PDCP-уровня) #1-#3.

Как показано на фиг.3, во-первых, функциональный модуль PDCP-уровня выполняет над элементами данных PDCP-SDU #1-#3 плоскости пользователя (U-plane) операцию шифрования, формируя элементы данных PDCP-PDU (packet data unit, пакетный элемент данных) #1-#3, которые передает в функциональный модуль RLC-уровня.

В дополнение к операции шифрования, функциональный модуль PDCP-уровня добавляет к элементам данных PDCP-SDU #1-#3 плоскости управления (С-plane) код MAC-I для осуществления операции защиты целостности, формируя элементы данных PDCP-PDU #1-#3, которые передает в функциональный модуль RLC-уровня.

Во-вторых, функциональный модуль RLC-уровня для формирования элементов данных RLC-PDU #1-#4 с размером блока передачи (TBS, Transmission Block Size), указанным планировщиком, выполняет операцию разделения на сегменты (сегментацию) либо операцию слияния сегментов (слияние), добавляя при этом заголовки RLC.

Кроме того, при работе функционального модуля RLC-уровня в режиме AM указанный модуль управляет повторной передачей на RLC-уровне.

В-третьих, функциональный модуль RLC-уровня передает сформированные элементы данных RLC-PDU #1-#4 в функциональный модуль МАС-уровня.

В-четвертых, функциональный модуль МАС-уровня добавляет к элементам данных RLC-PDU #1-#4 заголовки MAC, формируя элементы данных MAC-PDU #1-#4, которые передает в функциональный модуль физического уровня с использованием управления повторной передачей HARQ.

Как показано на фиг.4, мобильная станция UE включает модуль 11 приема, модуль 12 формирования ключа и модуль 13 связи.

Модуль 11 приема выполнен с возможностью получения из базовой радиостанции eNB идентификатора PCI, используемого для идентификации каждой соты, функционирующей под управлением базовой радиостанции eNB, и кода Е-ARFCN (абсолютного номера радиочастотного канала E-UTRA), используемого для идентификации несущих частот в каждой соте.

Модуль 12 формирования ключа выполнен с возможностью формирования ключа KeNB на основании PCI и E-ARFCN, принятых модулем 11 приема.

Например, модуль 12 формирования ключа может быть выполнен с возможностью формирования ключа KeNB с использованием функционального модуля KDF, использующего PCI и E-ARFCN.

В данном варианте осуществления KeNB представляет собой ключ для формирования ключей KUPenc, KRRCenc и KRRCint, используемых в функциональном модуле PDCP-уровня в операции защиты информации при радиосвязи.

Ключ KUPenc предназначен для операции шифрования в плоскости пользователя, ключ KRRCenc предназначен для операции шифрования в плоскости управления, а ключ KRRCint предназначен для операции защиты целостности в плоскости управления; все указанные ключи формируются из ключа KeNB.

Кроме того, в случае использования объединения несущих модуль 12 формирования ключа выполнен с возможностью формирования одного ключа KeNB, используемого для всего множества несущих частот.

Кроме того, в случае использования объединения несущих модуль 12 формирования ключа выполнен с возможностью формирования набора ключей (KUPenc, KRRCenc и KRRCint), которые подлежат использованию для всего множества несущих частот, в том числе и ключей KUPenc, KRRCenc и KRRCint), которые используются в функциональном модуле PDCP-уровня в операции защиты информации при радиосвязи.

Таким образом, в случае использования объединения несущих модуль 12 формирования ключа выполнен с возможностью формирования ключа KeNB на основании PCI и E-ARFCN любой из множества несущих частот, конкретно, на основании PCI и E-ARFCN опорной несущей (anchor carrier).

В данном варианте осуществления из множества несущих частот, образующих объединение несущих, выбирается одна опорная несущая.

Например, базовая радиостанция eNB может указывать опорную несущую мобильной станции UE при передаче сообщения «Connection Setup», при передаче сообщения «Security Mode Command», при передаче сообщения «Reconfiguration», при передаче сообщения «Intra-RAT Handover», при передаче сообщения «lnter-RAT Handover», при передаче сообщения «Re-establishment» и т.п.

Как вариант, в качестве опорной несущей может быть выбрана несущая частота, на которой мобильная станция UE выполнила первоначальную установку соединения RRC.

Кроме того, модуль 12 формирования ключа может быть выполнен с возможностью повторного формирования вышеупомянутого ключа KeNB после смены опорной несущей на основании PCI и E-ARFCN новой опорной несущей.

После смены опорной несущей базовая радиостанция eNB может инициировать внутренний хэндовер в eNB (Intra-eNB хэндовер, хэндовер в пределах базовой радиостанции). Приняв команду внутреннего хэндовера в eNB, мобильная станция UE может изменить опорную несущую с одновременным обновлением ключа KeNB и выполнить сброс на уровнях PHY, MAC и RLC аналогично хэндоверу LTE.

Модуль 13 связи управляется вышеупомянутыми функциональным модулем физического (PHY) уровня, функциональным модулем МАС-уровня, функциональным модулем RLC-уровня и функциональным модулем PDCP-уровня и выполнен с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией eNB с одновременным использованием множества несущих частот.

Кроме того, на PDCP-уровне предусмотрена возможность использования одних и тех же алгоритмов операции шифрования и операции защиты целостности для каждой частоты всего множества несущих частот.

Алгоритм, подлежащий использованию, базовая радиостанция eNB указывает мобильной станции UE при передаче сообщения «Security Mode Command)), при передаче сообщения «Reconfiguration», при передаче сообщения «Intra-RAT Handover)), при передаче сообщения «Inter-RAT Handover)), при передаче сообщения «Re-establishment» и т.п.

Как показано на фиг.5, базовая радиостанция eNB включает модуль 21 формирования ключа и модуль 22 связи. В данном варианте осуществления модуль 21 формирования ключа выполняет те же функции, что и модуль 12 формирования ключа, показанный на фиг.4, а модуль 22 связи выполняет те же функции, что и модуль 13 связи, показанный на фиг.4.

Далее со ссылкой на фиг.6 описывается функционирование системы мобильной связи в соответствии с данным вариантом осуществления.

Как показано на фиг.6, на шаге S1001 для запроса установления соединения RRC (Radio Resource Control, управление радиоресурсами) между мобильной станцией UE и сотой #1 мобильная станция UE передает в базовую радиостанцию eNB сообщение «RRC Connection Request» (запрос установления соединения RRC).

На шаге S1002 базовая радиостанция eNB передает в мобильную станцию UE сообщение «RRC Connection Setup» (установление соединения RRC), соответствующее сообщению «RRC Connection Requests, принятому на шаге S1001.

На шаге S1003 мобильная станция UE передает в базовую радиостанцию eNB сообщение «RRC Connection Setup Completes (установление соединения RRC выполнено).

Как результат, на шаге S1004 между мобильной станцией UE и базовой радиостанцией eNB устанавливается соединение RRC с использованием несущей частоты F1, и начинается связь через данное соединение RRC.

Затем на шаге S1005 базовая радиостанция eNB передает в мобильную станцию UE сообщение «RRC Connection Reconfigurations (перенастройка соединения RRC), относящееся к соединению RRC, установленному с использованием несущей частоты F1.

Данное сообщение «RRC Connection Reconfigurations имеет целью добавление несущей частоты F2 в качестве радиоресурса, используемого при осуществлении связи.

На шаге S1006 мобильная станция UE передает в базовую радиостанцию eNB сообщение «RRC Connection Reconfiguration Completes (перенастройка соединения RRC выполнена).

Как результат, на шаге S1007 между мобильной станцией UE и базовой радиостанцией eNB начинается связь с одновременным использованием несущей частоты F1 и несущей частоты F2.

При этом сразу может добавляться еще одна несущая частота, что дает возможность осуществлять связь с одновременным использованием трех или более несущих частот. При осуществлении связи можно изменять количество несущих частот и высвобождать отдельные несущие частоты.

Как правило, в системе мобильной связи LTE-Advanced при наличии остающейся ошибки в управлении повторной передачей HARQ осуществляется управление повторной передачей на RLC-уровне.

В данном варианте осуществления при повторной передаче на RLC-уровне элемент RLC-PDU может повторно передаваться на элементарной несущей, отличной от использовавшейся при первоначальной передаче.

Элемент RLC-PDU после операции шифрования включает один или большее количество элементов PDCP-PDU. Поэтому, если используемый ключ KeNB, как в схеме LTE, зависит он несущей частоты, необходимо учитывать следующее.

Если элемент RLC-PDU должен повторно передаваться с использованием элементарной несущей, отличной от использовавшейся при первоначальной передаче, то поскольку предполагается, что шифр PDCP-уровня должен использоваться однократно, операция шифрования, соответствующая данной элементарной несущей, используемой для повторной передачи, должна быть выполнена заново, и RLC-PDU должен быть переформирован.

Более того, в системе мобильной связи LTE-Advanced при передаче сегментов PDCP-PDU через соединения, использующие разные элементарные несущие, стороне приема стороне было бы очень трудно выполнить операцию дешифрования данного PDCP-PDU, поскольку ключи, использованные в операции шифрования, были разными для каждого из принятых сегментов данного PDCP-PDU.

Однако в системе мобильной связи в соответствии с данным изобретением для всего множества элементарных несущих, образующих соединение RRC, используется один ключ KeNB, благодаря чему вышеупомянутых проблем можно избежать.

Вышеприведенные особенности данного варианта осуществления могут быть изложены следующим образом.

Первой особенностью данного варианта осуществления является система мобильной связи, в которой мобильная станция UE выполнена с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией eNB с одновременным использованием множества несущих частот, причем мобильная станция UE выполнена с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа KeNB для всех несущих частот.

В первой особенности данного варианта осуществления мобильная станция UE также может быть выполнена с возможностью формирования ключа KeNB на основании PCI (физического идентификатора соты) и E-ARFCN (кода частоты) опорной несущей (любой несущей частоты из множества несущих частот).

В первой особенности. данного варианта осуществления для всех вышеупомянутых несущих частот может использоваться один и тот же алгоритм операции защиты информации (операции шифрования и операции защиты целостности).

В первой особенности данного варианта осуществления опорная несущая может задаваться базовой радиостанцией.

В первой особенности данного варианта осуществления мобильная станция UE может быть выполнена с возможностью формирования вышеупомянутого ключа KeNB на основании идентификатора PCI и кода E-ARFCN новой опорной несущей в случае смены базовой радиостанцией eNB опорной несущей.

Второй особенностью данного варианта осуществления является мобильная станция UE, включающая модуль 13 связи, выполненный с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией eNB с одновременным использованием множества несущих частот, причем модуль 13 связи выполнен с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа KeNB для всех несущих частот.

Во второй особенности данного варианта осуществления мобильная станция UE может включать модуль 12 формирования ключа, выполненный с возможностью формирования ключа KeNB на основании идентификатора PCI и кода E-ARFCN опорной несущей.

Во второй особенности данного варианта осуществления модуль 13 связи может быть выполнен с возможностью использования одного и того же алгоритма операции защиты информации (операции шифрования и операции защиты целостности) для всех вышеназванных несущих частот.

Во второй особенности данного варианта осуществления опорная несущая может также задаваться базовой радиостанцией eNB.

Во второй особенности данного варианта осуществления модуль 12 формирования ключа может быть выполнен с возможностью формирования вышеупомянутого ключа KeNB на основании идентификатора PCI и кода E-ARFCN новой опорной несущей в случае смены базовой радиостанцией eNB опорной несущей.

Третьей особенностью данного варианта осуществления является базовая радиостанция eNB, включающая модуль 22 связи, выполненный с возможностью осуществления связи с мобильной станцией UE с одновременным использованием множества несущих частот, причем модуль 22 связи выполнен с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа KeNB для всех несущих частот.

В третьей особенности данного варианта осуществления мобильная станция UE также может включать модуль 21 формирования ключа, выполненный с возможностью формирования ключа KeNB на основании идентификатора PCI и кода E-ARFCN опорной несущей.

В третьей особенности данного варианта осуществления модуль 22 связи может быть выполнен с возможностью использования одного и того же алгоритма операции защиты информации (операции шифрования и операции защиты целостности) для всех вышеназванных несущих частот.

В третьей особенности данного варианта осуществления модуль 21 формирования ключа может быть выполнен с возможностью формирования вышеупомянутого ключа KeNB на основании идентификатора PCI и кода E-ARFCN новой опорной несущей в случае смены опорной несущей.

Функции вышеописанных базовой радиостанции eNB и мобильной станции UE могут быть реализованы аппаратными средствами, программным модулем, исполняемым процессором, либо посредством комбинации указанных средств.

Программный модуль может находиться на носителе информации произвольного типа, например, в оперативном запоминающем устройстве (Random Access Memory, RAM), во флэш-памяти, в постоянном запоминающем устройстве (Read Only Memory, ROM), в постоянном стираемом запоминающем устройстве (Erasable Programmable ROM, EPROM), в электрически стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве (EEPROM, Electronically Erasable and Programmable ROM), в регистре, на жестком диске, на съемном диске и на компакт-диске CD-ROM.

Носитель информации соединяется с процессором так, чтобы процессор мог записывать информацию на носитель информации и считывать информацию с носителя информации. Носитель информации также может быть встроен в процессор либо совместно с процессором может входить в состав специализированной интегральной схемы (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC). Указанная ASIC может входить в состав базовой радиостанции eNB или мобильной станции UE. Кроме того, носитель информации и процессор могут входить в состав базовой радиостанции eNB и мобильной станции UE как самостоятельные компоненты.

Настоящее изобретение было подробно объяснено здесь с использованием вышеприведенных вариантов осуществления изобретения, однако специалистам в данной области должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено приведенными вариантами осуществления. Настоящее изобретение может быть осуществлено с изменениями и модификациями без выхода за пределы сущности и объема настоящего изобретения, определяемых формулой изобретения. Соответственно, описание конкретных вариантов осуществления предназначено лишь для пояснения примеров и не накладывает никакого ограничения на настоящее изобретение.

Claims

1. Система мобильной связи, в которой мобильная станция выполнена с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией с использованием множества несущих частот, причем мобильная станция выполнена с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот, а также с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты любой из множества несущих частот.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что для всего множества несущих частот используется один и тот же алгоритм операции защиты информации.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что какая-либо несущая частота из множества несущих частот является опорной несущей частотой, указанной базовой радиостанцией.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что, в случае смены базовой радиостанцией опорной несущей, мобильная станция выполнена с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты новой опорной несущей.

5. Мобильная станция, включающая модуль связи, выполненный с возможностью осуществления связи с базовой радиостанцией с одновременным использованием множества несущих частот, и модуль формирования ключа, выполненный с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты любой из множества несущих частот, причем модуль связи выполнен с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот.

6. Мобильная станция по п.5, отличающаяся тем, что модуль связи выполнен с возможностью использования одного и того же алгоритма операции защиты информации для всего множества несущих частот.

7. Мобильная станция по п.5, отличающаяся тем, что какая-либо из множества несущих частот является опорной несущей частотой, указанной базовой радиостанцией.

8. Мобильная станция по п.7, отличающаяся тем, что, в случае смены базовой радиостанцией опорной несущей, модуль формирования ключа выполнен с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты новой опорной несущей.

9. Базовая радиостанция, включающая модуль связи, выполненный с возможностью осуществления связи с мобильной станцией с одновременным использованием множества несущих частот, и модуль формирования ключа, выполненный с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты любой из множества несущих частот, причем модуль связи выполнен с возможностью осуществления операции защиты информации в процессе связи с использованием одного и того же ключа для всего множества несущих частот.

10. Базовая радиостанция по п.9, отличающаяся тем, что модуль связи выполнен с возможностью использования одного и того же алгоритма операции защиты информации для всего множества несущих частот.

11. Базовая радиостанция по п.9, отличающаяся тем, что какая-либо из множества несущих частот является опорной несущей частотой, указанной базовой радиостанцией.

12. Базовая радиостанция по п.11, отличающаяся тем, что, в случае смены опорной несущей, модуль формирования ключа выполнен с возможностью формирования ключа на основании физического идентификатора соты и кода частоты новой опорной несущей.