(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動局及び上位ノードとの間でパケットの送受信を行う第１及び第２の無線基地局を備える移動通信システムであって、
前記第１の無線基地局は、
前記上位ノード及び前記第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための第１の暗号鍵を交換する第１の暗号鍵交換部と、
前記第２の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信する第１トンネリング部とを備え、
前記第２の無線基地局は、
前記第１の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信する第２トンネリング部と、
前記第１の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第１暗号化復号化部を備え、
前記上位ノードは、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第２暗号化復号化部を備え、
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記上位ノードは、前記第１の暗号鍵を用いて暗号化した前記パケットを前記第１の無線基地局に送信し、(ii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをトンネリングにより前記第２の無線基地局に送信し、(iii)前記第２の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングするとともに、前記第１の暗号鍵を用いて復号化した後に、前記移動局に送信することを特徴とする移動通信システム。
【請求項２】
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記移動局は、前記パケットを前記第２の無線基地局に送信し、(ii)前記第２の無線基地局は、前記第１の暗号鍵を用いて前記パケットを暗号化するとともに、トンネリングにより前記第１の無線基地局に送信し、(iii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングした後に、前記上位ノードに送信し、(iv)前記上位ノードは、前記パケットを前記第１の暗号鍵を用いて復号化することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項３】
前記第１の無線基地局は、
前記第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための第２の暗号鍵を交換する第２の暗号鍵交換部と、
前記第１の暗号鍵及び第２の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第３暗号化復号化部を更に備え、
前記第２の無線基地局は、
前記第２の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第４暗号化復号化部を更に備え、
(i)前記第１の無線基地局は、前記第２の無線基地局との間で前記第１の暗号鍵の交換が行えなかった場合、前記上位ノードから送信される前記移動局向けのパケットを前記第１の暗号鍵を用いて復号化すると共に、前記第２の暗号鍵を用いて暗号化した後に前記第２の無線基地局に送信し、(ii)前記第２の無線基地局は、前記パケットを前記第２の暗号鍵を用いて復号化した後に、前記移動局に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載の移動通信システム。
【請求項４】
(i)前記第２の無線基地局は、前記第１の無線基地局との間で前記第１の暗号鍵の交換が行えなかった場合、前記移動局から送信される前記上位ノード向けのパケットを前記第２の暗号鍵を用いて暗号化した後に前記第１の無線基地局に送信し、(ii)前記第１の無線基地局は、前記パケットを前記第２の暗号鍵を用いて復号化すると共に、前記第１の暗号鍵を用いて暗号化した後に、前記上位ノードに送信することを特徴とする請求項３に記載の移動通信システム。
【請求項５】
前記第１の暗号鍵交換部は、前記上位ノードとの間で交換した前記第１の暗号鍵を複製し、該複製された前記第１の暗号鍵を前記第２の無線基地局との間で交換することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の移動通信システム。
【請求項６】
移動局及び上位ノードとの間でパケットの送受信を行う第１及び第２の無線基地局を備える移動通信システムにおける通信制御方法であって、
前記第１の無線基地局及び前記上位ノード、並びに前記第１の無線基地局及び前記第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための第１の暗号鍵を交換する暗号鍵交換工程と、
前記第１の無線基地局及び前記第２の無線基地局の間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング工程と、
前記第１の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第１暗号化復号化工程と
を備え、
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記上位ノードは、前記第１の暗号鍵を用いて暗号化した前記パケットを前記第１の無線基地局に送信し、(ii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをトンネリングにより前記第２の無線基地局に送信し、(iii)前記第２の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングするとともに、前記第１の暗号鍵を用いて復号化した後に、前記移動局に送信することを特徴とする通信制御方法。
【請求項７】
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記移動局は、前記パケットを前記第２の無線基地局に送信し、(ii)前記第２の無線基地局は、前記第１の暗号鍵を用いて前記パケットを暗号化するとともに、トンネリングにより前記第１の無線基地局に送信し、(iii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングした後に、前記上位ノードに送信し、(iv)前記上位ノードは、前記パケットを前記第１の暗号鍵を用いて復号化することを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。
【請求項８】
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が当該無線基地局から前記他の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記上位ノードから送信される前記移動局向けのパケットであって且つ前記上位ノードが前記暗号鍵を用いて暗号化したパケットをトンネリングにより前記他の無線基地局に送信することを特徴とする無線基地局。
【請求項９】
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が前記他の無線基地局から当該無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記他の無線基地局からトンネリングにより送信される前記移動局向けのパケットをデカプセリングすると共に、前記暗号鍵を用いて復号化した後に前記移動局に送信することを特徴とする無線基地局。
【請求項１０】
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が当該無線基地局から前記他の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記他の無線基地局からトンネリングにより送信される前記上位ノード向けのパケットをデカプセリングすると共に、前記暗号鍵を用いて復号化した後に前記上位ノードに送信することを特徴とする無線基地局。
【請求項１１】
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が前記他の無線基地局から当該無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記移動局から送信される前記上位ノード向けのパケットを、前記暗号鍵を用いて暗号化すると共に、トンネリングにより前記他の無線基地局に送信することを特徴とする無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暗号化通信を行う移動通信システム、通信制御方法及び無線基地局の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＬＴＥ（Long Tern Evolution）規格等を採用するこの種の移動通信システムにおいては、無線基地局間での移動局のハンドオーバの際に、ハンドオーバ元の無線基地局とハンドオーバ先の無線基地局との両方を経由してユーザデータの送信が行われる。例えば、コアネットワークからのユーザデータを移動局に送信する下り通信においては、サービングＧＷなどの上位ノードから送信されるユーザデータをハンドオーバ元の無線基地局がハンドオーバ先の無線基地局に転送する。ハンドオーバ先の無線基地局は、転送されたユーザデータを移動局に送信することで、ユーザデータの通信が実施される。尚、上り通信は、下り通信とは逆の経路を辿ってユーザデータが送信される。このような無線基地局間でのユーザデータの転送により、ハンドオーバ時に、シームレスな通信先の切り替えが実現される。
【０００３】
また、ハンドオーバ時には、ユーザデータの傍受や改竄を防止するために、ユーザデータ通信が行われる個々の区間において、ユーザデータに対し個別の暗号鍵を用いた暗号化による保護が行われている。具体的には、サービングＧＷは、移動局に対するユーザデータを暗号化して、ハンドオーバ元の無線基地局に送信する。ハンドオーバ元の無線基地局は、受信した暗号化データを復号化した後、異なる暗号鍵で暗号化して、ハンドオーバ先の無線基地局に転送する。ハンドオーバ先の無線基地局は、受信した暗号化データを復号化した後、異なる暗号鍵で暗号化して、移動局に送信する。移動局は、受信したユーザデータを復号化することで、コアネットワークからのデータを取得する。
【０００４】
また、下記に示す先行技術文献には、ハンドオーバ元の無線基地局において暗号化されたユーザデータを、ハンドオーバ先の無線基地局は復号化することなく、更に暗号化を行った上で移動局に送信する技術について説明されている。移動局は、受信したデータを２回復号化することで、コアネットワークからのデータを取得する。また、ハンドオーバ先の無線基地局が、復号化及び再暗号化を行わずに、ハンドオーバ元の無線基地局において暗号化されたユーザデータを移動局に送信する技術についても説明されている。かかる技術によれば、無線基地局間での暗号化及び復号化により生じる処理の軽減が期待出来るとされている。また、ユーザデータのパケット種別に応じて、暗号化の態様を変更することについても言及されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＴＥ規格において実施される暗号化通信では、ハンドオーバ中には、非ハンドオーバ時と比べて、ハンドオーバ元の無線基地局と、ハンドオーバ先の無線基地局との間での暗号化、復号化処理が余分に必要となる。このため、無線基地局間の暗号化、復号化処理による通信の遅延や、処理量の増加による負荷が生じることが考えられる。このような負荷による影響を吸収するためには、より処理性能の高い装置が必要となり、移動通信システムのコスト増に繋がる。
【０００７】
また、先行技術文献に説明される技術によれば、ハンドオーバ元の無線基地局での暗号化、及びそれに対応する移動端末での復号化の処理が省略可能となる。他方で、ハンドオーバ元の無線基地局と、移動局との間で予め暗号鍵の交換が必要となり、ＬＴＥのようなノード単位で暗号化及び復号化を行うシステムには適用出来ないとの技術的な問題がある。また、データの暗号化を省略する場合、十分なユーザデータの保護が行えないとの課題もある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑み為されたものであり、ハンドオーバ時において、暗号化通信の安全性を低下させることなく、処理遅延の軽減による伝送効率の向上を実現可能な移動通信システム、通信制御方法及び無線基地局を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、開示の移動通信システムは、移動局及び上位ノードとの間でパケットの送受信を行う第１及び第２の無線基地局を備える移動通信システムである。
【００１０】
第１の無線基地局は、上位ノード及び第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する第１の暗号鍵交換部と、第２の無線基地局との間で、カプセリングしたパケットをトンネリングにより送受信する第１トンネリング部とを備える。
【００１１】
第２の無線基地局は、第１の無線基地局との間で、カプセリングしたパケットをトンネリングにより送受信する第２トンネリング部と、第１の暗号鍵を用いて、パケットの暗号化又は復号化を行う第１暗号化復号化部を備える。
【００１２】
上位ノードは、パケットの暗号化又は復号化を行う第２暗号化復号化部を備える。
【００１３】
移動局が第１の無線基地局から第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)上位ノードは、第１の暗号鍵を用いて暗号化したパケットを第１の無線基地局に送信し、(ii)第１の無線基地局は、パケットをトンネリングにより第２の無線基地局に送信し、(iii)第２の無線基地局は、パケットをデカプセリングするとともに、第１の暗号鍵を用いて復号化した後に、移動局に送信することを特徴とする移動通信システム。
【発明の効果】
【００１４】
上述の構成によれば、ユーザデータの傍受や改竄に対する保護を維持したまま、高速かつ低コストでハンドオーバ処理を行うことが可能となる。また、多数の移動局が移動することなどにより発生する、同タイミングでの大量のハンドオーバに対しても、保護及び互換性を維持したまま、低コストかつ高品質なシステムを提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】移動通信システムの構成例を示す図である。
【図２】無線基地局のハードウェア構成を示す図である。
【図３】無線基地局が有する機能部の例を示す図である。
【図４】無線基地局における暗号鍵の交換に係る動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】移動通信システムにおける暗号鍵の交換処理の流れを示すシーケンス図である。
【図６】移動通信システムにおけるハンドオーバ処理に係る流れを示すシーケンス図である。
【図７】無線基地局におけるＳ１ＡＰを介したパケットの処理に係る動作の流れを示すフローチャートである。
【図８】無線基地局におけるＸ２ＡＰを介したパケットの処理に係る動作の流れを示すフローチャートである。
【図９】無線基地局におけるＵｕインタフェースを介したパケットの処理に係る動作の流れを示すフローチャートである。
【図１０】暗号鍵の交換に用いられるパケットの例である。
【図１１】Ｓ１ＡＰを介して送信される下り暗号化パケットの例である。
【図１２】Ｘ２ＡＰを介してトンネリングにより転送される下りパケットの例である。
【図１３】無線基地局においてデカプセリングされる下りＧＴＰＵパケットの例である。
【図１４】無線基地局において生成される下りＰＴＣＰパケットの例である。
【図１５】無線基地局に送信される上りＰＴＣＰパケットの例である。
【図１６】無線基地局において生成される上りＧＴＰＵパケットの例である。
【図１７】Ｘ２ＡＰを介してトンネリングにより転送される上りパケットの例である。
【図１８】Ｓ１ＡＰを介して送信される上り暗号化パケットの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（１）構成例
以下、図面を参照して開示の移動通信システムの一例である移動通信システム１の構成例について説明する。図１は、移動通信システム１の基本的な構成を示す図である。
【００１７】
移動通信システム１は、ＬＴＥ規格に基づく通信システムであって、無線基地局であるｅＮＢ（eNodeB：evolved NodeB）１００ａ及び１００ｂと、ｅＮＢ１００ａ、１００ｂに接続されると共にコアネットワークに接続される上位ノードの一例であるサービングＧＷ（Gateway）２００とを備える。ｅＮＢ１００ａ、１００ｂは、アンテナを介して電波を送信することで通信区間であるセルを形成し、セル内に在圏する移動端末（ＵＥ：User Equipment）３００と通信を行う。また、サービングＧＷ２００は、各ｅＮＢ１００ａ、１００ｂのセルに在圏するＵＥ３００の移動を管理するためのＭＭＥ（Mobility Management Entity）２１０と接続されていてもよい。
【００１８】
ｅＮＢ１００ａ、１００ｂと、サービングＧＷ２００やＭＭＥ２１０などの対向装置との間は、例えば、専用の有線回線や公衆ＩＰ網などにより接続される。このため、ｅＮＢ１００ａ、１００ｂと、サービングＧＷ２００やＭＭＥ２１０との間での安全な通信を確立するために、ＩＰｓｅｃ通信による暗号化通信が行われる。ｅＮＢ１００ａ、１００ｂと、サービングＧＷ２００とは、Ｓ１ＡＰ（S1 Application Protocol）プロトコルに基づく制御信号の送受信を行う。Ｓ１ＡＰは、ＬＴＥ方式の移動通信システム１におけるコアネットワーク側とｅＮＢ１００ａ又は１００ｂとの間で通信を行うための制御プロトコルである。尚、ＩＰＳＥＣ通信を採用する移動通信システム１においては、Ｓ１ＡＰは、暗号化される。
【００１９】
また、移動通信システム１においては、ｅＮＢ１００ａと１００ｂとは、Ｘ２ＡＰ（X2 Application Protocol）プロトコルに基づく制御信号の送受信を行う。Ｘ２ＡＰは、ＬＴＥ方式の移動通信システム１におけるｅＮＢ１００ａと１００ｂとの間で通信を行うための制御プロトコルである。尚、ＩＰＳＥＣ通信を採用する移動通信システム１においては、Ｘ２ＡＰは、暗号化される。移動通信システム１において、ｅＮＢ１００ａとｅＮＢ１００ｂとの間のＵＥ３００のハンドオーバ時には、ハンドオーバ元の無線基地局は、サービングＧＷ２００より送信されたユーザデータをＸ２ＡＰを用いて、ハンドオーバ先の無線基地局に転送している。尚、図１は、ｅＮＢ１００ａをｅＮＢ（ｓｏｕｒｃｅ）、即ちハンドオーバ元の無線基地局とし、ｅＮＢ１００ｂをｅＮＢ、即ちハンドオーバ先の無線基地局として記載されている。以降の説明において、ｅＮＢ１００ａと１００ｂとの間でのハンドオーバについて説明する場合は、ハンドオーバ元及び先については上述の記載に準じるものとする。尚、ｅＮＢ１００ａ及び１００ｂを区別なく説明する場合には、ｅＮＢ１００と称して説明することがある。
【００２０】
移動通信システム１においては、ｅＮＢ１００ａ又はｅＮＢ１００ｂは、通信中のＵＥ３００との間でＵｕプロトコルを用いて、ユーザデータ等の送受信を行う。Ｕｕプロトコルは、ＬＴＥ方式の移動通信システム１におけるｅＮＢ１００ａ又は１００ｂと、通信中のＵＥ３００との間で通信を行うための制御プロトコルである。
【００２１】
図２を参照して、開示の無線基地局の一例であるｅＮＢ１００のハードウェア構成について説明する。ｅＮＢ１００は、Ｌ２スイッチ１０１と、イーサネット（登録商標）用の通信インタフェース（ＰＨＹ）１０２と、レシーバ１０３と、トランスミッタ１０４と、ネットワークプロセッサ１０５と、ネットワークプロセッサメモリ１０６と、メモリ１０７と、メモリコントローラ１０８と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０９と、ＰＣＩインタフェース１１０とを備える。
【００２２】
Ｌ２スイッチ１０１は、イーサネット（登録商標）におけるデータ送信を行うためのブリッジであり、ＰＨＹ１０２との間で送信用データ及び受信用データのやり取りを行う。レシーバ１０３は、ＰＨＹ１０２のうちのデータ受信用のインタフェースを制御する装置であって、トランスミッタ１０４は、ＰＨＹ１０２のうちのデータ送信用のインタフェースを制御する装置である。ネットワークプロセッサ１０５は、対向装置の一例であるサービングＧＷ２００との通信において用いられるＩＰｓｅｃ及び、各種プロトコルを終端し、レシーバ１０３及びトランスミッタ１０４を介してデータの送受信の制御を行う。
【００２３】
ネットワークプロセッサメモリ１０６は、ネットワークプロセッサ１０５の運用のための各種データの格納、またネットワークプロセッサ１０５を動作させるためのソフトウェア等の格納を行う記憶装置である。ネットワークプロセッサメモリ１０６は、例えば、ＳＡ（Security Association）データベース１０６ａと、ハンドオーバ情報データベース１０６ｂとを内部に格納する。ＳＡデータベース１０６ａは、Ｓ１ＡＰ向けの暗号鍵及び復号鍵、Ｘ２ＡＰ向けの暗号鍵及び復号鍵、及びハンドオーバのための暗号鍵及び復号鍵並びに鍵交換交渉結果等の情報を格納する。ハンドオーバ情報データベース１０６ｂは、パケットに係るＵＥ３００のＩＰアドレス、暗号通信におけるトンネルのＴＥＩＤ(Tunnel Endpoint Identifier)及びハンドオーバ区間等の情報を格納する。
【００２４】
ＣＰＵ１０９は、ｅＮＢ１００全体の動作の制御を行うホスト用のプロセッサである。ネットワークプロセッサ１０５により送受信されるデータは、メモリコントローラ１０８及びＣＰＵ１０９の制御のもと、ＰＣＩインタフェース１１０を介して外部の処理装置との間でやりとりされる。
【００２５】
サービングＧＷ２００は、特に説明しない部分においては例えば公知のサービングＧＷ装置と同様の構成であってよく、また上述したｅＮＢ１００と同様の構成を備えていてもよい。
【００２６】
図３を参照して、ｅＮＢ１００のネットワークプロセッサ１０５における、ＩＰｓｅｃプロトコルを用いたデータの暗号化通信を行う機能部の構成について説明する。
【００２７】
図３に示されるようにｅＮＢ１００のネットワークプロセッサ１０５は、Ｘ２インタフェース部１１１、Ｓ１インタフェース部１１２、Ｕｕインタフェース部１１３、ＩＫＥ終端部１１４、複製用ＩＫＥ終端部１１５、暗号復号制御部１１６、ハンドオーバ判定部１１７、ＩＰトンネリング制御部１１８、ＧＴＰＵ(GPRS Tunneling Protocol user plane)終端部１１９及びＰＤＣＰ(Packet Data Convergence Protocol)終端部１２０を備える。
【００２８】
Ｓ１インタフェース部１１２は、上位ノードたるサービングＧＷ２００（及びＭＭＥ２１０）との間でのＳ１ＡＰを用いたパケットの送受信を行う。Ｘ２インタフェース部１１１は、ｅＮＢ１００同士でのＸ２ＡＰを用いたパケットの送受信を行う。Ｕｕインタフェース部１１３は、ＵＥ３００との間でパケットの送受信を行う。
【００２９】
ＩＫＥ終端部１１４は、ＩＰｓｅｃ通信で用いられるインターネット鍵交換（ＩＫＥ：internet Key Exchange）プロトコルの終端部である。ＩＫＥ終端部１１４は、Ｓ１インタフェース部１１２を介した通信及びＸ２インタフェース部１１１を介した通信について、ＩＰｓｅｃの鍵交換プロトコルの終端を行う。具体的には、ＩＫＥ終端部１１４は、Ｓ１インタフェース部１１２を介した通信及びＸ２インタフェース部１１１において受信したＩＫＥパケットの終端を行う。また、ＩＫＥ終端部１１４は、Ｓ１ＡＰ及びＸ２ＡＰ向けの暗号鍵及び復号鍵の生成及び交換を行う。また、ＩＫＥ終端部１１４は、Ｓ１ＡＰ及びＸ２ＡＰ向けの暗号鍵や復号鍵をネットワークプロセッサメモリ１０６内のＳＡデータベース１０６ａに格納する。
【００３０】
複製用ＩＫＥ終端部１１５は、ＩＰｓｅｃ通信の鍵交換プロトコルの終端を行う。具体的には、複製用ＩＫＥ終端部１１５は、ハンドオーバ用の鍵の複製のための、ｅＮＢ１００同士の（言い換えれば、Ｘ２ＡＰを用いた）通信における鍵交換の交渉を行う。また、複製用ＩＫＥ終端部１１５は、上位ノードたるサービングＧＷ２００に対して、ＵＥ３００のハンドオーバ時におけるユーザデータの上りリンク用の暗号鍵の生成のためＳ１ＡＰ向けの鍵交換の交渉を行う。また、複製用ＩＫＥ終端部１１５は、ＵＥ３００のハンドオーバ処理のためのＩＫＥパケットから鍵交換の交渉結果を判断し、ハンドオーバ処理のための暗号鍵の複製結果をネットワークプロセッサメモリ１０６内のＳＡデータベースに格納する。
【００３１】
暗号復号制御部１１６は、ＩＫＥ終端部１１４又は複製用ＩＫＥ終端部１１５において取得された暗号鍵を用いて、例えばＥＳＰ(Encapsulating Security Payload)プロトコルでのパケットの暗号化及び復号化を行う。暗号復号制御部１１６は、Ｓ１インタフェース部１１２において受信されるパケットに対して、以下に示される処理により復号化を行う。すなわち、受信した暗号パケットに対して、制御信号部についての復号を行い、復号化されたデータ等に基づいて、その他の部位についての復号を行う。より具体的な動作については後に詳述する、
ハンドオーバ判定部１１７は、Ｓ１インタフェース部１１２、Ｘ２インタフェース部１１１及びＵｕインタフェース部１１３のいずれかにおいて受信されたパケットについて、該パケットに係るＵＥ３００がハンドオーバ状態にあるか否かの判定を行う。また、ハンドオーバ状態についての判定結果に応じて、パケットの暗号化又は復号化、ＩＰトンネリングによる送信、又はＧＴＰＵプロトコルへの変換の夫々の指示を行う。
【００３２】
ＩＰトンネリング制御部１１８は、パケットの送信時に、トンネリングの付与又は解除を行う。例えば、ＩＰトンネリング制御部１１８は、Ｓ１インタフェース部１１２において受信したパケットをカプセリングして、Ｘ２インタフェース部１１１を介して他のｅＮＢ１００にＩＰトンネリングにより転送する。また、ＩＰトンネリング制御部１１８は、Ｘ２インタフェース部１１１を介して他のｅＮＢ１００よりＩＰトンネリングにより転送されたパケットのカプセリングを解除（デカプセリング）する。
【００３３】
ＧＴＰＵ終端部１１９は、Ｓ１インタフェース部１１２を介した通信及びＸ２インタフェース部１１１を介した通信により受信したパケットについて、ＧＴＰＵプロトコルの終端を行う。ＰＤＣＰ終端部１２０は、Ｕｕインタフェース部１１３を介した通信により受信したパケットについて、ＰＤＣＰプロトコルの終端を行う。
【００３４】
サービングＧＷ２００は、暗号鍵の交換により取得した暗号鍵を用いてパケットを暗号化し、該暗号化パケットを送信可能な機能を有していれば、公知の構成であってもよい。また、サービングＧＷ２００は、以上説明したようなｅＮＢ１００と同様のハードウエア構成及び機能部を有していてもよい。
【００３５】
（２）動作例
図を参照して、移動通信システム１における動作について説明する。
【００３６】
（２−１）暗号鍵の交換
図４は、移動通信システム１のｅＮＢ１００が行う暗号鍵の交換動作の流れを示すフローチャートである。図４を参照して、ｅＮＢ１００の暗号鍵の交換動作について説明する。尚、下記に示す交換動作は、ＵＥ３００がｅＮＢ１００ａからｅＮＢ１００ｂに対してハンドオーバする際のハンドオーバ処理前後及び処理中のユーザデータの送信において用いる暗号鍵について交換する内容である。
【００３７】
先ず、ｅＮＢ１００は、上位ノードたるサービングＧＷ２００又は他のｅＮＢ１００などから暗号鍵の交換要求を受信することで、処理を開始する（ステップＳ１０１）。
【００３８】
受信した暗号鍵の交換要求が他のｅＮＢ１００からのＸ２ＡＰのものである場合（ステップＳ１０２：Ｘ２向け）、ｅＮＢ１００は、該他のｅＮＢ１００に対して、Ｘ２ＡＰの暗号鍵の交換応答を行い、暗号鍵の交換を行う。その後、交換した暗号鍵をネットワークプロセッサメモリ１０６内のＳＡデータデース１０６ａに格納する（ステップＳ１０９）。
【００３９】
受信した暗号鍵の交換要求がサービングＧＷ２００からのＳ１ＡＰのものである場合（ステップＳ１０２：Ｓ１向け）、ｅＮＢ１００は、サービングＧＷ２００に対して、Ｓ１ＡＰの暗号鍵の交換応答を行う（ステップＳ１０３）。また、ｅＮＢ１００は、サービングＧＷ２００との間で、Ｓ１ＡＰのハンドオーバ専用暗号鍵の交換を行う（ステップＳ１０４）。ハンドオーバ専用鍵とは、後述するようにＵＥ３００が一のｅＮＢ１００（例えば、ｅＮＢ１００ａ）から他のｅＮＢ１００（例えば、ｅＮＢ１００ｂ）に対してハンドオーバする際の処理中の上りリンクのユーザデータの送信に用いる暗号鍵である。
【００４０】
続いて、ｅＮＢ１００は、ハンドオーバ処理に係る他のｅＮＢ１００（例えば、ハンドオーバ元、又はハンドオーバ先のｅＮＢ１００）との間で、Ｘ２ＡＰの暗号鍵の交換を行う（ステップＳ１０５）。また、このときｅＮＢ１００は、ハンドオーバ処理に係る他のｅＮＢ１００に対して、サービングＧＷ２００との間で交換した上りリンク用のハンドオーバ専用暗号鍵の交換（言い換えれば、送信）を行う。後述するように、ハンドオーバ専用暗号鍵の交換は、所定のＴＥＩＤを用いてハンドオーバ処理に係る他のｅＮＢ１００側がハンドオーバ専用暗号鍵を使用可能であるか否かを判断して行う。
【００４１】
ハンドオーバ処理に係る他のｅＮＢ１００は、ハンドオーバ専用暗号鍵を使用可能である場合、ｅＮＢ１００に対して交渉の成立を通知する。ｅＮＢ１００は、暗号鍵の交換の交渉が成立した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、交換した暗号鍵をネットワークプロセッサメモリ１０６内のＳＡデータデース１０６ａに格納する（ステップＳ１０７）。
【００４２】
他方で、ハンドオーバ処理に係る他のｅＮＢ１００は、ハンドオーバ専用暗号鍵を使用可能でない場合、ｅＮＢ１００に対して交渉の不成立を通知する。暗号鍵の交換の交渉が成立しない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、ｅＮＢ１００は、サービングＧＷ２００との間で、ハンドオーバ専用暗号鍵の削除要求の通知と、要求に応じて削除を行った旨の通知とを行う（ステップＳ１０８）。
【００４３】
図５は、移動通信システム１の各部における暗号鍵の交換の動作の流れを示すシーケンス図である。図５を参照して、具体的な暗号鍵の交換動作について説明する。
【００４４】
図５に示されるように、暗号鍵の交換動作において、ｅＮＢ１００ａ及びｅＮＢ１００ｂは、サービングＧＷ２００と暗号鍵の交換を行う。
【００４５】
具体的には、サービングＧＷ２００は、ハンドオーバ先のｅＮＢ１００ｂとの間でＩＫＥプロトコルを介して、Ｓ１ＡＰの暗号鍵の交換を行う。このとき、サービングＧＷ２００は、下りリンク用の暗号鍵Ｓ１ｄ’及び上りリンク用の暗号鍵Ｓ１ｕ’を生成して、ｅＮＢ１００ｂに送信することで暗号鍵の交換の交渉を行う。ｅＮＢ１００ｂは、暗号鍵Ｓ１ｄ’、Ｓ１ｕ’の交換の交渉に応じられる場合、暗号鍵の交換の交渉の成立を通知する鍵交換応答をサービングＧＷ２００に送信する。
【００４６】
また、サービングＧＷ２００は、ハンドオーバ元のｅＮＢ１００ａとの間でＩＫＥプロトコルを介して、Ｓ１ＡＰの暗号鍵の交換を行う。このとき、サービングＧＷ２００は、下りリンク用の暗号鍵Ｓ１ｄ及び上りリンク用の暗号鍵Ｓ１ｕを生成して、ｅＮＢ１００ａに送信することで暗号鍵の交換の交渉を行う。ｅＮＢ１００ａは、暗号鍵Ｓ１ｄ、Ｓ１ｕの交換の交渉に応じられる場合、暗号鍵の交換の交渉の成立を通知する鍵交換応答をサービングＧＷ２００に送信する。
【００４７】
更に、サービングＧＷ２００は、ハンドオーバ元のｅＮＢ１００ａとの間でＩＫＥプロトコルを介して、Ｓ１ＡＰのハンドオーバ専用暗号鍵の交換を行う。このとき、サービングＧＷ２００は、上りリンク用のハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを生成して、ｅＮＢ１００ａに送信することで暗号鍵の交換の交渉を行う。ｅＮＢ１００ａは、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈの交換の交渉に応じられる場合、暗号鍵の交換の交渉の成立を通知する鍵交換応答をサービングＧＷ２００に送信する。尚、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈは、ｅＮＢ１００ａとｅＮＢ１００ｂとの間でのハンドオーバ時において、ＵＥ３００とのユーザデータの通信において用いる暗号鍵である。例えば、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈは、ｅＮＢ１００ａとサービングＧＷ２００との間でのＳ１ＡＰ暗号鍵Ｓ１ｕと同一のものであってもよい。
【００４８】
サービングＧＷ２００との暗号鍵の交換と同時に、又は相前後して、ｅＮＢ１００ａ及びｅＮＢ１００ｂは、相互の通信で用いる暗号鍵の交換を行う。
【００４９】
具体的には、ｅＮＢ１００ａは、ｅＮＢ１００ｂとの間で、ＩＫＥプロトコルを介して、Ｘ２ＡＰの暗号鍵の交換を行う。このとき、例えばｅＮＢ１００ａは、下りリンク用の暗号鍵Ｘ２ｄ及び上りリンク用の暗号鍵Ｘ２ｕを生成して、ｅＮＢ１００ｂに送信することで暗号鍵の交換の交渉を行う。ｅＮＢ１００ｂは、暗号鍵Ｘ２ｄ、Ｘ２ｕの交換の交渉に応じられる場合、暗号鍵の交換の交渉の成立を通知する鍵交換応答をｅＮＢ１００ａに送信する。
【００５０】
また、ｅＮＢ１００ａは、サービングＧＷ２００と交換した上りリンク用のハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈをｅＮＢ１００ｂに送信することで暗号鍵の交換の交渉を行う。このとき、ｅＮＢ１００ａは、交渉の相手となるｅＮＢ１００ｂが、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを使用可能であるかの確認を行う。具体的には、ｅＮＢ１００ａは、ＩＫＥプロトコルにおける所定のＴＥＩＤを使用することで、ｅＮＢ１００ｂがハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを使用可能であるかの確認を行う。ｅＮＢ１００ｂは、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを使用可能である場合、ｅＮＢ１００ｂは、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈの交換の交渉に応じられる旨を通知する鍵交換応答をｅＮＢ１００ａに送信する。
【００５１】
暗号鍵の交換の交渉が成立し、暗号鍵の交換が成功した場合、ｅＮＢ１００ａ及びｅＮＢ１００ｂ並びにサービングＧＷ２００は、各暗号鍵をデータベースに登録する。
【００５２】
以上、説明した暗号鍵の交換動作は、ｅＮＢ１００側ではハンドオーバ処理の発生を予測することが困難であることを考慮して、ハンドオーバ処理中以外の所定のタイミングで実施されることが好ましい。また、ハンドオーバ先となるｅＮＢ１００（例えば、ｅＮＢ１００ｂ）についても、限定することは困難であるため、暗号鍵の交換動作を行うｅＮＢ１００は、通信中のＵＥ３００がハンドオーバする可能性のある周辺のｅＮＢ１００の全てに対して、上述した暗号鍵の交換を実施することが好ましい。
【００５３】
（２−２）ハンドオーバ処理前のユーザデータ処理
上述した暗号鍵の交換後、ｅＮＢ１００ａと通信中の（つまり、ハンドオーバ処理前の）ＵＥ３００は、ｅＮＢ１００ａを介してコアネットワークとの通信を行う。具体的には、サービングＧＷ２００は、暗号鍵Ｓ１ｄを用いて暗号化したＵＥ３００に対する下りのユーザデータを、ＧＴＰＵプロトコルにてｅＮＢ１００ａに送信する。ｅＮＢ１００ａは、暗号化されたユーザデータを受信した後、暗号鍵Ｓ１ｄを用いて復号化し、ＰＤＣＰプロトコルにてＵＥ３００に送信する。他方、ＵＥ３００は、コアネットワークに対する上りのユーザデータをｅＮＢ１００ａに対して、ＰＤＣＰプロトコルにて送信する。ｅＮＢ１００ａは、ユーザデータを受信した後、暗号鍵Ｓ１ｕを用いて暗号化し、ＧＴＰＵプロトコルにてサービングＧＷ２００に送信する。サービングＧＷ２００は、暗号化されたユーザデータを受信した後、暗号鍵Ｓ１ｕを用いて復号化する。
【００５４】
（２−３）ハンドオーバ中のユーザデータ処理
ｅＮＢ１００ａからｅＮＢ１００ｂにＵＥ３００の通信先を変更するハンドオーバ処理中のユーザデータの処理の態様について図６を参照して説明する。図６は、移動通信システム１の各部におけるハンドオーバ中のユーザデータ処理の動作の流れを示すシーケンス図である。
【００５５】
ハンドオーバ処理は、例えば、ｅＮＢ１００ａからｅＮＢ１００ｂに対してハンドオーバ要求が行われることにより開始される。ｅＮＢ１００ｂは、ハンドオーバ要求に係るＵＥ３００の受け入れが可能である場合、その旨をｅＮＢ１００ａに通知することで、ハンドオーバ処理の実施を要求する。
【００５６】
ｅＮＢ１００ａは、ハンドオーバの対象となるＵＥ３００に対して、ＲＲＣ(Radio Resource Control:無線リソース制御)プロトコルを介して、接続の再設定を指示するConnection Reconfigurationメッセージを送信する。ＵＥ３００は、メッセージに応じて接続の再設定を行い、再設定が終了した旨をConnection Reconfiguration Confirmメッセージにて通知する。その後、ｅＮＢ１００ａは、ｅＮＢ１００ｂに対してStatus Transferの送信を行う。かかる一連の動作により、ｅＮＢ１００ａ及びｅＮＢ１００ｂは、ハンドオーバ処理中の状態となる。
【００５７】
図７に、サービングＧＷ２００からユーザデータを受信した場合のｅＮＢ１００ａの動作の流れが示される。
【００５８】
図７に示されるように、下りユーザデータをサービングＧＷ２００より受信したｅＮＢ１００ａは、受信したパケットの一部又は全部を暗号鍵Ｓ１ｄを用いて復号化することで、ＩＰアドレス及びＴＥＩＤを取得する（図７、ステップＳ２０１）。具体的には、ｅＮＢ１００ａのハンドオーバ判定部１１７は、Ｓ１インタフェース部１１１において受信したサービングＧＷ２００からの下り暗号パケットを部分的に又は全体的に復号化して、送信先ＵＥ３００のＩＰアドレスと暗号通信のＴＥＩＤを取得する。そして、取得されるＩＰアドレス及びＴＥＩＤを検証することで、該ＵＥ３００がハンドオーバの対象であるか否かの判断を行う。このときハンドオーバ判定部１１７は、暗号パケットのヘッダなどの非暗号化部分に含まれる情報等により、ＩＰアドレス及びＴＥＩＤが暗号パケットの制御信号部に含まれると判断される場合、制御信号部について復号化を行うことでＩＰアドレス及びＴＥＩＤの取得を行う。ＩＰアドレス及びＴＥＩＤがその他の部分に含まれる場合、又は含まれる部分について判断出来ない場合、ハンドオーバ判定部１１７は、暗号パケットの全体について復号を行ってもよい。
ｅＮＢ１００ａは、該ＩＰアドレス及びＴＥＩＤに基づいて、例えばハンドオーバ情報データベース１０６ｂに格納される情報を参照することで、ユーザデータの送信先のＵＥ３００がハンドオーバ処理中であるか否かの判断を行う（図７、ステップＳ２０２）。
【００５９】
パケットの送信先のＵＥ３００がハンドオーバ処理中である場合（図７、ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ｅＮＢ１００ａは、ＳＡデータベース１０６ａに格納される暗号鍵を参照して、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈが存在するか否かの確認を行う（図７、ステップＳ２０３）。
【００６０】
ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈが存在する場合（図７、ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ｅＮＢ１００ａは、ハンドオーバ先のｅＮＢ１００ｂを送信先とするカプセリング用のＩＰヘッダをパケットに付加し、パケットのカプセリングを行う（図７、ステップＳ２０４）。その後、ｅＮＢ１００ａは、カプセリングされたパケットをＸ２ＡＰを介してｅＮＢ１００ｂに対して送信する（図７、ステップＳ２０５）。
【００６１】
ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｈ−ｕが存在しない場合（図７、ステップＳ２０３：Ｎｏ）。ｅＮＢ１００ａは、ｅＮＢ１００ｂとの間で交換したＸ２ＡＰ用の暗号Ｘ２ｄを用いてパケットの暗号化を行う（図７、ステップＳ２０６）。その後、ｅＮＢ１００ａは、暗号化されたパケットをＸ２ＡＰを介してｅＮＢ１００ｂに対して送信する（図７、ステップＳ２０５）。
【００６２】
図６に戻り説明を続ける。ｅＮＢ１００ａからカプセリングされたパケットを受信したｅＮＢ１００ｂは、ユーザデータの処理を行う。
【００６３】
図８に、Ｘ２ＡＰを介してユーザデータを受信したｅＮＢ１００の動作の流れを示す。図８を参照して、ｅＮＢ１００ａよりＸ２ＡＰを介してユーザデータを受信したｅＮＢ１００ｂの動作について説明する。
【００６４】
図８に示されるように、ユーザデータの受信時に、該パケットがカプセリングされ（図８、ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、且つ下りデータである場合（図８、ステップＳ３０２：Ｎｏ）、先ずｅＮＢ１００ｂは、受信したユーザデータのパケットのカプセリングを解除する（図８、ステップＳ３０５）。続いて、ｅＮＢ１００ｂは、暗号化されたパケットをハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈにより復号化する（図８、ステップＳ３０６）。ｅＮＢ１００ｂは、復号化したパケットについて、ＧＴＰＵプロトコルを解析し（図８、ステップＳ３０７）、ＰＤＣＰパケットを生成する（図８、ステップＳ３０８）。その後、ｅＮＢ１００ｂは、パケットをＵＥ３００に送信する（図８、ステップＳ３０９）。
【００６５】
尚、受信したパケットがカプセリングされていない場合（図８、ステップＳ３０１：Ｎｏ）、ｅＮＢ１００ｂは、受信した暗号パケットを復号化する（図８、ステップＳ３１０）。その後、復号化したパケット処理を行い（図８、ステップＳ３１１）、送信先に応じてＳ１ＡＰ又はＵｕインタフェースを介して送信する（図８、ステップＳ３１２）。
【００６６】
図６に戻り説明を続ける。ＵＥ３００からの上りユーザデータをサービングＧＷ２００に送信する場合、先ずＵＥ３００は、ＰＤＣＰプロトコルのパケットをハンドオーバ先のｅＮＢ１００ｂに送信する。ｅＮＢ１００ｂは、受信したパケットをＰＤＣＰプロトコルからＧＴＰＵプロトコルに変換する。また、ｅＮＢ１００ｂは、該パケット中の制御情報に含まれるＩＰアドレスとＴＥＩＤに基づいて、該パケットに係るＵＥ３００がハンドオーバ中であるか否かの判断を行う。
【００６７】
該パケットの送信元のＵＥ３００がハンドオーバ中である場合、ｅＮＢ１００ｂは、パケットのＩＰヘッダをサービングＧＷ２００からｅＮＢ１００ａに変換した後、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを使用して暗号化する。更に、ｅＮＢ１００ｂは、該パケットに、ハンドオーバ元のｅＮＢ１００ａを送信先とするカプセリング用のＩＰヘッダを追加し、パケットのカプセリングを行う。ｅＮＢ１００ａは、カプセリングしたパケットをＸ２ＡＰを介してｅＮＢ１００ａに転送する。
【００６８】
図８を参照して、ｅＮＢ１００ｂよりＸ２ＡＰを介してユーザデータを受信したｅＮＢ１００ａの動作について説明する。
【００６９】
図８に示されるように、ユーザデータの受信時に、該パケットがカプセリングされ（図８、ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、且つ上りデータである場合（図８、ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、先ずｅＮＢ１００ａは、受信したユーザデータのパケットのカプセリングを解除する（図８、ステップＳ３０３）。その後、ｅＮＢ１００ａは、Ｓ１ＡＰを介してパケットをサービングＧＷ２００に送信する（図８、ステップＳ３０４）。
【００７０】
図６に戻り説明を続ける。ハンドオーバ処理の終了後に、ハンドオーバ先のｅＮＢ１００ｂは、ＵＥ３００についての位置情報の更新を要求するUser Plane Update RequestをＭＭＥ２１０に送信する。ＭＭＥ２１０は、ＵＥ３００の位置情報の更新後に、更新の確認を通知するUser Plane Update ResponseをｅＮＢ１００ｂに送信する。
【００７１】
（２−４）ハンドオーバ処理後のユーザデータ処理
上述したハンドオーバ処理の終了後、ｅＮＢ１００ｂと通信中の（つまり、ハンドオーバ処理後の）ＵＥ３００は、ｅＮＢ１００ｂを介してコアネットワークとの通信を行う。具体的には、サービングＧＷ２００は、暗号鍵Ｓ１ｄ’を用いて暗号化したＵＥ３００に対する下りのユーザデータを、ＧＴＰＵプロトコルにてｅＮＢ１００ｂに送信する。ｅＮＢ１００ｂは、暗号化されたユーザデータを受信した後、暗号鍵Ｓ１ｄ’を用いて復号化し、ＰＤＣＰプロトコルにてＵＥ３００に送信する。他方、ＵＥ３００は、コアネットワークに対する上りのユーザデータをｅＮＢ１００ｂに対して、ＰＤＣＰプロトコルにてＵＥ３００に送信する。ｅＮＢ１００ｂは、ユーザデータを受信した後、暗号鍵Ｓ１ｕ’を用いて暗号化し、ＧＴＰＵプロトコルにてサービングＧＷ２００に送信する。サービングＧＷ２００は、暗号化されたユーザデータを受信した後、暗号鍵Ｓ１ｕ’を用いて復号化する。
【００７２】
図９を参照して、ＵＥ３００からの上りパケットを受信したｅＮＢ１００ｂの動作を説明する。図９は、ｅＮＢ１００ｂにおけるＵＥ３００からの上りパケットの処理動作の流れを示すフローチャートである。
【００７３】
ＵＥ３００からコアネットワーク向けの上りパケットを受信したｅＮＢ１００ｂは、該パケットのＰＤＣＰヘッダ内のＰＤＣＰ関連情報を解析して、該パケットの送信元のＵＥ３００がハンドオーバ処理中であるか否かの判定を行う（図９、ステップＳ４０１）。
【００７４】
パケットの送信元のＵＥ３００がハンドオーバ処理中である場合（図９、ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、次にｅＮＢ１００ｂは、ＳＡデータベース１０６ａに格納される暗号鍵を参照して、該ＵＥ３００のハンドオーバのためのハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈが存在するか否かの確認を行う（図９、ステップＳ４０３）。
【００７５】
ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈが存在する場合（図９、ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、ｅＮＢ１００ｂは、該ＵＥ３００のハンドオーバ元のｅＮＢ１００ａを送信元とし、サービングＧＷ２００を送信先とするＩＰヘッダをパケットに付与して、ＧＴＰＵパケットを生成する（図９、ステップＳ４０４）。ｅＮＢ１００ｂは、生成されたＧＴＰＵパケットをハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈで暗号化（図９、ステップＳ４０５）し、更に暗号化パケットをｅＮＢ１００ａを送信先とするＩＰヘッダを付与してカプセリングする（図９、ステップＳ４０６）。その後、ｅＮＢ１００ｂは、カプセリングされた暗号化パケットをｅＮＢ１００ａに対して、Ｘ２ＡＰを介して送信する（図９、ステップＳ４０７）。
【００７６】
ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈがＳＡデータベース１０６ａ内に格納されていない場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、ｅＮＢ１００ｂは、通常のｅＮＢ１００ａとのＸ２ＡＰを介した通信で用いる上りリンク用暗号鍵Ｘ２ｕを用いてパケットの暗号化を行う（図９、ステップＳ４０８）。その後、ｅＮＢ１００ｂは、暗号化パケットをｅＮＢ１００ａに対して、Ｘ２ＡＰを介して送信する（図９、ステップＳ４０７）。
【００７７】
また、パケットの送信元のＵＥ３００がハンドオーバ処理中でない場合（図９、ステップＳ４０２：Ｎｏ）、ｅＮＢ１００ｂは、自身を送信元とし、サービングＧＷ２００を送信先とするＩＰヘッダをパケットに付与して、ＧＴＰＵパケットを生成する（図９、ステップＳ４０９）。ｅＮＢ１００ｂは、生成されたＧＴＰＵパケットをサービングＧＷ２００との間で交換した上りリンク用暗号鍵Ｓ１ｕ’で暗号化（図９、ステップＳ４１０）し、Ｓ１ＡＰを介して送信する（図９、ステップＳ４１１）。
【００７８】
（３）パケット例
図を参照して、移動通信システム１における通信に用いられるパケットの例について説明する。
【００７９】
（３−１）暗号鍵の交換交渉用パケット
図１０に、暗号鍵の交換の交渉を行う際に送受信されるパケットの例を示す。図１０に示されるように、暗号鍵の交換の交渉のためのパケットは、ＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッダ、ＩＫＥｖ２ヘッダ、ＳＡペイロードを含む。該パケットにおいて、ＳＡペイロードは、ＩＫＥプロトコルにおける暗号鍵の交渉を行う。ＳＡペイロードは、ＳＡペイロードヘッダ、及び１又は複数のプロポーザル＃１（・・・＃ｎ）を含む。ＳＡペイロードヘッダは、例えば、次のペイロードのペイロード番号、予約及びＩＫＥのバージョンを示すペイロード長等を含む。
【００８０】
プロポーザル＃１・・・＃ｎは、夫々プロポーザルヘッダと１又は複数のトランスフォーム＃１（・・・＃ｎ）を含む。
【００８１】
トランスフォームは、トランスフォームタイプ、トランスフォーム長、トランスフォームＩＤ、ＩＰアドレス情報、ＴＥＩＤ情報、ハンドオーバ専用暗号鍵の格納情報及び暗号アルゴリズム等を含む。トランスフォームタイプは、トランスフォームのタイプを、トランスフォーム長は、トランスフォームの長さを、トランスフォームＩＤは、使用するパラメータのＩＤを夫々示す。
【００８２】
ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈについて、他のｅＮＢ１００（例えば、ｅＮＢ１００ｂ）と鍵交換の交渉を行うｅＮＢ１００（例えば、ｅＮＢ１００ａ）は、該パケットにより、対向するｅＮＢ１００ｂがハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを利用可能であるか確認する。
【００８３】
例えば、ｅＮＢ１００ａは、トランスフォームタイプ及びトランスフォームＩＤの夫々に、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈの交換に係る交渉を示す固有の値を割り当てる。
具体的には、トランスフォームタイプには、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈの暗号鍵の交換の交渉を通知ものであることを示す値が割り当てられる。トランスフォームＩＤは、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈの交換の交渉において、該パケットにより通知されるメッセージが鍵交換の要求及び応答のいずれであるかを示す値が割り当てられる。
【００８４】
ｅＮＢ１００ｂは、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈが利用可能である場合、トランスフォームタイプ及びトランスフォームＩＤの夫々に、ハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈの交換の交渉に対する応答を示す値を割り当ててｅＮＢ１００ａに送信する。ｅＮＢ１００ａは、ｅＮＢ１００ｂからの鍵交換の要求に対する応答において、トランスフォームタイプ及びトランスフォームＩＤに割り当てられる値を参照することで、ｅＮＢ１００ｂがハンドオーバ専用暗号鍵Ｓ１ｕ−ｈを利用可能であるか否かの確認を行う。
【００８５】
（３−２）ユーザデータ送信用パケット
図１１から図１４を参照して、下りリンク時に送信されるパケットの例について説明する。
【００８６】
図１１に、サービングＧＷ２００よりＳ１ＡＰを介してｅＮＢ１００ａに送信されるパケットの例を示す。図１１に示されるように、パケットは、送信元及び送信先（図１１の例では、サービングＧＷ２００からｅＮＢ１００ａ）の指定をＩＰアドレスを用いて行う暗号化用のＩＰヘッダ（ＥＳＰトンネル）を有する。また、ＥＳＰヘッダには、用いるＳＡを識別するＳＰＩ(Security Parameters Index)及びシーケンス番号を有する。更に、暗号鍵によって暗号化される暗号化部位に、ＩＰヘッダ（ＥＳＰインナ）、ＵＤＰヘッダ、ＧＴＰヘッダ、ＩＰヘッダ（ユーザ信号）、ペイロード（ユーザ信号）及びＥＳＰトレーラを有する。ＩＰヘッダ（ＥＳＰインナ）は、送信元のサービングＧＷ２００及び送信先のｅＮＢ１００ａを示すＩＰアドレス、並びにプロトコル等を含む。ＵＤＰヘッダは、タイプ(type)及びコード(code)の値を含む。ＧＴＰヘッダは、メッセージタイプ及びＴＥＩＤを含む。ＩＰヘッダ（ユーザ信号）は、送信先のＵＥ３００に対向する他のＵＥ３００又はコアネットワーク上のアプリケーションサーバ等のＩＰアドレス並びにプロトコル等を含む。ペイロード（ユーザ信号）は、送受信されるユーザデータを含む。また、ＥＳＰトレーラは、次ヘッダのプロトコル等とともに、暗号化されないＩＣＶ(Integrity Check Value)を含む。
【００８７】
ＩＰヘッダ（ＥＳＰトンネル）は、送信元のサービングＧＷ２００及び送信先のｅＮＢ１００ａのＩＰアドレスを含む。また、ＧＴＰヘッダは、ＴＥＩＤを含む。サービングＧＷ２００からのパケットを受信したｅＮＢ１００ａのハンドオーバ判定部１１７は、先ずＩＰヘッダ（ＥＳＰトンネル）、ＵＤＰヘッダ及びＧＴＰヘッダを部分的に復号化し、ＩＰアドレス及びＴＥＩＤを取得する。そして、ＩＰアドレス及びＴＥＩＤ並びにハンドオーバ情報データベース１０６ｂに格納される情報に基づいて、該パケットの送信先となるＵＥ３００がハンドオーバ処理中であるか否かの判定を行う（図７、ステップＳ２０１から２０２参照）。
【００８８】
ｅＮＢ１００ａは、ｅＮＢ１００ｂに対して受信したパケットをカプセリングして送信する場合、図１１に示されるパケットに対して、ｅＮＢ１００ｂを送信先とするＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）を付加することで、例えば、付加されたＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）以外のパケット部分のカプセリングを行う。ＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）は、具体的には、ＩＰトンネリングの両端である送信元のｅＮＢ１００ａ及び送信先のｅＮＢ１００ｂのＩＰアドレス並びにプロトコル等を含む。図１２にＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）を付したパケットの例を示す。
【００８９】
ｅＮＢ１００ａからカプセリング及び暗号化されたパケットを受信したｅＮＢ１００ｂは、パケットのデカプセリング及び復号化を行うことで、ＧＴＰＵパケットを取得する。図１３にＧＴＰＵパケットの例を示す。図１３に示されるように、ＧＴＰＵパケットは、図１２に示されるパケットより、デカプセリングによりＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）を取り除いた後に、復号化により、ＩＰヘッダ（ＥＳＰトンネル）及びＥＳＰヘッダ並びにＥＳＰトレーラを取り除いたものとなる。
【００９０】
ｅＮＢ１００ｂは、ＧＴＰＵパケットからＵＥ３００に送信するためのＰＤＣＰパケットを生成する。図１４に、ＰＤＣＰパケットの例を示す。ＰＤＣＰパケットは、ＲＬＣ(Radio Link Control)関連情報を含むＲＬＣヘッダ及びＰＤＣＰ関連情報を含むＰＤＣＰヘッダ、並びに図１１乃至図１３に示すＩＰヘッダ（ユーザ信号）及びペイロード（ユーザ信号）を含む。
【００９１】
尚、上りリンク時には、上述した処理と逆の態様でパケットの処理及び送受信が実施される。図１５から図１８を参照して、上りリンク時に送信されるパケットの例について説明する。
【００９２】
図１５は、ＵＥ３００からｅＮＢ１００ｂに対してＵｕインタフェース部１１３を介して送信されるＰＤＣＰパケットの例を示す。ＵＥ３００から送信されるＰＤＣＰパケットは、ＲＬＣ関連情報を含むＲＬＣヘッダ、ＰＤＣＰ関連情報を含むＰＤＣＰヘッダ、送信先である対向ＵＥ３００又はコアネットワーク上のアプリケーションサーバ等のＩＰアドレス並びにプロトコル等を含むＩＰヘッダ（ユーザ信号）と、送信するユーザデータが格納されるペイロード（ユーザ信号）を含む。
【００９３】
図１６は、ｅＮＢ１００ｂにおいて受信されたＰＤＣＰパケットから生成されるＧＴＰＵパケットの例を示す。ＧＴＰＵパケットは、図１３に示されるＧＴＰＵパケットと同様に、ＩＰヘッダ（ＥＳＰインナ）、ＵＤＰヘッダ、ＧＴＰヘッダ、ＩＰヘッダ（ユーザ信号）及びペイロード（ユーザ信号）を有する。尚、ＩＰヘッダ（ＥＳＰインナ）は、送信元のｅＮＢ１００ｂと送信先のサービングＧＷ２００のＩＰアドレスを含む。
【００９４】
図１７は、ｅＮＢ１００ｂにおいて、暗号化及びカプセリングされたＧＴＰＵパケットの例を示す。ＧＴＰＵパケットは、図１２に示されるカプセリングされた暗号化パケットと同様に、図１６に示されるパケットに対して暗号化によるＩＰヘッダ（ＥＳＰトンネル）、ＥＳＰヘッダ及びＥＳＰトレーラを付したものに、カプセリングによりＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）を更に付したものとなる。かかるパケットにおいて、ＩＰヘッダ（ＥＳＰトンネル）は、トンネリングにより転送されたｅＮＢ１００ａを送信元とし、サービングＧＷ２００を送信先とするＩＰアドレスを含む。また、ＩＰヘッダ（ＩＰカプセリング）は、ｅＮＢ１００ｂを送信元とし、ｅＮＢ１００ａを送信先とするＩＰアドレスを含む。
【００９５】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う移動通信システム、通信制御方法及び無線基地局などもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００９６】
以上、本明細書で説明した実施形態について、以下の付記にまとめる。
【００９７】
（付記１）
移動局及び上位ノードとの間でパケットの送受信を行う第１及び第２の無線基地局を備える移動通信システムであって、
前記第１の無線基地局は、
前記上位ノード及び前記第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する第１の暗号鍵交換部と、
前記第２の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信する第１トンネリング部とを備え、
前記第２の無線基地局は、
前記第１の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信する第２トンネリング部と、
前記第１の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第１暗号化復号化部を備え、
前記上位ノードは、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第２暗号化復号化部を備え、
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記上位ノードは、前記第１の暗号鍵を用いて暗号化した前記パケットを前記第１の無線基地局に送信し、(ii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをトンネリングにより前記第２の無線基地局に送信し、(iii)前記第２の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングするとともに、前記第１の暗号鍵を用いて復号化した後に、前記移動局に送信することを特徴とする移動通信システム。
【００９８】
（付記２）
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記移動局は、前記パケットを前記第２の無線基地局に送信し、(ii)前記第２の無線基地局は、前記第１の暗号鍵を用いて前記パケットを暗号化するとともに、トンネリングにより前記第１の無線基地局に送信し、(iii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングした後に、前記上位ノードに送信し、(iv)前記上位ノードは、前記パケットを前記第１の暗号鍵を用いて復号化することを特徴とする付記１に記載の移動通信システム。
【００９９】
（付記３）
前記第１の無線基地局は、
前記第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための第２の暗号鍵を交換する第２の暗号鍵交換部と、
前記第１の暗号鍵及び第２の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第３暗号化復号化部を更に備え、
前記第２の無線基地局は、
前記第２の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第４暗号化復号化部を更に備え、
(i)前記第１の無線基地局は、前記第２の無線基地局との間で前記第１の暗号鍵の交換が行えなかった場合、前記上位ノードから送信される前記移動局向けのパケットを前記第１の暗号鍵を用いて復号化すると共に、前記第２の暗号鍵を用いて暗号化した後に前記第２の無線基地局に送信し、(ii)前記第２の無線基地局は、前記パケットを前記第２の暗号鍵を用いて復号化した後に、前記移動局に送信することを特徴とする付記１又は２に記載の移動通信システム。
【０１００】
（付記４）
(i)前記第２の無線基地局は、前記第１の無線基地局との間で前記第１の暗号鍵の交換が行えなかった場合、前記移動局から送信される前記上位ノード向けのパケットを前記第２の暗号鍵を用いて暗号化した後に前記第１の無線基地局に送信し、(ii)前記第１の無線基地局は、前記パケットを前記第２の暗号鍵を用いて復号化すると共に、前記第１の暗号鍵を用いて暗号化した後に、前記上位ノードに送信することを特徴とする付記３に記載の移動通信システム。
【０１０１】
（付記５）
前記第１の暗号鍵交換部は、前記上位ノードとの間で交換した前記第１の暗号鍵を複製し、該複製された前記第１の暗号鍵を前記第２の無線基地局との間で交換することを特徴とする付記１から４のいずれか一項に記載の移動通信システム。
【０１０２】
（付記６）
移動局及び上位ノードとの間でパケットの送受信を行う第１及び第２の無線基地局を備える移動通信システムにおける通信制御方法であって、
前記第１の無線基地局及び前記上位ノード、並びに前記第１の無線基地局及び前記第２の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換工程と、
前記第１の無線基地局及び前記第２の無線基地局の間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング工程と、
前記第１の暗号鍵を用いて、前記パケットの暗号化又は復号化を行う第１暗号化復号化工程と
を備え、
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記上位ノードは、前記第１の暗号鍵を用いて暗号化した前記パケットを前記第１の無線基地局に送信し、(ii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをトンネリングにより前記第２の無線基地局に送信し、(iii)前記第２の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングするとともに、前記第１の暗号鍵を用いて復号化した後に、前記移動局に送信することを特徴とする通信制御方法。
【０１０３】
（付記７）
前記移動局が前記第１の無線基地局から前記第２の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、(i)前記移動局は、前記パケットを前記第２の無線基地局に送信し、(ii)前記第２の無線基地局は、前記第１の暗号鍵を用いて前記パケットを暗号化するとともに、トンネリングにより前記第１の無線基地局に送信し、(iii)前記第１の無線基地局は、前記パケットをデカプセリングした後に、前記上位ノードに送信し、(iv)前記上位ノードは、前記パケットを前記第１の暗号鍵を用いて復号化することを特徴とする付記６に記載の通信制御方法。
【０１０４】
（付記８）
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が当該無線基地局から前記他の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記上位ノードから送信される前記移動局向けのパケットをトンネリングにより前記他の無線基地局に送信することを特徴とする無線基地局。
【０１０５】
（付記９）
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が前記他の無線基地局から当該無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記他の無線基地局からトンネリングにより送信される前記移動局向けのパケットをデカプセリングすると共に、前記暗号鍵を用いて復号化した後に前記移動局に送信することを特徴とする無線基地局。
【０１０６】
（付記１０）
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が当該無線基地局から前記他の無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記他の無線基地局からトンネリングにより送信される前記上位ノード向けのパケットをデカプセリングすると共に、前記暗号鍵を用いて復号化した後に前記上位ノードに送信することを特徴とする無線基地局。
【０１０７】
（付記１１）
移動局、上位ノード及び他の無線基地局との間でパケットの送受信を行う無線基地局であって、
前記上位ノード及び前記他の無線基地局との間で、暗号通信を行うための暗号鍵を交換する暗号鍵交換部と、
前記他の無線基地局との間で、カプセリングした前記パケットをトンネリングにより送受信するトンネリング部とを備え、
前記移動局が前記他の無線基地局から当該無線基地局にハンドオーバするための処理中に、前記移動局から送信される前記上位ノード向けのパケットをトンネリングにより前記他の無線基地局に送信することを特徴とする無線基地局。
【符号の説明】
【０１０８】
１００  無線基地局（ｅＮＢ）、
１０１  Ｌ２スイッチ、
１０２  ＰＨＹ、
１０３  レシーバ、
１０４  トランスミッタ、
１０５  ネットワークプロセッサ、
１０６  ネットワークプロセッサメモリ、
１０６ａ  ＳＡデータベース、
１０６ｂ  ハンドオーバ情報データベース、
１０７  メモリ、
１０８  メモリコントローラ、
１０９  ＣＰＵ、
１１０  ＰＣＩインタフェース、
１１１  Ｘ２インタフェース部、
１１２  Ｓ１インタフェース部、
１１３  Ｕｕインタフェース部、
１１４  ＩＫＥ終端部、
１１５  複製用ＩＫＥ終端部、
１１６  暗号復号制御部、
１１７  ハンドオーバ判定部、
１１８  ＩＰトンネリング制御部、
１１９  ＧＴＰＵ終端部、
１２０  ＰＤＣＰ終端部、
２００  サービングＧＷ、
３００  ＵＥ。
【図１】
0005625703.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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