(57)【要約】  中継ノードを使用する環境などの環境で通信を安全にする際に使用される技法を開示する。たとえば、第１のコンピューティングデバイスがユーザノードを含み、第２のコンピューティングデバイスが中継ノードを含み、第３のコンピューティングデバイスがネットワークアクセスノードを含み、中継ノードが、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードをネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含む通信ネットワークにおいて、方法が、次のステップを含む。少なくとも１つのパケットが、中継ノードの第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから受信される。少なくとも１つのパケットが、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して中継ノードの第１のモジュールから中継ノードの第２のモジュールに送信される。少なくとも１つのパケットが、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、中継ノードの第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ送信される。
2013528020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコンピューティングデバイスがユーザノードを含み、第２のコンピューティングデバイスが中継ノードを含み、第３のコンピューティングデバイスがネットワークアクセスノードを含み、中継ノードが、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードをネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含む通信ネットワークにおいて、
中継ノードの第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから少なくとも１つのパケットを受信することと、
セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して中継ノードの第１のモジュールから中継ノードの第２のモジュールに少なくとも１つのパケットを送信することと、
セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、中継ノードの第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ少なくとも１つのパケットを送信することと
を含む、方法。
【請求項２】
中継ノードの第１のモジュールから送信される少なくとも１つのパケットが、バックホールトラフィックを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
中継ノードの第１のモジュールが、ローカルエリアネットワークインターフェースを介して中継ノードの第２のモジュールに結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースが、第１の無線通信インターフェースであり、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースが、第２の無線通信インターフェースである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
通信ネットワークが、進化型ＵＭＴＳ地上無線アクセス（Ｅ−ＵＴＲＡ）技術およびＵＭＴＳ地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）技術のうちの１つを利用する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルが、インターネットプロトコルセキュアトンネルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、
中継ノードを通信ネットワークのネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールと
を含み、第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから少なくとも１つのパケットを受信し、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して第１のモジュールから第２のモジュールに少なくとも１つのパケットを送信し、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ少なくとも１つのパケットを送信する、
中継ノード。
【請求項８】
通信ネットワークが、進化型ＵＭＴＳ地上無線アクセス（Ｅ−ＵＴＲＡ）技術およびＵＭＴＳ地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）技術のうちの１つを利用し、ユーザノードが、ＵＥノードであり、ネットワークアクセスノードが、ドナーｅＮｏｄｅＢノード（Ｅ−ＵＴＲＡ）およびドナーＮｏｄｅＢ（ＵＴＲＡ）のうちの１つであり、第１のモジュールが、ホームｅＮｏｄｅＢノード（Ｅ−ＵＴＲＡ）およびホームＮｏｄｅＢ（ＵＴＲＡ）のうちの１つであり、中継ノードの第２のモジュールが、ＵＥノードである、請求項７に記載の中継ノード。
【請求項９】
メモリと、
メモリに結合された少なくとも１つのプロセッサであって、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードを通信ネットワークのネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含み、第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから少なくとも１つのパケットを受信し、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して第１のモジュールから第２のモジュールに少なくとも１つのパケットを送信し、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ少なくとも１つのパケットを送信する中継ノードを形成するように構成された少なくとも１つのプロセッサと
を含む、装置。
【請求項１０】
第１のコンピューティングデバイスがユーザノードを含み、第２のコンピューティングデバイスが中継ノードを含み、第３のコンピューティングデバイスがネットワークアクセスノードを含み、中継ノードが、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードをネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含む通信ネットワークにおいて、
中継ノードの第１のモジュールと中継ノードの第２のモジュールとの間でセキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して少なくとも１つのパケットを送信することと、
セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して中継ノードの第２のモジュールとネットワークアクセスノードとの間で少なくとも１つのパケットを送信することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には通信セキュリティに関し、より具体的には、中継ノードを使用する環境などの環境で通信を安全にする際に使用されるプロトコルに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システム内の中継ノードは、ネットワーク内の１つまたは複数のノードから同一のまたは他のネットワーク内の１つまたは複数の他のノードへトラフィック（たとえば、使用されるネットワーク（１つまたは複数）のタイプに応じて、データ、音声、マルチメディア）を中継するのに使用されるノードである。中継ノードは、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロジェクト）ネットワーク内で使用されることが既知である。
【０００３】
知られているように、３ＧＰＰは、進化型グローバルシステムモバイル（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｍｏｂｉｌｅ：ＧＳＭ（登録商標））コアネットワークに基づく３Ｇモバイルシステムなどのネットワークおよびそれらがサポートする無線アクセス技術すなわち周波数分割複信（ＦＤＤ）モードと時分割複信（ＴＤＤ）モードとの両方のＵＭＴＳ地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）を指定する技術仕様書（ＴＳ）および技術レポート（ＴＲ）を開発し、管理する。ＵＭＴＳが、ユニバーサルモバイル通信システムを表すことに留意されたい。さらに、３ＧＰＰは、進化型無線アクセス技術、たとえば汎用パケット無線システム（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｒａｄｉｏ  Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＧＰＲＳ）およびＧＳＭ進化型高速データレート（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄａｔａ  ｒａｔｅｓ  ｆｏｒ  ＧＳＭ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：ＥＤＧＥ）を指定するＴＳおよびＴＲを開発し、管理する。さらに、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ネットワークは、ＵＭＴＳ携帯電話標準規格を改善し、改善されたユーザ体験および次世代モバイルブロードバンド用の単純化された技術を提供することを目指す３ＧＰＰによって指定されるネットワークである。
【０００４】
さらに、ＬＴＥ無線アクセス技術は、進化型ＵＭＴＳ地上無線アクセス（Ｅ−ＵＴＲＡ）として知られ、そのネットワークは、進化型パケットシステム（ＥＰＳ）として知られる。Ｅ−ＵＴＲＡに関する詳細は、３ＧＰＰ  ＴＲ３６．９１２に見出すことができ、Ｅ−ＵＴＲＡの中継アーキテクチャは、３ＧＰＰ  ＴＲ３６．８０６に見出すことができ、３ＧＰＰ  ＴＲ３６．９１２および３ＧＰＰ  ＴＲ３６．８０６の開示は、引用によってその全体が本明細書に組み込まれている。しかし、現在、そのような３ＧＰＰネットワーク内の中継ノードに関するセキュリティアーキテクチャはない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＲ３６．９１２
【非特許文献２】３ＧＰＰ  ＴＲ３６．８０６
【非特許文献３】３ＧＰＰ  ＴＲ３３．３２０
【非特許文献４】ＩＥＴＦ  ＲＦＣ４３０１
【非特許文献５】ＲＦＣ４３０２
【非特許文献６】ＲＦＣ４３０３
【非特許文献７】ＲＦＣ４３０６
【非特許文献８】ＩＥＥＥ８０２．３イーサネット（登録商標）標準規格
【非特許文献９】ＴＳ３３．４０１
【非特許文献１０】ＴＳ３３．１０２
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の原理は、中継ノードを使用する環境などの環境で通信を安全にする際に使用される技法を提供する。
【０００７】
たとえば、本発明の一態様では、第１のコンピューティングデバイスがユーザノードを含み、第２のコンピューティングデバイスが中継ノードを含み、第３のコンピューティングデバイスがネットワークアクセスノードを含み、中継ノードが、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードをネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含む通信ネットワークにおいて、方法が、次のステップを含む。少なくとも１つのパケットが、中継ノードの第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから受信される。少なくとも１つのパケットが、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して中継ノードの第１のモジュールから中継ノードの第２のモジュールに送信される。少なくとも１つのパケットが、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、中継ノードの第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ送信される。
【０００８】
中継ノードの第１のモジュールから送信される少なくとも１つのパケットが、バックホールトラフィックを含むことができる。バックホールトラフィックは、ユーザノードからの１つまたは複数のデータパケットと、中継ノードからの１つまたは複数の制御パケットとのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０００９】
中継ノードの第１のモジュールが、ローカルエリアネットワークインターフェース、たとえばイーサネットインターフェースを介して中継ノードの第２のモジュールに結合され得る。
【００１０】
ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースは、第１の無線通信インターフェースとすることができ、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースは、第２の無線通信インターフェースとすることができ、一実施形態では、第１の無線通信インターフェースが、第２の無線通信インターフェースと異なり、別の実施形態では、第１の無線通信インターフェースが、第２の無線通信インターフェースと同じである。
【００１１】
一実施形態では、通信ネットワークが、進化型ＵＭＴＳ地上無線アクセス（Ｅ−ＵＴＲＡ）技術を利用する。その場合に、ユーザノードは、ＵＥノードであり、ネットワークアクセスノードは、ドナーｅＮｏｄｅＢノードであり、中継ノードの第１のモジュールは、ホームｅＮｏｄｅＢノードであり、中継ノードの第２のモジュールは、ＵＥノードである。ＵＴＲＡ実施形態では、ネットワークアクセスノードは、ドナーＮｏｄｅＢノードであり、中継ノードの第１のモジュールは、ホームＮｏｄｅＢノードである。さらに、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルが、インターネットプロトコルセキュアトンネルを含むことができる。
【００１２】
本発明のもう１つの態様では、中継ノードが、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードを通信ネットワークのネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含む。中継ノードは、第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから少なくとも１つのパケットを受信し、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して第１のモジュールから第２のモジュールに少なくとも１つのパケットを送信し、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ少なくとも１つのパケットを送信する。
【００１３】
本発明のもう１つの態様では、装置が、メモリと、メモリに結合された少なくとも１つのプロセッサであって、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードを通信ネットワークのネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含み、第１のモジュールで、ユーザノードと中継ノードとの間で確立されるインターフェースを介してユーザノードから少なくとも１つのパケットを受信し、セキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して第１のモジュールから第２のモジュールに少なくとも１つのパケットを送信し、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して、第２のモジュールからネットワークアクセスノードへ少なくとも１つのパケットを送信する中継ノードを形成するように構成された、少なくとも１つのプロセッサとを含む。
【００１４】
本発明のさらなる態様では、第１のコンピューティングデバイスがユーザノードを含み、第２のコンピューティングデバイスが中継ノードを含み、第３のコンピューティングデバイスがネットワークアクセスノードを含み、中継ノードが、ユーザノードを通信ネットワークに接続する第１のモジュールと、中継ノードをネットワークアクセスノードに接続する第２のモジュールとを含む通信ネットワークにおいて、方法が、次のステップを含む。少なくとも１つのパケットが、中継ノードの第１のモジュールと中継ノードの第２のモジュールとの間でセキュア通信プロトコルに従って第１のモジュールによって確立されるセキュアチャネルを介して送信される。少なくとも１つのパケットが、セキュアチャネルを介し、中継ノードとネットワークアクセスノードとの間で確立されるインターフェースを介して中継ノードの第２のモジュールとネットワークアクセスノードとの間で送信される。
【００１５】
有利なことに、本発明の中継ノードアーキテクチャおよび方法は、中継ノードのバックホールトラフィックの完全性保護およびリプレイ保護（ｒｅｐｌａｙ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）に関連する複雑さを大幅に減らし、ネットワーク展開に関する改善された柔軟性をネットワーク運営者に与える。
【００１６】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利益は、添付図面に関連して読まれるべき本発明の例示的実施形態の次の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるＥ−ＵＴＲＡネットワークを示す図である。
【図２】本発明のもう１つの実施形態によるＥ−ＵＴＲＡネットワークを示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるハイブリッド中継ノードアーキテクチャに関連する機能ネットワークエンティティ／要素を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるハイブリッド中継ノードアーキテクチャに関連する保護されたトラフィックフローを示す図である。
【図５】本発明の実施形態による中継ノードを介して接続するユーザデバイスの初期ネットワークアタッチのプロトコルを示す図である。
【図６】本発明の実施形態による方法およびプロトコルのうちの１つまたは複数を実施するのに適する通信システムおよびコンピューティングデバイスの一部のハードウェアアーキテクチャを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の原理は、通信システム内の中継ノードに関連する通信を安全にする必要を満たす。以下の実施形態では、Ｅ−ＵＴＲＡネットワークを使用して、本発明のセキュリティ技法および機構を例示的に説明する。しかし、本発明の原理が、Ｅ−ＵＴＲＡネットワークに限定されず、中継ノードを使用できるさまざまな他のネットワークに適することを理解されたい。
【００１９】
具体的に言うと、Ｅ−ＵＴＲＡネットワーク内の中継ノードに関して、本発明の例示的原理は、中継ノードに関連するバックホール通信リンクを介する通信の完全性保護およびリプレイ保護の必要を満たす。
【００２０】
知られているように、バックホールは、通常、ネットワークのうちで、ネットワークのコアネットワークまたはバックボーンとネットワーク全体のエッジの小さいサブネットワークとの間の中間リンクを含む部分を指す。たとえば、基地局と通信するセル電話機は、ローカルサブネットワーク（または、アクセス技術に応じて、無線アクセスネットワークもしくはＵＴＲＡＮ／Ｅ−ＵＴＲＡＮ）を構成し、セル塔とコアネットワークとの間の接続は、ＰＬＭＮ（公衆陸上移動ネットワーク）のコアへのバックホールリンクから始まる。たとえば、通常のＥ−ＵＴＲＡネットワークでは、バックホールは、ホームｅＮｏｄｅＢ（ＨｅＮＢ）ノードと運営者のコアネットワーク内のノードすなわちＭＭＥ（移動管理エンティティ）、ＳＧＷ（サービングゲートウェイ）、ＰＧＷ（パケットデータネットワークゲートウェイ）との間の１つまたは複数の通信リンクを指すことができる。
【００２１】
本発明のＥ−ＵＴＲＡネットワーク実施形態では、バックホールは、下で詳細に示すように、中継ノード（ＲＮ）およびＲＮが通信する運営者のコアネットワークの１つまたは複数のｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）ノードに関連する１つまたは複数の通信リンクをも含むと考えられる。また、バックホールのこの部分を、より具体的にＲＮバックホールと称する場合がある。
【００２２】
知られているように、ｅＮＢは、ユーザ機器（ＵＥ）ノードがＰＬＭＮにアクセスするための基地局として働く。ＵＥ（エンドユーザ通信デバイスとして機能する時には移動局すなわちＭＳとも称する）は、移動機器（ＭＥ）およびＵＭＴＳ加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からなる。移動局またはユーザ機器の例は、携帯電話機、ポータブルコンピュータ、無線電子メールデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、またはある他のユーザモバイル通信デバイスを含むことができるが、これに限定されない。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、ＲＮは、ｅＮＢに類似するアーキテクチャ（すなわち、送受信回路ならびに処理およびメモリ回路）を有することができる。というのは、ＲＮが、ある種の状況および条件（その例は下で説明する）の下でＵＥのためのネットワークへのアクセスポイントとして働くからである。本明細書で使用される時に、用語「ノード」が、通信システムの１つまたは複数のネットワークによって使用されるかこれに関連することができる１つもしくは複数のコンポーネントまたは１つもしくは複数のデバイス（通信デバイスおよびコンピューティングデバイスを含むがこれに限定されない）を指すことを理解されたい。
【００２４】
「完全性保護」（ＩＰ）は、攻撃者が送信されたメッセージをインターセプトできず、捏造できないようにするために、ＲＮバックホールを介して送信されるメッセージ（データ）の完全性を保護することを指す。「リプレイ保護」（ＲＰ）は、攻撃者がＲＮバックホールを介して以前に送信されたメッセージをリプレイできることに対して保護することを指す。
【００２５】
ここで図１を参照すると、本発明の実施形態によるＥ−ＵＴＲＡネットワーク１００が示されている。ネットワーク１００が、複数のＵＥ１０２、複数のＲＮ１０４、および１つのｅＮＢ１０６を含むものとして図示されているが、より多数またはより少数のノード（たとえば、ネットワークコンポーネントおよび／またはデバイス）がネットワークを構成できることを理解されたい。
【００２６】
ネットワーク１００内に図示されているように、ｅＮＢとＵＥとの間に３タイプのデータ伝送がある。これらは、図１ではタイプＡ、タイプＢ、およびタイプＣ（Ｃ１およびＣ２）として図示されている。この例示的実施形態では、図示されたデータ伝送の各タイプが、無線リンク接続からなると仮定されることに留意されたい。しかし、無線以外の他の形のリンクを使用することができる。
【００２７】
第１に、タイプＡデータ伝送は、ＵＥ１０２とｅＮＢ１０６との間の通常の送信／受信（たとえば、シングルホップＴｘ／Ｒｘ）通信である。第２に、タイプＢは、直接ＵＥ間接続性を含む、ＵＥ中継（ＵＥ  ｒｅｌａｙｉｎｇ）と称する。このタイプの通信は、通常、自律アドホックＵＥ間ネットワーク構成および管理によって処理され、通常、管理されないスペクトル、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）であると考えられる。このタイプの伝送を、緊急呼出し特徴をサポートするのに使用することもできる。第３に、タイプＣ伝送は、中継ノード送信／受信通信に関係する。図示されているように、ＲＮの伝送のタイプは、さらに、Ｃ１およびＣ２として図示され、Ｃ１は、ＵＥ１０２とＲＮ１０４との間の通信を示し、Ｃ２は、ＲＮ１０４とｅＮＢ１０６との間の通信を示す。本発明の例示的原理が好ましく適用されるのは、Ｃ２タイプ通信すなわちＲＮバックホール通信である。
【００２８】
図２に、本発明の実施形態によるＥ−ＵＴＲＡネットワーク２００を示す。ネットワーク２００は、複数のＵＥ１０２、複数のＲＮ１０４、および１つのｅＮＢ１０６を含むので、図１のネットワーク１００に似ている。しかし、ネットワーク２００には、Ｅ−ＵＴＲＡネットワークなどの通信システム内の中継ノードの使用のさまざまな例が示されている。一般に、中継ノードは、カバレージ拡張とビットレートスループット機能強化とのうちの１つまたは複数に使用され、この両方が、エンドユーザ体験の改善につながる。中継ユースケースは、都市ホットスポットのサポート、デッドスポット（たとえば、カバレージの谷間、カバレージの穴、ビルディングの陰、室内、地下カバレージなど）の最小化、屋内ホットスポットのサポート、孤立したエリア（たとえば、田園地帯）のサポート、一時カバレージまたは緊急カバレージの提供、無線バックホールのみのサポート、およびグループモビリティのサポートを含むが、これに限定されない。これらのユースケースの一部を、図２に示す。
【００２９】
中継ノードに関連する伝送が、シングルホップまたはマルチホップである場合があることを理解されたい。シングルホップは、運営者のコアネットワークからＵＥへの経路が単一のＲＮだけを含む場合である。マルチホップは、運営者のコアネットワークからＵＥへの経路が複数のＲＮを含む場合である。両方のシナリオが、図２に示されている。
【００３０】
したがって、中継ノードの使用の利益は、たとえば、カバレージ拡張ならびにシステムスループットおよび容量の改善を含む。しかし、既存の中継ノードは、いくつかの一般的な欠点を有する。たとえば、既存の中継ノードは、全体的なシステム設計および展開に複雑さを導入する。既存の中継ノードは、制御／シグナリングオーバーヘッドを追加する。さらに、非中継ノードネットワークへの既存の中継ノードの追加は、標準規格仕様に関する不当な複雑さを追加することがわかっている。
【００３１】
さらに、既存の中継ノードの使用は、セキュリティ不足を有することがわかっている。たとえば、既存のＥ−ＵＴＲＡネットワークでは、ＲＮは、そのアクセス階層／非アクセス階層シグナリングプレーン（Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ  Ｐｌａｎｅ）（ＳＰ）のバックホールとしてユーザプレーン（ＵＰ）を使用し、したがって、既存のＲＮトラフィックは保護されない。
【００３２】
したがって、本発明の例示的原理は、ハイブリッド構成を含む中継ノードのアーキテクチャを提供する。そのようなハイブリッド構成では、中継ノードは、（１）ｅＮＢ、具体的には、ホームｅＮｏｄｅＢすなわちＨｅＮＢ（そのバックホールの標準化されたＩＰ／ＲＰ保護を有する）として、および（２）データ指向ＵＥとして、機能する。ＨｅＮＢでのＩＰ／ＲＰ保護が、その開示全体が引用によって本明細書に組み込まれている３ＧＰＰ  ＴＲ３３．３２０に記載されていることを理解されたい。中継ノードのうちでＨｅＮＢ機能性を有する部分を、「ＲＮ  ｅＮＢ」と称し、中継ノードのうちでデータ指向ＵＥ機能性を有する部分を、「ＲＮ  ＵＥ」と称する。１つの例示的実施形態では、ＲＮのＲＮ  ｅＮＢモジュールおよびＲＮ  ＵＥモジュールは、ＩＥＥＥ８０２．３イーサネットなどの業界標準インターフェースを介して接続される。明らかであるように、そのような改善は、中継ノードのバックホールトラフィックの完全性保護およびリプレイ保護に関係する複雑さを大幅に減らし、ネットワーク展開に関する改善された柔軟性をネットワーク運営者に与える。たとえば、アクセスラジオ周波数（ＲＦ）技術をバックホールＲＦ技術から分離することによって、本発明の解決策は、進化型パケットシステム（ＥＰＳ）アクセスと、ＥＰＳバックホール、ＷｉＭＡＸバックホール、およびＨＲＰＤ（Ｈｉｇｈ  Ｒａｔｅ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｄａｔａ）バックホールとを有するハイブリッド展開を可能にする。
【００３３】
図３に、本発明の実施形態によるハイブリッド中継ノードアーキテクチャ３００に関連する機能ネットワークエンティティ／要素を示す。図３では、図示されているように、中継ノード（ＲＮ）は、２つの主要コンポーネントすなわち、ｅＮＢ（中継ノードｅＮＢ３０６）およびＵＥ（中継ノードＵＥ３０４）を含む。ユーザＵＥ３０２は、中継ノードｅＮＢ３０６に接続されるが、接続が非中継ネットワークコンポーネントまたは中継ノードｅＮＢのどちらへの接続であるのかを全く知らない。中継ノードｅＮＢバックホールトラフィックのすべてが、中継ノードＵＥ３０４とドナーｅＮＢ３０８ネットワークノードとの間のＵｎインターフェースを介してトランスポートされている。そのようなアーキテクチャは、中継ノード展開の柔軟性をもたらす。機能エンティティ（より詳細な）は、次の通りである。
【００３４】
ユーザＵＥ３０２  通常のユーザＵＥ（すなわち、図１の任意のＵＥ１０２）。そのようなユーザＵＥは、ネットワークアクセスがＲＮを介するのかｅＮＢと直接であるのかを知らないと仮定される。
【００３５】
ＲＮ  ＵＥ３０４  ＲＮの一体の部分であるＵＥ。ＲＮ  ＵＥは、ドナーｅＮＢ機能３０８を介してネットワーク運営者のアクセスネットワークに接続される。ネットワーク運営者の例は、一例にすぎないが、ＡＴ＆ＴまたはＶｅｒｉｚｏｎを含むことができる。
【００３６】
ＲＮ  ｅＮＢ３０６  ＲＮの一体の部分であるｅＮＢ。ユーザＵＥ３０２は、ＲＮ  ｅＮＢ３０６を介してネットワーク運営者のアクセスネットワークにアタッチされる。
【００３７】
ＲＮ  ＭＭＥ３１０  ドナーｅＮＢ３０８を介するＲＮ  ＵＥ３０４へのＲＮのモビリティ／セキュリティを制御するモビリティ管理エンティティすなわちＭＭＥ）。
【００３８】
ユーザＵＥ  ＭＭＥ３１２  ＲＮ  ｅＮＢ３０６を介するユーザＵＥ３０２のモビリティ／セキュリティを制御するＭＭＥ。
【００３９】
中継ＵＥ  ＳＧＷ／ＰＧＷ３１４  中継ノードＵＥのネットワークアタッチメントゲートウェイ。機能性においてユーザＵＥ  ＳＧＷ／ＰＧＷ３１８に類似する。
【００４０】
中継ゲートウェイ３１６  バックホール中継ノードトラフィックのセキュリティの責任を負うネットワーク要素。
【００４１】
ユーザＵＥ  ＳＧＷ／ＰＧＷ３１８  ユーザＵＥのネットワークアタッチメントゲートウェイ。機能性において中継ＵＥ  ＳＧＷ／ＰＧＷ３１４に類似する。
【００４２】
ＳＧＷ／ＰＧＷ（サービングゲートウェイおよびＰＤＮ（パケットデータネットワーク）ゲートウェイ）は、ユーザデータパケットをルーティングし、転送する。ＳＧＷは、ｅＮｏｄｅＢ間ハンドオーバ中にユーザプレーンのモビリティアンカとしても働いているが、ＰＧＷは、ＬＴＥと他の３ＧＰＰ技術との間のモビリティのアンカとして働いている。アイドル状態ＵＥについて、ＳＧＷは、ＤＬ（ダウンリンク）データ経路を終端し、ＵＥに関するＤＬデータが到着する時にページングをトリガする。ＳＷＧは、ＵＥコンテキスト、たとえばＩＰベアラサービスのパラメータ、ネットワーク内部ルーティング情報を管理し、格納する。ＳＷＧは、合法傍受（ｌａｗｆｕｌ  ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）の場合にユーザトラフィックの複製をも実行する。ＰＧＷは、パケットフィルタリング、ＩＰアドレス割当、合法傍受、ＵＬ（アップリンク）およびＤＬのトランスポートレベルパケットマーキング、その他などの機能性を提供する。
【００４３】
インターフェースＵｕ３２０  通常のＥＰＳエアインターフェース。
【００４４】
インターフェースＵｎ３２２  ＲＮ  ＵＥ３０４とドナーｅＮＢ３０８との間のエアインターフェース。
【００４５】
１つの例示的実施形態では、ＲＮ  ｅＮＢ３０６は、ユーザＵＥ３０２が直接にアタッチされるネットワークノードである。ドナーｅＮＢ３０８は、ＲＮ  ＵＥ３０４をアタッチされ、インターフェースＵｎ３２２は、ＲＮ  ｅＮＢ３０６のバックホールトラフィックのすべてをトランスポートするのに使用されている。
【００４６】
ここで生じる主なセキュリティ問題の１つは、すべてのＲＮ  ｅＮＢトラフィック（そのユーザプレーン（ＵＰ）トラフィックおよび制御プレーン（ＣＰ）トラフィックを含む）がＲＮ  ＵＥ  ＵＰトラフィック内でトランスポートされていることである。
【００４７】
しかし、既存の仕様によれば、ＥＰＳ  ＵＰトラフィックは、リプレイおよび完全性について保護されない（しかし、機密性保護され得る）。ＣＰの非アクセス階層（ＮＡＳ）コンポーネントは、エンドツーエンド（ユーザＵＥからユーザＭＭＥまで）で機密性、完全性、およびリプレイ保護される。それと同時に、ＣＰのアクセス階層（ＡＳ）コンポーネントは、ＲＮ  ｅＮＢからＲＮ  ＭＭＥまで保護される必要がない。Ｓ１  ＲＮ  ＭＭＥ無線インターフェースのそのようなオープン性は、攻撃を招く。
【００４８】
本発明の例示的原理は、バックホールＲＮ  ｅＮＢトラフィック全体の機密性、完全性、およびリプレイ保護を、ＲＮ  ｅＮＢとオペレータのネットワーク内のセキュリティゲートウェイとの間でトンネルモードでＩＰｓｅｃ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）を展開することによって実施できることを実現する。この形で、ハイブリッド中継ノードのＲＮ  ｅＮＢ部分は、ホームｅＮＢノード（または、下で説明するようにＵＴＲＡＮ内のホームＮＢ、もしくはより一般的にＨ（ｅ）ＮＢ）に似て機能することができる。
【００４９】
知られているように、ＩＰｓｅｃは、データストリームの各ＩＰパケットを認証し、暗号化することによってインターネットプロトコル（ＩＰ）通信を安全にするプロトコルスイートである。ＩＰｓｅｃは、セッションの始めにエージェントの間で相互認証を確立するプロトコルおよびセッション中に使用される暗号鍵のネゴシエーションをも含む。ＩＰｓｅｃを使用して、ホスト（たとえば、コンピュータユーザまたはサーバ）の対の間、セキュリティゲートウェイ（たとえば、ルータまたはファイヤウォール）の対の間、またはセキュリティゲートウェイとホストとの間でデータフローを保護することができる。
【００５０】
ＩＰｓｅｃは、インターネットプロトコルスイートのインターネット層またはＯＳＩモデルレイヤ３で動作するデュアルモード、エンドツーエンド、セキュリティ方式である。Ｓｅｃｕｒｅ  Ｓｏｃｋｅｔｓ  Ｌａｙｅｒ（ＳＳＬ）、Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｌａｙｅｒ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ（ＴＬＳ）、およびＳｅｃｕｒｅ  Ｓｈｅｌｌ（ＳＳＨ）など、広く使用されているいくつかの他のインターネットセキュリティシステムは、これらのモデルのより上位の層で動作する。したがって、ＩＰｓｅｃは、インターネットにまたがってすべてのアプリケーショントラフィックを保護するのに使用される。アプリケーションは、ＩＰｓｅｃを使用するように特に設計される必要がない。その一方で、ＴＬＳ／ＳＳＬの使用は、通常、アプリケーションの設計に組み込まれなければならない。
【００５１】
ＩＰｓｅｃは、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔａｓｋ  Ｆｏｒｃｅ（ＩＥＴＦ）によって、さまざまなコンポーネントおよび拡張に対処する一連のＲｅｑｕｅｓｔ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｍｅｎｔ（ＲＦＣ）で定義される。具体的には、インターネットプロトコル（ＩＰ）のセキュリティアーキテクチャは、ＩＥＴＦ  ＲＦＣ４３０１で定義され、ＲＦＣ４３０２、ＲＦＣ４３０３、およびＲＦＣ４３０６は、セキュリティ関連付け、完全性保護、認証、および機密性保護をセットアップするためにＩＰｓｅｃによって使用されるプロトコルを定義する。各ＲＦＣの開示は、引用によってその全体が本明細書に組み込まれている。
【００５２】
したがって、ＲＮ  ｅＮＢとしてＨｅＮＢを使用することによって、本発明の原理は、標準化の労力および複雑さを減らすと同時に、上述のトラフィック保護問題を解決する。
【００５３】
図４に、本発明の実施形態によるハイブリッド中継ノードアーキテクチャに関連する保護されたトラフィックフロー４００を示す。図４に示された要素は、上で説明され、図３の文脈で図示された要素に類似する。したがって、図４は、ユーザＵＥ４０２、ＲＮ  ｅＮＢ４０６およびＲＮ  ＵＥ４０８を含むＲＮ４０４、ならびにドナーｅＮＢ４１０を示す。図示されているように、ユーザＵＥトラフィック（ＵＰコンポーネントとＣＰコンポーネントとの両方）は、ユーザＵＥ４０２とＲＮ  ｅＮＢ４０６との間のセキュリティ関連付けによって無線保護される。ＲＮ  ｅＮＢ４０６の右側では、そのようなトラフィックは、ＲＮ  ｅＮＢ  ＣＰトラフィックと一緒に同一のＩＰｓｅｃトンネル内で保護されている。ｏｖｅｒ−ｔｈｅ−ＲＮ  ｅＮＢ  −  ＲＮ  ＵＥ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅについて、ＲＮ  ｅＮＢバックホールトラフィックは、たとえば、その開示全体が引用によって本明細書に組み込まれているＩＥＥＥ８０２．３イーサネット標準規格などの業界標準ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）インターフェースを介するＩＰｓｅｃトンネルの内部で伝送されている。ＲＮ  ＵＥ４０８からドナーｅＮＢ４１０まで、ＲＮ  ｅＮＢバックホールトラフィックは、Ｅ−ＵＴＲＡ（または他の無線アクセス技術）上のＩＰｓｅｃトンネルの内部で伝送されている。ＲＮ  ｅＮＢバックホールトラフィックを保護するＩＰｓｅｃトンネルは、ＳｅＧＷ（セキュリティゲートウェイ）で終端され、このＳｅＧＷは、ドナーｅＮＢの背後またはドナーｅＮＢと同一位置のいずれかに配置される。
【００５４】
ＲＮバックホールトラフィックは、図４に示されているように、ユーザＵＥトラフィック（１つまたは複数のデータパケット）およびＲＮ制御トラフィック（１つまたは複数の制御パケット）のうちの１つまたは複数を含むことができることに留意されたい。すなわち、例としてのみ、ＲＮバックホールを介して安全に転送される１つまたは複数のパケットは、ＲＮとコアネットワークとの間の制御機能に関連するパケットを含むことができ、これらのパケットは、エンドユーザＵＥに関連する（すなわち、ネットワーク運営者のコアネットワークにまたがって通信する２つのエンドユーザの間の）マルチメディア通信に関連するパケットを含むことができる。
【００５５】
この例示的アーキテクチャでは、ＲＮ  ｅＮＢおよびＲＮ  ＵＥが、同一のまたは異なるアクセス技術に基づき、追加の展開柔軟性を保証できることにも留意されたい。すなわち、ＲＮ  ｅＮＢおよびＲＮ  ＵＥによって実行される機能を分離することによって、本発明の例示的原理は、ユーザＵＥとＲＮとの間の通信インターフェース（Ｕｕ）を、ＲＮとドナーｅＮＢとの間の通信インターフェース（Ｕｎ）とは異なるものにすることを可能にする。しかし、中継ノードが展開される通信ネットワークに応じて、ＵｕおよびＵｎを同一のアクセス技術とすることができる。また、わかりやすくするために、ＲＮ  ＵＥ関連ネットワーク要素は、図４から省略されている。
【００５６】
図５に、本発明の実施形態によるＲＮを介して接続するユーザＵＥの初期アタッチのプロトコル５００を示す。この図では、ＨＲＮが、本発明のハイブリッドＲＮを指すことに留意されたい。また、プロトコル５００内のエンティティは、上で説明し、図３に示したものと同一の符号を有する。プロトコル５００は、次のように進行する。
【００５７】
ユーザＵＥは、ＨＲＮとのＲＲＣ（無線リソース制御）セットアップ手順を完了する（通常のＥＰＳ手順）（ステップ５０２）。ＥＰＳアタッチ手順のセキュリティ態様が、ＴＳ３３．４０１で指定され、ＵＭＴＳアタッチ手順のセキュリティ態様が、ＴＳ３３．１０２で指定され、ＴＳ３３．４０１およびＴＳ３３．１０２の開示全体が、引用によって本明細書に組み込まれることに留意されたい。
【００５８】
ユーザＵＥは、アタッチ要求メッセージをＨＲＮに送信する（通常のＥＰＳ手順）（ステップ５０４）。
【００５９】
ＨＲＮは、アタッチ要求をドナーｅＮＢ（ＤｅＮＢ）に中継する（ステップ５０６）。
【００６０】
ＤｅＮＢは、ＭＭＥ  ＨＲＮおよびＳＧＷ  ＨＲＮを介してＭＭＥ  ＵＥにアタッチ要求を転送する（ステップ５０８）。このアタッチ要求が、ＨＲＮ  ＵＥ  ＵＰトラフィック内で搬送され、ＳＧＷ  ＨＲＮを通過することに留意されたい。
【００６１】
ＭＭＥおよびユーザＵＥは、互いに認証する（通常のＥＰＳ手順）（ステップ５１０）。
【００６２】
ＭＭＥ  ＵＥおよびＳＧＷ  ＵＥは、デフォルトベアラを作成する（通常のＥＰＳ手順）（ステップ５１２）。
【００６３】
ＭＭＥ  ＵＥは、ＳＧＷ  ＨＲＮを介して（ステップ５０８の注記を参照されたい）ＤｅＮＢにベアラセットアップ要求を送信する（ステップ５１４）。
【００６４】
ＤｅＮＢは、ベアラセットアップ要求をＨＲＮに中継する（ステップ５１６）。
【００６５】
ＨＲＮおよびユーザＵＥは、ＲＲＣ再構成手順を実行する（通常のＥＰＳ手順）（ステップ５１８）。
【００６６】
ＨＲＮは、ベアラセットアップ応答をＤｅＮＢに送信する（ステップ５２０）。
【００６７】
ＤｅＮＢは、ＳＧＷ  ＨＲＮを介してＭＭＥ  ＵＥにベアラセットアップ応答を中継する（ステップ５０８の注記を参照されたい）（ステップ５２２）。
【００６８】
ＭＭＥ  ＵＥおよびＳＧＷ  ＵＥは、ベアラ更新手順を実行する（通常のＥＰＳ手順）（ステップ５２４）。
【００６９】
したがって、ユーザＵＥは、今や、ＨＲＮを介してネットワークに接続され、すべてのＨＲＮバックホールトラフィックは、本明細書で説明される本発明の例示的原理に従って保護される。
【００７０】
アップリンク（ＵＬ）トラフィックを、同一のチャネル（ＩＰｓｅｃトンネル）を介してコアネットワークからユーザＵＥに送信でき、あるいは、１つまたは複数の他のそのようなチャネルを確立できることを理解されたい。
【００７１】
また、本明細書で説明される本発明の例示的原理が、ＵＴＲＡネットワークならびに他のネットワークに同等に適用可能であることを理解されたい。ＵＴＲＡネットワーク（ＵＴＲＡＮ）の場合に、用語ホームｅＮｏｄｅＢ（ＨｅＮＢ）は、ホームＮｏｄｅＢ（ＨＮＢ）に変化し、ドナーｅＮｏｄｅＢは、ドナーＮｏｄｅＢに変化する（文字「ｅ」が消去されることに留意されたい）。実際に、Ｈ（ｅ）ＮＢを、Ｅ−ＵＴＲＡＮホーム基地局ノードまたはＵＴＲＡＮホーム基地局ノードのいずれかを指すのに使用することができる。したがって、本発明の例示的原理は、単純にホームＮｏｄｅＢ（ＨＮＢ）をＲＮ  ＮｏｄｅＢとして利用することによって、ユーザＵＥアクセス技術としてのＵＴＲＡの使用を可能にする。
【００７２】
最後に、図６に、本発明の上で説明した原理による保護された中継ノードバックホールトラフィックを実施するのに適する通信ネットワーク６００の一般化されたハードウェアアーキテクチャを示す。
【００７３】
図示されているように、中継ノード６１０（ＲＮ４０４に対応する）および基地局６２０（ドナーｅＮＢ４１０に対応する）は、通信ネットワーク媒体６５０を介して動作可能に結合される。ネットワーク媒体は、中継ノードおよび基地局がそれにまたがって通信するように構成される任意のネットワーク媒体とすることができる。たとえば、ネットワーク媒体は、ＩＰパケットを搬送することができ、上で述べた通信ネットワークのいずれを含んでもよい。しかし、本発明は、特定のタイプのネットワーク媒体に限定されない。本明細書では特に示さないが、中継ノードおよび／またはｅＮＢに動作可能に結合されると理解されるのは、図３、４、および５に示された他のネットワーク要素である（下で説明するものと同一のプロセッサ／メモリ構成を有することができる）。
【００７４】
当業者に容易に明らかになるように、要素を、コンピュータプログラムコードの制御下で動作するプログラムされたコンピュータとして実施することができる。コンピュータプログラムコードは、コンピュータ（またはプロセッサ）可読記憶媒体（たとえば、メモリ）内に格納され、コードは、コンピュータのプロセッサによって実行される。本発明のこの開示を与えられれば、当業者は、本明細書で説明されるプロトコルを実施するために適切なコンピュータプログラムコードを容易に作成することができる。
【００７５】
それでも、図６は、全般的に、ネットワーク媒体を介して通信する各デバイスの例示的アーキテクチャを示す。図示されているように、中継ノード６１０は、入出力デバイス６１２、プロセッサ６１４、およびメモリ６１６を含む。符号６１８は、中継ノードの送信／受信回路を表すことが意図されている。基地局６２０は、入出力デバイス６２２、プロセッサ６２４、およびメモリ６２６を含む。符号６２８は、基地局の送信／受信回路を表すことが意図されている。
【００７６】
用語「プロセッサ」は、本明細書で使用される時に、中央処理装置（ＣＰＵ）または、１つもしくは複数の信号プロセッサ、１つもしくは複数の集積回路、を含むがこれに限定されない他の処理回路、および類似物を含む、１つまたは複数の処理デバイスを含むことが意図されている。また、用語「メモリ」は、本明細書で使用される時に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、固定メモリデバイス（たとえば、ハードドライブ）、またはリムーバブルメモリデバイス（たとえば、ディスケットまたはＣＤＲＯＭ）など、プロセッサまたはＣＰＵに関連するメモリを含むことが意図されている。さらに、用語「入出力デバイス」は、本明細書で使用される時に、処理ユニットにデータを入力する１つまたは複数の入力デバイス（たとえば、キーボード、マウス）ならびに処理ユニットに関連する結果を提供する１つまたは複数の出力デバイス（たとえば、ＣＲＴディスプレイ）を含むことが意図されている。
【００７７】
したがって、本明細書で説明される本発明の方法を実行するソフトウェア命令またはコードを、関連するメモリデバイス、たとえばＲＯＭ、固定メモリ、またはリムーバブルメモリのうちの１つまたは複数に格納することができ、利用の準備ができた時に、ＲＡＭにロードし、ＣＰＵによって実行することができる。すなわち、図６に示された各コンピューティングデバイス（６１０および６２０）を、図１から５に示されたプロトコルおよび機能のそれぞれのステップを実行するように個別にプログラムすることができる。
【００７８】
また、ブロック６１０およびブロック６２０を、それぞれ、複数のディスクリートネットワークノードまたはコンピューティングデバイスを介して実施できることを理解されたい。たとえば、中継ノード６１０のＲＮ  ｅＮＢ部分（図３の３０６）を、中継ノード６１０のＲＮ  ＵＥ部分（図３の３０４）を実施するのに使用されるネットワークノードまたはコンピューティングデバイスとは物理的におよび／または論理的に別々のネットワークノードまたはコンピューティングデバイス内で実施することができる。しかし、１つの代替実施形態では、ＲＮ  ｅＮＢコンポーネントおよびＲＮ  ＵＥコンポーネントを、コアネットワークへのエンドユーザアクセスを容易にするために通信環境に動的に展開（たとえば、現場で展開）できるように、１つのハウジングまたは単一の通信デバイス内で同一位置に配置することができる。
【００７９】
本発明の例示的実施形態を、本明細書で添付図面を参照して説明したが、本発明が、これらの実施形態そのものに限定されず、本発明の範囲または趣旨から逸脱せずに、当業者がさまざまな他の変更および修正を行うことができることを理解されたい。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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