(57)【要約】  本発明は、通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法を提供する。前記方法は、前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記通信認証のための認証手続を行うことにより、第１の認証キーを獲得する過程と、前記第１の認証キーを用いて生成した第１の暗号化キーを用いて、少なくとも一つのメンバー基地局と通信する過程とを含む。
2014533908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法であって、
前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記通信認証のための認証手続を行うことにより、第１の認証キーを獲得する過程と、
前記第１の認証キーにより生成した第１の暗号化キーを用いて、少なくとも一つのメンバー基地局と通信する過程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の認証キーを獲得する過程は、
第１のシードを用いて前記第１の認証キーを生成する過程を含み、
前記第１のシードは、認証手続を管理する認証サーバ或いは認証制御局と前記端末との間に予め定められた規則により選択される値であるか、又は前記認証サーバ或いは認証制御局から受信された値であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記メンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在する場合、前記認証サーバ或いは認証制御局と前記端末との間に予め定められた規則により、第２のシードを選択するか、又は前記認証サーバ或いは認証制御局から前記第２のシードを受信する過程と、
前記第２のシードを用いて第２の認証キーを生成する過程と、
前記第２の認証キーを用いて第２の暗号化キーを生成する過程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。 
【請求項４】
前記第１の認証キーを獲得する過程は、
第１の認証キーを生成するシードを生成し、前記シードを前記マスター基地局に伝達する過程と、
前記シードを用いて前記第１の認証キーを生成する過程をさらに含み、
前記メンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在すると、新しいシードを生成する過程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
無線通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法であって、
前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記端末と前記通信認証のための認証手続を行うことにより、前記端末の認証コンテキストを獲得する過程と、
前記認証コンテキストから獲得した第１の暗号化キーを用いて、前記端末と通信する過程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記認証コンテキストが第１の認証キーを含む場合、前記第１の認証キーを用いて前記第１の暗号化キーを生成する過程をさらに含み、
前記第１の認証キーは、前記端末と前記認証手続を管理する認証サーバ或いは認証 制御局により、第１のシードを用いて生成され、前記第１のシードは、前記認証サーバ或いは前記認証制御局と前記端末との間に予め定められた規則により選択された値であるか、又は前記端末から受信した値であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記メンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在する場合、前記認証制御局から第２の認証キーを受信する過程と、
前記第２の認証キーを用いて、第２の暗号化キーを生成し、前記第２の暗号化キーを前記削除されたメンバー基地局を除いた残りのスレーブ基地局に伝達する過程とを含み、
前記第２の認証キーは、前記端末と認証サーバ或いは認証制御局とにより、第２のシードを用いて生成され、前記第２のシードは、前記認証サーバ或いは前記認証制御局と前記端末との間に、予め定められた規則により、前記第１のシードと異なって選択された値であるか、又は前記端末から新しく生成された値であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法であって、
前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記マスター基地局とのクラウドセルメンバー基地局加入手続を行い、前記マスター基地局から前記クラウドセルに含まれた端末の認証コンテキストを受信する過程と、
前記認証コンテキストが第１の認証キーを含む場合、前記第１の認証キーを用いて、第１の暗号化キーを生成し、前記第１の暗号化キーを用いて前記端末と通信する過程とを含む方法。
【請求項９】
前記認証コンテキストが、前記端末が生成したシードを含む場合、前記シードを用いて前記第１の認証キーを生成する過程を含み、
前記シードは、前記端末から直接受信されてもよく、マスター基地局から受信されてもよく、前記メンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在すると、前記端末が生成した新しいシード値が受信されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する端末であって、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法により実行されることを特徴とする端末。
【請求項１１】
通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理するマスター基地局であって、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の方法により実行されることを特徴とするマスター基地局。
【請求項１２】
通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理するスレーブ基地局であって、請求項８又は請求項９に記載の方法により実行されることを特徴とするスレーブ基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代無線通信システムは、大容量のデータサービスを支援するために、例えば、ミリ波（ｍｍＷ）のような高周波帯域を用いる無線通信システムを考慮している。高周波帯域を用いるシステムの場合、端末と基地局（Base Station）との間の通信可能距離が減るため、基地局のセルの半径が小さくなり、これにより、端末のサービス領域を確保するために設けられる基地局の個数が増加するようになる。また、端末の移動性を考慮する際、基地局のセルの半径が減り、基地局の個数が増加すると、端末セル間のハンドオーバ回数が増えるようになり、端末のハンドオーバによるシステムのオーバーヘッドが増加するようになる。
【０００３】
このように、高周波帯域を用いる無線通信システムでは、単位面積当りの基地局の個数が増加するので、端末の移動の際、当該端末と通信するサービング基地局が頻繁に変更され、変更された基地局と端末との間のデータ送受信のための認証キー又はセキュリティキーを生成し、割り当てる認証手続が、サービング基地局を変更する度に要求される。従って、高周波帯域を用いる無線通信システムにおいて、認証手続を効率よく行うための方案が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した問題を解決するために、本発明の目的は、クラウドセルベースの通信システムにおいて端末の認証及びデータの暗号化のためのセキュリティキーを管理する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によれば、通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法が提供される。前記方法は、前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記通信認証のための認証手続を行うことにより、第１の認証キーを獲得する過程と、該第１の認証キーにより生成した第１の暗号化キーを用いて、少なくとも一つのメンバー基地局と通信する過程とを含む。
【０００６】
本開示の別の態様によれば、無線通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法が提供される。前記方法は、前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記端末と前記通信認証のための認証手続を行うことにより、前記端末の認証コンテキストを獲得する過程と、前記認証コンテキストから獲得した第１の暗号化キーを用いて、前記端末と通信する過程とを含む。
【０００７】
本開示のさらに別の態様によれば、通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する方法が提供される。前記方法は、前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記マスター基地局とのクラウドセルメンバー基地局加入手続を行い、前記マスター基地局から前記クラウドセルに含まれた端末の認証コンテキストを受信する過程と、前記認証コンテキストが第１の認証キーを含む場合、前記第１の認証キーを用いて、第１の暗号化キーを生成し、該第１の暗号化キーを用いて前記端末と通信する過程とを含む。
【０００８】
本開示のさらに別の態様によれば、通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理する端末が提供される。前記端末は、端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、認証手続を行うことにより、第１の認証キーを獲得し、該第１の認証キーにより生成した第１の暗号化キーを用いて、少なくとも一つのメンバー基地局と通信する通信部を含む。
【０００９】
本開示のさらに別の態様によれば、通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理するマスター基地局が提供される。前記マスター基地局は、前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルにおいて、前記端末との前記通信認証のための認証手続を行うことにより、前記端末の認証コンテキストを獲得し、前記認証コンテキストから獲得した第１の暗号化キーを用いて前記端末と通信する通信部を含む。
【００１０】
本開示のさらに別の態様によれば、通信システムにおける端末との通信認証のためのセキュリティキーを管理するスレーブ基地局が提供される。前記スレーブ基地局は、前記端末にサービスを提供するマスター基地局と、少なくとも一つのスレーブ基地局とを含むメンバー基地局から構成されるクラウドセルに含まれたマスター基地局とクラウドセルのメンバー基地局加入手続を行い、前記マスター基地局から前記クラウドセルに含まれた端末の認証コンテキストを受信する通信部と、前記認証コンテキストが第１の認証キーを含む場合、セキュリティキー生成部が、前記第１の認証キーを用いて第１の暗号化キーを生成するように制御し、前記通信部が前記第１の暗号化キーを用いて前記端末と通信するよう制御する制御部とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、一つの端末と、該端末をサービスする複数の基地局とのデータ送受信を支援するクラウドセルベースの無線通信システムにおいて、前記端末の認証とデータ暗号化を、クラウドセルを構成する多数の基地局に対して管理する方案を適用することにより、クラウドセルベースの無線通信システム内の端末と、これをサービスする多数の基地局間の信頼性があり、かつ無欠の通信を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】端末の認証及びデータ暗号化を処理する一般の無線通信システムの概略構成図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態によるクラウドセルの構成を示す図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態によるクラウドセルにおいて、端末の認証及びデータ暗号化などの認証手続を行う無線通信システムの構成の一例を示す図である。
【図３】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図４Ａ】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図４Ｂ】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図５Ａ】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【図６】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【図７】本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【図８】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図９Ａ】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図９Ｂ】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図１０Ａ】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【図１０Ｂ】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【図１１】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【図１２】本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【図１３】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図１４Ａ】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図１４Ｂ】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図１５Ａ】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図１５Ｂ】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図１６】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【図１７】本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【図１８】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する動作を示す図である。
【図１９Ａ】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図１９Ｂ】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【図２０Ａ】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【図２０Ｂ】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【図２１】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【図２２】本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【図２３】本開示の第５の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおいて、クラウドセルを構成する過程の中で端末のセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図２４】本開示の第５の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおいて、クラウドセルにスレーブ基地局が追加される場合、端末のセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図２５Ａ】本開示の第６の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末のセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図２５Ｂ】本開示の第６の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末のセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【図２６】本開示の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による好適な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。後述の説明では、本発明による動作の理解を助けるために必要な部分のみを説明し、この以外の部分の説明は、本発明の要旨を不明瞭にする恐れがあるので、省略することに留意すべきである。
【００１４】
以下、本開示の実施形態においては、多数の基地局が協力して端末に通信サービスを提供するクラウドセルベースの無線通信システムにおけるデータ送受信のための認証手続を提供する。まず、本発明の理解を助けるために、一般の無線通信システムにおいて行われるデータ送受信のための認証手続を説明し、その後、本発明の実施形態によるクラウドセルで行われる認証手続を説明する。
【００１５】
図１は、端末の認証及びデータ暗号化を処理する一般の無線通信システムの構成を示す図である。
【００１６】
図１を参照すると、一般の無線通信システムは、端末１０６と、アクセス基地局１０４と、アクセスサービスネットワークゲートウェイ（Access Service Network GateWay、以下、「認証制御局（authenticator）」と称する）１０２と、認証サーバ（AAA: Authentication、Authorization and Accounting）１００とを含む。
【００１７】
端末１０６は、アクセス基地局１０４を介して、アクセスサービスネットワークが提供されるサービスを受信し、アクセス基地局１０４は、端末１０６の無線リソースを制御し、端末１０６の通信に必要な無線のアクセスポイントを提供する。
【００１８】
認証制御局１０２は、端末１０６と送受信するデータの認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する。認証制御局１０２は、端末１０６についてのアクセスサービスネットワークの動作を制御する機能を行い、端末１０６のアイドルモード動作を管理するページング制御局としての機能も行う。認証サーバ１００は、端末１０６のアクセスネットワーク認証サービスを提供する。
【００１９】
図１のように、一般の無線通信システムにおいては、一つの端末が一つのアクセス基地局を介して、データサービスを受信するシナリオに従って、認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する。
【００２０】
以下、本開示の実施形態は、多数の基地局が協力してクラウドセルを形成し、前記クラウドセルを介して、端末とのデータ送受信を行う無線通信システムにおいて、認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する方案を提供する。
【００２１】
以下、本開示が適用される無線通信システムにおいて用いられる高周波帯域の特性を考慮して、より効率よいサービスをユーザに提供するためのクラウドセルを説明する。本開示において、クラウドセルとは、一つの端末を中心として、前記端末にサービスを提供する多数の基地局から構成される仮想（virtual）のセルを言い、例えば、広帯域サービスを提供できるミリ波（mmW）帯域又は一般のセルラー帯域（Sub １GHz 又は1.8-2.5GHz 又は3.5-3.6GHz）で動作すると仮定する。
【００２２】
図２Ａは、本開示の一実施形態によるクラウドセルの構成を概略的に示す図面である。
【００２３】
図２Ａを参照すると、クラウドセル２００は、説明の便宜上、端末２０８と、前記端末２０８にデータを送信する、例えば、３個の基地局２０２、２０４、２０６とを含むと仮定する。前記クラウドセルを構成する基地局の個数は、可変的であってもよいことに留意すべきである。
【００２４】
マスター基地局２０２は、端末２０８に制御信号とデータの両方を送信することができ、残りの基地局、即ち、第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６を管理する。前記第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６は、マスター基地局２０２から特別の指示を受信していない場合、前記端末２０８にデータのみを送信してもよい。この際、マスター基地局２０２と第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６が端末２０８に送信するデータは、同一であっても、又は異なってもよい。
【００２５】
なお、マスター基地局２０２と第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６は、コアネットワーク（core network）２１０に直接的にアクセスされ、相互間に無線又は有線で直接的にアクセスされる。
【００２６】
マスター基地局２０２と第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６が、いずれも端末２０８をサービングすることにより、高周波帯域で弱いリンクの信頼性（reliability）を増加させ、端末２０８に多数個のよいリンクを提供することにより、処理量を増加させることができる。また、セルの端（edge）に位置した端末２０８のハンドオーバ動作などによる遅延を減少することができる。
【００２７】
上記のクラウドセル２００内で、マスター基地局２０２と第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６は、端末２０８に同時にデータを送信してもよく、時間をおいてデータを送信してもよい。同様に、端末２０８は、マスター基地局２０２と第２の、第３のスレーブ基地局２０４、２０６に同時にデータを送信してもよく、時間をおいてデータを送信してもよい。このために、前記端末２０８は、多重ＲＦチェーン（multiple Radio Frequency chain）を備えてもよい。
【００２８】
前記クラウドセルベースの無線通信システムにおいては、端末が前記クラウドセルに属した多くの基地局とのデータ送受信を行うため、前記端末がクラウドセルに属した基地局内で移動する場合、一般の無線通信システムにおいて、ハンドオーバ動作は要求されない。従って、クラウドセルベースの無線通信システムでは、当該端末の境界のない移動性を管理できるといった長所がある。
【００２９】
一方、本開示の実施形態において、端末は、クラウドセルに属した多くの基地局とのデータ送受信を行うために、前記多くの基地局との認証及びデータ暗号化各々のための認証キー及びデータ暗号化キーを含むセキュリティキーを管理する動作を行う。
【００３０】
図２Ｂは、本開示の実施形態によりクラウドセルにおける端末の認証及びデータ暗号化などの認証手続を行う無線通信システムの構成の一例を示す図である。
【００３１】
図２Ｂを参照すると、クラウドセルベースの無線通信システムは、端末２３２と、クラウドセル２２４と、認証制御局２２２と、認証サーバ２２０とを含む。認証制御局２２２と認証サーバ２２０は、図２Ｂのように、分離されて構成されてもよく、又は図面には示していないが、一つのブロック形態で構成されてもよい。
【００３２】
クラウドセル２２４は、端末２３２にアクセスサービスネットワークの無線アクセスポイントを提供するマスター基地局（Cloud master Base Station）２２６と、スレーブ基地局（Cloud slave Base Station）２２８、２３０とを含む。マスター基地局２２６は、クラウドセル２２４に属したスレーブ基地局２２８、２３０を制御して、端末２３２にデータサービスを提供する。スレーブ基地局２２８、２３０は、クラウドセル２２４において、マスター基地局２２６を補助して、端末２３２とのデータ送受信を行う。認証制御局２２２は、端末２３２のデータについての認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理するなどの認証手続を行う。認証制御局２２２は、端末２３２のアクセスサービスネットワークの動作を制御する機能を行い、端末２３２のアイドルモード動作を管理するページング制御局としての機能も行う。認証サーバ２２０は、端末２３２のアクセスネットワーク認証サービスを提供する。
【００３３】
以下、本開示の実施形態を概略的に説明すると、次の通りである。
本開示の第１の実施形態では、認証キーの生成のための入力値として、クラウドシード（cloud seed）を用い、端末２３２とメンバー基地局との間のデータ送受信に必要なデータ暗号化キーの生成の際、前記認証キーが同様に用いられる。ここで、前記メンバー基地局は、端末２３２が属したクラウドセル２２４内に含まれたマスター基地局２２６と、スレーブ基地局２２８、２３０とを含む。
【００３４】
以下、本明細書においては、クラウドセル内に含まれたマスター基地局と、スレーブ基地局とを「メンバー基地局」と称する。
【００３５】
前記クラウドシードは、認証制御局２２２或いは認証サーバ２２０から生成され、端末２３２に伝達される値であってもよく、認証制御局２２２或いは認証サーバ２２０と端末２３２とが、予め共有している規則により選択された値であってもよい。また、前記クラウドシードは、クラウドセル２２４内のメンバー基地局のうちの少なくとも一つのメンバー基地局が削除された場合に変更される。この際、削除されたメンバー基地局は、クラウドセル２２４内のマスター基地局２２６であってもよく、スレーブ基地局２２８、２３０のうちの一つであってもよい。
【００３６】
本開示の第２の実施形態では、端末２３２が属したクラウドセル２２４におけるマスター基地局２２６の識別子を、認証キーの生成のための入力値として用い、端末２３２と前記メンバー基地局との間のデータ送受信に必要なデータ暗号化キーの生成時、前記認証キーが同様に用いられる。この際、前記暗号化キーは、認証制御局２２２又は認証サーバ２２０又は端末２３２で生成され、当該状況によって、マスター基地局２２６又はスレーブ基地局２２８、２３０各々で生成されることができる。この際、クラウドセル２２４のマスター基地局２２６が、新しいマスター基地局へ変更された場合に、新しいマスター基地局の識別子を用いて、新しい認証キーが生成される。前記新しい認証キーに基づいて、クラウドセル２２４内に加えられた前記新しいマスター基地局を含むメンバー基地局と前記端末との間のデータ送受信に必要な新しいデータ暗号化キーが生成される。一方、前記クラウドセルのメンバー基地局のうちの任意のスレーブ基地局が追加又は削除される場合、即ち、マスター基地局の変更がない場合、現在使用中のセキュリティキー、即ち、認証キーとデータ暗号化キーを保持する。
【００３７】
本開示の第３の実施形態では、端末２３２が属したクラウドセル２２４のメンバー基地局のうちのマスター基地局２２６とスレーブ基地局２２８、２３０各々に個別に認証キーを生成する。即ち、端末２３２とマスター基地局２２６との間のデータ暗号化キーの生成の時には、マスター基地局２２６の識別子を用いて生成した認証キーを使用する。また、端末２３２と前記メンバー基地局のうちのスレーブ基地局２２８との間のデータ暗号化キーの生成時には、スレーブ基地局２２８の識別子を用いて生成した認証キーを使用する。同様に、端末２３２とスレーブ基地局２３０との間のデータ暗号化キーの生成時には、スレーブ基地局２３０の識別子を用いて生成した認証キーを使用する。クラウドセル２２４のメンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在する場合、削除されたメンバー基地局により生成されたセキュリティキー、即ち、認証キーとデータ暗号化キーは削除される。この際、削除されたメンバー基地局は、マスター基地局又はスレーブ基地局となってもよい。
【００３８】
本開示の第４の実施形態では、端末２３２が属したクラウドセル２２４のマスター基地局２２６の識別子を、認証キーの生成のための入力値として用い、端末２３２と前記メンバー基地局との間のデータ送受信に必要なデータ暗号化キーの生成時、前記認証キーが用いられる。この際、前記メンバー基地局は、端末２３２が属したクラウドセル２２４内に含まれたマスター基地局２２６と、スレーブ基地局２２８、２３０とを含む。前記暗号化キーは、認証制御局２２２又は認証サーバ２２０又はマスター基地局２２６により生成される。前記認証キー及びデータ暗号化キーは、スレーブ基地局２２８、２３０が主体となって管理するか、又は使用しない。一方、クラウドセル２２４のマスター基地局２２６が新しいマスター基地局に変更された場合、新しいマスター基地局の識別子を用いて、新しい認証キーが生成される。前記新しい認証キーに基づいて、端末２３２と前記メンバー基地局との間のデータ送受信に必要なデータ暗号化キーが生成される。
【００３９】
本開示の第５の実施形態では、端末２３２が認証キーの生成のための入力値として、クラウドシードを生成する。端末２３２は、自らのメンバー基地局、即ち、クラウドセル２２４内に含まれたマスター基地局２２６とスレーブ基地局２２８、２３０とに、前記クラウドシードを伝達する。クラウドセル２２４内にメンバー基地局が追加される場合、端末２３２は、当該メンバー基地局に前記クラウドシードを伝達する。そして、端末２３２及び該端末２３２からクラウドシードの伝達を受けたメンバー基地局は各々、前記クラウドシードを入力値として用いて、認証キーを生成する。なお、端末２３２及び該端末２３２から前記クラウドシードの伝達を受けたメンバー基地局は各々、前記認証キーを用いてデータ暗号化キーを生成する。一方、クラウドセル２２４のメンバー基地局のうちの任意のスレーブ基地局が削除された場合、現在使用中のクラウドシードを保持してもよく、又は端末２３２が新しいクラウドシードを生成し、その新しいクラウドシードをメンバー基地局に伝達してもよい。
【００４０】
本開示の第６の実施形態では、端末２３２が認証キーの生成ための入力値としてクラウドシードを生成する。そして、マスター基地局２２６が端末２３２より伝達されたクラウドシードを自らのメンバー基地局、即ち、スレーブ基地局２２８、２３０に伝達する。クラウドセル２２４内にメンバー基地局が追加される場合、マスター基地局２２６は、当該メンバー基地局に前記クラウドシードを伝達する。そして、端末２３２及び該端末２３２よりクラウドシードの伝達を受けたメンバー基地局は各々、前記クラウドシードを入力値として用いて、認証キーを生成する。また、端末２３２及び該端末２３２より前記クラウドシードの伝達を受けたメンバー基地局は各々、前記認証キーを用いてデータ暗号化キーを生成する。一方、クラウドセル２２４のメンバー基地局のうちの任意のスレーブ基地局が削除された場合、現在使用中のクラウドシードを保持してもよく、又は端末２３２が新しいクラウドシードを生成してもよい。この場合、マスター基地局２２６が、前記新しいクラウドシードをメンバー基地局に伝達する。
【００４１】
第１の実施形態
図３は、本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【００４２】
図３を参照すると、３０２ステップにおいて、端末３００は、マスター基地局３４０とのアクセス要請及び機能交渉（「ranging and capability negotiation」とも知られている）手続を行い、３０４ステップに進む。
【００４３】
３０４ステップにおいて、端末３００とマスター基地局３４０との間に、端末３００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、マスター基地局３４０と認証制御局３６０との間に、端末３００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、認証制御局３６０と認証サーバ３７０との間に、端末３００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行う。端末３００とマスター基地局３４０との間に、マスター基地局３４０と認証制御局３６０との間に、及び、認証制御局３６０と認証サーバ３７０との間に必要な認証処理情報は、端末３００とマスター基地局３４０との間で交換される認証交渉のメッセージ、マスター基地局３４０と認証制御局３６０との間で交換されるアクセスネットワーク認証交渉のメッセージ、及び認証制御局３６０と認証サーバ３７０との間で交換される認証のメッセージを介して伝送される。
【００４４】
３０４ステップにおける認証手続の間、端末３００と認証制御局３６０は、認証サーバ３７０より伝達されたマスターキーに基づいて、認証コンテキスト、即ち、認証キーを生成する。本開示の第１の実施形態では、前記認証コンテキスト又は認証キーを、下記の数式１を用いて生成する。
【００４５】
認証キー＝Dot16KDF(PMK, MSID|Cloud Seed|“AK”, AK_length)．．．数式１
【００４６】
ここで、ＰＭＫは、マスターキーのうちの一例である双方向マスターキー（Pairwise Master Key）を示し、ＭＳＩＤ（mobile Station IDentifier）は、端末の識別子を示し、Ｃｌｏｕｄ  Ｓｅｅｄは、前記端末が属したクラウドセルの認証シードを示し、“ＡＫ”は、データ暗号化キーであることを示す文字列であり、Ｄｏｔ１６ＫＤＦは、双方向マスターキー、端末の識別子、Ｃｌｏｕｄ  Ｓｅｅｄ、“ＡＫ”文字列を入力値とするＡＫ＿ｌｅｎｇｔｈビットの認証キーを生成するアルゴリズムである。
【００４７】
前記端末が属したクラウドセルでは、前記クラウドシードが前記認証キーを生成するための入力値として用いられ、前記クラウドセルに属した全ての基地局と前記端末との全てのデータ送受信に必要なデータ暗号化では、前記クラウドシードにより生成された同一の認証キーを用いる。前記クラウドシードは、認証制御局３６０或いは認証サーバ３７０により生成されて、端末３００にシグナリングを通じて伝達される値であってもよく、認証制御局３６０或いは認証サーバ３７０と端末３００とが、予め共有している規則により選択される値であってもよい。
【００４８】
前記クラウドシードは、当該クラウドセル内のメンバー基地局を管理するためのクラウドセルメンバー基地局リストから任意のメンバー基地局が削除される場合に変更されてもよい。この場合、変更されたクラウドシードは、認証制御局３６０或いは認証サーバ３７０により新しく生成された値であるか、認証制御局３６０或いは認証サーバ３７０と端末３００とが予め共有している規則により再び選択される値である。また、３０４ステップにおいて、認証制御局３６０は、前記数式１を用いて生成した認証キーをマスター基地局３４０に伝達する。そうすると、マスター基地局３４０は、前記認証キーを用いて、端末３００とのデータ交換に用いられるデータ暗号化キーを生成する。又は、認証制御局３６０が、前記認証キーから端末３００とマスター基地局３４０とが用いるデータ暗号化キーを直接生成し、生成されたデータ暗号化キーをマスター基地局３４０に伝達する。その後、３０６ステップにおいて、端末３００は、マスター基地局３４０を介して登録手続を行い、マスター基地局３４０とのデータ送受信を行う。
【００４９】
次に、３０８ステップにおいて、端末３００とマスター基地局３４０とは、スレーブ基地局３５０を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、３１０ステップに進む。以下、本明細書のクラウドセルアップデート手続は、当該クラウドセルのメンバー基地局を管理するクラウドセルメンバー基地局リストに、新しい基地局を追加するか、既存のメンバー基地局を削除するか、既存のマスター基地局をスレーブ基地局へ変更するか、既存のスレーブ基地局をマスター基地局へ変更する動作を含む。
【００５０】
３１０ステップにおいて、スレーブ基地局３５０は、マスター基地局３４０とのクラウドセルメンバー基地局追加手続を行う。スレーブ基地局３５０が端末３００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されると、スレーブ基地局３５０は、端末３００との通信に用いるセキュリティキーの伝達を受ける。そうすると、スレーブ基地局３５０は、３１２ステップにおいて、マスター基地局３４０から認証キーのみを受信するか、或いは３１４ステップにおいて、認証制御局３６０から端末３００についての認証キーのみを受信する場合、スレーブ基地局３５０は、前記認証キーを用いて端末３００のデータ暗号化キーを直接生成する。
【００５１】
その後、３１６ステップにおいて、端末３００とマスター基地局３４０とは、前記クラウドセルメンバー基地局リストから任意のメンバー基地局を削除するクラウドセルアップデート手続を行い、３１８ステップに進む。３１８ステップにおいて、マスター基地局３４０は、前記クラウドセルメンバー基地局リストから任意のメンバー基地局が削除されたことを認証制御局３６０に通報する。そうすると、３２０ステップにおいて、端末３００の認証キーを再生性するためのセキュリティキーアップデート手続を行う。３２０ステップのセキュリティキーアップデート手続では、端末３００の認証キーを再構成するためのクラウドシードを新しく生成し、前記生成された新しいクラウドシード及び前記数式１を用いて、新しい認証キーを生成する。３２０ステップにおいて、認証制御局３６０は、前記新しいクラウドシードを用いて生成された新しい認証キーを、マスター基地局３４０に伝達するか、前記新しい認証キーに基づいて生成された端末３００のデータ暗号化キーを、マスター基地局３４０に伝達する。マスター基地局３４０が前記新しい認証キーのみを伝達された場合、マスター基地局３４０が、端末３００とのデータ送受信の時に用いる新しいデータ暗号化キーを直接生成する。
【００５２】
３２２ステップにおいて、マスター基地局３４０は、スレーブ基地局３５０にも、クラウドセルメンバー基地局リストから前記メンバー基地局が削除されたことを通報する。そうすると、スレーブ基地局３５０は、前記通報に基づいて、クラウドセルメンバー基地局リストから前記メンバー基地局を削除するクラウドセルアップデート手続を行う。
【００５３】
３２４ステップにおいて、マスター基地局３４０は、前記新しい認証キー或いは新しいデータ暗号化キーを、スレーブ基地局３５０に伝達する。或いは、３２６ステップにおいて、認証制御局３６０が、前記新しい認証キー或いは前記新しいデータ暗号化キーを、スレーブ基地局３５０に伝達する。この際、スレーブ基地局３５０がマスター基地局３４０又は認証制御局３６０から前記新しい認証キーのみを受信した場合、スレーブ基地局３５０は、前記新しい認証キーを用いて、新しいデータ暗号化キーを生成する。
【００５４】
３１６ステップのクラウドセルアップデート手続により、マスター基地局３４０が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、新しいマスター基地局が３２０〜３２４ステップの手順を行う。
【００５５】
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【００５６】
図４Ａを参照すると、４００ステップにおいて、前記端末は、アクセス基地局についての同期を獲得し、４０２ステップにおいて、前記アクセス基地局とのアクセス及び機能交渉手続を行い、４０４ステップに進む。
【００５７】
４０４ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局を介して、認証制御局及び認証サーバとの認証手続を開始し、４０６ステップに進む。４０６ステップにおいて、前記端末は、クラウドシードを獲得し、４０８ステップに進む。前記クラウドシードは、前記認証制御局或いは認証サーバから受信するか、前記端末が前記認証制御局或いは認証サーバと共有している規則により一定に選択される値である。
【００５８】
４０８ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドシードと前記数式１を用いて、前記アクセス基地局とのデータ送受信に用いる認証キーを生成し、前記生成された認証キーを用いて、データ暗号化キーを生成し、４１０ステップに進む。４１０ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局との登録手続を行い、前記アクセス基地局をクラウドセルのマスター基地局として設定した後、４１２ステップにおいて、前記データ暗号化キーを用いて、前記マスター基地局とのデータ送受信を行い、４１４ステップに進む。
【００５９】
４１４ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局をクラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図４Ｂの４１６ステップに進む。
【００６０】
図４Ｂを参照すると、４１６ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。その結果、前記マスター基地局が変更される場合、４１８ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局がクラウドセルメンバー基地局リストから削除されるか否かを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が削除されていない場合、４２０ステップにおいて、前記端末は、新しいマスター基地局を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、４２２ステップに進む。４２２ステップにおいて、前記端末は、現在使用中の認証キー及び暗号化キーを続けて保持し、４２４ステップに進む。４２４ステップにおいて、前記端末は、現在使用中の認証キー及びデータ暗号化キーを用いて、前記クラウドセルのメンバー基地局とデータを送受信する。
【００６１】
４１８ステップでの確認の結果、前記マスター基地局が削除された場合、４２６ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局との通信を終了し、４２８ステップに進む。４２８ステップにおいて、前記端末は、新しいマスター基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、４３０ステップに進む。４３０ステップにおいて、前記端末は、新しいクラウドシードを獲得し、４３２ステップに進む。４３２ステップにおいて、前記新しいクラウドシード及び前記数式１を用いて、新しいセキュリティキーを生成する。前記セキュリティキーは、認証キー及びデータ暗号化キーを含む。その後、前記端末は、４３２ステップで生成した新しいデータ暗号化キーを用いて、４２４ステップにおいて、前記クラウドセルのメンバー基地局とデータ送受信を行う。
【００６２】
４１６ステップにおける判断の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されていない場合、前記端末は４３４ステップに進む。４３４ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、又は削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、４３６ステップにおいて、前記端末は、前記新しい基地局を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、４３８ステップに進む。４３８ステップにおいて、前記端末は、現在使用中の認証キーを続けて用い、４２４ステップに進む。４２４ステップにおいて、前記端末は、前記追加された新しい基地局を含むクラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【００６３】
一方、４３４ステップでの確認の結果、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在する場合、４４０ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルメンバー基地局リストから前記削除されたメンバー基地局を削除するクラウドセルアップデート手続を行い、前記削除されたメンバー基地局との通信を終了し、４２２ステップに進む。４２２ステップにおいて、前記端末は、新しいクラウドシードを獲得し、４４４ステップにおいて、前記獲得したクラウドシード及び前記数式１を用いて、新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーに基づいて、新しいデータ暗号化キーを生成する。その後、４２４ステップにおいて、前記端末は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記削除されたメンバー基地局を除いた残りのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【００６４】
図５Ａ及び図５Ｂは、本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【００６５】
図５Ａを参照すると、５００ステップにおいて、マスター基地局は、端末のアクセス及び機能交渉手続を行い、５０２ステップに進む。５０２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末についての認証手続を開始し、５０４ステップに進む。５０４ステップにおいて、前記マスター基地局は、認証制御局から前記端末の認証コンテキストを受信する。前記認証コンテキストは、前記端末についての認証キーであるか、前記端末のデータ暗号化キーである。５０４ステップにおいて受信した前記認証コンテキストが前記端末についての認証キーの場合、５０６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、５０８ステップに進む。５０８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末についての登録手続を行い、５１０ステップにおいて、前記データ暗号化キーを用いて、前記端末とデータを送受信し、５１２ステップに進む。
【００６６】
５１２ステップにおいて、前記マスター基地局は、自らをクラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図５Ｂの５１４ステップに進む。
【００６７】
図５Ｂを参照すると、５１４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。
【００６８】
前記判断の結果、前記マスター基地局が変更された場合、５１６ステップにおいて、前記マスター基地局は、自ら前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されるか否かを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、５１８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末との通信を終了する。
【００６９】
前記判断の結果、前記マスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されていない場合、５２０ステップにおいて、前記マスター基地局は、現在使用中の、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを続けて用い、５２２ステップで前記端末との通信を行う。
【００７０】
一方、５１４ステップでの確認の結果、前記マスター基地局が変更されていない場合、５２４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのメンバー基地局に追加された新しい基地局が存在するか、又は削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、５２６ステップにおいて、前記マスター基地局は、スレーブ基地局に、前記端末の認証コンテキストとして、現在使用中の認証キー或いはデータ暗号化キーを伝達し、５２８ステップに進む。５２８ステップにおいて、前記マスター基地局は、現在使用中のデータ暗号化キーを保持し、５２２ステップにおいて、前記現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【００７１】
前記確認の結果、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されたメンバー基地局が存在する場合、前記マスター基地局は、５３０ステップにおいて、前記認証制御局から前記端末についての新しい認証コンテキストの伝達を受けて、５３２ステップに進む。ここで、前記新しい認証コンテキストは、前記端末についての新しい認証キーのみを含むと仮定する。
【００７２】
その後、５３２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しい認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、５３４ステップに進む。前記新しい認証コンテキストが前記端末についての新しい暗号化キーを含む場合、５３２ステップは省略される。５３４ステップにおいて、前記マスター基地局は、５３０ステップにおいて受信された前記端末の新しい認証コンテキストをスレーブ基地局に伝達する。この際、前記新しい認証コンテキストは、新しい認証キーと新しい暗号化キーとを含む。その後、５２２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【００７３】
図６は、本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【００７４】
図６を参照すると、６００ステップにおいて、スレーブ基地局は、マスター基地局とのクラウドセルメンバー加入手続を行う。６０２ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記マスター基地局或いは前記認証制御局から端末の認証コンテキストを受信する。前記認証コンテキストは、前記端末の認証キー或いは前記端末のデータ暗号化キーに該当する。
【００７５】
６０２ステップから受信した認証コンテキストが、前記端末の認証キーのみを含む場合、６０４ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、６０６ステップに進む。６０６ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記データ暗号化キーを用いて、前記端末との通信を行う。
【００７６】
その後、６０８ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信するかの可否を確認する。前記確認の結果、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信していない場合、前記スレーブ基地局は、６０６ステップに復帰する。
【００７７】
前記確認の結果、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信した場合、前記受信した新しい認証コンテキストが、前記新しい認証キーのみを含むと、６０４ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記新しい認証キーを用いて、前記端末についての新しいデータ暗号化キーを生成し、６０６ステップに進む。
【００７８】
前記受信した新しい認証コンテキストが、前記端末の新しいデータ暗号化キーを含む場合、前記スレーブ基地局は、６０４ステップを省略し、６０６ステップにおいて、前記データ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【００７９】
図７は、本開示の第１の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【００８０】
図７を参照すると、７００ステップにおいて、前記認証制御局は、端末についての認証手続を開始し、７０２ステップに進む。７０２ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末の認証キーの生成のためのクラウドシードを生成する。前記クラウドシードは、認証サーバから生成されて伝達されるか、又は前記認証制御局が自ら生成する情報に該当し、前記端末と共有する共通の規則により選択される値であるか、前記認証サーバ或いは前記認証制御局が任意に生成する値である。
【００８１】
７０４ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末の認証コンテキストを生成する。前記端末の認証コンテキストは、前記端末の認証キー或いは前記端末のデータ暗号化キーを含む。
【００８２】
具体的に、前記認証制御局は、前記クラウドシードと前記数式１を用いて、前記端末についての認証キーを生成し、７０６ステップに進む。７０６ステップにおいて、前記認証制御局は、前記認証キーを認証コンテキストとして、前記端末のマスター基地局に伝達し、７０８ステップに進む。この際、前記認証制御局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、前記認証コンテキストとして前記マスター基地局に伝達してもよい。
【００８３】
７０８ステップにおいて、前記認証制御局は、前記マスター基地局を介して、前記クラウドセルアップデート情報を獲得し、７１０ステップに進む。７１０ステップにおいて、前記認証制御局は、前記クラウドセルアップデート情報を介して、前記クラウドセルメンバー基地局リストを構成するメンバー基地局が、変更されたかの可否を確認する。前記確認の結果、前記クラウドセルアップデート情報が、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加された新しい基地局が存在する場合を示すと、７１２ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しい基地局に、前記端末の認証キー或いはデータ暗号化キーを前記端末の認証コンテキストとして伝達する。前記マスター基地局が、前記新しい基地局に、前記端末の認証キー或いはデータ暗号化キーを伝達する役割を果す場合、前記認証制御局は、７１２ステップの動作を行わない。
【００８４】
前記確認の結果、前記クラウドセルアップデート情報が、前記クラウドセルメンバー基地局リストにおいて、削除されたメンバー基地局が存在する場合を示すと、７１４ステップにおいて、前記認証基地局は、新しくクラウドシードを獲得し、７１６ステップに進む。７１６ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しいクラウドシードに基づいて、前記数式１を用いて前記端末についての新しい認証キーのみを生成するか、又は前記新しい認証キーを用いて、新しいデータ暗号化キーをさらに生成し、７１８ステップに進む。７１８ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しい認証キー或いは新しいデータ暗号化キーを含む新しい認証コンテキストを、前記マスター基地局に伝達する。前記マスター基地局が、前記新しい認証コンテキストをスレーブ基地局に伝達しない場合、７１８ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しい認証コンテキストを前記スレーブ基地局に伝達する過程をさらに含む。
【００８５】
上記７０８ステップで獲得したクラウドセルアップデート情報を介して、マスター基地局が変更されたものの、クラウドセルメンバー基地局リストから前記マスター基地局が削除されていない場合、前記認証制御局は、前記新しいマスター基地局を、マスター基地局として設定するクラウドセルアップデート手続のみを行う。
【００８６】
第２の実施形態
図８は、本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【００８７】
図８を参照すると、８０２ステップにおいて、端末８００は、マスター基地局８４０とのアクセス要請及び機能交渉手続を行い、８０４ステップに進む。
【００８８】
８０４ステップにおいて、端末８００とマスター基地局８４０との間に、端末８００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、マスター基地局８４０と認証制御局８６０との間に、端末８００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、認証制御局８６０と認証サーバ８７０との間に、端末８００についてのアクセスネットワーク認証及び暗号化手続を行う。この際、端末８００とマスター基地局８４０との間に、マスター基地局８４０と認証制御局８６０との間に、及び認証制御局８６０と認証サーバ８７０との間に必要な認証処理情報は、端末８００とマスター基地局８４０との間で交換される認証交渉メッセージ、マスター基地局８４０と認証制御局８６０との間で交換されるアクセスネットワーク認証交渉メッセージ、及び認証制御局８６０と認証サーバ８７０との間で交換される認証メッセージを介して伝送される。
【００８９】
８０４ステップにおける認証手続の間に、端末８００と認証制御局８６０は、認証サーバ８７０から伝達されたマスターキーに基づいて、認証コンテキスト、即ち、認証キーを生成する。本開示の第２の実施形態においては、前記認証キーは、下記の数式２により生成される。
【００９０】
認証キー＝Dot16KDF(PMK, MSID|Master BSID|“AK”, AK_length)．．．数式２
【００９１】
ここで、ＰＭＫは、双方向マスターキーであり、ＭＳＩＤは、端末の識別子を示し、Ｍａｓｔｅｒ  ＢＳＩＤは、前記端末が属したクラウドセルのマスター基地局の識別子を示し、“ＡＫ”は、暗号化キーであることを示す文字列であり、Ｄｏｔ１６ＫＤＦは、双方向マスターキー、端末の識別子、マスター基地局の識別子、“ＡＫ”文字列を入力値として用いて、ＡＫ＿ｌｅｎｇｔｈビットの認証キーを生成するアルゴリズムである。
【００９２】
８０４ステップにおいて、認証制御局８６０は、マスター基地局８４０の識別子と前記数式２とを用いて生成した認証キーを、マスター基地局８４０に伝達する。マスター基地局８４０は、前記認証キーを用いて、端末８００とのデータ送受信のためのデータ暗号化キーを直接生成する。或いは、認証制御局８６０が、前記認証キーから端末８００とマスター基地局８４０が用いるデータ暗号化キーを直接生成し、前記生成されたデータ暗号化キーを、マスター基地局８４０に伝達する。
【００９３】
その後、８０６ステップにおいて、端末８００は、マスター基地局８４０を介して、登録手続を行い、マスター基地局８４０とのデータ送受信を行う。
【００９４】
次に、８０８ステップにおいて、端末８００とマスター基地局８４０は、スレーブ基地局８５０をクラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、８１０ステップに進む。
【００９５】
８１０ステップにおいて、スレーブ基地局８５０は、マスター基地局８４０とのクラウドセルメンバー基地局追加手続を行う。スレーブ基地局８５０が、端末８００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されると、スレーブ基地局８５０は、端末８００との通信に用いるセキュリティキーの伝達を受ける。前記セキュリティキーは、端末８００の認証キー或いはデータ暗号化キーに該当する。スレーブ基地局８５０が、８１２ステップにおいて、マスター基地局８４０から認証キーのみを受信するか、或いは８１４ステップにおいて、認証制御局８６０から端末８００についての認証キーのみを受信した場合、スレーブ基地局８５０は、前記認証キーを用いてデータ暗号化キーを直接生成する。
【００９６】
その後、８１６ステップにおいて、端末８００とマスター基地局８４０は、クラウドセルアップデート手続を行うことにより、クラウドセルのマスター基地局を変更する手続を行う。即ち、前記クラウドセルアップデート手続を介して、マスター基地局８４０の代わりに、新しいマスター基地局８８０を前記クラウドセルのマスター基地局に変更し、８１８ステップに進む。８１８ステップにおいて、前記新しいマスター基地局８８０は、自ら前記クラウドセルのマスター基地局に変更されたことを、認証制御局８６０に通報する。そうすると、８２０ステップにおいて、端末８００と認証制御局８６０は、前記新しいマスター基地局８８０の識別子を用いて、認証キーを再生成するセキュリティキーアップデート手続を行う。８２０ステップのセキュリティキーアップデート手続においては、前記新しいマスター基地局８８０が自らの識別子と前記数式２を用いて、端末８００の新しい認証キーを生成する。その後、認証制御局８６０は、前記新しい認証キーを、前記新しいマスター基地局８８０に伝達するか、又は前記新しい認証キーに基づいて生成した端末８００のデータ暗号化キーを、前記新しいマスター基地局８８０に伝達する。この際、前記新しいマスター基地局８８０が、端末８００の前記新しい認証キーのみを受信する場合、前記新しいマスター基地局８８０は、前記認証キーを用いて、端末８００の新しいデータ暗号化キーを直接生成する。
【００９７】
８２２ステップにおいて、前記新しいマスター基地局８８０は、クラウドセルに属したスレーブ基地局８５０にも、自らクラウドセルのマスター基地局に変更されたことを通報する。そうすると、前記通報を受信したスレーブ基地局８５０は、マスター基地局８４０として（又は、その代わりに）前記新しいマスター基地局８８０を設定するクラウドセルアップデート手続を行う。
【００９８】
８２４ステップにおいて、前記新しいマスター基地局８８０は、端末８００の前記新しい認証キー或いは端末８００の前記新しいデータ暗号化キーを、スレーブ基地局８５０に伝達する。或いは、８２６ステップにおいて、認証制御局８６０が、端末８００の前記新しい認証キー或いは端末８００の前記新しいデータ暗号化キーを、スレーブ基地局８５０に伝達する。
【００９９】
クラウドセルアップデート手続に従って、スレーブ基地局８５０が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されたが、マスター基地局８４０が、前記クラウドセルのマスター基地局として保持されている場合には、マスター基地局８４０の識別子により生成されて、現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記認証キー及びデータ暗号化キーを続けて保持する。
【０１００】
図９Ａ及び図９Ｂは、本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【０１０１】
図９Ａを参照すると、９００ステップにおいて、端末は、アクセス基地局についての同期を獲得し、９０２ステップにおいて、前記アクセス基地局とのアクセス及び機能交渉手続を行い、９０４ステップに進む。
【０１０２】
９０４ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局を介して、認証制御局及び認証サーバとの認証手続を開始し、９０６ステップに進む。９０６ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局の識別子をマスター基地局の識別子として獲得し、９０８ステップにおいて、前記数式２を用いて、前記アクセス基地局とのデータ送受信に用いる認証キー及びデータ暗号化キーを生成し、９１０ステップに進む。９１０ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局との登録手続を行い、その後、前記アクセス基地局を前記クラウドセルのマスター基地局として設定し、９１２ステップにおいて、前記マスター基地局とのデータ送受信を行い、９１４ステップに進む。
【０１０３】
９１４ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局をクラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図９Ｂの９１６ステップに進む。
【０１０４】
図９Ｂを参照すると、９１６ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局が変更されるかの可否を判断する。前記判断の結果、前記マスター基地局が変更されない場合、９１８ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、又は削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、９２０ステップにおいて、前記端末は、前記新しい基地局を前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、９２２ステップに進む。９２２ステップにおいて、前記端末は、現在使用中のセキュリティキー、即ち、認証キー及びデータ暗号化キーを続けて保持し、９２４ステップに進む。９２４ステップにおいて、前記端末は、前記現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、前記新しい基地局を含むメンバー基地局とデータを送受信する。
【０１０５】
前記９１８ステップにおける確認の結果、前記クラウドセルメンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在する場合、９２６ステップにおいて、前記端末は、前記削除されたメンバー基地局をクラウドセルメンバー基地局リストから削除するクラウドセルアップデート手続を行い、前記削除されたメンバー基地局との通信を終了し、９２８ステップに進む。９２８ステップにおいて、前記端末は、現在使用中のセキュリティキー、即ち、認証キー及びデータ暗号化キーを保持し、９２４ステップにおいて、前記現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、前記削除されたメンバー基地局を除いた残りのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１０６】
１６ステップにおける判断の結果、前記マスター基地局が変更された場合、９３０ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局がクラウドセルメンバー基地局リストから削除されたか否かを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が削除された場合、９３２ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局との通信を終了し、９３４ステップに進む。９３４ステップにおいて、前記端末は、新しいマスター基地局を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、この手続を通じて、前記新しいマスター基地局の識別子を獲得した後、９３６ステップに進む。９３６ステップにおいて、前記端末は、前記新しいマスター基地局の新しいセキュリティキーを生成する。即ち、前記端末は、前記新しいマスター基地局の識別子及び前記数式２を用いて、新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーを用いて、新しいデータ暗号化キーを生成し、９２４ステップに進む。その後、９２４ステップにおいて、前記端末は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記新しいマスター基地局を含む前記クラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１０７】
９３０ステップにおける確認の結果、前記マスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されていない場合、９３８ステップにおいて、前記端末は、前記新しいマスター基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記新しいマスター基地局の識別子を獲得し、９４０ステップに進む。９４０ステップにおいて、前記端末は、前記新しいマスター基地局の新しいセキュリティキーを生成する。即ち、前記端末は、前記新しいマスター基地局の識別子と前記数式２を用いて、新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーを用いて、新しいデータ暗号化キーを生成し、９２４ステップに進む。９２４ステップにおいて、前記端末は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記新しいマスター基地局を含むクラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１０８】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【０１０９】
図１０Ａを参照すると、１０００ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末のアクセス及び機能交渉手続を行い、１００２ステップに進む。１００２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末についての認証手続を開始し、１００４ステップに進む。１００４ステップにおいて、前記マスター基地局は、認証制御局から前記端末についての認証コンテキストを受信し、１００６ステップに進む。この際、前記認証コンテキストは、前記端末についての認証キーであるか、前記端末とのデータ送受信の間に用いられるデータ暗号化キーである。１００４ステップにおいて受信した前記認証コンテキストが、前記認証キーのみを含む場合、１００６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、１００８ステップにおいて、前記端末についての登録手続を行った後、１０１０ステップにおいて、前記データ暗号化キーを用いて、前記端末とデータを送受信し、１０１２ステップに進む。
【０１１０】
１０１２ステップにおいて、前記マスター基地局は、自らを前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図１０Ｂの１０１４ステップに進む。
【０１１１】
図１０Ｂを参照すると、１０１４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。前記判断の結果、前記マスター基地局が変更された場合、１０１６ステップに進む。一方、前記判断の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されていない場合には、１０２６ステップに進む。
【０１１２】
１０１６ステップにおいて、前記マスター基地局は、自ら前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されるか否かを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、１０１８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末との通信を終了する。
【０１１３】
１０１６ステップにおける判断の結果、前記マスター基地局がクラウドセルメンバー基地局リストから削除されていない場合、１０２０ステップにおいて、前記マスター基地局は、新しいマスター基地局を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記認証制御局又は前記新しいマスター基地局から前記端末の新しい認証コンテキストを受信し、１０２０ステップに進む。この際、前記新しい認証コンテキストに含まれた新しい認証キーは、新しいマスター基地局の識別子と前記数式２を用いて生成される。１０２０ステップにおいて受信された前記新しい認証コンテキストが、前記新しい認証キーのみを含む場合、１０２２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しい認証キーを用いて、前記端末の新しいデータ暗号化キーを生成する。その後、１０２４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記端末についてのスレーブ基地局として、前記端末とデータを送受信する。
【０１１４】
一方、１０２６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、又は削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、１０２８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記追加された新しい基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記追加された新しい基地局に、前記端末の認証コンテキストを伝達し、１０３０ステップに進む。この際、前記認証コンテキストは、現在使用中の前記端末のセキュリティキー、即ち、認証キー或いはデータ暗号化キーに該当する。１０３０ステップにおいて、前記マスター基地局は、現在使用中のセキュリティキーを保持し、１０２４ステップにおいて、前記現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１１５】
１０２６ステップにおける確認の結果、削除されたメンバー基地局が存在する場合、１０３２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記削除されたメンバー基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除するクラウドセルアップデート手続を行い、前記１０２４ステップにおいて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１１６】
図１１は、本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【０１１７】
図１１を参照すると、１１００ステップにおいて、スレーブ基地局は、マスター基地局とのクラウドセルメンバー基地局加入手続を行い、１１０２ステップに進む。１１０２ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記端末の認証コンテキストを受信し、１１０４ステップに進む。この際、前記認証コンテキストは、前記マスター基地局又は認証制御局から受信されてもよく、前記端末の認証キー或いは前記端末のデータ暗号化キーに該当する。
【０１１８】
１１０２ステップにおいて受信した認証コンテキストが、前記端末の認証キーのみを含む場合、１１０４ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、１１０６ステップにおいて、前記データ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。その後、１１０８ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信するか否かを確認する。前記確認の結果、新しい認証コンテキストを受信した場合、前記受信した新しい認証コンテキストが前記端末の新しい認証キーのみを含むと、１１０４ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記新しい認証キーを用いて、前記端末についての新しいデータ暗号化キーを生成し、１１０６ステップに進む。
【０１１９】
前記確認の結果、前記端末についての新しい認証コンテキストが、前記端末の新しいデータ暗号化キーを含むと、前記スレーブ基地局は、１１０４ステップを省略し、１１０６ステップにおいて、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１２０】
図１２は、本開示の第２の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【０１２１】
図１２を参照すると、１２００ステップにおいて、前記認証制御局は、端末についての認証手続を開始し、１２０２ステップに進む。１２０２ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末のマスター基地局の識別子情報と、前記数式２とを用いて、前記端末についての認証キーを生成し、１２０４ステップに進む。１２０４ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末のマスター基地局に前記認証キーを伝達し、１２０６ステップに進む。この際、前記認証制御局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成して、そのデータ暗号化キーを前記マスター基地局に伝達することもできる。
【０１２２】
１２０６ステップにおいて、前記認証制御局は、前記マスター基地局を介して、前記クラウドセルアップデート情報を獲得し、１２０８ステップに進む。１２０８ステップにおいて、前記認証制御局は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を確認する。前記確認の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が変更された場合、１２１０ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しいマスター基地局の識別子情報及び前記数式２を用いて、前記端末の新しい認証キーを新しく生成し、前記新しい認証キーを用いて、前記端末の新しいデータ暗号化キーを生成し、１２１２ステップに進む。１２１２ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しい認証キー或いは新しいデータ暗号化キーを、前記端末の新しい認証コンテキストとして、前記マスター基地局に伝達する。前記マスター基地局が前記新しい認証キー或いは前記新しいデータ暗号化キーを、前記スレーブ基地局に伝達しない場合、１２１２ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しい認証キー或いは前記新しいデータ暗号化キーを、前記スレーブ基地局に伝達する。
【０１２３】
前記１２０８ステップにおける確認の結果、前記マスター基地局が変更されていない場合、１２１４ステップにおいて、前記認証制御局は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、前記新しい基地局が存在しない場合、前記認証制御局は、１２０６ステップに進む。前記確認の結果、新しい基地局が存在する場合、１２１６ステップにおいて、前記認証制御局は、前記マスター基地局の識別子及び前記数式２により生成された前記認証キー或いはデータ暗号化キーを、前記新しい基地局に伝達する。この際、前記マスター基地局が、前記新しい基地局に前記端末の認証キー或いはデータ暗号化キーを伝達する場合、前記認証制御局は、前記１２１６ステップを行わなくてもよい。
【０１２４】
第３の実施形態
図１３は、本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【０１２５】
図１３を参照すると、１３０２ステップにおいて、端末１３００は、マスター基地局１３４０とのアクセス要請及び機能交渉手続を行い、1３０４ステップに進む。1３０４ステップにおいて、端末１３００とマスター基地局１３４０との間に、端末１３００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、マスター基地局１３４０と認証制御局１３６０との間に、端末１３００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、認証制御局１３６０と認証サーバ１３７０との間には、端末１３００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行う。この際、端末１３００とマスター基地局１３４０との間に、マスター基地局１３４０と認証制御局１３６０との間に、及び認証制御局１３６０と認証サーバ１３７０との間に必要な認証処理情報は、端末１３００とマスター基地局１３４０との間で交換される認証交渉のためのメッセージ、マスター基地局１３４０と認証制御局１３６０との間で交換されるアクセスネットワーク認証交渉のためのメッセージ、及び認証制御局１３６０と認証サーバ１３７０との間で交換される認証のためのメッセージを介して伝送される。
【０１２６】
1３０４ステップにおける認証手続の間に、端末１３００と認証制御局１３６０は、認証サーバ１３７０から伝達されたマスターキーに基づいて、認証コンテキストとして認証キーを生成する。本開示の第３の実施形態では、前記認証キーを下記の数式３を用いて生成する。
【０１２７】
認証キー＝Dot16KDF(PMK, MSID|Member BSID|“AK”, AK_length)．．．数式３
【０１２８】
ここで、ＰＭＫは、双方向マスターキーであり、ＭＳＩＤは、端末の識別子を示し、Ｍｅｍｂｅｒ  ＢＳＩＤは、クラウドセルメンバー基地局リストに含まれたメンバー基地局の識別子を示す。本開示の第３の実施形態では、端末１３００とマスター基地局１３４０との間に用いられる認証キーの生成の時には、Ｍｅｍｂｅｒ  ＢＳＩＤがマスター基地局１３４０の識別子を示す。また、端末１３００とスレーブ基地局１３５０との間に用いられる認証キーの生成の時には、Ｍｅｍｂｅｒ  ＢＳＩＤがスレーブ基地局１３５０の識別子を示す。“ＡＫ”は、暗号化キーであることを示す文字列であり、Ｄｏｔ１６ＫＤＦは、双方向マスターキー、端末の識別子、メンバー基地局の識別子、“ＡＫ”文字列を入力値として用いて、ＡＫ＿ｌｅｎｇｔｈビットの認証キーを生成するアルゴリズムである。
【０１２９】
また、１３０４ステップにおいて、認証制御局１３６０は、マスター基地局１３４０の識別子と前記数式３とを用いて生成した認証キーを、マスター基地局１３４０に伝達する。そうすると、マスター基地局１３４０は、前記受信した認証キーを用いて、端末１３００のデータ暗号化キーを生成する。そうでないと、認証制御局１３６０が直接、前記認証キーを用いて端末１３００とマスター基地局１３４０とが用いるデータ暗号化キーを直接生成し、前記生成したデータ暗号化キーをマスター基地局１３４０に伝達する。
【０１３０】
その後、１３０６ステップにおいて、端末１３００は、マスター基地局１３４０を介して、登録手続を行い、マスター基地局１３４０とのデータ送受信を行う。
【０１３１】
次に、１３０８ステップにおいて、端末１３００とマスター基地局１３４０は、スレーブ基地局１３５０を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、１３１０ステップに進む。
【０１３２】
１３１０ステップにおいて、スレーブ基地局１３５０は、マスター基地局１３４０とのクラウドセルメンバー基地局追加手続を行う。この際、マスター基地局１３４０は、スレーブ基地局１３５０が前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加されたという情報と共に、スレーブ基地局１３５０の識別子を、クラウドセルアップデート情報として、認証制御局１３６０に伝達する。或いは、スレーブ基地局１３５０は、認証制御局１３６０と共に、クラウドセルメンバー基地局として追加されたことを通報する手続を直接行う。前記手続を用いて、認証制御局１３６０は、スレーブ基地局１３５０の識別子を獲得する。スレーブ基地局１３５０が、端末１３００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されるクラウドセルアップデート手続が完了されると、１３１２ステップにおいて、スレーブ基地局１３５０と端末１３００との間にセキュリティキー生成手続が行われる。具体的に、前記セキュリティキー生成手続は、認証制御局１３６０がスレーブ基地局１３５０の識別子と前記数式３とを用いて、端末１３００とスレーブ基地局１３５０との間に認証キーを生成し、前記認証キーを用いて、端末１３００とスレーブ基地局１３５０との間にデータ暗号化キーを生成する場合を含む。この場合、認証制御局１３６０或いはマスター基地局１３４０を介して、前記生成されたセキュリティキー又はデータ暗号化キーが、スレーブ基地局１３５０に伝達される。認証制御局１３６０或いはマスター基地局１３４０を介して、スレーブ基地局１３５０に伝達されたセキュリティキーが、前記認証キーのみを含む場合、スレーブ基地局１３５０は直接、前記認証キーを用いて、端末１３００のデータ暗号化キーを生成する。
【０１３３】
クラウドセルアップデート手続に従って、マスター基地局１３４０或いはスレーブ基地局１３５０が、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、削除されたマスター基地局或いはスレーブ基地局の識別子を用いて生成されたデータ暗号化キー及び認証キーは、削除される。
【０１３４】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【０１３５】
図１４Ａを参照すると、1４００ステップにおいて、端末は、アクセス基地局についての同期を獲得し、１４０２ステップにおいて、前記アクセス基地局とのアクセス及び機能交渉手続を行う。１４０４ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局を介して、前記認証制御局及び認証サーバとの認証手続を開始し、１４０６ステップに進む。１４０６ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局の識別子に関する情報を獲得し、１４０８ステップに進む。１４０８ステップにおいて、前記アクセス基地局の識別子に関する情報と前記数式３とを用いて、セキュリティキーとして、前記アクセス基地局とのデータ送受信のために用いる認証キー及びデータ暗号化キーを生成し、１４１０ステップに進む。１４１０ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局との登録手続を行うことにより、前記アクセス基地局をクラウドセルのマスター基地局として設定し、１４１２ステップに進む。１４１２ステップにおいて、前記端末は、前記設定されたマスター基地局とのデータ送受信を行い、１４１４ステップに進む。１４１４ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図１４Ｂの１４１６ステップに進む。
【０１３６】
図１４Ｂを参照すると、１４１６ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。前記確認の結果、前記マスター基地局が変更された場合、前記端末は、１４１８ステップに進み、前記確認の結果、前記マスター基地局が変更されていない場合、前記端末は、１４３２ステップに進む。１４１８ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局がクラウドセルのメンバー基地局から削除されるかを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が削除された場合、１４２０ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局を前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除するクラウドセルアップデート手続を行い、前記マスター基地局とのデータ送受信で用いる認証キー及びデータ暗号化キーを含むセキュリティキーを削除し、１４２２ステップに進む。１４２２ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局との通信を終了する。その後、１４２４ステップにおいて、前記端末は、新しいマスター基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記新しいマスター基地局の識別子と前記数式３とを用いて、新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーを用いて、データ暗号化キーを生成し、１４２６ステップに進む。新しいマスター基地局が、前記端末のクラウドセルメンバー基地局リストに含まれたスレーブ基地局のうちの一つである場合には、前記新しいマスター基地局の識別子と数式３とを用いて作った認証キー及びデータ暗号化キーを既に用いているので、１４２４ステップのように、新しいマスター基地局についての新しい認証キー及びデータ暗号化キーを生成する手続をさらに行う必要がない。１４２６ステップにおいて、前記端末は、前記新しいマスター基地局を含むクラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１３７】
１４１８ステップにおける確認の結果、前記マスター基地局がクラウドセルメンバー基地局リストから削除されない場合、１４２８ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局をスレーブ基地局として設定するクラウドセルアップデート手続を行い、前記マスター基地局との通信をするために現在使用中のセキュリティキーを保持し、前記マスター基地局との通信のために現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、前記マスター基地局とのデータ送受信を続けて行い、１４３０ステップに進む。１４３０ステップにおいて、前記端末は、前記新しいマスター基地局を、マスター基地局として設定するクラウドセルアップデート手続を行い、前記新しいマスター基地局との通信のために用いるセキュリティキーを生成する。即ち、前記端末は、前記新しいマスター基地局の識別子と前記数式３とを用いて、前記新しいマスター基地局との通信のために用いる新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーを用いて、新しい暗号化キーを生成し、１４２６ステップに進む。１４２６ステップにおいて、前記新しい暗号化キーを用いて、前記端末は、前記新しいマスター基地局を含むメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１３８】
１４２４ステップ及び１４３０ステップにおいて、前記新しいマスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストに含まれたスレーブ基地局であることを確認した場合、前記新しいマスター基地局の識別子を用いて作った認証キー及びデータ暗号化キーが既に用いられているので、前記端末は、前記マスター基地局との通信のために現在使用中の暗号化キーを、前記新しいマスター基地局とのデータ送受信に用いる。
【０１３９】
１４１６ステップにおける判断の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されていない場合、１４３２ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、或いは削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、１４３４ステップにおいて、前記端末は、前記新しい基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記新しい基地局との通信のために用いるセキュリティキーを生成する。即ち、前記端末は、前記新しい基地局の識別子と前記数式３とを用いて、前記新しい基地局の認証キーを生成し、前記認証キーを用いて、前記新しい基地局とのデータ送受信のために用いるデータ暗号化キーを生成し、１４２６ステップに進む。その後、１４２６ステップにおいて、前記端末は、前記生成したデータ暗号化キーを用いて、前記追加された新しい基地局とのデータ送受信を行う。
【０１４０】
１４３２ステップにおいて、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、削除されたメンバー基地局が存在する場合、１４３６ステップにおいて、前記端末は、前記削除されたメンバー基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除し、前記削除されたメンバー基地局のセキュリティキーを削除し、１４３８ステップに進む。１４３８ステップにおいて、前記端末は、前記削除されたメンバー基地局との通信を終了し、１４２６ステップにおいて削除されたメンバー基地局を除いた残りのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１４１】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【０１４２】
図１５Ａを参照すると、１５００ステップにおいて、前記マスター基地局は、端末のアクセス及び機能交渉手続を行い、１５０２ステップにおいて、前記端末についての認証手続を開始し、１５０４ステップに進む。１５０４ステップにおいて、前記マスター基地局は、認証制御局から前記端末についての認証コンテキストを受信する。この際、前記認証コンテキストは、前記端末についての認証キーであるか、前記端末のデータ暗号化キーである。前記受信した認証コンテキストが前記認証キーのみを含んだ場合、１５０６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーをセキュリティキーとして生成し、１５０８ステップに進む。１５０８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末についての登録手続を行い、１５１０ステップにおいて、前記端末とデータを送受信する。
【０１４３】
その後、１５１２ステップにおいて、前記マスター基地局は、自らを前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加する前記端末のクラウドセルアップデート手続を行い、図１５Ｂの１５１４ステップに進む。
【０１４４】
図１５Ｂを参照すると、１５１４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されたかの可否を判断する。前記判断の結果、前記マスター基地局が変更された場合、前記マスター基地局は、１５１６ステップに進み、前記判断の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されていない場合、前記マスター基地局は、１５２４ステップに進む。
【０１４５】
１５１６ステップにおいて、前記マスター基地局は、自ら前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されるかを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、１５１８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末との通信を終了する。
【０１４６】
前記確認の結果、前記マスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されていない場合、１５２０ステップにおいて、前記マスター基地局は、新しいマスター基地局を前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを保持し、１５２２ステップにおいて、前記端末についての前記現在使用中の認証キー及びデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１４７】
一方、１５２４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、又は削除されたメンバー基地局が存在するかの可否を確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、１５２６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しい基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを保持し、前記１５２２ステップにおいて、前記現在使用中の前記端末のデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１４８】
１５２４ステップにおける確認の結果、削除されたメンバー基地局が存在する場合、１５２８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記削除されたメンバー基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除するクラウドセルアップデート手続を行い、現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを続けて保持し、１５２２ステップに進む。１５２２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末のデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１４９】
図１６は、本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【０１５０】
図１６を参照すると、１６００ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、マスター基地局とのクラウドセルメンバー加入手続を行い、１６０２ステップに進む。１６０２ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記マスター基地局又は認証制御局から前記端末の認証コンテキストを受信し、１６０４ステップに進む。前記認証コンテキストは、前記端末の認証キー或いは前記端末のデータ暗号化キーに該当する。１６０２ステップにおいて受信した認証コンテキストが、前記端末の認証キーのみを含む場合、１６０４ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、自らの識別子と前記数式３とを用いて、セキュリティキーとして前記端末のデータ暗号化キーを生成し、１６０６ステップに進む。１６０６ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記データ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１５１】
その後、前記スレーブ基地局は、１６０８ステップにおいて、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信するかの可否を確認する。前記確認の結果、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信していない場合、１６０６ステップに進んで、現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１５２】
前記確認の結果、前記端末についての新しい認証コンテキストを受信した場合、前記新しい認証コンテキストが前記端末の新しい認証キーに該当すると、前記スレーブ基地局は、１６０４ステップに進んで、前記新しい認証キーを用いて、前記端末についての新しいデータ暗号化キーを生成する。一方、前記端末についての新しい認証コンテキストが、前記端末の新しいデータ暗号化キーを含むと、前記スレーブ基地局は、１６０４ステップを省略し、１６０６ステップに進んで、前記受信した新しいデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ送受信を行う。
【０１５３】
図１７は、本開示の第３の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【０１５４】
図１７を参照すると、１７００ステップにおいて、認証制御局は、端末についての認証手続を開始し、１７０２ステップに進む。１７０２ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末が属しているクラウドセルのマスター基地局の識別子情報と、前記数式３とを用いて、前記端末についての認証キーを生成し、１７０４ステップに進む。
【０１５５】
１７０４ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末のマスター基地局に、前記端末の認証コンテキストとして前記認証キーを伝達し、１７０６ステップに進む。この際、前記認証制御局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成し、前記マスター基地局に伝達してもよい。１７０６ステップにおいて、前記認証制御局は、前記マスター基地局を介して、前記クラウドセルアップデート情報を獲得し、１７０８ステップに進む。
【０１５６】
１７０８ステップにおいて、前記認証制御局は、前記クラウドセルアップデート情報に基づいて、クラウドセルメンバー基地局リストに新しい基地局が追加されるかの可否を判断する。前記判断の結果、新しい基地局が追加された場合、１７１０ステップにおいて、前記認証制御局は、前記新しい基地局の識別子と、前記数式３とを用いて生成された新しい認証キー、或いは前記新しい認証キーを用いて生成した新しいデータ暗号化キーを、前記新しい基地局に伝達する。この際、前記新しい基地局と前記端末とが用いる新しい認証キー或いは新しいデータ暗号化キーは、前記マスター基地局を介して、前記新しい基地局に伝達されてもよい。
【０１５７】
第４の実施形態
図１８は、本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【０１５８】
図１８を参照すると、１８０２ステップにおいて、端末１８００は、マスター基地局１８４０とのアクセス要請及び機能交渉手続を行い、１８０４ステップに進む。１８０４ステップでは、端末１８００とマスター基地局１８４０との間に、端末１８００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、マスター基地局１８４０と認証制御局１８６０との間に、端末１８００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行い、認証制御局１８６０と認証サーバ１８７０との間に、端末１８００についてのアクセスネットワーク認証及びデータ暗号化手続を行う。この際、端末１８００とマスター基地局１８４０との間に、マスター基地局１８４０と認証制御局１８６０との間に、及び認証制御局１８６０と認証サーバ１８７０との間に必要な認証処理情報は、端末１８００とマスター基地局１８４０との間で交換される認証交渉のためのメッセージ、マスター基地局１８４０と認証制御局１８６０との間で交換されるアクセスネットワーク認証交渉のためのメッセージ、及び認証制御局１８６０と認証サーバ１８７０との間で交換される認証のためのメッセージを介して伝送される。
【０１５９】
１８０４ステップにおける認証手続の間に、端末１８００と認証制御局１８６０は、認証サーバ１８７０から伝達されたマスターキーに基づいて、認証コンテキスト、即ち、認証キーを生成する。この際、本開示の第４の実施形態では、前記マスター基地局の識別子と前記数式２を用いて、前記認証キーを生成する。
【０１６０】
また、１８０４ステップにおいて、認証制御局１８６０は、前記数式２を用いて生成した認証キーを、マスター基地局１８４０に伝達する。マスター基地局１８４０は、前記受信した認証キーを用いて、端末１８００とのデータを暗号化するために用いるデータ暗号化キーを生成する。或いは、認証制御局１８６０が、前記認証キーから、端末１８００とマスター基地局１８４０とが用いるデータ暗号化キーを直接生成して、前記データ暗号化キーを、マスター基地局１８４０に伝達する。その後、端末１８００は、マスター基地局１８４０を介して、１８０６ステップにおいて、登録手続を行い、マスター基地局１８４０とのデータ送受信を行う。
【０１６１】
その後、１８０８ステップにおいて、端末１８００とマスター基地局１８４０は、スレーブ基地局１８５０を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行う。また、１８１０ステップにおいて、スレーブ基地局１８５０は、マスター基地局１８４０とのクラウドセルメンバー基地局リスト追加手続を行う。
【０１６２】
その後、１８１２ステップにおいて、端末１８００とマスター基地局１８４０は、前記クラウドセルのマスター基地局を変更するクラウドセルアップデート手続を行う。この際、マスター基地局１８４０の代わりに、新しいマスター基地局１８８０が、前記クラウドセルのマスター基地局として設定される場合を仮定する。そうすると、１８１４ステップにおいて、新しいマスター基地局１８８０は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されたことを知らせる情報を、認証制御局１８６０に通報する。
【０１６３】
その後、１８１６ステップにおいて、端末１８００と認証制御局１８６０は、新しいマスター基地局１８８０の識別子を用いて、端末１８００のセキュリティキーアップデート手続を行う。即ち、新しいマスター基地局１８８０の識別子と、前記数式２とを用いて、端末１８００の新しい認証キーを生成する。さらに、１８１６ステップにおいて、認証制御局１８６０は、前記生成された新しい認証キー或いは前記認証キーに基づいて生成した端末１８００の新しいデータ暗号化キーを、端末１８００の新しい認証コンテキストとして、新しいマスター基地局１８８０に伝達する。この際、新しいマスター基地局１８８０が、前記新しい認証キーのみを受信した場合には、前記新しい認証キーを用いて、端末１８００の新しいデータ暗号化キーを直接生成する。
【０１６４】
また、１８１８ステップにおいて、新しいマスター基地局１８８０は、前記クラウドセルに属したスレーブ基地局１８５０にも、クラウドセルのマスター基地局が、新しいマスター基地局１８８０に変更されたことを通報することにより、スレーブ基地局１８５０が、新しいマスター基地局１８８０を、前記クラウドセルのマスター基地局として設定するクラウドセルメンバー基地局リストをアップデートするようにする。
【０１６５】
図１８では、クラウドセルメンバー基地局リストに含まれたメンバー基地局が削除されるか、追加される場合に、マスター基地局が変更されないと、現在使用中の端末１８００のセキュリティキーは変更されず、保持される。
【０１６６】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末の動作を示す図である。
【０１６７】
図１９Ａを参照すると、１９００ステップにおいて、前記端末は、アクセス基地局についての同期を獲得し、１９０２ステップにおいて、前記アクセス基地局とのアクセス及び機能交渉手続を行う。そして、１９０４ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局を介して、認証制御局及び認証サーバとの認証手続を開始し、１９０６ステップに進む。１９０６ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局の識別子に関する情報を獲得し、１９０８ステップにおいて、前記獲得したアクセス基地局の識別子及び前記数式２を用いて、前記アクセス基地局とのデータ送受信に用いる認証キーを生成し、前記認証キーを用いてデータ暗号化キーを生成する。前記認証キーとデータ暗号化キーは、「セキュリティキー」と通称してもよい。その後、１９１０ステップにおいて、前記端末は、前記アクセス基地局との登録手続を行うことにより、前記アクセス基地局をクラウドセルのマスター基地局として設定する。
【０１６８】
その後、１９１２ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局とのデータ送受信を行い、１９１４ステップに進む。１９１４ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図１９Ｂの１９１６ステップに進む。
【０１６９】
１９１６ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。
【０１７０】
前記判断の結果、前記マスター基地局が変更された場合、前記端末は、１９１８ステップに進み、前記判断の結果、前記マスター基地局が変更されていない場合、前記端末は１９３２ステップに進む。
【０１７１】
１９１８ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、前記マスター基地局が削除されたか否かを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が削除された場合、１９２０ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルメンバー基地局リストから前記マスター基地局を削除し、前記マスター基地局との通信のために現在使用中のセキュリティキーを削除し、１９２２ステップにおいて、前記マスター基地局との通信を終了する。そして、１９２４ステップにおいて、前記端末は、新しいマスター基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記新しいマスター基地局との通信のために用いるセキュリティキーを生成する。即ち、前記端末は、前記新しいマスター基地局の識別子と前記数式２とを用いて、新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーを用いて、新しいデータ暗号化キーを生成する。その後、１９２６ステップにおいて、前記端末は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記新しいマスター基地局を含むメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１７２】
１９１８ステップにおける確認の結果、前記マスター基地局が削除されていない場合でも、前記マスター基地局が前記新しいマスター基地局に変更されたので、１９２８ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局との通信のために現在使用中のセキュリティキーを削除し、１９３０ステップに進む。１９３０ステップにおいて、前記端末は、前記新しいマスター基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記新しいマスター基地局との通信のために用いるセキュリティキーを生成する。即ち、前記端末は、前記新しいマスター基地局の識別子と前記数式２とを用いて、新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーを用いて、新しいデータ暗号化キーを生成する。そして、１９２６ステップにおいて、前記端末は、前記新しいデータ暗号化キーを用いて、前記新しいマスター基地局を含むクラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１７３】
一方、１９１６ステップにおける判断の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されていない場合、１９３２ステップにおいて、前記端末は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、或いは削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、１９３４ステップにおいて、前記端末は、前記新しい基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行う。１９３６ステップにおいて、前記端末は、現在使用中のセキュリティキーを保持する。即ち、前記端末は、前記マスター基地局との通信のために現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、１９２６ステップにおいて、前記新しい基地局を含むクラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１７４】
１９３２ステップにおける確認の結果、削除されたメンバー基地局が存在する場合、１９３８ステップにおいて、前記端末は、前記削除されたメンバー基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除するクラウドセルアップデート手続を行い、前記削除されたメンバー基地局との通信を終了する。そして、１９４０ステップにおいて、前記端末は、前記マスター基地局との通信のために現在使用中のセキュリティキーを保持する。即ち、前記端末は、前記マスター基地局との通信のために現在使用中のデータ暗号化キーを用いて、１９２６ステップにおいて、前記削除されたメンバー基地局を除いた残りのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。
【０１７５】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるマスター基地局の動作を示す図である。
【０１７６】
図２０Ａを参照すると、２０００ステップにおいて、前記マスター基地局は、端末のアクセス及び機能交渉手続を行い、２００２ステップにおいて、前記端末についての認証手続を開始する。次に、２００４ステップにおいて、前記マスター基地局は、認証制御局から前記端末についての認証コンテキストを受信する。前記認証コンテキストは、前記端末についての認証キーであるか、前記端末のデータ暗号化キーである。２００４ステップにおいて受信した前記認証コンテキストが前記認証キーの場合、２００６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成する。前記認証キーとデータ暗号化キーは、「セキュリティキー」と通称してもよい。その後、２００８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末についての登録手続を行い、２０１０ステップにおいて、前記生成したデータ暗号化キーを用いて、前記端末とデータを送受信する。
【０１７７】
その後、２０１２ステップにおいて、前記マスター基地局は、自らをクラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、図２０Ｂの２０１４ステップに進む。
【０１７８】
図２０Ｂを参照すると、２０１４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。前記判断の結果、前記マスター基地局が変更された場合、前記マスター基地局は、２０１６ステップに進み、前記判断の結果、前記マスター基地局が変更されていない場合、前記マスター基地局は、２０２４ステップに進む。
【０１７９】
２０１６ステップにおいて、前記マスター基地局は、自ら前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されるか否かを確認する。前記確認の結果、前記マスター基地局が前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、２０１８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記端末との通信を終了する。
【０１８０】
２０１６ステップにおける確認の結果、前記マスター基地局がクラウドセルメンバー基地局リストから削除されていない場合、２０２０ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しいマスター基地局を、クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを削除し、２０２２ステップに進む。
【０１８１】
一方、２０２４ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記クラウドセルのメンバー基地局のうち、追加された新しい基地局が存在するか、或いは、削除されたメンバー基地局が存在するかを確認する。前記確認の結果、追加された新しい基地局が存在する場合、２０２６ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記新しい基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストに追加するクラウドセルアップデート手続を行い、前記端末との通信のために現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを保持し、２０２２ステップに進む。２０２２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記現在使用中の前記端末のデータ暗号化キーを用いて、前記端末との通信を行う。
【０１８２】
２０２４ステップにおける確認の結果、削除されたメンバー基地局が存在する場合、２０２８ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記削除されたメンバー基地局を、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除するクラウドセルアップデート手続を行い、前記端末との通信のために現在使用中のセキュリティキー、即ち、前記端末の認証キー及びデータ暗号化キーを保持し、２０２２ステップに進む。前記２０２２ステップにおいて、前記マスター基地局は、前記現在使用中の前記端末のデータ暗号化キーを用いて、前記端末とのデータ通信を行う。
【０１８３】
図２１は、本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるスレーブ基地局の動作を示す図である。
【０１８４】
図２１を参照すると、２１００ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、マスター基地局とのクラウドセルメンバー加入手続を行い、２１０２ステップに進む。２１０２ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、端末とのデータ送受信を行う。
【０１８５】
次に、２１０４ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、前記クラウドセルのマスター基地局が自らに変更されるか否かを確認する。前記確認の結果、前記スレーブ基地局が前記マスター基地局に変更された場合、２０１６ステップにおいて、前記スレーブ基地局は、変更されたマスター基地局として動作する。即ち、前記スレーブ基地局は、前記端末についての認証コンテキストを受信する。前記認証コンテキストは、認証制御局から受信することができ、前記スレーブ基地局の識別子と前記数式２により生成された前記端末の認証キー或いは前記端末のデータ暗号化キーに該当する。前記認証コンテキストが前記認証キーのみを含む場合、２０１８ステップにおいて、前記スレーブ基地局又は前記変更されたマスター基地局は、前記受信した認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成する。その後、前記スレーブ基地局は、クラウドセルにおける前記端末のマスター基地局としての役割を果す。
【０１８６】
図２２は、本開示の第４の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証制御局の動作を示す図である。
【０１８７】
図２２を参照すると、２２００ステップにおいて、前記認証制御局は、端末についての認証手続を開始し、２２０２ステップにおいて、前記端末が属したクラウドセルのマスター基地局の識別子情報と前記数式２とを用いて、前記端末についての認証キーを生成する。
【０１８８】
次に、２２０４ステップにおいて、前記認証制御局は、前記端末のマスター基地局に前記認証キーを伝達し、２２０６ステップに進む。この際、前記認証制御局は、前記認証キーを用いて、前記端末のデータ暗号化キーを生成して、前記マスター基地局に伝達することもできる。
【０１８９】
その後、２２０６ステップにおいて、前記認証制御局は、前記マスター基地局を介して、前記クラウドセルアップデート情報を獲得し、２２０８ステップに進む。２２０８ステップにおいて、前記認証制御局は、前記クラウドセルアップデート情報に基づいて、前記クラウドセルのマスター基地局が変更されるかの可否を判断する。前記判断の結果、前記クラウドセルのマスター基地局が、新しいマスター基地局に変更された場合、２２１０ステップにおいて、前記認証制御局は、前記クラウドセルアップデート情報から獲得した前記新しいマスター基地局の識別子情報と前記数式２とを用いて、前記端末の新しい認証キーを生成し、前記新しい認証キーに基づいて、新しいデータ暗号化キーを生成する。次に、前記認証制御局は、前記新しい認証キー或いは新しいデータ暗号化キーを、前記端末の新しい認証コンテキストとして前記新しいマスター基地局に伝達する。
【０１９０】
第５の実施形態
図２３は、本開示の第５の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるクラウドセルを構成する過程の中で、端末のセキュリティキーを管理するための信号フローチャートである。
【０１９１】
図２３を参照すると、２３０２ステップにおいて、端末２３００は、通信サービスを提供する基地局を選択する手続を行う。前記基地局の選択の過程において、端末２３００を中心とするクラウドセルを構成するスレーブ基地局の候補基地局を選択する。２３０４ステップにおいて、端末２３００は、２３０２ステップを介して選択したマスター基地局２３５０に、アクセス要請のメッセージを伝送する。前記アクセス要請のメッセージに、前記候補基地局についての情報が含まれている場合、２３０６ステップにおいて、マスター基地局２３５０は、前記候補基地局に対応するスレーブ基地局を、前記クラウドセルを構成するメンバー基地局として交渉するクラウドセルメンバー基地局交渉手続を行う。例えば、スレーブ基地局２３６０が、端末２３００により前記候補基地局として選択されると仮定する。マスター基地局２３５０は、２３０６ステップにおけるクラウドセルメンバー基地局交渉手続を介して、スレーブ基地局２３６０をクラウドセルメンバー基地局リストに追加する。その後、２３０８ステップにおいて、マスター基地局２３５０は、端末２３００のアクセス要請のメッセージに応答して、アクセス応答メッセージを端末２３００に伝送する。この際、前記アクセス応答メッセージは、「スレーブ基地局２３６０が前記端末のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されたこと」を指示する情報を含む。このアクセス応答メッセージを受信すると、端末２３００は、２３１０ステップにおいて、スレーブ基地局２３６０を端末２３００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加する。
【０１９２】
その後、２３１２ステップにおいて、端末２３００は、マスター基地局２３５０及び認証制御局/認証サーバ２３７０とのアクセスネットワーク認証及びセキュリティキー生成手続を行う。具体的に、認証制御局/認証サーバ２３７０は、端末２３００についての認証を行い、認証制御局/認証サーバ２３７０の関与下に、端末２３００とマスター基地局２３５０との間にアクセスリンクを認証し、暗号化するために用いられる、アクセスリンク用セキュリティキーを生成する。
【０１９３】
２３１４ステップにおいて、端末２３００は、前記クラウドセル内で、メンバー基地局とのデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成するための入力値のうちの一つであるクラウドシードを生成する。２３１６ステップにおいて、端末２３００は、前記クラウドシードを含むクラウドセルセキュリティコンテキストのメッセージを、マスター基地局２３５０へ伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキストのメッセージは、２３１２ステップにおいて生成したマスター基地局２３５０と端末２３００との間にアクセスリンク用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０１９４】
その後、２３１８ステップにおいて、端末２３００は、前記クラウドシードを入力値として用いて、前記クラウドセル内でメンバー基地局とのデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成する。即ち、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でメンバー基地局とのデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。同様に、２３２０ステップにおいて、マスター基地局２３０５は、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。
【０１９５】
２３２２ステップにおいて、マスター基地局２３５０は、端末２３００に、クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージを伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージは、２３２０ステップにおいて生成された通信用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０１９６】
２３２４ステップにおいて、端末２３００は、認証制御局/認証サーバ２３７０及びスレーブ基地局２３６０とのアクセスネットワーク認証及びセキュリティキー生成手続を行う。具体的に、２３２４ステップにおいて、端末２３００とスレーブ基地局２３６０との間にアクセスリンクを認証し、暗号化するために用いられるアクセスリンク用セキュリティキーを生成する。２３２６ステップにおいて、端末２３００は、スレーブ基地局２３６０に、クラウドセルセキュリティコンテキストメッセージを伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキストメッセージは、２３１８ステップにおいて、端末２３００が生成したクラウドシードを含み、２３２４ステップにおいて生成された、アクセスリンク用セキュリティキーを用いて暗号化される。２３２８ステップにおいて、前記クラウドシードを入力値として用いて、前記クラウドセル内でメンバー基地局とのデータ送受信のために用いられる通信用セキュリティキーを生成する。即ち、入力値として前記クラウドシードを用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いられる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。次に、２３３０ステップにおいて、スレーブ基地局２３６０は、端末２３００に、クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージを伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージは、２３２８ステップにおいて生成された通信用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０１９７】
その後、２３３２ステップにおいて、端末２３００は、前記クラウドセルのメンバー基地局とのデータ送受信を行う。ここで、前記通信用セキュリティキーを適用して、端末２３００と交換されるデータを処理するクラウドセルのメンバー基地局は、マスター基地局２３５０であってもよく、マスター基地局２３５０とスレーブ基地局２３６０の両方に該当してもよい。
【０１９８】
図２４は、本開示の第５の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおけるクラウドセルに、スレーブ基地局が追加される場合、端末のセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【０１９９】
図２４を参照すると、２４０２ステップにおいて、端末２４００は、前記クラウドセルのメンバー基地局、即ち、マスター基地局２４４０及び第１のスレーブ基地局２４５０とのデータ送受信を行う。２４０４ステップにおいて、マスター基地局２４４０は、他の隣接の基地局、例えば、第２のスレーブ基地局２４６０を、前記クラウドセルのスレーブ基地局として追加すると決めた場合を仮定する。ここで、前記クラウドセルのスレーブ基地局の追加を決定する基準は、端末２４００の信号強度の測定の結果に該当し、マスター基地局２４４０及び第１のスレーブ基地局２４５０のセルロード（load）などに該当する。これらは、本開示の範囲から外れるので、これについての詳細な説明は省略する。２４０６ステップにおいて、マスター基地局２４４０は、第２のスレーブ基地局２４６０とのクラウドセルメンバー基地局交渉手続を行う。具体的に、第２のスレーブ基地局２４６０を、端末２４００のクラウドセルのスレーブ基地局として決める場合、２４０８ステップにおいて、マスター基地局２４４０は、端末２４００に、クラウドセルアップデートのメッセージを伝送する。即ち、前記クラウドセルアップデートのメッセージは、「第２のスレーブ基地局２４６０が、端末２４００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されたこと」を指示する情報を含む。
【０２００】
２４１０ステップにおいて、マスター基地局２４４０は、端末２４００のクラウドセルのメンバー基地局又は第１のスレーブ基地局２４５０に、「第２のスレーブ基地局２４６０が、端末２４００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されたこと」を指示する情報を含むクラウドセルアップデートのメッセージを伝送する。そうすると、２４１２ステップにおいて、端末２４００は、第２のスレーブ基地局２４６０を、自らのクラウドセルメンバー基地局リストに追加する。
【０２０１】
その後、２４１４ステップにおいて、端末２４００は、認証制御局/認証サーバ２４７０及び第２のスレーブ基地局２４６０とのアクセスネットワーク認証及びセキュリティキー生成手続を行う。具体的に、２４１４ステップでは、端末２４００と第２のスレーブ基地局２４６０との間のアクセスリンクを認証し、暗号化するために用いられる、アクセスリンク用セキュリティキーを生成する。そうすると、２４１６ステップにおいて、端末２４００は、前記クラウドセルで用いているクラウドシードを含むクラウドセルセキュリティコンテキストのメッセージを、第２のスレーブ基地局２４６０に伝送する。一例として、第２のスレーブ基地局２４６０に伝達されるクラウドシードが、既に生成されたクラウドシードの場合として説明した。しかし、他の実施形態により、端末２４００のクラウドセルのメンバー基地局のうち、削除されるメンバー基地局が生じる場合、端末２４００が新しいクラウドシードを生成し、新しいクラウドシードをメンバー基地局に伝達する。
【０２０２】
前記クラウドセルセキュリティコンテキストのメッセージは、２４１４ステップにおいて生成したアクセスリンク用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０２０３】
２４１８ステップにおいて、第２のスレーブ基地局２４６０は、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成する。即ち、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。次に、２４２０ステップにおいて、第２のスレーブ基地局２４６０は、クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージを、端末２４００に伝送する。ここで、前記クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージは、２４１８ステップにおいて生成された通信用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０２０４】
その後、２４２２ステップにおいて、端末２４００は、前記クラウドセルのメンバー基地局とデータを送受信する。ここで、前記通信用セキュリティキーを適用して、端末２４００と交換されるデータを処理するクラウドセルのメンバー基地局は、マスター基地局２４４０であってもよく、又はマスター基地局２４４０、第１のスレーブ基地局２４５０及び第２のスレーブ基地局２４６０の全てに該当してもよい。
【０２０５】
第６の実施形態
図２５Ａ及び図２５Ｂは、本開示の第６の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける端末のセキュリティキーを管理する信号フローチャートである。
【０２０６】
図２５Ａ及び図２５Ｂを参照すると、２５０２ステップにおいて、端末２５００は、通信サービスを提供する基地局選択手続を行う。前記基地局の選択の過程において、端末２５００を中心とするクラウドセルを構成するスレーブ基地局の候補基地局を選択する。２５０４ステップにおいて、端末２５００は、２５０２ステップにおいて選択されたマスター基地局２５５０に、アクセス要請のメッセージを伝送する。前記アクセス要請のメッセージに、前記候補基地局に関する情報が含まれている場合、２５０６ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、前記候補基地局に対応するスレーブ基地局を、前記クラウドセルを構成するメンバー基地局として交渉するクラウドセルメンバー基地局交渉手続を行う。例えば、第１のスレーブ基地局２５６０が、端末２５００により前記候補基地局として選択されると仮定する。マスター基地局２５５０は、２５０６ステップにおけるクラウドセルメンバー基地局交渉手続を介して、第１のスレーブ基地局２５６０をクラウドセルメンバー基地局リストに追加する。その後、２５０８ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、端末２５００からアクセス要請のメッセージに応答して、アクセス応答メッセージを端末２５００に伝送する。この際、前記アクセス応答メッセージは、「第１のスレーブ基地局２５６０が、前記端末のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されたこと」を指示する情報を含む。このアクセス応答メッセージを受信すると、端末２５００は、２５１０ステップにおいて、第１のスレーブ基地局２５６０を、端末２５００のクラウドセルメンバー基地局リストに追加する。
【０２０７】
その後、２５１２ステップにおいて、端末２５００は、マスター基地局２５５０及び認証制御局/認証サーバ２５８０とのアクセスネットワーク認証及びセキュリティキー生成手続を行う。具体的に、認証制御局/認証サーバ２５８０は、端末２５００についての認証を行い、認証制御局/認証サーバ２５８０の関与下に、端末２５００とマスター基地局２５５０との間にアクセスリンクを認証し、暗号化するために用いられる、アクセスリンク用セキュリティキーを生成する。
【０２０８】
２５１４ステップにおいて、端末２５００は、前記クラウドセル内でメンバー基地局とのデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成するための入力値のうちの一つであるクラウドシードを生成する。２５１６ステップにおいて、端末２５００は、前記クラウドシードが含まれたクラウドセルセキュリティコンテキストのメッセージを、マスター基地局２５５０に伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキストのメッセージは、２５１２ステップにおいて生成したマスター基地局２５５０と端末２５００との間のアクセスリンクのための前記アクセスリンク用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０２０９】
その後、２５１８ステップにおいて、端末２５００は、前記クラウドシードを入力値として用いて、前記クラウドセル内でメンバー基地局とのデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成する。即ち、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でメンバー基地局とのデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。同様に、２５２０ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。
【０２１０】
２５２２ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、端末２５００に、クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージを伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージは、２５２０ステップにおいて生成された通信用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０２１１】
２５２４ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、第１のスレーブ基地局２５６０に、２５１６ステップにおいて受信されたクラウドシードを伝達する。この際、前記クラウドシードは、マスター基地局２５５０と第１のスレーブ基地局２５６０との間のアクセスリンク用セキュリティキーを用いて暗号化される。そうすると、２５２６ステップにおいて、第１のスレーブ基地局２５６０は、前記クラウドシードを入力値として用いて、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成する。即ち、第１のスレーブ基地局２５６０は、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。
【０２１２】
２５２８ステップにおいて、マスター基地局２５６０は、端末２５００に、クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージを伝送する。この際、前記クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージは、２５２６ステップにおいて生成された通信用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０２１３】
その後、端末２５００、マスター基地局２５５０及び第１のスレーブ基地局２５６０のデータ送受信のうち、マスター基地局２５５０は、他の隣接の基地局、例えば、第２のスレーブ基地局２５７０を、端末２５００のクラウドセルのスレーブ基地局として追加すると決めた場合を仮定する。ここで、クラウドセルのスレーブ基地局の追加を決定する基準は、端末２５００の信号強度の測定の結果に該当し、マスター基地局２５５０及び第１のスレーブ基地局２５６０のセルロードなどに該当する。これは本発明の範囲から外れるので、その詳細な説明は省略する。２５３０ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、第２のスレーブ基地局２５７０とのクラウドセルメンバー基地局交渉手続を行う。２５３０ステップを行う過程において、マスター基地局２５５０は、第２のスレーブ基地局２５７０に、２５１６ステップにおいて受信したクラウドシードを伝達する。次に、２５３２ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、端末２５００に、クラウドセルアップデートのメッセージを伝送する。即ち、前記クラウドセルアップデートのメッセージは、「第２のスレーブ基地局２５７０が、前記端末のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されたこと」を指示する情報を含む。
【０２１４】
２５３４ステップにおいて、端末２５００は、第２のスレーブ基地局２５７０を、自らのクラウドセルメンバー基地局リストに追加し、クラウドセルアップデート応答メッセージを、マスター基地局２５５０に伝送する。そうすると、２５３６ステップにおいて、マスター基地局２５５０は、現在、端末２５００のクラウドセルのメンバー基地局である第１のスレーブ基地局２５６０に、「第２のスレーブ基地局２５７０が、前記端末のクラウドセルメンバー基地局リストに追加されたこと」を指示する情報を含むクラウドセルアップデートのメッセージを伝送する。
【０２１５】
その後、２５３８ステップにおいて、第２のスレーブ基地局２５７０は、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用セキュリティキーを生成する。即ち、前記クラウドシードを入力値として用いることにより、前記数式１に応じて、前記クラウドセル内でデータ送受信のために用いる通信用認証キーを生成し、前記生成された通信用認証キーを用いて、通信用データ暗号化キーを生成する。次に、２５４０ステップにおいて、第２のスレーブ基地局２５７０は、クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージを、端末２５００に伝送する。ここで、前記クラウドセルセキュリティコンテキスト応答メッセージは、２５３８ステップにおいて生成された通信用セキュリティキーを用いて暗号化される。
【０２１６】
一方、通信用セキュリティキーを適用して、端末２５００と交換するデータを処理するクラウドセルのメンバー基地局は、マスター基地局２５５０に該当してもよく、マスター基地局２５５０、第１のスレーブ基地局２５６０及び第２のスレーブ基地局２５７０の全てに該当してもよい。
【０２１７】
一方、本開示の第５の実施形態及び第６の実施形態においては、端末のクラウドセルを構成するメンバー基地局が削除される場合、前記端末は、新しいクラウドシードを生成し、残りのクラウドセルメンバー基地局との通信に用いる通信用セキュリティキーを再生成してもよい。
【０２１８】
具体的に、任意のメンバー基地局が削除される場合を仮定する。そうすると、マスター基地局は、メンバー基地局の削除予定のメッセージを前記端末に伝送し、前記端末は、新しいクラウドシードを生成する。次に、前記端末は、前記新しいクラウドシードを前記マスター基地局に伝送し、この際、前記クラウドシードは、前記端末と前記マスター基地局との間のアクセスリンク用セキュリティキーを用いて暗号化される。前記新しいクラウドシードを受信すると、前記マスター基地局は、また前記新しいクラウドシードを用いて、通信用セキュリティキーを再生成する。また、前記マスター基地局は、スレーブ基地局とのメンバー基地局アップデート手続を行いながら、前記新しいクラウドシードを前記スレーブ基地局に伝達する。次に、前記スレーブ基地局もまた、前記新しいクラウドシードを用いて、前記端末との通信用セキュリティキーを再生成する。
【０２１９】
図２６は、本開示の実施形態によるクラウドセルベースの無線通信システムにおける認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキーを管理する装置の構成を示す。
【０２２０】
図２６を参照すると、認証及びデータ暗号化のためのセキュリティキー管理装置２６００は、通信部２６１０と、セキュリティキー生成部２６２０と、クラウドセルメンバー基地局アップデート部２６３０と、制御部２６４０とを含む。
【０２２１】
セキュリティキー管理装置２６００は、本開示の第１の実施形態から第６の実施形態により提供される端末、マスター基地局、スレーブ基地局及び認証制御局の少なくとも一つに含まれ、前述の認証手続を行う。
【０２２２】
以下、本開示の実施形態によるセキュリティキー管理装置２６００の動作を説明する。
第１に、セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１の実施形態から第６の実施形態による端末として動作する場合を説明する。
【０２２３】
セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１の実施形態により動作する場合、通信部２６１０は、認証制御局或いは認証サーバからクラウドシードを受信する。前記クラウドシードは、前記端末と認証制御局或いは認証サーバとの間に共有する規則に従って選択された値である。制御部２６４０が前記クラウドシードの受信を認知すると、セキュリティキー生成部２６２０は、制御部２６４０の制御下に、前記クラウドシードと前記数式１とを用いて認証キーを生成する。
【０２２４】
クラウドセルメンバー基地局アップデート部２６３０は、前記端末が属したクラウドセル内のメンバー基地局を含むクラウドセルメンバー基地局リストを管理する。前記クラウドセル内のメンバー基地局が削除されるか、追加される場合、前記クラウドセルメンバー基地局リストをアップデートする手続を行う。さらに、前記クラウドセル内のマスター基地局が変更される場合、前記クラウドセルメンバー基地局リストにおけるマスター基地局についての情報をアップデートする。
【０２２５】
制御部２６４０は、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されたメンバー基地局が存在することを確認すると、通信部２６１０が新しいクラウドシードを受信するように制御する。次に、制御部２６４０は、前記新しいクラウドシードと前記数式１とを用いて、セキュリティキー生成部２６２０が認証キーを生成するように制御する。
【０２２６】
セキュリティキー管理装置２６００が、本開示の第２の実施形態、又は第４の実施形態により動作する場合、セキュリティキー生成部２６２０は、前記マスター基地局の識別子と前記数式２とを用いて、認証キーを生成する。次に、通信部２６１０は、前記認証キーに基づいて生成されたデータ暗号化キーを用いて、前記マスター基地局及びスレーブ基地局とデータを送受信する。
【０２２７】
前記マスター基地局が変更された場合、通信部２６１０は、変更されたマスター基地局の識別子を受信し、これを認知した制御部２６４０は、セキュリティキー生成部２６２０が前記変更されたマスター基地局の識別子と前記数式２とを用いて、新しい認証キーを生成するように制御する。さらに、制御部２６４０は、通信部２６１０が前記新しい認証キーに基づいて生成された新しいデータ暗号化キーを用いて、前記新しいマスター基地局を含むメンバー基地局とデータを送受信するように制御する。
【０２２８】
クラウドセルメンバー基地局アップデート部２６３０は、第１の実施形態と同様に動作する。
【０２２９】
セキュリティキー管理装置２６００が、本開示の第３の実施形態により動作する場合、制御部２６４０は、現在のクラウドセルのマスター基地局とスレーブ基地局各々の認証キーを個別に生成するようにセキュリティキー生成部２６２０を制御する。即ち、セキュリティキー生成部２６２０は、制御部２６４０の制御下に、前記マスター基地局の識別子と前記数式３とを用いて、前記マスター基地局との通信のために用いる認証キーを用いる。また、セキュリティキー生成部２６２０は、前記スレーブ基地局各々の識別子と前記数式３とを用いて、当該スレーブ基地局との通信のために用いる認証キーを生成する。
【０２３０】
その後、通信部２６１０は、制御部２６４０の制御下に、前記マスター基地局との通信の時、前記マスター基地局の識別子を用いて生成された、認証キーに基づいて生成した暗号化キーを用いて、前記マスター基地局とデータを送受信する。また、当該スレーブ基地局との通信時、通信部２６１０は、前記スレーブ基地局の識別子を用いて生成された、認証キーに基づいて生成した暗号化キーを用いて、前記スレーブ基地局とデータを送受信する。
【０２３１】
制御部２６４０は、暗号化キー生成に用いられたマスター基地局或いはスレーブ基地局が削除された場合、当該暗号化キーを削除する。
【０２３２】
クラウドセルメンバー基地局アップデート部２６３０は、第１の実施形態と同様に動作する。
【０２３３】
セキュリティキー管理装置２０００が、本開示の第５の実施形態又は第６の実施形態により動作する場合、セキュリティキー生成部２６２０は、クラウドシードを生成する。さらに、セキュリティキー生成部２６２０は、前記クラウドシードを用いて通信用セキュリティキーを生成する。本開示の第５の実施形態においては、通信部２６１０がメンバー基地局に前記クラウドシードを伝達する。そして、現在メンバー基地局から特定のメンバー基地局が削除される場合、セキュリティキー生成部２６２０は、新しいクラウドシードを生成する。そうすると、セキュリティキー生成部２６２０は、前記新しいクラウドシードを用いて、通信用セキュリティキーを再生成する。
【０２３４】
第２に、セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１の実施形態から第６の実施形態によるマスター基地局として動作する場合を説明する。
【０２３５】
セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１の実施形態により動作する場合、制御部２６４０は、マスター基地局が変更された場合、自ら前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除されたかの可否を確認する。前記確認の結果、前記クラウドセルメンバー基地局リストから削除された場合、制御部２６４０は、端末との通信を終了し、残りの動作は、前記端末の制御部と同様に動作する。また、クラウドセルメンバー基地局アップデート部２６３０と通信部２６１０は、端末のメンバー基地局アップデート部及び通信部各々と同様に動作する。ただし、通信部２６１０は、前記端末と通信する。
【０２３６】
セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第２の実施形態から第４の実施形態により動作する場合、セキュリティキー管理装置２６００は、端末のセキュリティキー管理装置と同様に動作する。ここでも、通信部２６１０は、端末と通信する。
【０２３７】
なお、セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第５の実施形態により動作する場合、通信部２６１０は、端末から前記端末が生成したクラウドシードを受信する。そうすると、セキュリティキー生成部２６２０は、前記クラウドシードを用いて通信用セキュリティキーを生成する。
【０２３８】
セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第６の実施形態により動作する場合、通信部２６１０は、端末から前記端末が生成したクラウドシードを受信し、前記クラウドシードを他のメンバー基地局に伝達する。そうすると、セキュリティキー生成部２６２０は、前記クラウドシードを用いて、通信用セキュリティキーを生成する。
【０２３９】
第３に、セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１の実施形態から第６の実施形態によるスレーブ基地局として動作する場合を説明する。
【０２４０】
セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１から第６の実施形態により動作する場合、クラウドセルメンバー基地局アップデート部２６３０は、現在マスター基地局とクラウドセルメンバー基地局への加入手続をさらに行い、クラウドセル内のメンバー基地局を含むクラウドセルメンバー基地局リストを管理する動作は、前記端末と前記マスター基地局のクラウドセルメンバー基地局アップデート部と同様に動作する。
【０２４１】
制御部２６４０もまた、前記端末とマスター基地局のクラウドセルメンバー基地局アップデート部と同様に動作する。ただし、第３の実施形態の場合、制御部２６４０が自らマスター基地局として設定されたと認知した場合、通信部２６１０を介して受信した新しい認証コンテキストを用いて、セキュリティキー生成部２６２０がセキュリティキーを生成するように制御する。
【０２４２】
本開示の第５の実施形態及び第６の実施形態により動作する場合、制御部２６４０は、端末から受信したクラウドシードを用いて、通信用セキュリティキーを生成するようにセキュリティキー生成部２６２０を制御する。
【０２４３】
第４に、セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第１の実施形態から第４の実施形態による認証制御局として動作する場合、通信部２６１０が当該実施形態により生成した認証キー或いはデータ暗号化キーを、前記マスター基地局に伝達する動作をさらに含む以外は、残りの構成の動作は、本開示の第１の実施形態から第４の実施形態によるマスター基地局又は端末のセキュリティキー管理装置と同様に動作する。
【０２４４】
セキュリティキー管理装置２６００が本開示の第５の実施形態及び第６の実施形態により動作する場合、他の実施形態のように通信用セキュリティキーの生成に関与せず、端末及びメンバー基地局間のアクセスリンク用セキュリティキーの生成にのみ関与する。
【０２４５】
本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることは明らかである。従って、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されず、後述の特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものにより定めるべきである。
【符号の説明】
【０２４６】
１００、２２０、３７０、８７０、１３７０、１８７０  認証サーバ
１０２、２２２、３６０、８６０、１３６０、１８６０  認証制御局
１０４  アクセス基地局
１０６、２０８、２３２、３００、８００、１３００、１８００、２３００、２４００、２５００  端末
２１０  コアネットワーク
２０２、２２６、３４０、８４０、１３４０、１８４０、２３５０、２４４０、２５５０  マスター基地局
２００、２２４  クラウドセル
２２８、２３０、３５０、８５０、１３５０、１８５０、２３６０  スレーブ基地局
２４５０、２５６０  第１のスレーブ基地局
２０４、２４６０、２５７０  第２のスレーブ基地局
２０６  第３のスレーブ基地局
８８０、１８８０  新しいマスター基地局
２３７０、２４７０、２５８０  認証制御局／認証サーバ
２６１０  通信部
２６２０  セキュリティキー生成部
２６３０  クラウドセルメンバー基地局アップデート部
２６４０  制御部
【図１】
2014533908.tif 000003
【図２Ａ】
2014533908.tif 000004
【図２Ｂ】
2014533908.tif 000005
【図３】
2014533908.tif 000006
【図４Ａ】
2014533908.tif 000007
【図４Ｂ】
2014533908.tif 000008
【図５Ａ】
2014533908.tif 000009
【図５Ｂ】
2014533908.tif 000010
【図６】
2014533908.tif 000011
【図７】
2014533908.tif 000012
【図８】
2014533908.tif 000013
【図９Ａ】
2014533908.tif 000014
【図９Ｂ】
2014533908.tif 000015
【図１０Ａ】
2014533908.tif 000016
【図１０Ｂ】
2014533908.tif 000017
【図１１】
2014533908.tif 000018
【図１２】
2014533908.tif 000019
【図１３】
2014533908.tif 000020
【図１４Ａ】
2014533908.tif 000021
【図１４Ｂ】
2014533908.tif 000022
【図１５Ａ】
2014533908.tif 000023
【図１５Ｂ】
2014533908.tif 000024
【図１６】
2014533908.tif 000025
【図１７】
2014533908.tif 000026
【図１８】
2014533908.tif 000027
【図１９Ａ】
2014533908.tif 000028
【図１９Ｂ】
2014533908.tif 000029
【図２０Ａ】
2014533908.tif 000030
【図２０Ｂ】
2014533908.tif 000031
【図２１】
2014533908.tif 000032
【図２２】
2014533908.tif 000033
【図２３】
2014533908.tif 000034
【図２４】
2014533908.tif 000035
【図２５Ａ】
2014533908.tif 000036
【図２５Ｂ】
2014533908.tif 000037
【図２６】
2014533908.tif 000038
【国際調査報告】
2014533908.tif 000039
2014533908.tif 000040