TWI531257B

TWI531257B - 無線通訊系統及其認證方法

Info

Publication number: TWI531257B
Application number: TW103121728A
Authority: TW
Inventors: 許俊彥; 陳秋紋; 楊豐銘
Original assignee: 財團法人資訊工業策進會
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2016-04-21
Also published as: CN104301106A; CN104301106B; US9258711B2; TW201505457A; US20150023247A1

Description

無線通訊系統及其認證方法

【0001】

本發明關於一種通訊系統及其認證方法。更具體而言，本發明關於一種無線通訊系統及其認證方法。

【0002】

近年來，第三代合作夥伴計畫（3rd Generation Partnership Project，3GPP）之長期演進技術（Long Term Evolution， LTE）已普遍地被視為是下一代無線通訊系統之基本架構。在此基本架構下，基於安全性（Security）以及能力（Capability）之考量，於使用者設備（UE）進行連網程序（Attachment Procedure）的過程中，認證程序（Authentication Procedure）必須在使用者設備、基地台（eNodeB）、行動管理實體（MME）及本籍用戶伺服器（HSS）之間來完成。因此，可以預見，該認證程序在使用者設備、基地台、行動管理實體及本籍用戶伺服器之間所產生訊令交換，勢必耗費不少時間與資源。

【0003】

有鑑於此，如何在第三代合作夥伴計畫之長期演進技術之基本架構下，於使用者設備進行連網程序的過程中，簡化認證程序所需的訊令交換，確為本發明所屬技術領域中亟需解決的問題。

【0004】

本發明的主要目的是在第三代合作夥伴計畫之長期演進技術之基本架構下，於使用者設備進行連網程序的過程中，簡化認證程序所需的訊令交換。

【0005】

為達上述目的，本發明提供一種無線通訊系統。該無線通訊系統包含一使用者設備、一基地台、一本籍用戶伺服器以及一行動管理實體。該行動管理實體用以於該使用者設備進行一連網程序前，預先自該本籍用戶伺服器取得一認證向量，並預先將該認證向量中對應至該使用者設備的一第一認證向量傳送至該使用者設備及預先將該認證向量中對應至該基地台的一第二認證向量傳送該基地台。該基地台用以傳送一使用者設備辨識符至該使用者設備，且該使用者設備用以根據該使用者設備辨識符及該認證向量，與該基地台完成一認證程序。

【0006】

為達上述目的，本發明亦提供一種用於一無線通訊系統之認證方法。該無線通訊系統包含一使用者設備、一基地台、一本籍用戶伺服器及一行動管理實體。該認證方法包含下列步驟：

　　（a）於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體預先自該本籍用戶伺服器取得一認證向量（Authentication Vector）；

　　（b）於該使用者設備進行該連網程序前，由該行動管理實體預先將該認證向量中對應至該使用者設備的一第一認證向量傳送至該使用者設備及預先將該認證向量中對應至該基地台的一第二認證向量傳送至該基地台；

　　（c）由該基地台傳送一使用者設備辨識符至該使用者設備；以及

　　（d）由該使用者設備根據該使用者設備辨識符及該認證向量，與該基地台完成一認證程序。

【0007】

綜上所述，本發明提供了一種無線通訊系統及其認證方法。更具體而言，於使用者設備進行連網程序前，本發明預先將認證程序中本籍用戶伺服器所需提供的資訊（例如認證向量）預先傳送至行動管理實體，且行動管理實體亦預先將該資訊預先傳送到使用者設備與基地台。如此，當使用者設備進行連網程序時，認證程序將簡化成只需在使用者設備與基地台之間進行，因而可有效簡化傳統的認證程序所需的訊令交換。基於所述運作，本發明至少產生以下功效：對核心網路而言，可減少其負荷；以及對開關次數較頻繁的使用者設備（例如機器對機器裝置）而言，例如機器對機器裝置（machine to machine device），可減少其電力損耗。

【0008】

於參閱圖式及隨後描述的實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者便可更瞭解本發明的目的、技術手段及實施例。

【0031】

1‧‧‧無線通訊系統

11‧‧‧使用者設備

13‧‧‧基地台

15‧‧‧行動管理實體

17‧‧‧本籍用戶伺服器

20‧‧‧認證向量

201‧‧‧第一認證向量

202‧‧‧第二認證向量

22‧‧‧使用者設備辨識符

40‧‧‧認證資料程序

42‧‧‧離網程序

44‧‧‧使用者設備背景釋放程序

46‧‧‧連網程序

461‧‧‧認證程序

4610‧‧‧認證請求訊息

4612‧‧‧認證回應訊息

4614‧‧‧認證結果訊息

4616‧‧‧認證成功訊息

S21、S23、S25、S27‧‧‧步驟

【0009】

以下是針對圖式所記載之簡單說明，並非用以限定本發明，其中：

第1圖為本發明之一實施例之無線通訊系統1的一結構示意圖；

第2圖為第1圖所示無線通訊系統1的一運作示意圖；

第3圖為第2圖所示認證程序461的一具體運作示意圖；以及

第4圖為本發明之一實施例之用於一無線通訊系統之認證方法的一流程圖。

【0010】

以下將透過實施例來解釋本發明的內容，惟以下所述實施例並非用以限制本發明須在如其所述的環境、應用或方式方能實施。因此，以下所述實施例的說明僅為闡釋本發明，而非用以限制本發明。於圖式中，與本發明非直接相關的元件皆已省略而未繪示，且各元件之間的尺寸關僅為求容易瞭解，非用以限制實際實施的比例。

【0011】

本發明的一實施例（簡稱「第一實施例」）為一種無線通訊系統。第1圖為該無線通訊系統的一結構示意圖。如第1圖所示，無線通訊系統1符合第三代合作夥伴計畫之長期演進技術的基本架構。在此基本架構下，無線通訊系統1包含至少一使用者設備11、至少一基地台13、至少一行動管理實體15及至少一本籍用戶伺服器17。所述基本架構乃指符合長期演進技術系列所制定的標準，包含長期演進技術、進階長期演進技術（LTE-advanced）及長期演進技術的前身技術。所述前身技術，例如：通用移動通訊系統（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）、或全球行動通訊系統（Global System for Mobile Communications，GSM）等等。

【0012】

進一步言，前述基本架構可分為兩部分，分別是演進地面無線存取網路（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN）、以及演進封包核心（Evolved Packet Core，EPC），其中演進地面無線存取網路包含使用者設備11與基地台13，而演進封包核心包含行動管理實體15及本籍用戶伺服器17、至少一服務閘道器（Serving Gateway，S-GW）、及至少一封包資料網路閘道器（Packet Data Network Gateway，P-GW）。因服務閘道器與封包資料網路閘道器與本實施例無直接相關，故未繪示於圖式。另，由於使用者設備11、基地台13、行動管理實體15、本籍用戶伺服器17、服務閘道器及封包資料網路閘道器的基本運作、通訊方式、連接方式，皆可由長期演進技術系列所制定的標準中獲知，以下將僅就與本發明直接相關的內容進行闡述。

【0013】

第2圖為無線通訊系統1的一運作示意圖。如第2圖所示，在使用者設備11與基地台13、行動管理實體15及本籍用戶伺服器17進行一連網程序（Attachment Procedure）46之前，行動管理實體15已預先自本籍用戶伺服器17取得一認證向量（Authentication Vector）20，並已預先將認證向量20中對應至使用者設備11的第一認證向量201傳送至使用者設備11及已預先將認證向量20中對應至基地台13的第二認證向量202傳送至基地台13。認證向量20可包含使用者設備11於進行連網程序46須由本籍用戶伺服器17提供的任何認證資訊，例如但不限於：隨機數值（Random Number， RAND）、預期回應值（Expected Response，XRES）、存取安全管理實體（Access Security Management Entity ，KASME）、認證符號（Authentication Token， AUTN）等等。第一認證向量201與第二認證向量202可包含認證向量20中的全部或一部份內容。

【0014】

行動管理實體15可透過一認證資料程序（Authentication Data Procedure）40，預先自本籍用戶伺服器17取得認證向量20。更具體而言，於認證資料程序40中，行動管理實體15可發出一認證資料請求（Authentication Data Request）訊令至本籍用戶伺服器17，然後本籍用戶伺服器17可因應該認證資料請求而傳送一認證資料回應（Authentication Data Response）訊令至行動管理實體15，其中該認證資料回應訊令包含認證向量20。

【0015】

在獲取認證向量20後，行動管理實體15可透過一離網程序（Detachment Procedure）42，預先將第一認證向量201傳送至使用者設備11。當使用者設備11欲連網時，其必須透過一連網程序來完成，而當使用者設備11欲離網時，其亦必須透過一離網程序來完成。因此，在本實施例，於使用者設備11前一次執行離網程序的過程中，行動管理實體15已預先將第一認證向量201傳送至使用者設備11。於其他實施例，除了透過離網程序42之外，行動管理實體15亦可透過其他程序而預先將第一認證向量201傳送至使用者設備11。

【0016】

離網程序42可由使用者設備11或行動管理實體15其中之一來啟動。在由使用者設備11啟動離網程序42的情況下，使用者設備11可傳送一離網請求（Detach Request）訊令至行動管理實體15，而行動管理實體15可因應該離網請求訊令而傳送一離網接受（Detach Accept）訊令至使用者設備11，其中該離網接受訊令可包含第一認證向量201。反之，在由行動管理實體15啟動離網程序42的情況下，行動管理實體15可傳送一離網請求訊令至使用者設備11，而使用者設備11可因應該離網請求訊令而傳送一離網接受訊令至行動管理實體15，其中該離網請求訊令可包含第一認證向量201。

【0017】

在獲取認證向量20後，行動管理實體15可透過一使用者設備背景釋放程序（UE Context Release Procedure）44，預先將第二認證向量202傳送至基地台13。如同前述，而當使用者設備11欲離網時，其必須透過一離網程序來完成；而當使用者設備11離網後，基地台13可透過一使用者設備背景釋放程序44來釋放使用者設備11所需的資源。因此，在使用者設備背景釋放程序44中，基地台13可傳送一使用者設備背景釋放命令（UE Context Release Command）訊令至行動管理實體15，而行動管理實體15因應該使用者設備背景釋放命令而傳送一使用者設備背景釋放完成（UE Context Release Complete）訊令至行動管理實體15，其中該使用者設備背景釋放完成訊令可包含第二認證向量202。

【0018】

在使用者設備11接收第一認證向量201以及基地台13接收第二認證向量202之後，若使用者設備11欲與基地台13、行動管理實體15及本籍用戶伺服器17進行連網程序46，其中所需的認證程序461將簡化為只需要在使用者設備11與基地台13之間進行即可。更具體而言，於連網程序46中，基地台13可傳送一使用者設備辨識符（UE Identifier）22至使用者設備11，以作為基地台13辨識使用者設備11的依據。於其他實施例，基地台13亦可在使用者設備11進行連網程序46之前，就預先傳送使用者設備辨識符22至使用者設備11。在使用者設備11接收使用者設備辨識符22後，其即可根據使用者設備辨識符22及認證向量20的全部或一部份內容，與基地台13完成一認證程序（Authentication Procedure）461。

【0019】

第3圖為認證程序461的一具體運作示意圖。如第3圖所示，使用者設備11可根據使用者設備辨識符22傳送一認證請求訊息4610至基地台13，而基地台13可根據認證請求訊息4610確認使用者設備11的身分，並根據認證請求訊息4610傳送一認證回應訊息4612至使用者設備11。傳送到基地台13的認證請求訊息4610可直接夾帶使用者設備辨識符22。然而，傳送到基地台13的認證請求訊息4610亦可不夾帶使用者設備辨識符22，而是夾帶與使用者設備辨識符22相關且可讓基地台13辨識出使用者設備11之身分的其他資訊。然後，使用者設備11可根據認證向量20的資訊及認證回應訊息4612傳送一認證結果訊息4614至基地台13。舉例而言，使用者設備11可根據認證向量20包含的隨機數值與認證符號計算回應值（RES），並將該回應值夾帶於認證結果訊息4614中傳送至基地台13 。在基地台13接獲認證結果訊息4614後，其可判斷該回應值與認證向量20包含的預期回應值是否一致。若判斷結果為一致，基地台13可根據認證結果訊息4614傳送一認證成功訊息4616至使用者設備11 ，告知其認證成功。

【0020】

根據第三代合作夥伴計畫之長期演進技術之基本架構，使用者設備11在進行連網程序46的過程中，使用者設備11必須與基地台13共同完成一無線資源控制連結設定程序（Radio Resource Control Connection Setup Procedure）。因此，認證程序461可併入該無線資源控制連結設定程序中來實現。然而，於其他實施例，認證程序461亦可與該無線資源控制連結設定程序區隔開來，且各自進行。

【0021】

認證程序461可併入該無線資源控制連結設定程序中來實現，當認證程序461可視為該無線資源控制連結設定程序，且其認證請求訊息4610可視為一無線資源控制連結請求訊息（Radio Resource Control Connection Request Message），認證回應訊息4612可視為一無線資源控制連結設定訊息（Radio Resource Control Connection Setup Message），認證結果訊息4614可視為一無線資源控制連結設定完成訊息（Radio Resource Control Connection Setup Complete Message），認證成功訊息4616可視為一無線資源控制連結重組態訊息（Radio Resource Control Connection Reconfiguration Message）。

【0022】

本發明的另一實施例（簡稱「第二實施例」）為一種用於一無線通訊系統之認證方法，其中該無線通訊系統可包含至少一使用者設備、至少一基地台、至少一本籍用戶伺服器及至少一行動管理實體。舉例而言，第二實施例可為一種用於第一實施例之無線通訊系統1之認證方法。第4圖為該認證方法的一流程圖。如第4圖所示，該認證方法包含：步驟S21，於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體預先自該本籍用戶伺服器取得一認證向量；步驟S23，於該使用者設備進行該連網程序前，由該行動管理實體預先將該認證向量中對應至該使用者設備的一第一認證向量傳送至該使用者設備及預先將該認證向量中對應至該基地台的一第二認證向量傳送至該基地台；步驟S25，由該基地台傳送一使用者設備辨識符至該使用者設備；以及步驟S27，由該使用者設備根據該使用者設備辨識符及該認證向量，與該基地台完成一認證程序。

【0023】

在其他實施例，步驟S21更可包含以下步驟：於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體透過一認證資料程序，預先自該本籍用戶伺服器取得該認證向量。

【0024】

在其他實施例，步驟S23更可包含以下步驟：於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體透過一離網程序，預先將該第一認證向量傳送至該使用者設備。可選擇地，該離網程序可由該使用者設備或該行動管理實體其中之一來啟動。

【0025】

在其他實施例，步驟S23更可包含以下步驟：於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體透過一使用者設備背景釋放程序，預先將該第二認證向量傳送至該基地台。

【0026】

在其他實施例，步驟S27更可包含以下步驟：由該使用者設備根據該使用者設備辨識符傳送一認證請求訊息至該基地台；由該基地台根據該認證請求訊息傳送一認證回應訊息至該使用者設備；由該使用者設備根據該認證向量及該認證回應訊息傳送一認證結果訊息至該基地台；以及由該基地台根據該認證結果訊息傳送一認證成功訊息至該使用者設備。

【0027】

在其他實施例，該認證程序可為一無線資源控制連結設定程序，該認證請求訊息可為一無線資源控制連結請求訊息，該認證回應訊息可為一無線資源控制連結設定訊息，該認證結果訊息為一無線資源控制連結設定完成訊息，該認證成功訊息可為一無線資源控制連結重組態訊息。

【0028】

除了上述步驟，第二實施例之認證方法亦能執行對應至第一實施例之無線通訊系統1 之所有操作的步驟。因本發明所屬技術領域中具有通常知識者可根據第一實施例的相關揭露而直接瞭解第二實施例如何執行相對應的步驟，於此不多贅述。

【0029】

【0030】

上述實施例僅用來例舉本發明的部分實施方式，以及闡釋本發明的技術特徵，但並非用來限制本發明的涵蓋範圍。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均落於本發明的涵蓋範圍內，而本發明的涵蓋範圍以申請專利範圍為準。

國內寄存資訊【請依寄存機構、日期、號碼順序註記】

國外寄存資訊【請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記】

S21、S23、S25、S27‧‧‧步驟

Claims

【第1項】

一種無線通訊系統，包含：
　　一使用者設備（User Equipment；UE）；
　　一基地台（Evolved NodeB；eNodeB）；
　　一本籍用戶伺服器（Home Subscriber Server；HSS）；以及
　　一行動管理實體（Mobility Management Entity；MME），用以於該使用者設備進行一連網程序（Attachment Procedure）前，預先自該本籍用戶伺服器取得一認證向量（Authentication Vector），並預先將該認證向量中對應至該使用者設備的一第一認證向量傳送至該使用者設備及預先將該認證向量中對應至該基地台的一第二認證向量傳送至該基地台；
　　其中，該基地台用以傳送一使用者設備辨識符（UE Identifier）至該使用者設備，且該使用者設備用以根據該使用者設備辨識符及該認證向量，與該基地台完成一認證程序（Authentication Procedure）。
【第2項】

如請求項1所述之無線通訊系統，其中該行動管理實體透過一認證資料程序（Authentication Data Procedure），預先自該本籍用戶伺服器取得該認證向量。
【第3項】

如請求項1所述之無線通訊系統，其中該行動管理實體透過一離網程序（Detachment Procedure），預先將該第一認證向量傳送至該使用者設備。
【第4項】

如請求項3所述之無線通訊系統，其中該離網程序由該使用者設備或該行動管理實體其中之一來啟動。
【第5項】

如請求項1所述之無線通訊系統，其中該行動管理實體透過一使用者設備背景釋放程序（UE Context Release Procedure），預先將該第二認證向量傳送至該基地台。
【第6項】

如請求項1所述之無線通訊系統，其中該使用者設備根據該使用者設備辨識符傳送一認證請求訊息至該基地台，該基地台根據該認證請求訊息傳送一認證回應訊息至該使用者設備，該使用者設備根據該認證向量及該認證回應訊息傳送一認證結果訊息至該基地台，該基地台根據該認證結果訊息傳送一認證成功訊息至該使用者設備，以完成該認證程序。
【第7項】

如請求項6所述之無線通訊系統，其中該認證程序為一無線資源控制連結設定程序（Radio Resource Control Connection Setup Procedure），該認證請求訊息為一無線資源控制連結請求訊息（Radio Resource Control Connection Request Message），該認證回應訊息為一無線資源控制連結設定訊息（Radio Resource Control Connection Setup Message），該認證結果訊息為一無線資源控制連結設定完成訊息（Radio Resource ControlConnectionSetup Complete Message），該認證成功訊息為一無線資源控制連結重組態訊息（Radio Resource Control Connection Reconfiguration Message）。
【第8項】

一種用於一無線通訊系統之認證方法，該無線通訊系統包含一使用者設備、一基地台、一本籍用戶伺服器及一行動管理實體，該認證方法包含下列步驟：
　　（a）於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體預先自該本籍用戶伺服器取得一認證向量；
　　（b）於該使用者設備進行該連網程序前，由該行動管理實體預先將該認證向量中對應至該使用者設備的一第一認證向量傳送至該使用者設備及預先將該認證向量中對應至該基地台的一第二認證向量傳送至該基地台；
　　（c）由該基地台傳送一使用者設備辨識符至該使用者設備；以及
　　（d）由該使用者設備根據該使用者設備辨識符及該認證向量，與該基地台完成一認證程序。
【第9項】

如請求項8所述之認證方法，其中步驟（a）為下列步驟：於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體透過一認證資料程序，預先自該本籍用戶伺服器取得該認證向量。
【第10項】

如請求項8所述之認證方法，其中步驟（b）包含下列步驟：於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體透過一離網程序，預先將該第一認證向量傳送至該使用者設備。
【第11項】

如請求項10所述之認證方法，其中該離網程序由該使用者設備或該行動管理實體其中之一來啟動。
【第12項】

如請求項8所述之認證方法，其中步驟（b）包含下列步驟：於該使用者設備進行一連網程序前，由該行動管理實體透過一使用者設備背景釋放程序，預先將該第二認證向量傳送至該基地台。
【第13項】

如請求項8所述之認證方法，其中步驟（d）包含下列步驟：
　　由該使用者設備根據該使用者設備辨識符傳送一認證請求訊息至該基地台；
　　由該基地台根據該認證請求訊息傳送一認證回應訊息至該使用者設備；
　　由該使用者設備根據該認證向量及該認證回應訊息傳送一認證結果訊息至該基地台；以及
　　由該基地台根據該認證結果訊息傳送一認證成功訊息至該使用者設備。
【第14項】

如請求項13所述之認證方法，其中該認證程序為一無線資源控制連結設定程序，該認證請求訊息為一無線資源控制連結請求訊息，該認證回應訊息為一無線資源控制連結設定訊息，該認證結果訊息為一無線資源控制連結設定完成訊息，該認證成功訊息為一無線資源控制連結重組態訊息。