プリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法

专利摘要:
プリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法は、コーディネーターが、無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）へのアクセスをリクエストする装置に対してビーコンフレームを放送し、ビーコンフレームには装置に対する認証リクエスト情報とコーディネーターの指示する認証及びキー管理ツールが含まれることと、装置が、認証リクエスト情報に対して検証を行い、コーディネーターに装置に対する認証リクエストがある場合には、コーディネーターと装置が、プリミティブに基づく認証を行ってセッションキーを取得することとを含む。
公开号:JP2011512710A
申请号:JP2010542505
申请日:2009-01-14
公开日:2011-04-21
发明作者:▲ビァン▼玲 ▲張▼；▲曉▼▲龍▼ ▲頼▼；起柱 宋；▲軍▼ 曹；志▲キァン▼ 秦；▲ユェ▼雷 肖；振海 黄
申请人:西安西▲電▼捷通▲無▼▲線▼▲網▼▲絡▼通信股▲ふん▼有限公司；
IPC主号:H04L9-08

专利说明:

[0001] 本発明は無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法に関し、特にプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法に関する。]
背景技術

[0002] 本出願は、２００８年１月１９日に中国に出願された出願番号２００８１００１７３４４．８、発明名称「プリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法」に基づく優先権を主張し、その全内容をここに引用する。]
[0003] 最近、無線モバイル通信は急速な発展をとげ、新技術が次から次へと出現し、ハニカム通信の3Gからブロードバンド無線アクセスの中のLMDS（Local Multipoint Distribution Services、ローカルマルチポイント配信サービス）、MMDS（Multichannel Microwave Distribution System、マルチチャネルマイクロ波分配システム）まで、更に無線ローカルネットワークのWAPI（WLAN Authentication and Privacy Infrastructure、無線LANの識別とプライバシーのインフラストラクチャ）、IEEE802.11b、802.11a、802.11gまで、世界は無線という大きなネットワークの中でだんだん小さくなっていく。いたるところに存在するネット端末、人間本位の、個性化、知能化されたモバイルコンピューティング、及び早くて便利な無線アクセス、無線インターネットなどの新概念と新製品は、人々の仕事と日常生活に徐々に溶け込んでいる。各種携帯式の消耗品としての電子製品、例え携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）、ノートパソコン、デジタルカメラなどは人々の生活の一部になっている。このような周辺装置の増加に伴い、限られたよく変わる小範囲のオフィスや家庭環境で多種の装置及びその情報の共有を如何に低コストで、簡単に実現するかということは実に難しいことである。WPAN（Wireless Personal Area Network、無線パーソナルエリアネットワーク）は、このようなアクティビティ半径が小さく、業務種類が多様な特定群体向けのシームレスなワイレス接続の実現の課題を解決するための新たな無線通信ネットワーク技術である。]
[0004] WPANはWAN、ローカルエリアネットワークと並列するが、カバーする範囲が比較的小さい無線ネットワークであり、現在では既に通信ネットワークにおいて不可欠な一部分になっており、また4G無線通信と制御における主流技術であり、且つ2G、3Gモバイル通信の各種エアインタフェースとシームレス接続が実現できる。もしアクセスネットワークがデジタル化への「最後の一キロ」でしたら、WPANはその「最後の50メートル」である。WPANはPOS（Personal Operating Space、個人オペレーティングスペース）で業務種類が多様な特定群体向けのシームレス接続を提供する。POSはただ個人の周辺の一つの小さな空間であり、その典型的な距離は10mであり、ここでの通信は「Ad hoc」（自己組織化）の方式で生じる。POSは個人に限り、特に個人の持つ装置であり、ユーザーの移動に伴って移動する。WPANはPOS内の装置が通信能力を持つようにさせ、また彼らのPOS内に入った他の装置の間との通信を許可する。WPANはユーザーからの要求がある時に自然に生じ、ユーザーの多くの介入を必要とせず、またすでに存在するネットワーク、或は独立したネットワークとの間に相互運用性を持つ。WPANは検証と安全な操作モードも提供でき、許認可の得た個人装置とのクリックリンクを許し、その他の許認可のない装置とのリンクを拒否する。WPANの主な狙いは個人ユーザー市場であり、消耗品としての電子装置の間の迅速で便利なデータ伝送などに使われ、それでWPANは価格が安く、ボリュームが小さく、操作簡単且つ電力消耗が低いなどの利点を持つ。]
[0005] WPANにアクセスするため、装置はWPANのコーディネーターと接続する必要がある。WPANのコーディネーターとは装置をWPANへアクセスさせることができ、且つそれにルーティングを提供できる装置を指し、その自身もある程度の端末機能を果たすことができる。WPANへのアクセス方法に関して、現在では主に三種類のアクセス方法がある。]
[0006] 第一種のアクセス方法は、装置は非セーフモードでWPANへアクセスしてネットワークアドレスを取得し、その後WPANの他の装置と通信を行う、或はWPANからセーフサービスキーを取得してWPANにおける他の装置と通信を行うことである。]
[0007] 第二種のアクセス方法は、装置が事前共有セッションキーを利用してアソシエートプロセスに対してセーフ操作を行い、もしコーディネーターがそのセーフ操作を解除することができる場合には、コーディネーターはその装置をWPANにアクセスさせ、それにより装置はセーフモードでWPANにアクセスしてネットワークアドレスを取得することである。]
[0008] 第三種のアクセス方法は、装置は非セーフモードでWPANにアクセスしてネットワークアドレスを取得し、その後WPAN管理者と認証を行い、もし認証が通る場合には、WPANにこの装置をアクセスさせ、ではなければ、この装置をWPANから除去することである。]
[0009] 第一種のアクセス方法について、如何なる安全保護も必要としないWPAN或は安全通信だけを必要とするWPANに適用して、通常にWPANネットワーク構築中の選択できる一種のアクセス方式である。第二種のアクセス方法について、装置とコーディネーターの間は事前共有セッションキーが必要とするが、事前共有セッションキーは鮮度がなく、容易に撃破されるからその安全性が低い。第三種のアクセス方法について、個々の装置がWPANにアクセスする時にWPAN管理者と認証を行う必要があるため、通信量が大きくなり、それで効率が低くなる。また、任意の装置よりDos攻撃を起こすことができ、即ち非セーフモードでWPANにアクセスしてネットワークアドレスを取得し、その後WPAN管理者との認証が失敗して終了する。]
[0010] ネットワークの階層構造の中で、各層の間は厳密に片方向依存しており、各層の分業と協力関係は隣接する層の間のインタフェースに集中して現れる。]
[0011] 「サービス」というのは隣接する層の間の関係を記す抽象的な概念であり、即ちネットワークにおける各層がその隣接する直上の層へ提供する一組の操作である。下の層はサービス提供者であり、上の層はそのサービスを求めるユーザーである。サービスの表現形式はプリミティブ（primitive）であり、例えばシステムコール又はライブラリ関数である。システムコールはオペレーティングシステムのカーネルがネットワークアプリケーション或はハイレベルアグリーメントに提供するサービスプリミティブである。ネットワークにおけるn層は常にｎ+1層に対してｎ-1層より完備されたサービスを提供すべきで、なければｎ層は存在する価値がなくなる。]
課題を解決するための手段

[0012] 本発明の目的は、プリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法を提供し、既存無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法にある安全性が低く、効率が低い技術的課題を解決することである。]
[0013] 本発明の技術案は下記の通りである。]
[0014] プリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法は、
コーディネーターが、無線パーソナルエリアネットワークWPANにアクセスを求める装置に対してビーコンフレームを放送し、前記ビーコンフレームには前記装置への認証リクエスト情報と前記コーディネーターの指示する認証及びキー管理ツール（key management tool）が含まれるステップ１１と、
前記装置が、前記認証リクエスト情報に対して検証を行い、前記コーディネーターに前記装置に対する認証リクエストがある場合には、前記コーディネーターと前記装置とが、プリミティブに基づく認証を行ってセッションキーを取得し、前記セッションキーに基づいてアソシエートを行い、前記コーディネーターに前記装置に対する認証リクエストがない場合には、前記コーディネーターと前記装置とが、アソシエートを行うステップ１２とを含む。]
[0015] 好ましくは、前記コーディネーターと前記装置とが、プリミティブに基づく認証を行うことは、
前記装置が、前記コーディネーターが、送信したビーコンフレームからコーディネーターの指示する認証及びキー管理ツールを知るステップ２１と、
前記装置が、認証及びキー管理ツールを選定してから前記コーディネーターにアクセスのリクエストを送信するステップ２２と、
前記コーディネーターが、前記装置からのアクセスリクエストを受信してから、前記装置の選定した認証及びキー管理ツールで、認証プリミティブに基づいて前記装置と認証プロセスを行い、その中で、認証プロトコルデータをMAC層の認証コマンドフレームにパッケージして伝送するステップ２３とを含む。]
[0016] 好ましくは、前記セッションキーを取得することは、認証プロセスに前記コーディネーターと前記装置との間のセッションキーを生成することを含む。]
[0017] 好ましくは、前記セッションキーを取得することは、認証プロセスに前記コーディネーターと前記装置との間のマスタキーを生成し、前記コーディネーターと前記装置とが、前記マスタキーを利用してセッションキーアレンジプリミティブに基づいてセッションキーアレンジプロセスを行い、その中で、セッションキーアレンジプロトコルデータはMAC層のセッションキーアレンジコマンドフレームにパッケージして伝送されることを含む。]
[0018] 好ましくは、前記セッションキーに基づいてアソシエートを行うことは、
前記装置が、前記コーディネーターにアソシエートリクエストを送信し、前記装置が前記セッションキーを利用して前記アソシエートリクエストに対して安全保護を行うステップ５１と、
前記コーディネーターが、前記装置の送信したアソシエートリクエストを受信してから、前記アソシエートリクエストに対して安全保護の解除を行い、前記アソシエートリクエストの情報に対して検証を行ってアソシエーレスポンスを生成するステップ５２と、
前記コーディネーターが、前記アソシエーレスポンスを前記装置へ送信するステップ５３と、
前記装置が、前記コーディネーターを介してWPANにアクセスするステップ５４とを含む。]
[0019] 好ましくは、前記コーディネーターに前記装置に対する認証リクエストがない場合に、前記コーディネーターと前記装置とが、アソシエートを行うことは、
前記装置が、前記コーディネーターにアソシエートリクエストを送信するステップ６１と、
前記コーディネーターが、前記装置の送信したアソシエートリクエストを受信してから、前記アソシエートリクエストの情報に対して検証を行ってアソシエーレスポンスを生成するステップ６２と、
前記コーディネーターが、前記アソシエーレスポンスを前記装置に送信するステップ６３と、
前記装置が、前記コーディネーターを介してWPANにアクセスするステップ６４とを含む。]
[0020] 好ましくは、前記アソシエーレスポンスは、前記コーディネーターが前記装置に配分したネットワークアドレス或はアソシエートの失敗の原因を含む。]
発明の効果

[0021] 本発明は、以下の利点を有する。]
[0022] １．装置は非認証モードでWPANにアクセスすることを指示する上に、認証モードでWPANにアクセスすることも指示し、また認証モードでWPANにアクセスするのは装置とコーディネーターとの間の認証に基づいたものであり、Dos攻撃を有効的に防ぎ、従って装置のWPANにアクセスする互換性、安全性と性能が向上される。]
[0023] ２．装置とコーディネーターはいずれもMAC層で認証プリミティブとセッションキーアレンジプリミティブを定義しており、認証アレンジデータとセッションキーアレンジデータはMAC層の認証コマンドフレームとセッションキーアレンジコマンドフレームの中にパッケージして伝送されるため、装置がWPANにアクセスする統合可能性を向上して認証とセッションキーアレンジのプロセスがハードウエアに集成される。]
[0024] ３．既存のWPANにアクセスする方法に対して、アソシエートプロセスは如何なる変更もなく、只アソシエートプロセスの前にアクセスリクエストと認証及びセッションキーアレンジプロセスを増やしただけで、またこれらのプロセスの具体的内容は交換性を持つ。もしコーディネーターに装置に対する認証リクエストがないと、アクセスプロセス全体は既存WPANのアクセス方法と一緒であり、それにより高い互換性と装置がWPANにアクセスする拡張可能性を向上することを実現する。]
[0025] ４．認証を指示する状況では、装置とコーディネーターがアソシエートプロセスを行う時に使うセッションキーは装置とコーディネーターが認証プロセスで生成したものであり、または認証プロセスで生成したマスタキーを利用してアレンジしたものであり、装置とコーディネーターとの認証プロセスとアソシエートプロセスは良いアソシエート性を持ち、セッションキーが鮮度を持つようにし、それで装置がWPANにアクセスする安全性を向上する。]
図面の簡単な説明

[0026] プリミティブに基づくWPANアクセスシステムのアクセス方法の模式図であり、その中のAはWPANへのアクセスをリクエストする装置であり、BはWPANにおけるAがアソシエートするコーディネーターであり、実線は必ず完成しなければならないプロセスであり、点線は完成する必要がある可能性を持つプロセスを表す図である。
プリミティブに基づくWPANアクセスシステムの模式的なフロー図である。]
実施例

[0027] 図1を参照して、プリミティブに基づくWPANアクセスシステムにおいて、装置はWPANにおけるコーディネーターを介してWPANにアクセスし、装置のアソシエートするコーディネーターはアクセスプロセスで当該装置がWPANにアクセスすることを許すかどうかを決める。装置とコーディネーターはいずれもMAC層で認証プリミティブとセッションキーアレンジプリミティブを定義しており、認証アレンジデータとセッションキーアレンジデータはMAC層の認証コマンドフレームとセッションキーアレンジコマンドフレームにパッケージして伝送される。コーディネーターがビーコンフレームを放送し、装置はコーディネーターが放送したビーコンフレームに基づいてコーディネーターの装置への認証リクエストを識別し、もしコーディネーターに装置に対する認証リクエストがないと、装置とコーディネーターはアソシエートプロセスを行う。もしコーディネーターに装置に対する認証リクエストがあると、装置は認証及びキー管理ツールを選定してコーディネーターにアクセスリクエストを送信し、コーディネーターはそのアクセスリクエストを受信してからコーディネーターと装置との認証及びセッションキーアレンジプロセスを起動させ、コーディネーターと装置がお互いに認証した上に相応するセッションキーを取得する場合に、装置とコーディネーターはアソシエートプロセスを行う。アソシエートが成功してから、装置はコーディネーターを介してWPANにアクセスし、それで正常な通信を行うことができる。]
[0028] プリミティブに基づくWPANアクセスシステムのアクセス方法の具体的実現方法については、図1を参照されたい。プリミティブに基づくWPANアクセスシステムの模式的なフロー図については図2を参照されたい。]
[0029] ステップ1]コーディネーターがビーコンフレームを放送する。もしコーディネーターに装置に対する認証リクエストがないと、コーディネーターはビーコンフレームの中で装置に対する認証リクエストがないことを明示し、そうではなければ、コーディネーターはビーコンフレームの中で装置に対する認証リクエストがあることを明示し、この時はさらにビーコンフレームの中でコーディネーターが指示する認証及びキー管理ツールを明示すべきである。]
[0030] ステップ２] 装置はステップ1]におけるコーディネーターが送信したビーコンフレームを受信してから、先ずコーディネーターが装置に対する認証リクエストを検証し、もしコーディネーターの装置に対する認証リクエストがないと、ステップ５]を執行し、もしコーディネーターの装置に対する認証リクエストがあり、且つ装置も認証を指示すると、装置はコーディネーターが指示する認証及びキー管理ツールを選定して、その後コーディネーターにアクセスリクエストを送信する。アクセスリクエストには装置の選定した認証及びキー管理ツールを含む。]
[0031] ステップ３]コーディネーターがステップ２]における装置からのアクセスリクエストを受信してから、コーディネーターが先ず装置の選定した認証及びキー管理ツールを識別し、それから当該装置との認証プロセスを起動させる。もし認証が失敗したら、アクセスプロセスを中止させ、そうではなければ、コーディネーターと装置が認証プロセスでコーディネーターと装置との間のセッションキーを生成するときに、ステップ５]を執行し、コーディネーターと装置が認証プロセスでコーディネーターと装置との間のマスタキーを生成した時に、ステップ４]を執行する。装置とコーディネーターはいずれもMAC層で認証プリミティブを定義しており、認証プリミティブを利用して装置とコーディネーターの認証を実現し、認証アレンジデータはMAC層の認証コマンドフレームの中にパッケージして伝送される。]
[0032] ステップ４]コーディネーターと装置がステップ３]でコーディネーターと装置との間のマスタキーを生成した時に、コーディネーターと装置はコーディネーターと装置との間のマスタキーを利用してセッションキーアレンジプロセスを行う。もしセッションキーアレンジプロセスが失敗すると、アクセスを中止させ、そうでなければ、ステップ５]を執行する。ステップ３]と同様に、装置とコーディネーターはいずれもMAC層でセッションキーアレンジプリミティブを定義しており、セッションキーアレンジプリミティブを利用して装置とコーディネーターのセッションキーアレンジを実現し、セッションキーアレンジプロトコルデータはMAC層のセッションキーアレンジコマンドフレームの中にパッケージして伝送される。]
[0033] ステップ５] 装置がステップ２]でコーディネーターの装置に対する認証リクエストがないと知った時に、或は装置とコーディネーターが認証及びセッションキーアレンジプロセスを経た後に装置とコーディネーターとの間のセッションキーを取得した時に、装置はコーディネーターにアソシエートリクエストを送信する。もし装置とコーディネーターとの間にセッションキーが存在する場合には、装置は当該セッションキーを利用してアソシエートリクエストに対して安全保護を行う。]
[0034] ステップ６]コーディネーターはステップ５]での装置からのアソシエートリクエストを受信してから、アソシエートリクエストが安全保護されたアソシエートリクエストであるかを検証する。もしステップ５]で装置が送信したアソシエートリクエストが安全保護されたアソシエートリクエストである場合には、当該アソシエートリクエストに対して安全保護の解除及びアソシエートリクエスト情報の検証をしてからアソシエーレスポンスを生成して装置に送信し、当該アソシエーレスポンスは装置とコーディネーターとの間のセッションキーを使用して安全保護を行ったアソシエーレスポンスである。そうでなければ、アソシエートリクエスト情報を検証してからアソシエーレスポンスを生成して装置に送信し、当該アソシエーレスポンスは安全保護されてないアソシエーレスポンスである。もし当該装置がWPANにアクセスすることをコーディネーターが許す場合には、アソシエーレスポンスにはコーディネーターが装置へ分配したネットワークアドレスが含まれ、装置はコーディネーターを介してWPANにアクセスし、それにより装置とコーディネーターとの間には正常な通信ができ、そうでなければ、アソシエーレスポンスには装置とコーディネーターのアソシエート失敗の原因が含まれる。]
[0035] Ａ 装置
Ｂ コーディネーター]

权利要求:

請求項1
コーディネーターが、無線パーソナルエリアネットワークWPANへのアクセスをリクエストする装置に対してビーコンフレームを放送し、前記ビーコンフレームには前記装置に対する認証リクエスト情報と前記コーディネーターの指示する認証及びキー管理ツールが含まれるステップ１１と、前記装置が、前記認証リクエスト情報に対して検証を行い、前記コーディネーターに前記装置に対する認証リクエストがある場合には、前記コーディネーターと前記装置とが、プリミティブに基づく認証を行ってセッションキーを取得し、前記セッションキーに基づいてアソシエートを行い、前記コーディネーターに前記装置に対する認証リクエストがない場合には、前記コーディネーターと前記装置とが、アソシエートを行うステップ１２とを含むことを特徴とするプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。
請求項2
前記コーディネーターと前記装置とが、プリミティブに基づく認証を行うことは、前記装置が、前記コーディネーターが送信したビーコンフレームからコーディネーターの指示する認証及びキー管理ツールを知るステップ２１と、前記装置が、認証及びキー管理ツールを選定してから前記コーディネーターにアクセスリクエストを送信するステップ２２と、前記コーディネーターが、前記装置からのアクセスリクエストを受信してから、前記装置の選定した認証及びキー管理ツールで、認証プリミティブに基づいて前記装置との認証プロセスを行い、その中で、認証プロトコルデータをMAC層の認証コマンドフレームの中にパッケージして伝送するステップ２３とを含むことを特徴とする、請求項1に記載のプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。
請求項3
前記セッションキーを取得することは、認証プロセスで前記装置と前記コーディネーターとの間のセッションキーを生成することを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。
請求項4
前記セッションキーを取得することは、認証プロセスで前記装置と前記コーディネーターとの間のマスタキーを生成することと、前記コーディネーターと前記装置とが、前記マスタキーを利用してセッションキーアレンジプリミティブに基づいてセッションキーアレンジプロセスを行い、その中で、セッションキーアレンジプロトコルデータはMAC層のセッションキーアレンジコマンドフレームの中にパッケージして伝送されることとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。
請求項5
前記セッションキーに基づいてアソシエートを行うことは、前記装置が、前記コーディネーターにアソシエートリクエストを送信し、前記装置が、前記セッションキーを利用して前記アソシエートリクエストに対して安全保護を行うステップ５１と、前記コーディネーターが、前記装置の送信したアソシエートリクエストを受信してから、前記アソシエートリクエストに対して安全保護の解除を行い、前記アソシエートリクエストの情報に対して検証を行ってからアソシエーレスポンスを生成するステップ５２と、前記コーディネーターが、前記アソシエーレスポンスを前記装置に送信するステップ５３と、前記装置が、前記コーディネーターを介してWPANにアクセスするステップ５４とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。
請求項6
前記コーディネーターに前記装置に対する認証リクエストがない場合に、前記コーディネーターと前記装置とが、アソシエートを行うことは、前記装置が、前記コーディネーターにアソシエートリクエストを送信するステップ６１と、前記コーディネーターが、前記装置の送信したアソシエートリクエストを受信してから、前記アソシエートリクエストの情報に対して検証を行ってアソシエーレスポンスを生成するステップ６２と、前記コーディネーターが、前記アソシエーレスポンスを前記装置に送信するステップ６３と、前記装置が、前記コーディネーターを介してWPANにアクセスするステップ６４とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。
請求項7
前記アソシエーレスポンスは、前記コーディネーターが前記装置に配分したネットワークアドレス或はアソシエートが失敗した原因を含むことを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のプリミティブに基づく無線パーソナルエリアネットワークのアクセス方法。