DE69925572T2

DE69925572T2 - Verfahren und anordnung zur herstellung einer verschlüsselten verbindung

Info

Publication number: DE69925572T2
Application number: DE69925572T
Authority: DE
Inventors: Lars-Göran LUND; Roland Bodin
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2019-01-15
Also published as: EP1051873B1; AU2646499A; AU752022B2; TR200002201T2; US6483919B1; DE69925572D1; SE9800275D0; CN1289515A; TW432882B; SE517204C2; CN1112082C; SE9800275L; WO1999039537A1; CA2319320A1; CA2319320C; EP1051873A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf verschlüsselte Verbindungen und genauer gesagt auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Einrichten einer verschlüsselten Verbindung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation in einem Mobiltelefonsystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Während der Einrichtungsphase eines GSM Anrufs kann der Netzwerkbetreiber optional eine Verschlüsselung des Anrufs wählen durch Übermitteln einer Verschlüsselungsmodusbefehls-(CMC)-Nachricht [cp. GSM 04.08 Mobile Radio Interface Layer 3 Specification] an die Mobilstation (MS), um ihr anzuordnen den Anruf zu verschlüsseln.
Wenn die CMC Nachricht auf der Funkschnittstelle an die MS unter schlechten Funkbedingungen übermittelt wird, kann die Folge sein, dass der Versuch einer Anrufeinrichtung fehlschlägt. Noch schlechter, der Funkkanal kann auch für eine weitere Verwendung für einige Zeit blockiert sein.
Eine Übermittlung von Informationsrahmen (I-Rahmen) auf einer Funkstelle wird innerhalb der Link Access Procedures auf dem Dm Kanal-(LAPDm)-Protokoll gehandhabt [cp. GSM 04.06 MS-BSS Interface Data Link Layer Specification]. Wenn ein I-Rahmen in Folge schlechter Funkumgebung verloren geht, wird die Situation durch Wiederübermitteln des I-Rahmens gelöst. Dies ist ein allgemeines Verfahren, dass für alle I-Rahmen verwendet wird, ungeachtet welche Nachricht der I-Rahmen enthält.
Im Gegensatz zu anderen Nachrichten, die zu der MS gesendet werden, ist die CMC Nachricht insofern speziell, dass sie auch eine Funktion in einer Basistransceiverstation (BTS) steuert, nämlich eine Verschlüsselung.
Die Veränderung eines Verschlüsselungsmodus in der BTS wird in zwei Schritten durchgeführt. Als erstes wird der Verschlüsselungsmodus in der Aufwärtsverbindungsrichtung verändert, d.h. die Richtung von der MS zu dem Netzwerk.
Wenn die Aufwärtsverbindung unter Verwenden des neuen Verschlüsselungsmodus arbeitet, wird der Verschlüsselungsmodus auch in der Abwärtsverbindungsrichtung verändert, d.h. die Richtung von dem Netzwerk zu der MS.
Die CMC Nachricht weist die MS an, die neue Verschlüsselungseinstellung in beide Richtungen zu verwenden. Zur gleichen Zeit, zu der die CMC Nachricht auf der Funkschnittstelle gesendet wird, startet die BTS eine Dechiffrierung der Aufwärtsverbindung gemäß der neuen Chiffrierungsmoduseinstellung. Wenn die BTS bemerkt, dass die Aufwärtsverbindung gemäß den neuen Chiffrierungsmoduseinstellungen verschlüsselt ist, startet die BTS auch eine Chiffrierung der Abwärtsverbindung. Dies ist zum Beispiel bekannt aus GB-A-2 313 989.
Eine Hauptsignalisierungsverbindung, d.h. eine Signalisierungsverbindung innerhalb des LAPDm Protokolls, das zum Steuern der MS verwendet wird, wird zwischen der BTS und der MS durch die MS eingerichtet durch Senden eines Satzes von asynchronen ausgeglichenen Modus (SABM) Rahmen an die BTS. Die BTS bestätigt den Empfang des SABM Rahmens durch Senden eines unnummerierten Bestätigungs-(UA)-Rahmens an die MS. Wenn die MS den UA Rahmen empfängt, tritt sie in den Mehrfachrahmenmodus ein, d.h. den bestätigten Betriebsmodus einer LAPDm Verbindung, in der ein Informationsaustausch durch den Empfänger der Information bestätigt werden muss.
Wenn der UA Rahmen nicht richtig von der MS empfangen wurde, bleibt die MS in einem Freilaufmodus, d.h. einem unbestätigten Betriebsmodus einer LAPDm Verbindung, bei der ein Informationsaustausch nicht durch den Empfänger der Information bestätigt werden muss.
Es absolut notwendig, dass die MS in einem Mehrfachrahmenmodus ist, wenn die CMC Nachricht empfangen wird. Andernfalls wird sie durch die MS ignoriert.
Wenn die BTS die CMC Nachricht an die MS gesendet hat, stellt die BTS den neuen Chiffriermodus in der Aufwärtsverbindung ein und nimmt an, dass die MS die neuen Chiffrierungsmoduseinstellungen in beide Richtungen verwenden wird. Wenn jedoch die MS in einem Freilaufmodus ist, wird sie die Nachricht nicht akzeptieren und folglicherweise die Aufwärtsverbindung nicht mit dem beantragten Chiffrierungsmodus verschlüsseln.
Somit kann eine Situation auftreten, bei der die BTS die Aufwärtsverbindung gemäß der neuen Chiffrierungsmoduseinstellung entschlüsselt, während die MS fortfährt die alte Chiffrierungsmoduseinstellung zu verwenden oder fortfährt in einem unchiffrierten Modus zu sein. In dieser Situation wird die BTS nicht in der Lage sein die Nachrichten zu verstehen, die die MS in einer Aufwärtsverbindung sendet.
Die BTS interpretiert die Situation, dass die MS den I-Rahmen nicht bestätigt wie sie sollte, gemäß dem LAPDm Protokoll. In dieser Situation wird die BTS den I-Rahmen wiederholen, der durch die MS ignoriert wird, da sie in einem Freilaufmodus ist. Wenn die BTS den I-Rahmen eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt hat, wird ein Fehlerbericht an eine Basisstationssteuerung (BSC) gesendet, der ein LAPDm Problem anzeigt. Die BTS Aktion auf dieser dient zur Freigabe des Funkkanals.
Die MS wird den SABM Rahmen wiederholen. Der SABM Rahmen wird nicht durch die MS verschlüsselt, aber die BTS entschlüsselt ihn gemäß dem neuen Verschlüsselungsmodus. Die BTS wird den SABM Rahmen nicht verstehen und folglicherweise nicht auf ihn antworten. Wenn die MS den SABM Rahmen eine vorbestimmte Anzahl von Malen ohne Empfangen irgendeiner Antwort wiederholt hat, wird sie stoppen die Einrichtung der Verbindung zu versuchen.
Heute gibt es keinen Weg das Problem zu vermeiden den Anruf zu verlieren und den Funkkanal infolge von Fehlanpassung zwischen den Chiffrierungseinstellungen in der BTS bzw. MS zu blockieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist die oben genannten Probleme zu eliminieren.
Dies wird dadurch erreicht, dass die BTS sicherstellt, vor Senden einer CMC Nachricht an eine MS, dass die MS die Hauptsignalisierungsverbindung betrachtet in einem Mehrfachrahmenmodus zu sein.
Hierdurch werden keine Anrufe verloren gehen, und der Funkkanal wird nicht aus den oben genannten Gründen blockiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird nun im folgenden detaillierter mit Bezugnahme auf die beigefügt Zeichnung beschrieben, in der 1 schematisch einen Teil eines Mobiltelefonsystems darstellt, 2 ein Signalisierungsdiagramm ist, das eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt, 3 ein Signalisierungsdiagramm ist, das eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt, und 4 ein Signalisierungsdiagramm ist, dass eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Mobiltelefonsystems, das dessen Hauptelemente darstellt. Das dargestellte System umfasst ein Mobildienste-Vermittlungszentrum MSC, das mit einem öffentlichen Telefonnetzwerk PSTN verbunden ist. Die MSC ist mit einer Mehrzahl von Basisstationssteuerungen BSC verbunden, selbst wenn nur eine BSC gezeigt ist, die wiederum mit einer Mehrzahl von Basistransceiverstationen BTS verbunden sind, selbst wenn nur eine gezeigt ist, für eine Kommunikation einer Mehrzahl von Mobilstationen MS, von denen nur eine in 1 gezeigt ist.
2 ist ein Signalisierungsdiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zum Einrichten einer verschlüsselten Verbindung zwischen einer MS und einer BTS.
Als erstes sendet MS einen SABM Rahmen an die BTS, um eine Signalisierungsverbindung zwischen der BTS und der MS einzurichten. In Antwort auf die SABM wird eine ESTABLISH INDICATION Nachricht [cp. GSM 08.58 BSC-BTS Interface Layer 3 Specification] durch die BTS an die BSC gesendet, und eine UA wird durch die BTS an die MS gesendet. In Antwort auf die ESTABLISH INDICATION Nachricht sendet die BSC wiederum eine COMPLETE LAYER 3 INFORMATION Nachricht an die MSC.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform wird ein I-Rahmen überlagert, um durch die BTS von der MS empfangen zu werden, bevor die CMC Nachricht durch die BTS von der MSC über BSC empfangen wird. Der Empfang eines I-Rahmens von der MS durch die BTS ist eine Information, die anzeigt, dass die MS in einem Mehrfachrahmenmodus ist. Folglicherweise wird die BTS in Abhängigkeit ihrer Einstellung eingestellt oder verändert ihren Entschlüsselungsmodus in der Aufwärtsverbindungsrichtung, wenn die CMC Nachricht an der BTS ankommt. Ferner leitet die BTS die CMC an die MS weiter, die, abhängig von ihrer Einstellung, entweder in einem Verschlüsselungsmodus eingestellt ist oder ihren Verschlüsselungsmodus verändert.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die durch das Signalisierungsdiagramm in 3 dargestellt wird, wird ein Wahlprozess (poll process) durch die BTS gestartet, direkt nachdem eine UA an die MS gesendet wurde.
Wie in 3 dargestellt, wählt die BTS die MS durch Senden eines Empfangsbereit-RR(Wahl=1)-Signals an die MS. Wenn die MS schon in einem Mehrfachrahmenmodus ist, d.h. die UA wurde durch die MS empfangen, wird die MS durch Senden eines Empfangsbereit-RR(Ende=1)-Signals an die BTS antworten.
Wenn eine CMC Nachricht an der BTS von der MSC über die BSC ankommt und die MS auch auf die Empfangsbereitwahl durch die BTS geantwortet hat, die anzeigt, dass die MS in einem Mehrfachrahmen ist, wird die BTS auf einen Entschlüsselungsmodus eingestellt, oder ändert ihren Entschlüsselungsmodus in die Aufwärtsverbindungsrichtung, und die CMC Nachricht wird durch die BTS an die MS weitergeleitet, die die MS in einen Verschlüsselungsmodus einstellt, oder ihren Verschlüsselungsmodus verändert.
Wie schematisch mittels eines gestrichelten Pfeils in 3 dargestellt wird, kann ein I-Rahmen durch die BTS von der MS während des Wahlprozess empfangen werden. Beim Empfang eines derartigen I-Rahmens, der anzeigt, dass die MS in einem Mehrfachrahmenmodus ist, wird die BTS unmittelbar den Wahlprozess beenden und die CMC Nachricht an die MS bei ihrer Ankunft weiterleiten.
4 ist ein Signalisierungsdiagramm gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zum Einrichten einer verschlüsselten Verbindung zwischen einer MS und einer BTS.
Wie in den Ausführungsformen in 2 und 3 dargestellt, sendet die MS einen SABM Rahmen an die BTS. Ebenso wird, wie in 2 und 3, eine ESTABLISH INDICATION Nachricht durch die BTS an die BSC gesendet, und eine UA wird durch die BTS an die MS gesendet. In Antwort auf die ESTABLISH INDICATION Nachricht sendet die BSC, wie oben, eine COMPLETE LAYER 3 INFORMATION Nachricht an die MSC.
Eine CMC kommt dann an der BTS von dem MSC über die BSC an.
In dieser Ausführungsform der Erfindung wird die MS nicht durch die BTS vorher gewählt, sondern das Wählen der MS durch die BTS wird initiiert, wenn die BTS die CMC empfängt.
Somit wird, wie oben, ein Empfangsbereit-RR(Wahl=1)-Signal durch die BTS an die MS gesendet, um herauszufinden, ob die MS in einem Mehrfachrahmenmodus ist oder nicht, d. h. bereit zum Empfangen der CMC oder nicht.
Die BTS kann die MS wählen, solange ein Empfangsbereit-RR(Ende=1)-Signal durch die BTS von der MS empfangen wird. Als eine Alternative kann eine maximale Anzahl von Wiederholungen innerhalb eines gewissen Zeitintervalls durchgeführt werden.
Jedoch kann, wie in der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist und die schematisch dargestellt mittels eines gestrichelten Pfeils ebenso in 4, ein I-Rahmen durch die BTS von der MS während des Wahlprozesses empfangen werden. Wie in 3, wird die BTS beim Empfang eines derartigen I-Rahmens, der anzeigt, dass die MS in einem Mehrfachrahmenmodus ist, unmittelbar den Wahlprozess beenden und die CMC Nachricht an die MS weiterleiten.
Jedenfalls leitet in der Ausführungsform in 3 die BTS die CMC nicht an die MS weiter, wenn die MS nicht angezeigt hat, dass sie in einem Mehrfachrahmenmodus ist, wie in der BTS detektiert, wenn entweder das Empfangsbereit-RR(Ende=1)-Signal oder ein I-Rahmen durch die BTS von der MS empfangen wird. Beim Empfangen dieses Empfangsbereit-RR(Ende=1)-Signals oder I-Rahmens von der MS, wird die BTS auf einen Entschlüsselungsmodus eingestellt oder ändert ihren Entschlüsselungsmodus in die Aufwärtsverbindungsrichtung und leitet die CMC an die MS weiter, die auf einen Verschlüsselungsmodus eingestellt ist, oder ändert ihren Verschlüsselungsmodus.
Somit wird die BTS eingestellt oder ändert ihren Entschlüsselungsmodus in der Aufwärtsverbindungsrichtung und leitet die CMC an die MS weiter, nur wenn die BTS Information der MS empfängt, die anzeigt, dass die MS in einem Mehrfachrahmenmodus ist.
Infolge der Tatsache, dass die BTS sicherstellt, vor Senden einer CMC an MS, dass die MS die Hauptsignalisierungsverbindung als in eine Mehrfachrahmenmodus betrachtet, wird die Anzahl von verlustigen Anrufen oder blockierten Funkkanälen infolge einer gestörten Funkumgebung vermindert. Ferner wird der Sendebereich verbessert. Es sollte ebenso herausgestellt werden, dass die Erfindung keinerlei Auswirkungen auf die BTS Herstellungskosten hat. Ferner müssen die MS's nicht modifiziert werden.

Claims

Ein Verfahren zum Einrichten einer verschlüsselten Verbindung zwischen einer Mobilstation (MS) und einer Basistransceiverstation (BTS) in einem Mobiltelefonsystem mit einem Mobildienste-Vermittlungszentrum (MSC), wobei die Mobilstation (MS) die Basistransceiverstation (BTS) anfragt, um eine Signalgebungsverbindung einzurichten, die Basistransceiverstation (BTS) der Mobilstation (MS) bestätigt, dass eine Verbindung verfügbar ist und das Mobildienste-Vermittlungszentrum (MSC) informiert, dass eine Verbindung für Signalgebungszwecke verfügbar ist, und das Mobildienste-Vermittlungszentrum (MSC) bei Empfangen einer derartigen Information einen Verschlüsselungsmodusbefehl sendet, um durch die Basistransceiverstation (BTS) an die Mobilstation (MS) weitergeleitet zu werden, welcher die Basistransceiverstation (BTS) in einen Entschlüsselungsmodus einstellt oder den Entschlüsselungsmodus der Basistransceiverstation (BTS) verändert, bzw. die Mobilstation (MS) in einen Verschlüsselungsmodus einstellt oder den Verschlüsselungsmodus der Mobilstation (MS) verändert, dadurch gekennzeichnet, dass nur wenn die Basistransceiverstation (BTS) über die Signalgebungsverbindung eine Information empfängt, die anzeigt, dass sich die Mobilstation (MS) in einem Mehrfachrahmenmodus befindet, die Basistransceiverstation (BTS) in die Aufwärtsverbindungsrichtung auf ihren Entschlüsselungsmodus eingestellt wird oder ihn verändert und den Verschlüsselungsmodusbefehl zu der Mobilstation (MS) weiterleitet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basistransceiverstation (BTS) in die Aufwärtsverbindungsrichtung auf einen Verschlüsselungsmodus eingestellt wird oder ihn verändert und den Verschlüsselungsmodusbefehl an die Mobilstation (MS) bei Empfang eines I-Rahmens von der Mobilstation (MS) weiterleitet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Basistransceiverstation (BTS), die, nachdem sie der Mobilstation (MS) bestätigt hat, dass eine Verbindung verfügbar ist, die Mobilstation (MS) abfragt, um zu bestimmen, ob sie sich in einem Mehrfachrahmenmodus befindet oder nicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Basistransceiverstation (BTS), die die Mobilstation (MS) bei Empfangen des Verschlüsselungsmodusbefehls abfragt, um zu bestimmen, ob sich die Mobilstation (MS) in einem Mehrfachrahmenmodus befindet oder nicht.
Verfahren gemäß Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Basistransceiverstation (BTS), die das Abfragen der Mobilstation (MS) bei Empfang eines I-Rahmens von der Mobilstation (MS) beendet.
Eine Anordnung zum Einrichten einer verschlüsselten Verbindung zwischen einer Mobilstation (MS) und einer Basistransceiverstation (BTS) in einem Mobiltelefonsystem mit einem Mobildienste-Vermittlungszentrum (MSC), wobei die Mobilstation (MS) ein Mittel zum Anfragen der Basistransceiverstation (BTS) zum Einrichten einer Signalgebungsverbindung aufweist, die Basistransceiverstation (BTS) ein Mittel aufweist zum Bestätigen der Mobilstation (MS), dass eine Verbindung verfügbar ist und zum Informieren des Mobildienste-Vermittlungszentrums (MSC), dass eine Verbindung für Signalgebungszwecke verfügbar ist, und das Mobildienste-Vermittlungszentrum (MSC) Mittel aufweist, um bei Empfangen einer derartigen Information einen Verschlüsselungsmodusbefehl zu senden, um durch die Basistransceiverstation (BTS) an die Mobilstation (MS) weitergeleitet zu werden, zum Einstellen der Basistransceiverstation (BTS) auf einen Entschlüsselungsmodus oder Verändern des Entschlüsselungsmodus der Basistransceiverstation (BTS), und zum Einstellen der Mobilstation (MS) auf einen Verschlüsselungsmodus oder Verändern des Verschlüsselungsmodus der Mobilstation (MS), dadurch gekennzeichnet, dass die Basistransceiverstation (BTS) Mittel umfasst zu ihrem Einstellen in die Aufwärtsverbindungsrichtung auf einen Entschlüsselungsmodus oder Verändern ihres Entschlüsselungsmodus, und zum Weiterleiten des Verschlüsselungsmodusbefehls an die Mobilstation (MS), wobei das Einstell- und Weiterleitungsmittel nur in Antwort auf den Empfang von Information über den Signalkanal, an der Basistransceiverstation (BTS) arbeitet, die anzeigt, dass sich die Mobilstation (MS) in einem Mehrfachrahmenmodus befindet.
Anordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Einstellen der Basistransceiverstation (BTS) in die Aufwärtsverbindungsrichtung auf einen Entschlüsselungsmodus oder Verändern ihres Verschlüsselungsmodus und zum Weiterleiten des Verschlüsselungsmodusbefehls an die Mobilstation (MS) bei Empfang eines I-Rahmens von der Mobilstation (MS), aktiviert wird.
Anordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basistransceiverstation (BTS) Mittel umfasst zum Abfragen der Mobilstation (MS), um zu Bestimmen, ob sie sich in einem Mehrfachrahmenmodus befindet oder nicht, nachdem sie der Mobilstation (MS) bestätigt hat, dass eine Verbindung verfügbar ist.
Anordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basistransceiverstation (BTS) Mittel umfasst zum Abfragen der Mobilstation (MS) bei Empfangen des Verschlüsselungsmodusbefehls, um zu Bestimmen, ob die Mobilstation (MS) sich in einem Mehrfachrahmenmodus befindet oder nicht.
Anordnung gemäß Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basistransceiverstation (BTS) Mittel umfasst zum Beenden der Abfrage der Mobilstation (MS) bei Empfang eines I-Rahmens von der Mobilstation (MS).