[發明專利]基于中繼站輔助的高速列車目標基站的安全切換方法

有效

• 申請號: 201810165590.1
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108495311B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 趙越;陳周國;蘇宏;丁建偉;郭宇斌;孫恩博
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十研究所
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04W12/04;H04W12/06;H04W36/00;H04W36/08;H04W36/32;H04L29/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

本發明公開了一種基于中繼站輔助的高速列車目標基站安全切換方法，包括步驟：(1)選擇待接入目標基站；(2)進入目標基站覆蓋范圍前，中繼站與目標基站通過當前基站交互切換準備消息，中繼站與當前基站完成新地址配置，與目標基站完成雙向認證和會話密鑰協商；(3)進入目標基站覆蓋范圍后，完成中繼站及其所連接用戶設備的位置登記，并執行鏈路層切換激活新的連接。該種基站切換方法能夠滿足前向安全性，能夠有效防止節點偽造攻擊，防范拒絕服務攻擊，抵制重放攻擊，計算效率高，對信令消息的機密性與完整性采取了很好的安全保護。

技術領域

本發明涉及基站切換技術領域，尤其是基于中繼站輔助的高速列車目標基站安全切換方法。

背景技術

近年來，高速鐵路場景下的車地無線通信受到廣泛關注。高速移動列車通信面臨的主要問題是快速且頻繁的基站切換。基站(Evolved NodeB,eNodeB)受固定位置和發射功率限制，導致列車上用戶設備(user equipment,UE)在通話過程會穿越多個小區。列車是人員相對集中的環境，當列車經過重疊區時，車內所有的UE同時發生群組切換，大量UE發送切換請求會造成信令風暴，導致系統阻塞甚至癱瘓。

現有解決方案是在列車內將這些用戶的信息用車載天線進行匯聚，然后再通過車載天線與地面基站進行交互。車載天線作為中繼站(relay station,RS)協助UE與eNodeB完成通信的建立過程，其第一跳是從基站到高速列車的RS，第二跳是從高速列車的RS到UE。這樣對基站來說整個列車相當于是一個用戶在發送切換請求，極大的減少了信令交互負荷。但是，當列車在高速移動時，RS仍會在多個eNodeB之間進行快速且頻繁的切換信息交互，切換信令消息仍然面臨竊取、篡改、偽造、重放等攻擊的威脅，需要設計平滑無縫的安全切換方案，確保滿足各項安全屬性，同時盡量縮短切換延遲，降低切換過程中的中斷率。

目前，高速列車切換技術的研究集中在高速列車跨區切換性能的優化，很少考慮安全方面的需求，從對國內外專利檢索結果來看，尚未有涉及高速列車安全切換的相關發明專利，高速列車安全切換的學術論文也較少，A Jabir等人提出將認證授權記帳(authentication,authorization and accounting,AAA)技術引入到移動切換中，實現切換過程中節點認證注冊的安全性。但是，AAA技術需要公鑰證書和公鑰基礎設施PKI的支持，在高速列車快速移動場景下性能不高。M Almulla等人提出適用于車載網絡的基于身份簽名的快速接入認證方法(access authentication based on identity signature,AAIS)，該方案支持車輛和網絡之間進行雙向的身份認證，但該方案對信令消息的機密性和完整性缺乏有效的保護，并且在切換過程中需要同家鄉代理進行信息的交互。在消息傳輸安全方面，I Lopez等人提出車地無線通信使用IPSec機制實現信令和數據消息傳輸的安全保護，采用IKE協議實現安全關聯。然而，IPSec機制不能很好地支持域間切換，IKE協議也必須通過預共享密鑰或公鑰證書才能完成，因此并不完全適合列車高速移動快速切換的特點。

發明內容

基于現有技術的上述缺陷，本發明提供一種安全性能高、運算效率高的基于中繼站輔助的高速列車目標基站安全切換方法。

本發明能夠以多種方式實現，包括方法、系統、設備、裝置或計算機可讀介質，在下面論述本發明的幾個實施例。

基于中繼站輔助的高速列車目標基站安全切換方法，包括步驟：

(1)選擇待接入目標基站；

(2)進入目標基站有效覆蓋范圍前，中繼站與目標基站通過當前基站交互切換準備消息，中繼站與當前基站完成新地址配置，與目標基站完成雙向認證和會話密鑰協商；

(3)進入目標基站有效覆蓋范圍后，完成中繼站及其所連接用戶設備的位置登記，并執行鏈路層切換激活新的連接。