本文關(guān)鍵詞：LTE網(wǎng)絡(luò)中基于群組的MTC設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制的研究

  更多相關(guān)文章： LTE網(wǎng)絡(luò) MTC通信 聚合消息認(rèn)證碼 信令擁塞

【摘要】：M2M通信作為物聯(lián)網(wǎng)的主要支撐技術(shù),它的發(fā)展引領(lǐng)了整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展。3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)于R10階段將通過(guò)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗2M通信正式定義為MTC(Machine Type Communication)。然而MTC通信的復(fù)雜業(yè)務(wù)以及海量用戶的接入為移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn),其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是網(wǎng)絡(luò)擁塞中的信令擁塞:為了保證MTC設(shè)備的接入安全以及后續(xù)與MTC應(yīng)用的通信安全,MTC設(shè)備在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí),要進(jìn)行認(rèn)證以及密鑰協(xié)商,因此當(dāng)位于同一地理位置的或者是具備相同業(yè)務(wù)的大量MTC設(shè)備同時(shí)發(fā)起接入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求時(shí),由于每一臺(tái)MTC設(shè)備都要進(jìn)行一次完整的認(rèn)證過(guò)程,這便會(huì)產(chǎn)生大量的信令開(kāi)銷,對(duì)于LTE系統(tǒng)來(lái)說(shuō),LTE網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)如MME、HSS便會(huì)發(fā)生信令擁塞。為了解決上述問(wèn)題,鑒于3GPP在Release 12階段對(duì)組特性的研究,在最近幾年,基于MTC設(shè)備分組的方案得到了許多學(xué)者的認(rèn)可。本文基于對(duì)目前各種基于群組的MTC設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制的分析,針對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)提出了一種優(yōu)化的基于群組的MTC設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制。該機(jī)制在MTC群組的組長(zhǎng)處通過(guò)采用聚合消息認(rèn)證碼的技術(shù),實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對(duì)群組中所有MTC設(shè)備的同時(shí)認(rèn)證;在HSS處,通過(guò)僅計(jì)算關(guān)于組的認(rèn)證參數(shù),既簡(jiǎn)化了信令格式,又節(jié)省了計(jì)算時(shí)間;同時(shí)通過(guò)在MTC群組發(fā)起第一次認(rèn)證請(qǐng)求時(shí),HSS處產(chǎn)生不止一個(gè)組認(rèn)證向量而是n個(gè),然后將這n個(gè)組認(rèn)證向量傳輸給MME進(jìn)行存儲(chǔ),因此HSS不再需要參與后續(xù)的接入認(rèn)證過(guò)程,從而減輕了HSS的負(fù)擔(dān),而且更進(jìn)一步降低了信令開(kāi)銷,同時(shí)也大大降低了傳輸時(shí)延;另外為了節(jié)省計(jì)算開(kāi)銷,該機(jī)制在MME中沒(méi)有關(guān)于MTC群組有效組認(rèn)證向量的情形下,需要在接入認(rèn)證請(qǐng)求階段增加兩條信令:組消息認(rèn)證碼請(qǐng)求、組消息認(rèn)證碼響應(yīng)。最后本文對(duì)該機(jī)制的安全屬性采用Pro Verif進(jìn)行了驗(yàn)證,并對(duì)該機(jī)制的信令開(kāi)銷、傳輸時(shí)延以及計(jì)算開(kāi)銷進(jìn)行了分析。通過(guò)分析可以得出:本文提出的機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)MTC設(shè)備與LTE網(wǎng)絡(luò)的相互認(rèn)證,并且通過(guò)密鑰協(xié)商獲得的密鑰不會(huì)被監(jiān)聽(tīng)或篡改;同時(shí)該機(jī)制不僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對(duì)群組中所有MTC設(shè)備的同時(shí)認(rèn)證,而且更進(jìn)一步降低了信令開(kāi)銷、傳輸時(shí)延以及計(jì)算開(kāi)銷,從而提高了認(rèn)證效率,達(dá)到了緩解信令擁塞的目的。
【關(guān)鍵詞】：LTE網(wǎng)絡(luò) MTC通信 聚合消息認(rèn)證碼 信令擁塞
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 3GPP組織M2M標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展10-11
• 1.2.2 網(wǎng)絡(luò)擁塞解決方案發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方案發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.2.4 基于群組的MTC設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容13
• 1.4 本文研究目的13
• 1.5 本文創(chuàng)新點(diǎn)13-14
• 1.6 文章結(jié)構(gòu)安排14-15
• 2 LTE網(wǎng)絡(luò)概述15-27
• 2.1 LTE簡(jiǎn)介15
• 2.2 LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)15-19
• 2.2.1 LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)15-17
• 2.2.2 LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)17-19
• 2.3 LTE系統(tǒng)的安全體系19-23
• 2.3.1 LTE系統(tǒng)的安全層次19-20
• 2.3.2 LTE系統(tǒng)的安全架構(gòu)20-21
• 2.3.3 LTE系統(tǒng)的密鑰結(jié)構(gòu)21-23
• 2.4 LTE系統(tǒng)的接入認(rèn)證機(jī)制23-27
• 3 MTC通信27-36
• 3.1 MTC通信概述27-28
• 3.1.1 MTC通信的由來(lái)27-28
• 3.1.2 MTC通信特點(diǎn)28
• 3.2 LTE網(wǎng)絡(luò)中的MTC通信28-33
• 3.2.1 包含MTC通信的LTE通信系統(tǒng)28-29
• 3.2.2 LTE網(wǎng)絡(luò)中MTC通信的通信模式29-31
• 3.2.3 LTE系統(tǒng)中MTC通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)31-32
• 3.2.4 LTE系統(tǒng)中MTC通信的安全架構(gòu)32-33
• 3.3 LTE網(wǎng)絡(luò)中MTC通信所面臨的挑戰(zhàn)33-36
• 3.3.1 網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題33-34
• 3.3.2 接入安全問(wèn)題34
• 3.3.3 無(wú)線資源分配問(wèn)題34-35
• 3.3.4 MTC設(shè)備的終端耗能問(wèn)題35-36
• 4 LTE網(wǎng)絡(luò)中基于群組的MTC設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制的設(shè)計(jì)36-50
• 4.1 認(rèn)證機(jī)制設(shè)計(jì)的總體思路36
• 4.2 認(rèn)證機(jī)制的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程36-45
• 4.2.1 初始化36-37
• 4.2.2 MTC群組的劃分37-38
• 4.2.3 MTC群組組密鑰的分發(fā)38-39
• 4.2.4 組認(rèn)證及密鑰協(xié)商39-45
• 4.3 認(rèn)證機(jī)制在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用45-50
• 4.3.1 全認(rèn)證場(chǎng)景中的應(yīng)用45
• 4.3.2 再次接入場(chǎng)景中的應(yīng)用45-47
• 4.3.3 漫游切換場(chǎng)景中的應(yīng)用47-50
• 5 LTE網(wǎng)絡(luò)中基于群組的MTC設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制的性能分析50-68
• 5.1 認(rèn)證機(jī)制安全性分析50-54
• 5.1.1 安全性分析方法50
• 5.1.2 安全性分析工具50-52
• 5.1.3 安全性分析驗(yàn)證結(jié)果52-54
• 5.2 認(rèn)證機(jī)制認(rèn)證效率分析54-68
• 5.2.1 信令開(kāi)銷分析54-59
• 5.2.2 計(jì)算開(kāi)銷分析59-63
• 5.2.3 傳輸時(shí)延分析63-68
• 結(jié)論68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果74

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本文編號(hào)：719474