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

  更多相關(guān)文章： LTE網(wǎng)絡(luò) MTC通信 聚合消息認證碼 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階段將通過移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)進行數(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蜂窩通信系統(tǒng)帶來了巨大的挑戰(zhàn),其中一個關(guān)鍵問題就是網(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,要進行認證以及密鑰協(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)備同時發(fā)起接入網(wǎng)絡(luò)請求時,由于每一臺MTC設(shè)備都要進行一次完整的認證過程,這便會產(chǎn)生大量的信令開銷,對于LTE系統(tǒng)來說,LTE網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵節(jié)點如MME、HSS便會發(fā)生信令擁塞。為了解決上述問題,鑒于3GPP在Release 12階段對組特性的研究,在最近幾年,基于MTC設(shè)備分組的方案得到了許多學(xué)者的認可。本文基于對目前各種基于群組的MTC設(shè)備接入認證機制的分析,針對LTE網(wǎng)絡(luò)提出了一種優(yōu)化的基于群組的MTC設(shè)備接入認證機制。該機制在MTC群組的組長處通過采用聚合消息認證碼的技術(shù),實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對群組中所有MTC設(shè)備的同時認證;在HSS處,通過僅計算關(guān)于組的認證參數(shù),既簡化了信令格式,又節(jié)省了計算時間;同時通過在MTC群組發(fā)起第一次認證請求時,HSS處產(chǎn)生不止一個組認證向量而是n個,然后將這n個組認證向量傳輸給MME進行存儲,因此HSS不再需要參與后續(xù)的接入認證過程,從而減輕了HSS的負擔(dān),而且更進一步降低了信令開銷,同時也大大降低了傳輸時延;另外為了節(jié)省計算開銷,該機制在MME中沒有關(guān)于MTC群組有效組認證向量的情形下,需要在接入認證請求階段增加兩條信令:組消息認證碼請求、組消息認證碼響應(yīng)。最后本文對該機制的安全屬性采用Pro Verif進行了驗證,并對該機制的信令開銷、傳輸時延以及計算開銷進行了分析。通過分析可以得出:本文提出的機制可以實現(xiàn)MTC設(shè)備與LTE網(wǎng)絡(luò)的相互認證,并且通過密鑰協(xié)商獲得的密鑰不會被監(jiān)聽或篡改;同時該機制不僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對群組中所有MTC設(shè)備的同時認證,而且更進一步降低了信令開銷、傳輸時延以及計算開銷,從而提高了認證效率,達到了緩解信令擁塞的目的。
【關(guān)鍵詞】：LTE網(wǎng)絡(luò) MTC通信 聚合消息認證碼 信令擁塞
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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 移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入認證方案發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.2.4 基于群組的MTC設(shè)備接入認證機制的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容13
• 1.4 本文研究目的13
• 1.5 本文創(chuàng)新點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簡介15
• 2.2 LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其特點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)的接入認證機制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27-28
• 3.1.2 MTC通信特點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)擁塞問題33-34
• 3.3.2 接入安全問題34
• 3.3.3 無線資源分配問題34-35
• 3.3.4 MTC設(shè)備的終端耗能問題35-36
• 4 LTE網(wǎng)絡(luò)中基于群組的MTC設(shè)備接入認證機制的設(shè)計36-50
• 4.1 認證機制設(shè)計的總體思路36
• 4.2 認證機制的具體實現(xiàn)過程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 組認證及密鑰協(xié)商39-45
• 4.3 認證機制在不同場景中的應(yīng)用45-50
• 4.3.1 全認證場景中的應(yīng)用45
• 4.3.2 再次接入場景中的應(yīng)用45-47
• 4.3.3 漫游切換場景中的應(yīng)用47-50
• 5 LTE網(wǎng)絡(luò)中基于群組的MTC設(shè)備接入認證機制的性能分析50-68
• 5.1 認證機制安全性分析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 安全性分析驗證結(jié)果52-54
• 5.2 認證機制認證效率分析54-68
• 5.2.1 信令開銷分析54-59
• 5.2.2 計算開銷分析59-63
• 5.2.3 傳輸時延分析63-68
• 結(jié)論68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-74
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果74

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本文編號：719474