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.pdf

1、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（The3rd Generation Partnership Project）于R10階段將通過移動蜂窩網(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蜂窩通信系統(tǒng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)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

2、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)請求時(shí)，由于每一臺MTC設(shè)備都要進(jìn)行一次完整的認(rèn)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(diǎn)如MME、HSS便會發(fā)生信令擁塞。
　　為了解決上述問題，鑒于3GPP在Release12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

3、許多學(xué)者的認(rèn)可。本文基于對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群組的組長處通過采用聚合消息認(rèn)證碼的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對群組中所有MTC設(shè)備的同時(shí)認(rèn)證；在HSS處，通過僅計(jì)算關(guān)于組的認(rèn)證參數(shù)，既簡化了信令格式，又節(jié)省了計(jì)算時(shí)間；同時(shí)通過在MTC群組發(fā)起第一次認(rèn)證請求時(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MM

4、E進(jìn)行存儲，因此HSS不再需要參與后續(xù)的接入認(rèn)證過程，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)算開銷，該機(jī)制在 MME中沒有關(guān)于MTC群組有效組認(rèn)證向量的情形下，需要在接入認(rèn)證請求階段增加兩條信令：組消息認(rèn)證碼請求、組消息認(rèn)證碼響應(yīng)。
　　最后本文對該機(jī)制的安全屬性采用ProVerif進(jìn)行了驗(yàn)證，并對該機(jī)制的信令開銷、傳輸時(shí)延以及計(jì)算開銷進(jìn)行了分析。通過分析可以得出：本文提出的機(jī)