文档介绍：5G超密集网络的认证方案综述
作者: 摘要:随着移动数据流量的增长,超密集网络成为5G研究和应用最广泛的技术之一,目前主要应用于地铁、购物中心、体育场馆、校园和办公室等热点地区。超密集网络虽然满足了5G的高数据流量的需求,但密集网络体系架构
自20世纪70年代贝尔实验室提出“蜂窝网络”概念以来,这种体系结构已被连续几代的移动网络所采用[8]。随着移动数据传输量的增加,Chen等人[8]指出,5G的“宏蜂窝-小蜂窝”共存合作的模式将取代传统的以宏蜂窝为主导的架构模式。然而,新的模式将给容量管理带来巨大的挑战,增加较小覆盖范围的AP的密度是有效的途径之一,特别是在热点地区[9]。
如表1所示,给出了UDN和传统蜂窝网络的区别。传统的蜂窝网络通常提供大面积的覆盖,AP密度比用户密度低。UDN主要应用于地铁、购物中心、体育场馆、校园和办公室等各种热点地区[10],AP密度与用户密度相当,旨在为用户提供非常高的数据速率。
基于对AP的组织调度方式不同,UDN可以分为分布式、集中式、以用户为中心等网络架构[11]。
分布式超密集网络
Ge等人[12]提出了一种具备单网关与多网关的以网络为中心的分布式UDN,如图1和图2所示。分布式结构关注网络侧的部署,属于静态型结构。分布式UDN由多个AP统筹规划而成,AP可直接与5G核心网络连接,AP间协作管理与调度资源。如表2所示,针对传统蜂窝网络与分布式UDN进行了比较。传统蜂窝网络为集中式结构,宏蜂窝与小蜂窝的基站(Base Station,BS)的覆盖范围重叠且功能相同,都可以将用户数据和管理数据传送给相关联的用户。在5G超密集蜂窝场景,宏蜂窝和小蜂窝的BS覆蓋范围不重叠,宏蜂窝BS用于传输管理数据,小蜂窝BS负责用户数据传输。
集中式超密集网络
Pan等人[13]指出,C-RAN(Cloud Radio Access Network)是一种典型的集中式UDN架构的无线接入网。Lei等人[14]提出,集中式UDN的设计没有从根本上改变“以网络为中心”的概念,属于静态型结构,可采用基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算架构等多种实现方式。在集中式UDN中,AP不与5G核心网络直接连接,而是连接到本地处理中心,通过本地处理中心的同一管理与协调后再与核心网络连接。集中式UDN便于集中管理与协调,比分布式UDN复杂度低、耗能低,与传统蜂窝网络相比,有高容量、低延迟等优点。
以用户为中心的超密集网络
目前,UDN架构正在从传统的以网络为中心转变为以用户为中心[15],不再有“蜂窝小区”的物理和逻辑概念。基于对AP组织方式的不同,以用户为中心的UDN(User-centric UDN,UUDN)可以区分为静态小区簇模式[16]和动态接入点组模式[8]。
静态小区簇模式利用虚拟小区技术,该区域的多个AP组成静态虚拟小区,通过统一的实体和服务为UE提供类似于宏蜂窝BS的服务覆盖范围。此模式下的UUDN不是完全意义上的以用户为中心。
基于动态接入点组模式的网络结构是典型的UUDN结构,如图3所示。在该模式中,虚拟邻接小区基于用户定义,AP在控制平面组成AP小组(AP Group,APG)。UUDN关注网络侧和无线侧的部署,在网络侧引入网络服务中心(Network Service Center,NSC)和网络数据中心(Network Data Center, NDC),用于提供控制和传输功能。在无线侧引入本地服务中心(Local Service Center,LSC)和本地数据中心(Local Data Center,LDC),用于实现控制平面和用户平面的逻辑解耦。
UUDN具有四个主要特征[17]。
(1)覆盖范围有限的AP是超密集部署的[18];
(2)一个AP可以同时服务多个移动UE;
(3)多个AP生成的动态APG可以为UE提供联合协作的无缝服务;
(4)当AP加入APG时,网络将通过AP的身份认证和UE身份认证提供安全保障[19]。
如表3所示,给出了传统UDN与UUDN的区别。在UUDN中,网络跟随用户移动而自适应调整。当用户移动时,其APG动态调整以支持其移动。APG的成员将根据用户的需求进行自适应调整。网络可以智能地识别用户的无线通信环境,自动检测终端的能力和用户需求,灵活地组织相应APG和所需资源为用户服务。UE和服务于该UE的多个AP组成以用户为中心的小组,UUDN由多个重叠的小组组成[13]。
3 超密集网络的需求与挑战
UDN架构是在传统蜂窝网络与异构网络的发展基础之上的演进,安全和性