Luận văn được hoàn thành tại
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ. Phạm Thị Thúy Hiền
Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Nam Hoàng
Phản biện 2: TS. Trương Cao Dũng
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện
công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc ......giờ....... ngày 15 tháng 01 năm 2022
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1
LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin di động đang là ngành thu hút được nhiều sự quan tâm hiện nay.
Thông tin di động bắt đầu từ 1G, nay đã phát triển lên 5G, hỗ trợ mạnh các dịch vụ đa
phương tiện. Tổ chức 3GPP đã phát hành các tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động
mới nhất hiện nay là 5G. Về mặt an ninh mạng, 5G phẳng và có kiến trúc mở hơn, do
đó dễ bị tổn thương bởi các mối đe dọa an ninh. Các nguy cơ tồn tại đối với mạng 5G
là hiện hữu, tuy nhiên các nhà cung cấp dịch vụ cũng như người dùng chưa dành sự
quan tâm thích đáng cũng như có những kế hoạch đảm bảo an ninh phù hợp đối với các
nguy cơ này. Do đó cần có sự quan tâm thích đáng đối với vấn đề an ninh trong mạng
5G. Đối với mạng 5G các mối đe dọa xảy ra ở bất kỳ nút nào trong mạng lưới cũng có
khả năng đe dọa tới toàn bộ mạng lưới và gây ra các sự cố trên diện rộng. Khi số lượng
các nút mạng gia tăng, các kho dữ liệu mà tin tặc có thể xâm nhập cũng tăng theo, đồng
thời gia tăng nguy cơ tấn công và mất cắp dữ liệu với quy mô lớn và trong thời gian
ngắn.
Vì vậy, luận văn em lựa chọn mang tên “Giải pháp an ninh trong mạng
FRONTHAUL 5G dựa trên QKD” , trong đó sẽ tập trung nghiên cứu tổng quan về
mạng di động 5G, các nguy cơ an ninh và giải pháp an ninh của mạng 5G để từ đó đề
xuất giải pháp an ninh dựa trên phân phối khóa lượng tử (QKD) cho mạng fronthaul
5G. Các nội dung của lận văn được tóm tắt lại như sau :
Chương 1 : Tổng quan về mạng 5G . Bao gồm lịch sử các thế hệ tiền
nhiệm, đặc trưng cơ bản, đặc tính công nghệ, kiến trúc mạng và các kênh trên giao diện
vô tuyến 5G.
Chương 2 : An ninh trong mạng di động 5G . Các đe dọa anh ninh,
Các yêu cầu an ninh trong mạng di động 5G, Kiến trúc an ninh trong mạng di động 5G.
Chương 3 : Giải pháp an ninh trong mạng FRONTHAUL 5G dựa
trên QKD . Trong chương này trình bày : Giới thiệu về QKD, Các giải pháp QKD cho
mạng fronthaul 5G, Hiệu năng của các giải pháp QKD cho mạng fronthaul 5G.
2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G
1.1. Các thế hệ mạng trước
Thế hệ mạng thứ nhất (1G)
Thế hệ mạng thứ hai (2G)
Thế hệ mạng thứ ba (3G)
Thế hệ mạng thứ tư (4G)
1.2. Thế hệ mạng thứ năm (5G)
1.2.1. Vài nét đặc trưng về 5G
5G là công nghệ di động thế hệ thứ năm và là thế hệ mới nhất hiện nay đem lại
những đặc điểm chính như: tốc độ cực cao (được kỳ vọng lên tới 10 Gb/s), độ trễ cực
thấp (1ms) và dung lượng cực lớn (hỗ trợ số thiết bị đầu cuối trên một đơn vị diện tích
nhiều gấp 100 lần so với 4G LTE). Ngoài ra, công nghệ 5G bao gồm các kỹ thuật mới
gồm: Công nghệ vô tuyến New Radio (NR), công nghệ mạng định nghĩa bằng phần
mềm (SDN), công nghệ ảo hóa các chức năng mạng (NFV), công nghệ đa anten
MIMO hay công nghệ điều khiển búp sóng cải tiến cho anten (beamforming) để đạt
được tốc độ truyền dữ liệu cao. Thế hệ mạng di động 5G vẫn sử dụng dải tần số Sub-
6GHz nằm trong dải tần FR1 (410 MHz đến 7125 MHz) giống như thế hệ 4G tuy
nhiên có thêm một dải tần mới là mmWave nằm trong dải tần FR2 (24250 MHz đến
52600 MHz).
Mạng truy nhập vô tuyến 5G được triển khai theo hai kiểu là standalone và
non-standalone. Các kiến trúc mạng triển khai được thể hiện trong hình 1.1.
Hình 1.1. Kiến trúc Standalone và Non-standalone
3
1.2.2. Một số đặc tính công nghệ của mạng 5G
1.2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến
a) Các yêu cầu cơ bản được chỉ định cho 5G :
o Băng rộng di động năng cao (eMBB).
o Truyền thông máy số lượng lớn (mMTC).
o Truyền thông trễ thấp độ tin cậy cực cao (URLLC).
b) Một số đặc tính đặc trưng của NR:
o Khoảng cách giữa các sóng mang con
o Cấu trúc khung vô tuyến
o Băng thông kênh
1.2.2.2. Massive MIMO
Massive MIMO là công nghệ bao gồm nhiều ăng ten thu phát được tối ưu hóa
để cải thiện việc nhận tín hiệu, mở rộng khoảng cách và tăng dung lượng mạng di
động lên theo cấp số nhân từ đó phục vụ đồng thời vài chục thiết bị đầu cuối với cùng
một tài nguyên tần số và thời gian, đạt được các mục đích của MU-MIMO nhưng với
tỷ lệ lớn hơn rất nhiều.
1.2.2.3. Beamforming
Beamforming là một phương pháp được sử dụng với mục đích tạo ra các tín
hiệu theo hướng xác định, tập trung hướng sóng vào một mục tiêu cụ thể thay vì lan
tỏa trong không gian rộng. Trạm gốc sử dụng công nghệ beamforming được gọi là
trạm gốc thông minh nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần và cải thiện hiệu suất hệ
thống lên nhiều lần.
1.2.2.4. Kiến trúc ô nhỏ
Các small cell bao gồm microcell, picocell và femtocell. Microcell có phạm vi
bao phủ lớn nhất, hỗ trợ nhiều người dùng và được cài đặt, điều hành bởi các nhà khai
thác mạng di động nên cũng gặp phải nhược điểm đó là cần quyền truy cập vị trí cũng
như khó khăn trong việc sửa chữa và bảo trì.
1.2.3. Kiến trúc mạng 5G
a) Các chức năng mạng trong hệ thống 5G
Chức năng quản lý truy nhập và di động (AMF).
Chức năng quản lý phiên (SMF).
