شناسایی بدرفتاری در روشهای دسترسی به رسانه بدون تخصیص در شبکه‌های سلولی نسل 5

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی کامپیوتر دانشگاه اصفهان

2 دانشیار گروه مهندسی فناوری اطلاعات - دانشگاه اصفهان

چکیده

برای برآورده کردن الزامات ارتباطات فوق العاده مطمئن با تاخیر کم در 5G، طرحهای دسترسی بدون تخصیص (GF) پیشنهاد شده است. در این طرحها، احتمال وجود داشتن گره های بدرفتار وجود دارد. به همین دلیل تشخیص بدرفتاری در این طرحها اهمیت دارد. در این پژوهش به دنبال تشخیص بدرفتاری در روش دسترسی بدون تخصیص ALOHA شکافدار مبتنی بر K بار ارسال مکرر هستیم. در پژوهشهای پیشین، امنیت MACهای سنتی مانند ALOHA بررسی شده است؛ اما امنیت دسترسی بدون تخصیص در شبکه های نسل ۵ تا کنون بررسی نشده است. در این تحقیق، از یادگیری عمیق مبتنی بر مدل حافظه کوتاه مدت طولانی (LSTM) برای تشخیص بدرفتاری استفاده می‌شود و با تزریق دنباله های پنجره بندی شده از سوابق دسترسی به کانال به مدل آموزش داده شده، وضعیت یک دستگاه از نظر بدرفتار بودن بررسی میشود. مدل بدرفتاری که در این پژوهش برای گره های بدرفتار در نظر گرفته شده است، شامل تغییر در احتمال ارسال و همچنین تغییر در تعداد ارسال مکرر پروتکل است. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از قابل قبول بودن دقت راهکار پیشنهادی است. دقت روش پیشنهادی در مقایسه با یک روش پایه آماری به طور متوسط، ۳۸٪ بهبود یافته است که این بهبود در ازای هزینه تعلیم مدل است. همچنین، نتایج نشان می دهد که تحت شرایط ثابت محیط، با افزایش تعداد گره ها یا با افزایش تعداد گره های بدرفتار، دقت تشخیص بدرفتاری کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد که اگر بدرفتاری به صورت خاموش-روشن باشد، تشخیص آن دشوارتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Malicious behavior detection in grant-free access mechanisms for 5G cellular networks

نویسندگان [English]

  • Maryam Keyvani 1
  • Behrouz Shahgholi Ghahfarokhi 2
  • Amin Jamali 1
1 Faculty of Computer Engineering, University of Isfahan
2 faculty of Computer Engineering, University of Isfahan
چکیده [English]

One of the services that 5G provides is URLLC. To meet the requirements of URLLC, Grant-Free access schemes have been proposed. In these schemes, the radio resources are utilized by User Equipments without any reservation . In these scenarios, we may see malicious behaviors such as the inclination of UEs to reduce their own latency with selfish behaviors or possibility of having misbehaving nodes that degrade the QoS of others. Therefore, detecting malicious users is important in these schemes. In this research, we seek to detect misbehaviors in K-repetition based slotted-ALOHA grant-free access scheme. In previous studies, the security of traditional MAC protocols such as ALOHA has been studied. However, the security of grant-free access based on ALOHA mechanism has not been investigated. Deep learning is considered for misbehavior detection and we employ a Long Short-Term Memory (LSTM) model to detect malicious UEs. The simulation results indicate that under stable conditions, the accuracy decreases as the number of nodes increases. Additionally, in the presence of a fixed number of nodes, as the number of malicious nodes increases, the accuracy decreases. Additionally, if malicious nodes behave properly at times and misbehave at other times, detecting such misbehavior is more difficult.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Grant-Free Access
  • Long Short-Term Memory (LSTM)
  • Mlicious Node
  • Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC)
  • 5G Cellular Networks