5G移动通信技术与网络安全研究分析

丁宏

（新疆铁道职业技术学院 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830011）

在信息化时代下，诸多领域发生了巨大变化，其中4G技术全面商用之后信息传输的速度进一步提升，应用范围也扩大，而时代的发展对信息技术的传输要求进一步提升，在该背景下5G技术开始进入人们的视野，并且成为了通信领域研究的重点，掌握相关技术并且解决实际应用中的问题可以为相关行业带来更多的发展机遇。在万物互联的时代背景下需要实现5G移动通信网络的智能化发展，也就是在移动设备与终端设备中应用5G移动网络资源，进而对现有的设备升级。在智能化发展的过程中还需要创新架构设计，实现和大数据、云计算等技术的融合。在智能网络时代下5G移动通信网络开始向着核心管理系统、应用层协议、无线终端演进，而这一过程中也面临着越来越多的网络安全问题，需要思考如何提升数据安全、语音通信服务安全，以下进行相关分析。

1 5G无线通信技术

随着无线通信行业的发展，在原有4G网络的基础上诞生了5G通信技术，使得信号传输能力大大提升。5G通信技术主要是应用智能化技术、密集网络技术、多天线传输技术，并且和纳米技术互相影响，如今5G通信技术已经来到商用阶段，不过在网络技术应用过程中还不完善。在信息爆炸时代下，我国数据信息量飞速增长，移动通信网络的覆盖面积也在扩大，网络安全问题开始受到广泛关注，5G技术结合云计算技术就让网络安全性与存储能力得到进一步提升。

2 5G通信技术的应用优势

当前我国无线通信行业得到良好发展，也使得5G无线通信技术进入商用阶段，这种当前先进的移动通信技术具有稳定性好、传输速度快、安全性高和成本低的特点，有效的满足了人们生活和工作需要（如表1），主要优势体现在以下几个方面：

表1：5G移动通信技术与4G移动通信技术对比

2.1 信息传输速度进一步提升

相比4G通信网络，5G通信具有信息传输速度更快的特点，使得人们生活工作更为便利，也就是应用无线通信技术的过程中提升通信时间和网络利用率。与此同时，5G技术也拓展了信息渠道，由此满足人们通信需求。

2.2 通信安全性能进一步提升

5G技术具有良好的数据容量以及感知性，并且在数据容量增加的情况下可以对数据加以处理，进而满足当前的无线通信需求。此外，5G通信技术能够借助密码技术报警系统加以优化，使得安全性大大提升。

3 5G移动网络的安全问题

5G移动通信网络实现了万物互联，也就是在不同场景中实现了人物与网络的有效融合，不过在网络和现实空间连接期间也会存在安全问题，这就需要通过用户和网络双向认证、安全可视性、信令信息机密性、服务请求的不可否认性、用户数据机密性实现对数据的保护。此外，还需要在丰富场景以及特殊需求服务下设计全新的5G网络架构，由此控制网络资源。Nomadic网络具有着动态性特征，由此进行网络管理之后通过BS注册与退出。此外，Nomadic网络具有良好的动态性和兼容性特征，不会受到其它网域移动期间的控制以及对Nomadic网络运行构成威胁，表现为进入网络域后造成破坏，所以需要防止非法入侵与攻击。

4 网络安全总体目标和网络安全架构

4.1 网络安全总体目标

（1）建立统一的验证框架，之后利用该框架兼容不同的兼容方式，实现多种凭证接入，所以网络可以和终端安全的连接，不会出现一些安全状况；

（2）需要结合场景的需要设置安全策略，让不同场景下的终端设备得到整个周期、更加具有时效性服务；

（3）保护用户的隐形隐私，让私密性要求符合相关规定，避免了用户的信息泄漏与数据丢失问题；

（4）确保SBA的安全性，让架构中的服务化接口和网络通信功能安全满足要求；

（5）保证SDN和NFV的引入安全，其中包括了虚拟机数据安全、软件和控制器的安全。

4.2 网络安全架构

在明确5G网络安全需求之后需要分析多样化业务场景，进而在该基础上设计网络安全架构，进行网络安全体系建设期间要保证数据传输具有实时性和开放能力，能够安全保护不同场景服务体系结构，然后采取业务认证和认证统一框架机制让安全保护机制在应用过程中达到预期效果。整体看来，安全框架构建包括如下内容：

（1）网络接入，通过合理设置安全功能方法向用户终端接入，网络安全认证提供帮助，避免攻击无线接口接入情况，实现安全文件的顺利传输；

（2）网络域。要求设置网络域的安全功能集，由此保证信令交换具有安全性；

（3）用户域。可以为用户设备入网提供安全保护；

（4）应用域。主要是打造更为安全的信息交互环境，保证数据交换的整个过程不存在安全隐患。

除了以上几点，建设安全网络构架的过程中需要让用户明确安全功能，让业务和供给满足安全特性要求。整体来看，框架建设需要处理好网络安全问题，然后结合网络安全要求和总体目标内容制定具有针对性的应对措施，由此高效发挥安全功能集的作用。

5 5G通信系统的关键技术

大数据时代的主要特征为数据流量庞大，而互联网技术的发展也使得网络传输速度和质量不断提升，主要技术和特征如下：

5.1 MIMO技术

5G无线技术应用主要在于无线接入，在通信过程中需要确保低节点数量借助密集型网络架构，可以让数据流量得到增强，MIMO技术作为无线线路频谱技术的主要体现发展潜力巨大，早期MIMO技术实现了端点之间的传输，并且在发射端以及接收端的天线设备支持下确保传输效率，如果传输网络不能满足数据发布需要，5G技术就能解决这一问题，实现了网络架构的优化配置。如今我国开始研究天线集中分布技术与大规模 MIMO 信道测量，让5G通信技术的应用价值得到进一步提升（如表2）。

表2：大规模 MIMO 信道测量进展

5.2 NFV/SDN技术

这项技术可以处理网络功能进行虚拟化问题与软件定义网络问题，也就是在网络构建框架的过程中实现软件化与虚拟化，让数据分离的质量更有保证，进而向用户提供高质量服务。NFV/SDN技术是网络发展中的基础内容，借助构建应用层、基础层、控制层与API的辅助调用程序，进而确保自动化配置水平（如图1）。应用5G网络的过程中需要具有一定的转化分离能力，进行优化整个网络系统，让网络处于可控状态，向不同的行业提供服务。

图1：SDN技术

5.3 D2D技术

这种技术也对5G通信技术的发展产生了深刻影响，主要在于实现了蜂窝系统的完善，由此增强了数据流量，减少了外界因素影响5G网络，使得信息传输效率大大提升。此外，通过D2D技术让信息传输成本有效节约，不过在利用该技术过程中也需要协调好通信即时性与无线资源管理的关系，进而让D2D技术更好地用于5G通信网络。

5.4 移动云计算技术

该技术的出现可以让移动终端设备的性能得到显著提升，进而提供大量的服务。移动云计算机技术为万物互联提供了支持，并且该技术让5G网络创新了信息服务，更加灵活的接入服务商，让资源的获取更加及时和有效，并且可以让资源的调用更加灵活。整体看来，该技术为远程控制和网络的无缝连接提供了理想条件。

5.5 在毫米波中的应用

如今我国无线通信网络行业面临着低频段频谱资源影响人们通信需求的问题，这就需要对新的频谱资源进行发掘，由此进一步提升5G信息传输需要。毫米波有着海量的频谱资源，能够有效满足5G无线通信需求，其主要特征在于波长介于微波和红外波之间，由此满足了5G基站建设过程中大规模天线阵列的建设需要，之后通过预编码技术建设大规模MIMO系统，使得外界磁场干扰信号的情况大大减少，不过毫米波通信技术应用过程中也会受到强风、强降雨的影响。

5.6 波束成形技术

这是一种传统的天线技术，主要用于军用雷达的信号接收。由于无线通信信号会受到外界因素影响，所以需要采取技术性手段提升信号抗干扰水平。毫米波技术会受到信道质量和传输距离的影响，而波束成型技术可以解决这一问题。此外，应用5G通信技术过程中需要配置数量较多的天线阵列，并且信号会向不同方向传播，由此造成信号功率损失，通过波束成型技术能够指定信号传输方向，提升抗干扰水平。不过该技术在波束成形技术应用中存在设备成本偏高的问题，所以还需要继续加强研究。

5.7 区块链技术

当前5G网络空间设备数量庞大，设备类型复杂，而网络环境也具有复杂性特征，在物理和虚拟状态同时存在的情况下需要保护好5G网络空间。区块链技术是一种分布式数据库，能够对不同区块的事物加以记录具有匿名性、分散性、不可变性特征。利用5G移动通信网络打造物联网安全网络，对分散的个人数据管理系统加以应用，由此控制用户数据信息，也可以根据数据信息进行安全访问、控制管理，并利用大型嵌入型设备让系统有效运行，最终满足用户的需求。

5.8 在安卓系统中的应用

在我国智能终端系统中安卓系统应用最为广泛，安卓系统分层结构涵盖了程序结构层、内核层、运行层、借助5G纳米技术可以实现硬件与内部文件相分离。在系统内核层通过密码设置可以让系统安全性有效提升。此外，5G通信技术可以凭借其高效率传输的特点驱动云端存储硬件，由此压缩存储信息空间。

6 5G通信技术的实际应用效果

早在4G移动网络发展阶段就具备高清视频以及大容量信息存储能力，当前我国大范围推广5G移动通信网络技术，下载速率可达到每秒3.6个G，而这一下载和传输速度是4G网络无法达到的，还能有效减少数据存储空间，优化网络安全服务质量。5G移动网络通信技术下数据传输存储以及读写速度更快，便于用户远程语音通话，通过VR、AR等技术的应用为人们带来更加丰富的场景体验，并且远程控制应用的精确程度大大提升，比如可以实现汽车自动驾驶，而医疗领域也可以进行远程手术。

6.1 提升消费水平

5G移动通信网络技术让人们消费过程更加便捷，不论何时何地5G通信网络都可以让人们通过手机进行网络购物，不受时间、地域的限制，所以消费过程效率更高，服务体验更好。

6.2 通信网络兼容性提升

随着全球范围内5G移动网络通信技术的成熟，广播网络、电视网络会和网络进行多种形式如何，展示出强大的兼容性。与此同时，运营成本也会大大降低，所以说能够让网络服务商获取更多利益。

6.3 高密度异构网络

当前5G移动通信网络用户数量逐年增加，使得系统容量不断提升，该背景5G移动通信网络高密度异构网络可以降低蜂窝值，增强网络容量，进而为用户带来更加可靠、稳定和便捷的服务。

7 5G移动网络安全解决方案

7.1 统一认证技术

该技术在可扩展认证协议框架下由认证服务器功能的支持下实现，在5G统一认证需求方案的解决中，可扩展认证协议认证框架也发挥了重要的作用。可扩展认证协议框架将不同的认证协议框架封装，进而实现安全认证。此外，框架自身不提供安全保护。

7.2 5G接入网安全技术

处于无线环境的网络具有开放性与暴露性特点，并且5G移动网络的安全性也会被接入网影响。在移动网络迭代演进之后让无线接入的安全性得到显著提升。在5G网络通信中对信令安全、隐私保护、用户面数据安全高度重视，为此设计出保护方案，使得在通信网络中对隐私数据真正保护。比如5G移动通信网络借助非对称加密技术保护永久用户标识的传递，进而保证了隐私安全。此外，运营商将归属网公钥设置在USIM卡内部，可以实现用户终端利用永久用户标识加密保护。

7.3 5G网络可信安全技术

该技术可以优化用户的体验，在实际应用过程中使得用户得到更好的体验，再如商业模式下需要网络向着第三方应用开放，实现其与网络的互动。5G移动通信网络通过提供会话、QoS、计费等网络功能接口进行管理编排，让第三方享有独立定制网络，具备网络部署、更新、扩容等能力。如果在开放授权5G移动通信网络基本功能的过程中出现信任问题，会由于第三方具有网络操控能力导致恶意第三方攻击整个网络。此外，5G移动通信的可信认证也可以满足各种情况下的可信安全需要。

7.4 5G移动网络网间安全技术

为了提升信令安全性，在当前的网间信令传输模式基础上通过5G移动网络的安全边界保护开关让应用层更加安全。如果传输层未能启动安全机制可以对信令敏感信息起到保护作用。切片安全隔离技术的网络切片在5G网络的组件中不可或缺，结合不同的需求满足运营商对运营网络的定制需要，进而提供优质的服务。网络通信中的定制化通信服务，组合成了网络切片，这是一种网络虚拟化技术，需要对切片进行配置才能起到隔离作用。

7.5 设置统一认证框架

要想解决设备接入网络和异构接入技术中的问题，需要利用拓展认证协议框架的方法，并且要保证框架技术应用具有兼容性，这种框架为第三方认证框架模式，不过本身不具有安全性能。

7.6 切片安全隔离

网络切片是5G的重要组件，能够结合市场情境和需求定制网络，然后向用户提供优质服务。一般情况下单个网络切片可以为特定场景提供相关的网络功能逻辑组合。这种虚拟技术需要预制切片ID方式，然后结合网络规范条件和切片安全规则放置到安全服务器当中，之后用户设备负责在网络时向其提供切片ID通过安全算法，达到切片安全隔离的目标。

7.7 多种身份凭证隐私保护

网络用户隐私在网络利用过程会受到威胁，要想保证5G网络的应用安全以及用户的良好网络体验，需要通过身份凭证进行隐私保护。

（1）用户初次使用网络并且未出现身份泄露问题可利用网络核心组件备用的公用钥匙，然后识别网络用户身份，再对身份标识加密，达到长期保护的效果；

（2）采用身份展开加密模式直接对网络用户身份加密。除了以上技术措施也可以利用移动边缘计算方法，由此分析延时和宽带，进而降低延时消耗，为用户提供更加优质的服务。

8 5G移动通信技术发展前景

8.1 物联网

当前移动通信网络深刻影响着人们生活，也为物联网发展提供了技术支持。物联网是一种全新的网络交互技术，可以实现物品之间的信息交换，开启智能化时代。如今智慧医疗、智慧城市、智慧农业、智慧交通、智能制造都体现出了重要应用价值，这与5G通信技术的应用密不可分，凭借其低延时、高覆盖等优势有效提升了网端的传输性能，比如5G技术环境下的智能家居当中，人们可以通过手机以及平板电脑遥控家用电器，通过简单的开关控制还能够通过语音识别，为人们带来更加优质的生活体验。

8.2 智能交互

人工智能技术的出现也和5G技术的应用密切相关，新时期人工智能以及云计算、大数据等技术都需要高效而稳定的通信平台，这样才能保证信息传输速度和容量，满足不同场景的信息交互，5G技术凭借低延迟的作用可以在人工智能交互过程中展示实时对话场景。

8.3 云生活

在5G移动通信技术下人们开始迎来云生活，主要体现在无需通过硬件设备进行信息存储，而是随时进行信息调用，并且利用大数据挖掘和分析技术掌握用户行为特征，进而过掉无效信息，为人们提供更加高质量的云端服务。

9 结束语

综上所述，通过对5G移动通信网络技术的特点分析，结合当前的移动通讯网络技术利用情况，当前在实际应用中还有诸多挑战，其中需要解决大容量技术、超大宽带技术支持问题，还需要保证速率稳定性，并且需要其它信息技术的支持，除了进行信息数据处理，在为人们带来便利的同时需要具有兼容系统的能力，也就是在一个平台中优化设计网络构架。如今我国大力倡导各行各业道德绿色发展，如何降低能耗也是5G技术需要面临的挑战。此外，需要对用户的隐私进行保护，并且进一步降低运营成本，都是通信行业发展需要思考的问题。