5G Open-RAN 入侵检测与防御的双层框架

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：A Dual-Tier Framework for Intrusion Detection and Mitigation in 5G Open-RAN

　　

摘要：

开放无线接入网（Open-RAN）通过促进网络组件之间的开放性、灵活性和互操作性，正在改变5G及超越5G网络。然而，由于攻击面的扩大、分布式控制机制和暴露的接口，这种架构转变带来了新的安全挑战。传统的入侵检测系统（IDS）难以应对开放无线接入网（O-RAN）环境中动态变化的威胁态势。为应对这一挑战，我们提出了ORANGuard，一个面向开放无线接入网（O-RAN）环境的由人工智能驱动的双层入侵检测与缓解框架。ORANGuard包含两个核心模块：实时防护（RT-Guard），一个部署在近实时无线接入网智能控制器（Near-RT RIC）中的实时威胁检测模型；以及非实时防护（NRT-Guard），一个在非实时RIC内运行的周期性异常分析模型，两者共同实现多层级威胁检测。该框架基于使用srsRAN和Open5GS构建的端到端5G开放无线接入网（O-RAN）测试平台，在正常和攻击条件下捕获E2测量数据。自定义脚本模拟了异常场景，包括分布式拒绝服务（DDoS），在包含4个5G基站（gNodeBs）和12个用户设备（UEs）的测试平台上生成了包含17,052条E2测量记录的数据集。基于随机森林的实时防护（RT-Guard）达到了96.7%的准确率，而使用自动编码器的非实时防护（NRT-Guard）则达到了95.6%的准确率。分层双层决策规则在预留测试集上达到了99.5%的准确率。实时防护（RT-Guard）的检测延迟中位数为5.2毫秒，检测与执行延迟中位数为17.9毫秒，而非实时防护（NRT-Guard）在其1秒分析窗口关闭后需要283.6毫秒。这些结果表明，ORANGuard在开放无线接入网（O-RAN）安全方面具有互补的低延迟和异常分析能力。