In the next-generation heterogeneous wireless networks, designing authentication protocols that meet the demand of mobile users/applications is a challenge. This paper proposes authentication and re-authentication protocols for 4G wireless networks, in particular, LTE-Advanced (LTE-A), WLAN, and WiMAX-Advanced (WiMAX-A) interworking architecture. The proposed protocols are applicable to 5G networks. With the consideration of the existing standard authentication protocols, a new set of authentication and re-authentication protocols has been reinvented to provide fast and secure handovers (HO) in the current 4G and the next 5G networks. The proposed authentication protocols can be invoked when the users perform a vertical HO (between different networks) for the first time, whereas the re-authentication protocols can be invoked when the users perform a horizontal HO (within the same network domain). These protocols provide an efficient method to protect user identity and reduce the burden on the authentication server (AS) during the sequential handovers. The results of the analytical model show that the proposed protocols achieve better performance than standard and other protocols. The reduction of handover cost, handover delay, and energy consumption in the proposed protocols reaches up to 22%, 44%, and 17%, respectively. In addition, the verification tools show that the proposed protocols are secure, dependable, and prevent all types of authentication and secrecy attacks.

在下一代异构无线网络中，设计满足移动用户/应用程序需求的身份验证协议是一项挑战。本文提出了用于4G无线网络的身份验证和重新身份验证协议，尤其是LTE-Advanced（LTE-A），WLAN和WiMAX-Advanced（WiMAX-A）互通体系结构。提议的协议适用于5G网络。考虑到现有的标准身份验证协议，已经重新发明了一组新的身份验证和重新身份验证协议，以在当前4G和下一个5G网络中提供快速，安全的切换（HO）。当用户首次执行垂直HO（在不同网络之间）时，可以调用提出的身份验证协议，而当用户执行水平HO（在同一网络域内）时，可以调用重新认证协议。这些协议提供了一种有效的方法，可以保护用户身份并减少顺序切换期间身份验证服务器（AS）的负担。分析模型的结果表明，所提出的协议比标准协议和其他协议具有更好的性能。在提议的协议中，切换成本，切换延迟和能耗的降低分别达到了22％，44％和17％。此外，验证工具表明所提出的协议是安全，可靠的，并且可以防止所有类型的身份验证和保密攻击。这些协议提供了一种有效的方法，可以保护用户身份并减少顺序切换期间身份验证服务器（AS）的负担。分析模型的结果表明，所提出的协议比标准协议和其他协议具有更好的性能。在提议的协议中，切换成本，切换延迟和能耗的降低分别达到了22％，44％和17％。此外，验证工具表明所提出的协议是安全，可靠的，并且可以防止所有类型的身份验证和保密攻击。这些协议提供了一种有效的方法，可以保护用户身份并减少顺序切换期间身份验证服务器（AS）的负担。分析模型的结果表明，所提出的协议比标准协议和其他协议具有更好的性能。在提议的协议中，切换成本，切换延迟和能耗的降低分别达到了22％，44％和17％。此外，验证工具表明所提出的协议是安全，可靠的，并且可以防止所有类型的身份验证和保密攻击。拟议协议中的能耗分别达到22％，44％和17％。此外，验证工具表明所提出的协议是安全，可靠的，并且可以防止所有类型的身份验证和保密攻击。拟议协议中的能耗分别达到22％，44％和17％。此外，验证工具表明所提出的协议是安全，可靠的，并且可以防止所有类型的身份验证和保密攻击。