移動互聯網網絡融合策略控制研究

張高毅+文穎

【摘 ? ?要】研究了基于ANDSF的智能選網技術原理，借鑒都江堰水利工程的泄洪分流原理，提出了基于ANDSF的網絡融合策略控制方法，以改善WLAN使用體驗，有效遷移用戶以降低網絡壓力，提升客戶滿意度。經過對不同場景的綜合測試及試商用，驗證了融合策略控制的有效性和可行性，為移動互聯網協調發展提供了技術參考。

【關鍵詞】ANDSF ? ?策略控制 ? ?數字洪水 ? ?智能選網

中圖分類號：TN929.5 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-1010（2014）-15-0028-04

1 ? 引言

移動互聯網發展迅猛，給網絡帶來巨大沖擊。如今無線網絡技術種類多，各運營商均有多重制式的網絡，而用戶終端則相對單一，故急需將不同網絡制式進行融合，以滿足用戶的不同需求。特別是在目前數據業務流量急劇攀升的情況下，蜂窩網壓力大，亟需通過WLAN進行分流，提升網絡資源利用率及用戶體驗。然而，當前WLAN熱點難以發現、接入操作繁瑣，需要一種解決方案，提高熱點搜索精準性，可提醒用戶One Click甚至網絡輔助自動打開熱點使用，并避免人工干預輸入認證用戶名和密碼，提升用戶WLAN熱點體驗。

3GPP定義了ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function，接入網發現和選擇功能單元）標準，這是一種根據運營商策略為終端選擇目標接入網絡的方案，R10版本中提出了支持基于業務的選網策略，為IP流移動性管理提供基礎。ANDSF是解決多網并存時的最佳網絡選擇，實現用戶與終端、業務與網絡的最佳匹配，達到業務體驗和網絡效率的最優化。但其根據終端上報的位置信息以及用戶選網偏好等制定的選網策略存在一定局限性，容易導致網絡負載的不均衡。楊靜[1]等人研究了基于ANDSF實現WLAN和蜂窩網間選網機制的增強方法，分析了ANDSF在實現WLAN和蜂窩網間選網的局限性，提出了基于接入網狀態進行選網的方案。本文主要研究基于ANDSF的智能選網方法，并將其與前期研究較多的PCC架構融合[2-4]，形成移動互聯網融合策略控制方案，進一步細分選網策略機制，實現WLAN對蜂窩網的分流，以解決蜂窩網的壓力。

2 ? 基于ANDSF的智能選網方法

合理地配置網絡資源、方便用戶選擇最合適的接入網，在移動互聯網應用中起著重要作用，能顯著提升網絡利用率和客戶滿意度。ANDSF作為接入錨點，可通過網絡與終端的交互協同實現智能選網，幫助終端用戶基于網絡負荷、終端能力、用戶簽約情況等信息制定策略，選擇最佳接入的網絡制式，實現多種接入方式的協同運營，其基本原理、工作流程和應用條件如下。

2.1 ?基本原理

基于ANDSF的選網機制目前大多還在試點研究中，其核心網元部署在蜂窩網的核心網中，在終端有相應的應用軟件，通過S14接口與終端進行通信，根據終端上報的位置信息及用戶選網偏好等信息輔助終端進行接入網的選擇。ANDSF為終端提供可用接入網類型信息，如CELLID、SSID等，終端可以通過3GPP或非3GPP接入方式的S14接口與ANDSF進行通信，獲取相應的選網策略，終端軟件根據ANDSF下發的選網信息，促使終端設備選擇合適的接入網，達到合理利用網絡資源，提高用戶業務體驗的目的。

ANDSF為終端提供3種網絡選擇策略，分別為系統間移動性策略、接入網發現信息策略、系統間路由策略。其中，系統間移動性策略描述了終端在同一時刻只能接入一種接入網時，終端選擇使用哪種接入網進行數據業務傳送的策略;接入網發現信息策略是ANDSF根據終端的請求提供其位置附近的可用接入網信息，包括接入技術類型及接入網ID等;系統間路由策略描述了終端在同一時刻可以接入多種接入網時，數據在不同接入網上路由的策略。

2.2 ?工作流程

基于ANDSF的智能選網流程如圖1所示。用戶安裝ANDSF客戶端后，在初次使用業務前，需要輸入自己的WLAN賬號和密碼，客戶端保存后用于后續的接入認證，以提升選網體驗。具體步驟如下：

（1）用戶發起數據業務，當用戶數據積累到一定閾值之后（如50K，可以在客戶端配置），ANDSF客戶端認為用戶要持續進行數據業務，客戶端向ANDSF服務器發起選網策略請求信息，該信息中攜帶CELLID信息。

（2）ANDSF服務器收到請求后，基于用戶攜帶的CELLID判斷當前位置是否有WLAN網絡，如果存在，服務器通知客戶端打開Wi-Fi開關，如不存在，則通知客戶端不打開Wi-Fi開關。

（3）ANDSF服務器封裝消息，通知ANDSF客戶端打開Wi-Fi開關。

（4）ANDSF客戶端打開Wi-Fi開關，并上報掃描到的Wi-Fi熱點的SSID信息給服務器。

（5）ANDSF服務器基于配置好的策略，如用戶簽約信息、蜂窩網負載、WLAN網絡負載等信息，決定手機選擇何種網絡制式，為手機選擇最優網絡。

（6）手機基于網絡指示選擇最優體驗網絡，完成選網過程。

2.3 ?應用條件及優點

ANDSF標準定義了基于用戶位置、網絡負荷、用戶使用偏好等信息選擇最優網絡的方案，由于市面上的手機普遍不支持同時駐留在多個網絡，也不支持選擇特定網絡（GSM、TD-LTE），ANDSF方案當前可以實現WLAN與蜂窩網之間的切換，并為用戶提供更優的WLAN接入體驗，待手機芯片和操作系統支持后，可以實現ANDSF標準方案規定的所有功能，具體如下：

（1）實現熱點自動發現，網絡智能切換：在手機關閉WLAN的前提下，網絡側自動發現Wi-Fi信息并推送給手機打開WLAN;在蜂窩網忙、AP閑的場景下，實現手機從蜂窩網向AP的無縫切換。endprint

（2）整個過程用戶零干預，使用無憂慮：手機何時切換，用戶無需設置;接入AP時無需輸入用戶名和密碼（初次使用除外）;每次切換的日志自動記錄，并可根據需要自動彈出兩網資費告警。

（3）網絡負荷自動學習，策略自動生成，減少人工成本：手機上顯示當前位置可用AP的分布地圖，并顯示實時負荷忙閑狀態;網絡側的AP地圖自動生成，并且根據兩網忙閑狀態觸發切換策略，減少網優工作量。

3 ? 融合策略控制方案

目前數據業務流量呈幾何級數增長，網絡壓力非常大，各運營商都在不停地擴容，然而擴容速度已經無法很好地滿足客戶日益增長的數據業務需求，需要對這樣的數字洪水進行有效地疏導和控制，既滿足客戶的需要，又緩解網絡的壓力。本文基于上述ANDSF流程及原理，結合PCC架構，將其推廣應用于2G/3G/LTE[4]/WLAN網絡選網中，實現融合策略控制的選網機制，讓用戶能更方便的選網接入，更好的使用WLAN網絡，以緩解2G/3G/LTE網絡的壓力。

3.1 ?融合策略控制實現數字洪水治理

將都江堰水利工程泄洪分流的原理借鑒到治理數字洪水中，其示意圖如圖2所示：

圖2 ? ?都江堰水利工程示意圖

鑒于目前2G/3G/LTE等無線網絡承載了語音等高價值業務，不妨將其類比為內江，WLAN主要用于分流數據業務，減輕蜂窩網壓力，可類比為外江。將各種融合策略控制功能單元與都江堰水利工程的各關鍵功能單元（魚嘴、飛沙堰、寶瓶口等）進行類比，可見，水利工程的各個功能單元都能找到類似的網絡單元，其功能簡述如表1所示：

表1 ? ?融合策略控制方案與都江堰水利工程類比表

都江堰水利工程 融合策略控制單元及作用

魚嘴 多連接管理（ANDSF）

外江 WLAN

內江 2G/3G/LTE

飛沙堰/寶瓶口，防洪，排沙 PCC，DPI[6]，分流，業務監測

水庫、堰塘 CDN/CACHE

從圖中我們可以得到端到端流量管控ANDSF在治理數字洪水中的作用如下：當數字洪水（大的數據流量）來臨時，通過多連接管理等新技術實現對數據業務的分流，將高流量低價值類業務（如P2P業務）引導至WLAN（外江）網絡承載，對于低流量高價值類業務則引導至2G/3G/LTE（內江）網絡承載。另外通過PCC策略管控，實現分時、分地點、分業務、分用戶的策略控制[5]，通過DPI實現業務的監測[6]，有效實現對低價值業務的限制（排沙）、對網絡的分流（防洪），通過CDN/CACHE（水庫、堰塘）實現對業務內容的分發和緩存。

3.2 ?融合策略控制測試效果

PCC的策略控制效果在前期已有較多研究成果[2-4]，這里主要驗證基于ANDSF的網絡分流和選網管控效果，按上述原理在用戶側預裝客戶端，網絡側改造框架圖如圖3所示：

圖3 ? ?基于ANDSF的網絡分流框架圖

測試用例包括：網絡側自主發現WLAN、指示手機自動開啟WLAN、根據網絡忙閑智能切換、自動認證接入WLAN、生成熱點地圖顯示負荷。經網絡實地測試，以上功能均得到有效驗證。經試商用，用戶數約200個，用戶全部預裝ANDSF客戶端。根據試點區域近2個月統計數據分析，試點區域WLAN利用率明顯提升，用戶體驗顯著改善。

（1）通過網絡側對WLAN改造后，用戶能更加方便的使用WLAN網絡，如圖4所示，測試區域AP忙時（19：00～23：00）總在線用戶數提升28.9%，忙時峰值流量提升48.1%。

圖4 ? ?改造前后AP忙時在線用戶數與流量對比

（2）實現了區分用戶、區分業務、分時、分地點的WLAN流量策略管控[2]，保障了客戶的網絡速率，WLAN利用率明顯提升，用戶體驗顯著改善，滿意度大幅提高，如圖5所示：

圖5 ? ?手機WLAN上網客戶滿意度調查情況

4 ? 結束語

隨著無線寬帶技術的發展，網絡體制的增多，數據業務也在不斷增長，需要對高速移動互聯網進行優化和控制，文中介紹了ANDSF技術和融合策略控制方案，分析了其基本原理和工作流程，將其應用于WLAN的分流控制中，實驗驗證了分流效果，客戶滿意度顯著提升。隨著移動寬帶網絡的發展，需要根據實際情況參照需求分析，適時的引入相應的策略控制機制，考慮多個網絡之間的互切換和交互應用，將網絡資源有效地引導到相應的數據業務中。下一步要進一步研究基于PCC和ANDSF的區分業務信息的融合策略選網機制，針對不同業務，提供不同的網絡選擇策略，進一步提高網絡資源利用率，改善用戶體驗。

參考文獻：

[1] 楊靜，孫滔.魏冰. 基于ANDSF實現WLAN和蜂窩網間選網機制的增強[J]. 電信科學， 2012（5）： 99-103.

[2] 張高毅. 移動互聯網端到端流量管控策略研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2013（8）： 44-49.

[3] 郭正平，夏泳，徐杰，等. 移動互聯網網絡協同的融合策略控制研究[J]. 通信與信息技術， 2013（1）： 43-45.

[4] 顧明. LTE網絡中PCC架構的應用[J]. 電信工程技術與標準化， 2010（11）.

[5] 張高毅. 移動互聯網數據業務QoS優化與控制研究[J]. 通信與信息技術， 2014（4）.

[6] 羅憶祖. DPI技術助力運營商精細化運營[J]. 電信網技術， 2009（3）.

作者簡介

張高毅：工程師，博士畢業于電子科技大學，現任職于中國移動通信集團四川有限公司計劃建設部，主要研究方向為移動通信等。

文穎：碩士畢業于重慶大學，現任職于四川鐵路產業投資集團有限責任公司，主要研究方向為機械工程、標準管理等。endprint