移动互联网网络融合策略控制研究

张高毅+文颖

【摘    要】研究了基于ANDSF的智能选网技术原理，借鉴都江堰水利工程的泄洪分流原理，提出了基于ANDSF的网络融合策略控制方法，以改善WLAN使用体验，有效迁移用户以降低网络压力，提升客户满意度。经过对不同场景的综合测试及试商用，验证了融合策略控制的有效性和可行性，为移动互联网协调发展提供了技术参考。

【关键词】ANDSF    策略控制    数字洪水    智能选网

中图分类号：TN929.5    文献标识码：A    文章编号：1006-1010（2014）-15-0028-04

1   引言

移动互联网发展迅猛，给网络带来巨大冲击。如今无线网络技术种类多，各运营商均有多重制式的网络，而用户终端则相对单一，故急需将不同网络制式进行融合，以满足用户的不同需求。特别是在目前数据业务流量急剧攀升的情况下，蜂窝网压力大，亟需通过WLAN进行分流，提升网络资源利用率及用户体验。然而，当前WLAN热点难以发现、接入操作繁琐，需要一种解决方案，提高热点搜索精准性，可提醒用户One Click甚至网络辅助自动打开热点使用，并避免人工干预输入认证用户名和密码，提升用户WLAN热点体验。

3GPP定义了ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function，接入网发现和选择功能单元）标准，这是一种根据运营商策略为终端选择目标接入网络的方案，R10版本中提出了支持基于业务的选网策略，为IP流移动性管理提供基础。ANDSF是解决多网并存时的最佳网络选择，实现用户与终端、业务与网络的最佳匹配，达到业务体验和网络效率的最优化。但其根据终端上报的位置信息以及用户选网偏好等制定的选网策略存在一定局限性，容易导致网络负载的不均衡。杨静[1]等人研究了基于ANDSF实现WLAN和蜂窝网间选网机制的增强方法，分析了ANDSF在实现WLAN和蜂窝网间选网的局限性，提出了基于接入网状态进行选网的方案。本文主要研究基于ANDSF的智能选网方法，并将其与前期研究较多的PCC架构融合[2-4]，形成移动互联网融合策略控制方案，进一步细分选网策略机制，实现WLAN对蜂窝网的分流，以解决蜂窝网的压力。

2   基于ANDSF的智能选网方法

合理地配置网络资源、方便用户选择最合适的接入网，在移动互联网应用中起着重要作用，能显著提升网络利用率和客户满意度。ANDSF作为接入锚点，可通过网络与终端的交互协同实现智能选网，帮助终端用户基于网络负荷、终端能力、用户签约情况等信息制定策略，选择最佳接入的网络制式，实现多种接入方式的协同运营，其基本原理、工作流程和应用条件如下。

2.1  基本原理

基于ANDSF的选网机制目前大多还在试点研究中，其核心网元部署在蜂窝网的核心网中，在终端有相应的应用软件，通过S14接口与终端进行通信，根据终端上报的位置信息及用户选网偏好等信息辅助终端进行接入网的选择。ANDSF为终端提供可用接入网类型信息，如CELLID、SSID等，终端可以通过3GPP或非3GPP接入方式的S14接口与ANDSF进行通信，获取相应的选网策略，终端软件根据ANDSF下发的选网信息，促使终端设备选择合适的接入网，达到合理利用网络资源，提高用户业务体验的目的。

ANDSF为终端提供3种网络选择策略，分别为系统间移动性策略、接入网发现信息策略、系统间路由策略。其中，系统间移动性策略描述了终端在同一时刻只能接入一种接入网时，终端选择使用哪种接入网进行数据业务传送的策略;接入网发现信息策略是ANDSF根据终端的请求提供其位置附近的可用接入网信息，包括接入技术类型及接入网ID等;系统间路由策略描述了终端在同一时刻可以接入多种接入网时，数据在不同接入网上路由的策略。

2.2  工作流程

基于ANDSF的智能选网流程如图1所示。用户安装ANDSF客户端后，在初次使用业务前，需要输入自己的WLAN账号和密码，客户端保存后用于后续的接入认证，以提升选网体验。具体步骤如下：

（1）用户发起数据业务，当用户数据积累到一定阈值之后（如50K，可以在客户端配置），ANDSF客户端认为用户要持续进行数据业务，客户端向ANDSF服务器发起选网策略请求信息，该信息中携带CELLID信息。

（2）ANDSF服务器收到请求后，基于用户携带的CELLID判断当前位置是否有WLAN网络，如果存在，服务器通知客户端打开Wi-Fi开关，如不存在，则通知客户端不打开Wi-Fi开关。

（3）ANDSF服务器封装消息，通知ANDSF客户端打开Wi-Fi开关。

（4）ANDSF客户端打开Wi-Fi开关，并上报扫描到的Wi-Fi热点的SSID信息给服务器。

（5）ANDSF服务器基于配置好的策略，如用户签约信息、蜂窝网负载、WLAN网络负载等信息，决定手机选择何种网络制式，为手机选择最优网络。

（6）手机基于网络指示选择最优体验网络，完成选网过程。

2.3  应用条件及优点

ANDSF标准定义了基于用户位置、网络负荷、用户使用偏好等信息选择最优网络的方案，由于市面上的手机普遍不支持同时驻留在多个网络，也不支持选择特定网络（GSM、TD-LTE），ANDSF方案当前可以实现WLAN与蜂窝网之间的切换，并为用户提供更优的WLAN接入体验，待手机芯片和操作系统支持后，可以实现ANDSF标准方案规定的所有功能，具体如下：

（1）实现热点自动发现，网络智能切换：在手机关闭WLAN的前提下，网络侧自动发现Wi-Fi信息并推送给手机打开WLAN;在蜂窝网忙、AP闲的场景下，实现手机从蜂窝网向AP的无缝切换。endprint

（2）整个过程用户零干预，使用无忧虑：手机何时切换，用户无需设置;接入AP时无需输入用户名和密码（初次使用除外）;每次切换的日志自动记录，并可根据需要自动弹出两网资费告警。

（3）网络负荷自动学习，策略自动生成，减少人工成本：手机上显示当前位置可用AP的分布地图，并显示实时负荷忙闲状态;网络侧的AP地图自动生成，并且根据两网忙闲状态触发切换策略，减少网优工作量。

3   融合策略控制方案

目前数据业务流量呈几何级数增长，网络压力非常大，各运营商都在不停地扩容，然而扩容速度已经无法很好地满足客户日益增长的数据业务需求，需要对这样的数字洪水进行有效地疏导和控制，既满足客户的需要，又缓解网络的压力。本文基于上述ANDSF流程及原理，结合PCC架构，将其推广应用于2G/3G/LTE[4]/WLAN网络选网中，实现融合策略控制的选网机制，让用户能更方便的选网接入，更好的使用WLAN网络，以缓解2G/3G/LTE网络的压力。

3.1  融合策略控制实现数字洪水治理

将都江堰水利工程泄洪分流的原理借鉴到治理数字洪水中，其示意图如图2所示：

图2    都江堰水利工程示意图

鉴于目前2G/3G/LTE等无线网络承载了语音等高价值业务，不妨将其类比为内江，WLAN主要用于分流数据业务，减轻蜂窝网压力，可类比为外江。将各种融合策略控制功能单元与都江堰水利工程的各关键功能单元（鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口等）进行类比，可见，水利工程的各个功能单元都能找到类似的网络单元，其功能简述如表1所示：

表1    融合策略控制方案与都江堰水利工程类比表

都江堰水利工程 融合策略控制单元及作用

鱼嘴 多连接管理（ANDSF）

外江 WLAN

内江 2G/3G/LTE

飞沙堰/宝瓶口，防洪，排沙 PCC，DPI[6]，分流，业务监测

水库、堰塘 CDN/CACHE

从图中我们可以得到端到端流量管控ANDSF在治理数字洪水中的作用如下：当数字洪水（大的数据流量）来临时，通过多连接管理等新技术实现对数据业务的分流，将高流量低价值类业务（如P2P业务）引导至WLAN（外江）网络承载，对于低流量高价值类业务则引导至2G/3G/LTE（内江）网络承载。另外通过PCC策略管控，实现分时、分地点、分业务、分用户的策略控制[5]，通过DPI实现业务的监测[6]，有效实现对低价值业务的限制（排沙）、对网络的分流（防洪），通过CDN/CACHE（水库、堰塘）实现对业务内容的分发和缓存。

3.2  融合策略控制测试效果

PCC的策略控制效果在前期已有较多研究成果[2-4]，这里主要验证基于ANDSF的网络分流和选网管控效果，按上述原理在用户侧预装客户端，网络侧改造框架图如图3所示：

图3    基于ANDSF的网络分流框架图

测试用例包括：网络侧自主发现WLAN、指示手机自动开启WLAN、根据网络忙闲智能切换、自动认证接入WLAN、生成热点地图显示负荷。经网络实地测试，以上功能均得到有效验证。经试商用，用户数约200个，用户全部预装ANDSF客户端。根据试点区域近2个月统计数据分析，试点区域WLAN利用率明显提升，用户体验显著改善。

（1）通过网络侧对WLAN改造后，用户能更加方便的使用WLAN网络，如图4所示，测试区域AP忙时（19：00～23：00）总在线用户数提升28.9%，忙时峰值流量提升48.1%。

图4    改造前后AP忙时在线用户数与流量对比

（2）实现了区分用户、区分业务、分时、分地点的WLAN流量策略管控[2]，保障了客户的网络速率，WLAN利用率明显提升，用户体验显著改善，满意度大幅提高，如图5所示：

图5    手机WLAN上网客户满意度调查情况

4   结束语

随着无线宽带技术的发展，网络体制的增多，数据业务也在不断增长，需要对高速移动互联网进行优化和控制，文中介绍了ANDSF技术和融合策略控制方案，分析了其基本原理和工作流程，将其应用于WLAN的分流控制中，实验验证了分流效果，客户满意度显著提升。随着移动宽带网络的发展，需要根据实际情况参照需求分析，适时的引入相应的策略控制机制，考虑多个网络之间的互切换和交互应用，将网络资源有效地引导到相应的数据业务中。下一步要进一步研究基于PCC和ANDSF的区分业务信息的融合策略选网机制，针对不同业务，提供不同的网络选择策略，进一步提高网络资源利用率，改善用户体验。

参考文献：

[1] 杨静，孙滔.魏冰. 基于ANDSF实现WLAN和蜂窝网间选网机制的增强[J]. 电信科学， 2012（5）： 99-103.

[2] 张高毅. 移动互联网端到端流量管控策略研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（8）： 44-49.

[3] 郭正平，夏泳，徐杰，等. 移动互联网网络协同的融合策略控制研究[J]. 通信与信息技术， 2013（1）： 43-45.

[4] 顾明. LTE网络中PCC架构的应用[J]. 电信工程技术与标准化， 2010（11）.

[5] 张高毅. 移动互联网数据业务QoS优化与控制研究[J]. 通信与信息技术， 2014（4）.

[6] 罗忆祖. DPI技术助力运营商精细化运营[J]. 电信网技术， 2009（3）.

作者简介

张高毅：工程师，博士毕业于电子科技大学，现任职于中国移动通信集团四川有限公司计划建设部，主要研究方向为移动通信等。

文颖：硕士毕业于重庆大学，现任职于四川铁路产业投资集团有限责任公司，主要研究方向为机械工程、标准管理等。endprint