移动网络用户频繁鉴权问题的优化方案探讨

杨占军

（中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310014）

1 引言

经常有移动用户投诉上网慢，甚至无法上网，通过Gb/Iu-PS信令平台分析用户上网业务记录，发现用户在3G网络有大量的鉴权记录。

统计某3G用户1天的上网记录，发现该用户上网GET/POST记录有1 759次，鉴权次数为1 752次，即几乎每次发生数据业务时均需要鉴权。每次鉴权流程平均时长约1s，频繁的鉴权流程不仅增加了用户上网时延，容易引发信令风暴，还导致鉴权失败的概率提高，而鉴权失败的直接后果是用户上网失败。因此，频繁鉴权会严重影响用户的上网感知。

2 鉴权问题分析

2.1 全网2G/3G鉴权次数对比

通过对比2G/3G网络中的每用户鉴权次数，可进一步发现不同网络的鉴权差异。杭州现网SGSN侧统计的鉴权次数如表1所示：

表1 SGSN在2G/3G鉴权次数

从统计结果来看，3G鉴权次数远多于2G。很明显，相比2G网络，3G网络存在更为频繁的鉴权问题，而网络的鉴权是由核心网参数决定的。因此，要想找到3G网络频繁鉴权的原因，需要核查核心网鉴权参数配置情况。

2.2 鉴权参数分析

SGSN对鉴权参数配置的查询结果如图1所示。

2 G 网络的鉴权参数包括RAU、ATTACH 等，而3G网络鉴权的配置比2G多了3个鉴权流程，分别是PAGING_RSP、MS_SERVICE_REQ和INTER_RAU_AFTER_RELOCATION，因3G网络中用户每次发起业务时均有Service Request消息，对该流程鉴权会触发较多的鉴权消息。由此可见，3G网络鉴权次数偏多的主要原因是开启了对Service Request的鉴权。

查询核心网SGSN设备鉴权参数，发现PAGING_RSP、MS_SERVICE_REQ和INTER_RAU_AFTER_RELOC ATION均是可选参数。3 GPPT S 2 3.0 6 0 V9.7.0中对Service Request的鉴权描述为：协议中并没有强制要求，运营商可根据需要选择对Service Request流程的鉴权。另外，从网络安全性方面考虑，用户在开机附着时，网络对用户进行了鉴权，已保证了用户的合法性。通过比较，针对3G网络，完全可以参照2G网络的鉴权参数对3G网络的鉴权条件进行合理优化，以减少不必要的鉴权。

3 优化效果

通过对比现网2G/3G鉴权流程参数配置，综合考虑网络安全性和用户上网感知，关闭了对PAGING_RSP和MS_SERVICE_REQ流程的鉴权。

3.1 用户上网时延对比

鉴权参数优化后，在用户上网业务请求记录大量增加的情况下，鉴权次数从1 578次降到2次，鉴权次数明显减少，效果非常显著。具体对比结果如表2所示：

表2 优化前后用户鉴权次数对比

图1 核心网鉴权参数设置

为了模拟用户上网感知，可以把用户上网的时延分解为3个主要消耗时延的流程：鉴权时延、TCP建连时延和GET平均时延。由于优化后鉴权流程次数很少，基本可忽略不计，因此用户每次上网的平均时延为：

优化前：鉴权平均时延+TCP连接平均时延+GET平均时延=1.08+0.49+1.92=3.49

优化后：TCP 连接平均时延+GET 平均时延= 0.52+1.69=2.21

用户每次上网的平均时延对比如图2所示：

图2 用户上网时延对比

综合鉴权流程带来的时延，优化前用户每次上网平均时延达3.49s，减少鉴权流程环节后，用户每次上网平均时延降低至2.21s，平均时延减少36.67%，用户感知提升明显。

3.2 鉴权次数对比

统计优化前后不同SGSN一天的性能指标，调整前后最大附着用户数变化不大，但整体鉴权次数下降了82%左右，平均每用户鉴权次数从280次降至47次。具体对比结果如表3所示：

优化后3G网络平均每用户鉴权次数明显下降，但仍大于2G网络的13次，为进一步核查原因，从Gb/Iu-PS信令平台随机抽样20个用户的鉴权信令进行统计分析，发现主要原因是用户从2G重选到3G后进行路由区更新，由INTER_RAU流程触发了鉴权流程，鉴权次数占比高达85%。由于现网3G用户数远少于2G，因此该流程对3G网络下平均每用户鉴权次数影响较大，若剔除2G/3G重选产生的鉴权次数，3G网络中平均每人每天的鉴权次数将从47次降到14次，2G/3G平均每人鉴权次数基本一致，这说明鉴权参数的优化已达到预期效果。

鉴权次数优化后，因为仍然需要对ATTACH、INTER_RAU等流程进行鉴权，与2G网络保持一致，所以能够保证用户接入网络的合法性，由此确保网络的安全。优化后经过几个月的观察，未发现参数调整导致的相关用户投诉，网络运行稳定。

3.3 HLR信令负荷对比

3G网络鉴权次数的减少，在一定程度上必然会降低HLR的信令负荷。经统计对比，优化后HLR整体信令链路负荷平均值从16.52%降至16.05%，各HLR的信令链路负荷均有不同程度降低，降幅最高的达5.2%。

根据HLR的MAP信令负荷构成，鉴权流程约占到HLR全部流程负荷的22%，并且SGSN每次向HLR取鉴权集时取5组，用户鉴权时SGSN不需要每次都向HLR取鉴权集，这种机制降低了鉴权次数对HLR链路负荷的影响程度，因此优化后HLR链路负荷降低幅度不是很大，但效果仍比较明显。

4 结束语

在保证网络安全的前提下，通过优化鉴权参数，3G网络1天鉴权次数从1.3亿次降至2 382万次，降幅达82.6%；平均每用户1天鉴权次数从280次降至47次，降幅达84%；用户平均每次上网时延从3.49s减少到2.21s，降幅达36.67%。优化后未发现网络安全性方面的投诉，网络运行稳定。

表3 优化前后SGSN鉴权次数对比

优化后3G用户人均鉴权次数仍多于2G，这主要是2G/3G重选引起，随着3G网络覆盖的不断完善，2G/3G重选情况将进一步减少，3G人均鉴权次数亦将持续减少。3G网络频繁鉴权问题的有效解决不仅减轻了网络负担，节约了无线网络资源，而且极大地缩短了用户的上网时延，使用户上网感知得到明显提升。

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