張高毅+文穎

【摘 ? ?要】研究了基于ANDSF的智能選網(wǎng)技術(shù)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(wǎng)絡(luò)融合策略控制方法，以改善WLAN使用體驗(yàn)，有效遷移用戶以降低網(wǎng)絡(luò)壓力，提升客戶滿意度。經(jīng)過對(duì)不同場(chǎng)景的綜合測(cè)試及試商用，驗(yàn)證了融合策略控制的有效性和可行性，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展提供了技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】ANDSF ? ?策略控制 ? ?數(shù)字洪水 ? ?智能選網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN929.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1006-1010（2014）-15-0028-04

1 ? 引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大沖擊。如今無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)種類多，各運(yùn)營(yíng)商均有多重制式的網(wǎng)絡(luò)，而用戶終端則相對(duì)單一，故急需將不同網(wǎng)絡(luò)制式進(jìn)行融合，以滿足用戶的不同需求。特別是在目前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量急劇攀升的情況下，蜂窩網(wǎng)壓力大，亟需通過WLAN進(jìn)行分流，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率及用戶體驗(yàn)。然而，當(dāng)前WLAN熱點(diǎn)難以發(fā)現(xiàn)、接入操作繁瑣，需要一種解決方案，提高熱點(diǎn)搜索精準(zhǔn)性，可提醒用戶One Click甚至網(wǎng)絡(luò)輔助自動(dòng)打開熱點(diǎn)使用，并避免人工干預(yù)輸入認(rèn)證用戶名和密碼，提升用戶WLAN熱點(diǎn)體驗(yàn)。

3GPP定義了ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function，接入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)和選擇功能單元）標(biāo)準(zhǔn)，這是一種根據(jù)運(yùn)營(yíng)商策略為終端選擇目標(biāo)接入網(wǎng)絡(luò)的方案，R10版本中提出了支持基于業(yè)務(wù)的選網(wǎng)策略，為IP流移動(dòng)性管理提供基礎(chǔ)。ANDSF是解決多網(wǎng)并存時(shí)的最佳網(wǎng)絡(luò)選擇，實(shí)現(xiàn)用戶與終端、業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的最佳匹配，達(dá)到業(yè)務(wù)體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)效率的最優(yōu)化。但其根據(jù)終端上報(bào)的位置信息以及用戶選網(wǎng)偏好等制定的選網(wǎng)策略存在一定局限性，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的不均衡。楊靜[1]等人研究了基于ANDSF實(shí)現(xiàn)WLAN和蜂窩網(wǎng)間選網(wǎng)機(jī)制的增強(qiáng)方法，分析了ANDSF在實(shí)現(xiàn)WLAN和蜂窩網(wǎng)間選網(wǎng)的局限性，提出了基于接入網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行選網(wǎng)的方案。本文主要研究基于ANDSF的智能選網(wǎng)方法，并將其與前期研究較多的PCC架構(gòu)融合[2-4]，形成移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)融合策略控制方案，進(jìn)一步細(xì)分選網(wǎng)策略機(jī)制，實(shí)現(xiàn)WLAN對(duì)蜂窩網(wǎng)的分流，以解決蜂窩網(wǎng)的壓力。

2 ? 基于ANDSF的智能選網(wǎng)方法

合理地配置網(wǎng)絡(luò)資源、方便用戶選擇最合適的接入網(wǎng)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中起著重要作用，能顯著提升網(wǎng)絡(luò)利用率和客戶滿意度。ANDSF作為接入錨點(diǎn)，可通過網(wǎng)絡(luò)與終端的交互協(xié)同實(shí)現(xiàn)智能選網(wǎng)，幫助終端用戶基于網(wǎng)絡(luò)負(fù)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(wǎng)絡(luò)制式，實(shí)現(xiàn)多種接入方式的協(xié)同運(yùn)營(yíng)，其基本原理、工作流程和應(yīng)用條件如下。

2.1 ?基本原理

基于ANDSF的選網(wǎng)機(jī)制目前大多還在試點(diǎn)研究中，其核心網(wǎng)元部署在蜂窩網(wǎng)的核心網(wǎng)中，在終端有相應(yīng)的應(yīng)用軟件，通過S14接口與終端進(jìn)行通信，根據(jù)終端上報(bào)的位置信息及用戶選網(wǎng)偏好等信息輔助終端進(jìn)行接入網(wǎng)的選擇。ANDSF為終端提供可用接入網(wǎng)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(jìn)行通信，獲取相應(yīng)的選網(wǎng)策略，終端軟件根據(jù)ANDSF下發(fā)的選網(wǎng)信息，促使終端設(shè)備選擇合適的接入網(wǎng)，達(dá)到合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的目的。

ANDSF為終端提供3種網(wǎng)絡(luò)選擇策略，分別為系統(tǒng)間移動(dòng)性策略、接入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)信息策略、系統(tǒng)間路由策略。其中，系統(tǒng)間移動(dòng)性策略描述了終端在同一時(shí)刻只能接入一種接入網(wǎng)時(shí)，終端選擇使用哪種接入網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的策略;接入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)信息策略是ANDSF根據(jù)終端的請(qǐng)求提供其位置附近的可用接入網(wǎng)信息，包括接入技術(shù)類型及接入網(wǎng)ID等;系統(tǒng)間路由策略描述了終端在同一時(shí)刻可以接入多種接入網(wǎng)時(shí)，數(shù)據(jù)在不同接入網(wǎng)上路由的策略。

2.2 ?工作流程

基于ANDSF的智能選網(wǎng)流程如圖1所示。用戶安裝ANDSF客戶端后，在初次使用業(yè)務(wù)前，需要輸入自己的WLAN賬號(hào)和密碼，客戶端保存后用于后續(xù)的接入認(rèn)證，以提升選網(wǎng)體驗(yàn)。具體步驟如下：

（1）用戶發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)用戶數(shù)據(jù)積累到一定閾值之后（如50K，可以在客戶端配置），ANDSF客戶端認(rèn)為用戶要持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，客戶端向ANDSF服務(wù)器發(fā)起選網(wǎng)策略請(qǐng)求信息，該信息中攜帶CELLID信息。

（2）ANDSF服務(wù)器收到請(qǐng)求后，基于用戶攜帶的CELLID判斷當(dāng)前位置是否有WLAN網(wǎng)絡(luò)，如果存在，服務(wù)器通知客戶端打開Wi-Fi開關(guān)，如不存在，則通知客戶端不打開Wi-Fi開關(guān)。

（3）ANDSF服務(wù)器封裝消息，通知ANDSF客戶端打開Wi-Fi開關(guān)。

（4）ANDSF客戶端打開Wi-Fi開關(guān)，并上報(bào)掃描到的Wi-Fi熱點(diǎn)的SSID信息給服務(wù)器。

（5）ANDSF服務(wù)器基于配置好的策略，如用戶簽約信息、蜂窩網(wǎng)負(fù)載、WLAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等信息，決定手機(jī)選擇何種網(wǎng)絡(luò)制式，為手機(jī)選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)。

（6）手機(jī)基于網(wǎng)絡(luò)指示選擇最優(yōu)體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，完成選網(wǎng)過程。

2.3 ?應(yīng)用條件及優(yōu)點(diǎn)

ANDSF標(biāo)準(zhǔn)定義了基于用戶位置、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、用戶使用偏好等信息選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)的方案，由于市面上的手機(jī)普遍不支持同時(shí)駐留在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，也不支持選擇特定網(wǎng)絡(luò)（GSM、TD-LTE），ANDSF方案當(dāng)前可以實(shí)現(xiàn)WLAN與蜂窩網(wǎng)之間的切換，并為用戶提供更優(yōu)的WLAN接入體驗(yàn)，待手機(jī)芯片和操作系統(tǒng)支持后，可以實(shí)現(xiàn)ANDSF標(biāo)準(zhǔn)方案規(guī)定的所有功能，具體如下：

（1）實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)智能切換：在手機(jī)關(guān)閉WLAN的前提下，網(wǎng)絡(luò)側(cè)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)Wi-Fi信息并推送給手機(jī)打開WLAN;在蜂窩網(wǎng)忙、AP閑的場(chǎng)景下，實(shí)現(xiàn)手機(jī)從蜂窩網(wǎng)向AP的無(wú)縫切換。endprint

（2）整個(gè)過程用戶零干預(yù)，使用無(wú)憂慮：手機(jī)何時(shí)切換，用戶無(wú)需設(shè)置;接入AP時(shí)無(wú)需輸入用戶名和密碼（初次使用除外）;每次切換的日志自動(dòng)記錄，并可根據(jù)需要自動(dòng)彈出兩網(wǎng)資費(fèi)告警。

（3）網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷自動(dòng)學(xué)習(xí)，策略自動(dòng)生成，減少人工成本：手機(jī)上顯示當(dāng)前位置可用AP的分布地圖，并顯示實(shí)時(shí)負(fù)荷忙閑狀態(tài);網(wǎng)絡(luò)側(cè)的AP地圖自動(dòng)生成，并且根據(jù)兩網(wǎng)忙閑狀態(tài)觸發(fā)切換策略，減少網(wǎng)優(yōu)工作量。

3 ? 融合策略控制方案

目前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)壓力非常大，各運(yùn)營(yíng)商都在不停地?cái)U(kuò)容，然而擴(kuò)容速度已經(jīng)無(wú)法很好地滿足客戶日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，需要對(duì)這樣的數(shù)字洪水進(jìn)行有效地疏導(dǎo)和控制，既滿足客戶的需要，又緩解網(wǎng)絡(luò)的壓力。本文基于上述ANDSF流程及原理，結(jié)合PCC架構(gòu)，將其推廣應(yīng)用于2G/3G/LTE[4]/WLAN網(wǎng)絡(luò)選網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)融合策略控制的選網(wǎng)機(jī)制，讓用戶能更方便的選網(wǎng)接入，更好的使用WLAN網(wǎng)絡(luò)，以緩解2G/3G/LTE網(wǎng)絡(luò)的壓力。

3.1 ?融合策略控制實(shí)現(xiàn)數(shù)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(shù)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)承載了語(yǔ)音等高價(jià)值業(yè)務(wù)，不妨將其類比為內(nèi)江，WLAN主要用于分流數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，減輕蜂窩網(wǎng)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(guān)鍵功能單元（魚嘴、飛沙堰、寶瓶口等）進(jìn)行類比，可見，水利工程的各個(gè)功能單元都能找到類似的網(wǎng)絡(luò)單元，其功能簡(jiǎn)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(nèi)江 2G/3G/LTE

飛沙堰/寶瓶口，防洪，排沙 PCC，DPI[6]，分流，業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)

水庫(kù)、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(shù)字洪水中的作用如下：當(dāng)數(shù)字洪水（大的數(shù)據(jù)流量）來(lái)臨時(shí)，通過多連接管理等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分流，將高流量低價(jià)值類業(yè)務(wù)（如P2P業(yè)務(wù)）引導(dǎo)至WLAN（外江）網(wǎng)絡(luò)承載，對(duì)于低流量高價(jià)值類業(yè)務(wù)則引導(dǎo)至2G/3G/LTE（內(nèi)江）網(wǎng)絡(luò)承載。另外通過PCC策略管控，實(shí)現(xiàn)分時(shí)、分地點(diǎn)、分業(yè)務(wù)、分用戶的策略控制[5]，通過DPI實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的監(jiān)測(cè)[6]，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)低價(jià)值業(yè)務(wù)的限制（排沙）、對(duì)網(wǎng)絡(luò)的分流（防洪），通過CDN/CACHE（水庫(kù)、堰塘）實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)內(nèi)容的分發(fā)和緩存。

3.2 ?融合策略控制測(cè)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(yàn)證基于ANDSF的網(wǎng)絡(luò)分流和選網(wǎng)管控效果，按上述原理在用戶側(cè)預(yù)裝客戶端，網(wǎng)絡(luò)側(cè)改造框架圖如圖3所示：

圖3 ? ?基于ANDSF的網(wǎng)絡(luò)分流框架圖

測(cè)試用例包括：網(wǎng)絡(luò)側(cè)自主發(fā)現(xiàn)WLAN、指示手機(jī)自動(dòng)開啟WLAN、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)忙閑智能切換、自動(dòng)認(rèn)證接入WLAN、生成熱點(diǎn)地圖顯示負(fù)荷。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)地測(cè)試，以上功能均得到有效驗(yàn)證。經(jīng)試商用，用戶數(shù)約200個(gè)，用戶全部預(yù)裝ANDSF客戶端。根據(jù)試點(diǎn)區(qū)域近2個(gè)月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，試點(diǎn)區(qū)域WLAN利用率明顯提升，用戶體驗(yàn)顯著改善。

（1）通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)WLAN改造后，用戶能更加方便的使用WLAN網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示，測(cè)試區(qū)域AP忙時(shí)（19：00～23：00）總在線用戶數(shù)提升28.9%，忙時(shí)峰值流量提升48.1%。

圖4 ? ?改造前后AP忙時(shí)在線用戶數(shù)與流量對(duì)比

（2）實(shí)現(xiàn)了區(qū)分用戶、區(qū)分業(yè)務(wù)、分時(shí)、分地點(diǎn)的WLAN流量策略管控[2]，保障了客戶的網(wǎng)絡(luò)速率，WLAN利用率明顯提升，用戶體驗(yàn)顯著改善，滿意度大幅提高，如圖5所示：

圖5 ? ?手機(jī)WLAN上網(wǎng)客戶滿意度調(diào)查情況

4 ? 結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)線寬帶技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)體制的增多，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也在不斷增長(zhǎng)，需要對(duì)高速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化和控制，文中介紹了ANDSF技術(shù)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(yīng)用于WLAN的分流控制中，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分流效果，客戶滿意度顯著提升。隨著移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，需要根據(jù)實(shí)際情況參照需求分析，適時(shí)的引入相應(yīng)的策略控制機(jī)制，考慮多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的互切換和交互應(yīng)用，將網(wǎng)絡(luò)資源有效地引導(dǎo)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中。下一步要進(jìn)一步研究基于PCC和ANDSF的區(qū)分業(yè)務(wù)信息的融合策略選網(wǎng)機(jī)制，針對(duì)不同業(yè)務(wù)，提供不同的網(wǎng)絡(luò)選擇策略，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，改善用戶體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介

張高毅：工程師，博士畢業(yè)于電子科技大學(xué)，現(xiàn)任職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司計(jì)劃建設(shè)部，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信等。

文穎：碩士畢業(yè)于重慶大學(xué)，現(xiàn)任職于四川鐵路產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程、標(biāo)準(zhǔn)管理等。endprint