一种ANDSF获取接入网动态信息的方法

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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《信息通信技术》2012年03期。

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【作者】 薛忠余； 陈天力； 高杨；

【机构】 南京邮电大学通信与信息工程学院；

【摘要】 下一代异构无线网络环境是宽带移动无线接入和异构分布的网络,如何减少切换时延实现无缝切换是当前需要解决的问题。文章针对在切换之前如何获取有效的接入网信息提出了一种新的方法,即一种ANDSF(接入网发现和选择功能)获取接入网动态信息的方法,该方法可以保证ANDSF中接入网信息及时准确。然后介绍ANDSF功能实体,分析其工作原理,指出其不足,并提出改进方法。

【关键词】 异构网络； 接入网发现和选择功能； 动态信息； 切换；

引言

随着2G、3G蜂窝无线网络以及WLAN(无线局域网)和WiMAX(全球微波接入互操作性)在世界范围内的广泛使用，下一代无线网络必将是应用背景、目标、发展方向、系统结构、覆盖范围、通信协议、链路特性、应用场景和业务提供能力等方面各不相同的接入网络，以及未来可能因新需求而产生各种新型接入网络技术并存的异构网络。

为了将各种无线接入网融合到一起为用户提供无缝的服务，3GPP(第三代合作伙伴计划)在R8阶段提出支持非3GPP接入方式接入EPC核心网的方案，即应支持多种无线接入技术接入一个统一的核心网，并支持它们之间的无缝漫游与切换，保证业务的连续性。其中，按照3GPP的划分，GSM/GPRS 、WCDMA/TD-SCDMA及LTE接入到EPC核心网称为3GPP接入方式；非3GPP接入方式则主要包括IEEE802.11(WLAN)、IEEE802.16(WiMAX)以及CDMA1x、CDMA2000等接入类型。

为了使终端在切换之前能提前获得各种接入网(3GPP接入网和非3GPP接入网)的相关信息，供终端提前进行网络发现和选择以减少切换时延，EPC在核心网引入了接入网络发现和选择功能(Access Network Discovery and Selection Function, ANDSF)。但当前标准中ANDSF只定义了静态信息，即ANDSF接入网数据库中事先存储了在一定地理范围内所有的接入网信息。

当用户设备向ANDSF请求接入网信息时，ANDSF返回的接入网信息并不能保证真实可靠，所以用户设备需要对获得的接入网进行扫描，以获得可用性信息，这样增加了切换时延，鉴于此，本文提出了一种ANDSF获取接入网动态信息的方法。

1  EPS系统

EPS系统支持与非3GPP系统的互通，其中与非3GPP系统的互通通过S2a/b接口实现，3GPP与非3GPP系统间的锚点为PDN网关。非3GPP系统可分为可信任的非3GPP  IP接入和不可信任非的3GPP  IP接入。可信任的非3GPP  IP接入可直接通过S2a接口与PDN网关连接。不可信任的非3GPP  IP接入需经过演进的分组数据网关(Evolved Packet Data Gateway，简称为ePDG)与PDN网关相连，ePDG与PDN网关之间的接口为S2b。

在3GPP核心网中，有三个重要的功能实体，即MME、S-GW和P-GW，它们的功能如下。

1) MME(移动管理实体)。负责与用户和会话管理有关的控制平面功能。其作用是使得网络在有会话到来时能够连接到终端。MME通过S6接口与包含所有用户订阅信息数据库的HSS相连。

2) S-GW(服务网关)。是连接E-UTRAN分组数据接口的终点。当移动终端在E-UTRAN中的不同eNB之间移动时，服务网关用作本地的移动锚点。当终端在E-UTRAN内或在E-UTRAN与其他的3GPP网络间移动时，分组通过服务网关进行路由。

3) P-GW(分组数据网关)。是连接外部分组数据网络的锚点，还支持策略增强功能(按照运营商定义的规则来进行资源分配)以及分组过滤和增强计费功能(例如每个URL计费)。

为了使网络能够向移动终端发送接入网络的相关信息供终端进行网络发现与选择，在文献[2]中引入了接入网络发现和选择功能(Access Network Discovery and Selection Function, ANDSF)并进行了详细介绍。

2  当前ANDSF服务模型

UE通过S14接口与ANDSF进行交互。接口S14既支持PULL机制(UE请求)也支持PUSH机制(网络触发)，其实现在IP层以上。

ANDSF包括数据管理和控制功能，可提供以下信息。

1)  系统间移动性策略。系统间移动性策略是一组运营商定义的规则和偏好，它能影响系统间移动性决策。UE使用系统间移动策略用于决定系统间移动是允许或限制以及选择更偏好的接入网络。系统间移动性策略应该能够基于用户请求或网络触发提供给移动终端，同时也能被ANDSF更新。系统间移动性策略标识哪种接入技术或哪种具体的接入网络具有更高优先级就表示哪种接入技术或接入网络被限制或允许。

2) 接入网络发现信息。当UE请求网络选择时，ANDSF能够提供一组UE周边有效的接入网络列表，该列表包括各种接入网络技术。有效的接入技术信息包括接入技术类型(如WLAN、WiMAX)和无线接入网络标识符(如WLAN的SSID)。另外，还有其他技术的具体信息，如一个或多个载频；约束条件，如一些条件标识何时提供的接入网络信息有效。UE应保留和使用这些ANDSF提供的接入网络信息直到收到下一次更新信息。

关于ANDSF中存储的接入网信息， 当前标准中只定义了静态信息，即ANDSF接入网数据库中事先存储了在一定地理范围内所有的接入网信息。当用户设备向ANDSF请求接入网信息时，ANDSF返回的接入网信息并不能保证真实可靠，所以用户设备需要对获得的接入网进行扫描，以获得可用性信息，这样增加了切换时延,其步骤如图2所示。

①UE向ANDSF服务器发送DHCP查询请求，要求获得ANDSF的IP地址或者域名信息；根据IETF已经定义的DHCPv4[3]和DHCPv6[4]，响应信息是IP地址或者是FQDN；

②如果从DHCP服务器获取的响应是FQDN或者作为步骤①的替代(如果UE已经预先配置了ANDSF的FQDN)，则UE会向DNS服务器发送DNS域名解析请求，并获取ANDSF服务器的IP地址；

③通过步骤①或者步骤②，UE已经获得ANDSF的IP地址信息，然后UE会与ANDSF建立安全连接，基于3GPP提出的接入鉴权体系框架(见3GPP TS 33.222)，可以支持https，现在可以通过S14接口基于OMA DM进行数据的安全传输；

④在某个时间点，基于网络的外部触发，ANDSF向UE推送系统间移动策略信息；

⑤如果需要切换，UE会向ANDSF发送接入网信息请求，为避免得到不必要的接入网信息，UE会在请求信息中加入自身的位置信息；

⑥ANDSF响应UE的请求，根据UE当前的位置信息返回在其覆盖范围内的接入网信息；

⑦由于ANDSF提供的接入网信息并非完全可靠信息，UE会打开非3GPP无线接口，对在步骤⑥中获取的接入网进行扫描，以获取可用性信息；⑧UE选择一个可用的接入网，并决定进行切换。

基于以上过程的分析可以发现，由于ANDSF数据库中存储的接入网信息不能动态更新，在有些情况下，如某个接入点因故障关闭，或因为用户数过多、负载过大，不再适合新的用户接入，这些接入点的信息即为无效信息，所以用户获取信息后必须对接入网进行扫描以确定网络的可用性信息，这样既增加切换时延，又增加用户设备的功耗，因此有必要对ANDSF数据库中的信息进行动态更新，确保提供给用户设备信息的有效性。

3  改进的服务模型

基于上述分析，本文提出了一种ANDSF接入网信息库动态更新的方法，网络结构图如图3所示,其中增加了ANDSF与HSS之间的Sh接口，便于ANDSF获取当前一定覆盖范围的用户信息。

首先，ANDSF需要对接入网信息库进行动态更新，然后，根据获取的信息对接入网的可用性进行评级，其具体流程如下。

1) 根据设定的周期，当某一接入网信息即将过期时，ANDSF首先向HSS查询当前接入网覆盖范围内的用户信息，选择其中一个用户设备作为信息源；

2) ANDSF通过S14接口向选定的用户设备发送接入网信息查询请求；

3) 用户设备收到接入网信息请求后，根据接入网的类型，开启物理接口对接入网进行扫描，获取该接入网当前的可用性信息，如是否可接入、负载信息等；

4) 用户设备将接入网可用性信息返回给ANDSF，ANDSF根据这些信息对接入网进行可用性评级，并开始下一次周期计时。这样ANDSF就可获得一定范围内的接入网动态信息，优化后的网络选择流程如图4所示。

基本步骤如下。

①UE向ANDSF服务器发送DHCP查询请求，要求获得ANDSF的IP地址或者域名信息，根据IETF已经定义的DHCPv4和DHCPv6，响应信息是IP地址或者是FQDN；

②如果从DHCP服务器获取的响应是FQDN，或者作为步骤①的替代(如果UE已经预先配置了ANDSF的FQDN)，则UE会向DNS服务器发送DNS域名解析请求，获取ANDSF服务器的IP地址；

③通过步骤①或者步骤②，UE已经获得ANDSF的IP地址信息，然后UE会与ANDSF建立安全连接，基于3GPP提出的接入鉴权体系框架(见3GPP TS 33.222)，可以支持https，现在可以通过S14接口基于OMA DM进行数据的安全传输；

④在某个时间点，基于网络的外部触发，ANDSF向UE推送系统间移动策略信息；

⑤如果需要切换，UE会向ANDSF发送接入网信息请求，为了避免获取不必要的接入网信息，UE会在请求信息中加入自身的位置信息；

⑥ANDSF响应UE的请求，根据UE当前的位置信息返回在其覆盖范围内的可用接入网信息；

⑦由于ANDSF提供的接入网信息为可靠信息，UE会直接选择接入网进行切换，而不必再开启物理接口检测网络的可用性，所以减少了终端功耗及切换时延。

4  结束语

在分析当前ANDSF功能不足的基础上提出的改进和优化，主要是通过ANDSF和终端之间的S14接口，通过终端扫描在ANDSF数据库中添加接入网的实时动态信息，这样，在终端需要切换网络时，可以避免因接入网拥塞或其他原因引起的切换失败，提高切换成功的概率。

参考文献
[1]  3GPP TS 23.402 V10.3.0.Architecture enhancements for non-3GPP accesses, (Release 10)[S].2011
[2]  3GPP TS 24.312  (V10.2.1).Access Network Discovery and Selection Function (ANDSF), (Release 10)[S].2011
[3]  RFC  3456. Dynamic Host Configuration Protocol (DHCPv4)  [EB/OL].  [url=http://www.ltesting.net/ceshi/ruanjianceshikaifajishu/rjcshjdj/wlzs/2007/0623/80333.html]http://www.ltesting.net/ceshi/ruanjianceshikaifajishu/rjcshjdj/wlzs/2007/0623/80333.html[/url]
[4]  RFC 3315.Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6 (DHCPv6)[ EB/OL].

[url=http://www.hackhome.com/InfoView/Article_128793.htm]http://www.hackhome.com/InfoView/Article_128793.htm[/url]