В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Беспрецедентный рост объема потребления трафика в сетях мобильной связи – проблема или новый шанс для операторов?
В последние несколько лет наблюдается не только значительный рост производства мобильных телефонов с технологией Wi-Fi и ноутбуков с 3G, но и рост спроса на услуги передачи данных в сетях мобильного доступа, что предъявляет повышенные требования к полосе пропускания (например, передача потокового видео). Согласно прогнозу Pyramid Research, продажа смартфонов по всему миру возрастет с 232 млн в 2010 г. до 532 млн в 2014 г. В результате миллионы абонентов сетей сотовой связи получат новые "умные" устройства с множеством критичных к трафику приложений, и следствием является то, что уже сегодня трафик в сетях 3G лавинообразно вырос, что, в свою очередь, дает операторам связи дополнительный доход. Согласно прогнозам экспертов, спрос на услуги передачи данных до 2013 г. будет ежегодно возрастать в два раза, что для операторов, с одной стороны, является проблемой, с другой – предоставляет дополнительные возможности получения прибыли.
Большая часть ресурса существующих сегодня 2G/3G-сетей мобильного доступа уже поглощается постоянно растущим трафиком данных, и операторы столкнулись с проблемой их перегрузки (например, в зонах массового скопления пользователей). Это ведет к резкому ухудшению качества
услуг, предоставляемых миллионам пользователей мобильных сетей. Поэтому операторы, чтобы не допустить падения прибыли из-за отключений недовольных пользователей, вынуждены искать возможности предоставления необходимой полосы пропускания.
Из-за деградации качества услуг передачи данных через сети 3G уже сегодня многие абоненты используют Wi-Fi-интерфейс своих мобильных телефонов, так как это единственная возможность получить доступ к просмотру Web-страниц, потокового видео и другим услугам, требовательным к полосе пропускания. По информации, предоставленной AT&T, одним из крупнейших операторов сотовой связи в США, число абонентов, подключающихся к 20 тыс. хотспотам (Wi-Fi-точкам доступа в их сети), возросло на 34 и 69% в I кварталах 2009 и 2010 г. соответственно (рис. 1). Дальнейшие комментарии излишни.
Проще говоря, увеличение количества смартфонов и последующее за этим лавинообразное нарастание трафика данных заставляет операторов искать способ разгрузить 3G-сети, чтобы голосовые сервисы и сервисы данных работали в сети оптимально. В то же время наличие интерфейса Wi-Fi в смартфонах позволяет пользователям применять хот-споты Wi-Fi, в случаях когда 3G-сеть их сотового оператора не в состоянии предоставить им необходимый сервис.
Крупнейшие мировые операторы связи видят решение проблемы разгрузки 3G-сетей в переносе части нагрузки на сети Wi-Fi. Такие выводы можно сделать в свете недавнего приобретения AT&T крупнейшего в США Wi-Fi-провайдера Wayport. Аналогичная ситуация прослеживается и в соглашениях о сотрудничестве
Verizon с компанией Boingo Wireless, а также в новых предложениях услуги Wi-Fi-подключения от Voda-fone и Orange. Эта проблема также будет актуальна и для сетей LTE, на которые операторы спешат перейти, чтобы опередить конкурентов. Поэтому решение, которое будет найдено сейчас, может послужить и для будущего поколения сетей.
Сотрудничество AT&T и Verizon с Wi-Fi-операторами – это лишь первый шаг, которого, однако, недостаточно для окончательного решения проблемы. Wayport и Boingo не могут обеспечить повсеместное Wi-Fi-покрытие, например, обширных территорий мегаполисов, следовательно, для получения услуг беспроводного подключения пользователи должны оставаться в зоне обслуживания имеющихся точек доступа, что на практике в большинстве случаев оказывается невозможным.
Операторы рассмотрели множество подходов к сложившейся ситуации. В частности, применение фемтосот (Femtocell) и развертывание дополнительной сетевой инфраструктуры позволит удовлетворить возрастающий спрос на услуги. Однако это решение потребует больших затрат, не предоставляет возможностей для масштабирования и не эффективно, учитывая темпы роста спроса на услуги. А учитывая тот факт, что основная доля высокоскоростной передачи данных приходится на мобильные телефоны с функцией Wi-Fi, перенос основной нагрузки на Wi-Fi-сети является панацеей для операторов вследствие множества преимуществ (табл. 1).
Для операторов использование Wi-Fi-сетей для передачи "тяжелого" трафика – это не временное латание дыр, а решение, которое в перспективе послужит при развертывании сетей LTE и возьмет на себя значительную часть нагрузки. Так как технология Wi-Fi обладает множеством уникальных преимуществ, она является оптимальным выходом из сложившейся ситуации.
Для передачи данных по технологии Wi-Fi используются нелицензируе-мые диапазоны частот 2,4 и 5 ГГц (для России внутри помещений), в то же время фемтосоты работают на частотах 900 и 1800 МГц, на которые необходимо еще получить лицензию. В табл. 2 указаны доступные спектры диапазонов частот для технологий Wi-Fi и Femtocell.
В соответствии с данными, приведенными выше, операторы получают широкий свободный спектр частот для развертывания инфраструктуры Wi-Fi практически любого размера, чего нельзя сказать о фемтосотах, которые используют дорогой и ограниченный спектр, требующий тщательного частотного планирования. Таким образом, неоспоримым преимуществом сетей на основе технологии Wi-Fi по сравнению с фемтосотами является экономичность и возможность их быстрого развертывания с минимальными затратами на установку оборудования.
По прошествии 10 лет после введения стандарта 802.11 WLAN, он подвергся ряду изменений, в частности была добавлена поддержка качества обслуживания (QoS) на основе технологии Wi-Fi Multimedia (WMM) для предоставления критичных к задержкам услуг, например потоковое видео и передача голосового трафика, а также отвечающий современным требованиям стандарт шифрования корпоративного класса WPA2. Таким образом, сети Wi-Fi по уровню качества обслуживания и безопасности не уступают сетям 2G и 3G. Технология WMM обеспечивает приоритезацию мультимедийного трафика (VoIP, потоковое видео, сетевые игры) и соответствие требованиям к джиттеру и времени задержки сигнала. Технология WPA2 основана на стандарте IEEE 802.11i и представляет собой 128-битное AES-шифрование с проверкой подлинности на основе предварительных ключей (PSK) или стандарта 802.1x RADIUS, что идеально подходит для реализации функций управления авторизацией, аутентификацией и администрированием (AAA).
Когда речь заходит о скорости обмена данными, то, пожалуй, только Wi-Fi из всех технологий беспроводной связи может обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с (в табл. 3 представлено сравнение скоростей передачи данных и пропускной способности каналов для сетей Wi-Fi или 3G).
Что это значит для пользователей, которые хотят загрузить музыку, посмотреть потоковое видео и передать большой файл? На рис. 2 указано время загрузки 5-минутного видеоролика хорошего качества по сетям Wi-Fi, 2G и 3G.
Пользователям сетей 2G/3G, для которых характерны задержки при передаче, нужно запастись терпением, чтобы скачать обычный видеоролик. В сети Wi-Fi с поддержкой технологии MIMO, напротив, обеспечиваются хорошее качество сигнала и надежность соединения.
За последние 10 лет технология Wi-Fi претерпела ряд улучшений, что позволило создавать достаточно недорогое оборудование. Помимо высокой скорости передачи (до 600 Мбит/с) и доступного широкого спектра (до 500 МГц), сети Wi-Fi имеют потрясающую пропускную способность по сравнению с сетями 2G/3G, но при этом требуют значительно меньших затрат на обслуживание существующего потребительского спроса на услуги. Кроме того, они могут достаточно легко масштабироваться с минимальными затратами на проектирование и частотное планирование. Таким образом, в сравнении с технологиями 2G/3G капитальные и эксплуатационные расходы оператора на инфраструктуру Wi-Fi будут значительно ниже.
Существует несколько возможных решений передачи сетям Wi-Fi функций по обслуживанию трафика данных. Выбор того или иного решения в основном зависит от уровня интеграции сети Wi-Fi в сети мобильной связи, необходимого времени развертывания и уровня контроля абонента оператором.
Согласно базовой модели интеграции, предложенной международным партнерским объединением 3GPP, взаимодействие сети Wi-Fi и основной сети мобильной связи осуществляется посредством сетевого моста, контролирующего и управляющего перераспределением трафика данных. Подобный подход дает возможность бесшовного хэндовера мобильного устройства между сетями мобильной связи и Wi-Fi. Однако существует ряд сложностей комплексной интеграции сети Wi-Fi в сеть мобильной связи. Кроме того, на каждое мобильное устройство требуется установить специальное программное обеспечение, что является основным препятствием на пути операторов.
Среди имеющихся базовых моделей интеграции наиболее востребованной и привлекательной для оператора является модель управления переносом нагрузки из сети мобильной связи в сеть Wi-Fi на основе IP-шлюза. Этот подход позволяет развертывать независимые Wi-Fi-сети без необходимости интеграции с сетями мобильной связи. Проверка подлинности и регистрация в операторской Wi-Fi-сети выполняется сразу же после ее обнаружения абонентским устройством, после чего все данные, отправляемые с абонентского устройства, начинают передаваться по Wi-Fi-сети через IP-шлюз, при этом оператор имеет возможность контролировать сетевое подключение абонента. Следует отметить, что неавторизованный пользователь, находящийся в зоне Wi-Fi, не сможет получить доступ к абонентскому контенту от мобильного оператора.
Используя этот подход, оператор быстро решит проблемы нехватки пропускной способности и большой загруженности мобильной сети связи, развернув недорогие и высокоскоростные Wi-Fi-сети, и при этом избежит трудностей и значительных затрат, которые неизбежны при комплексной интеграции сетей. Более того, данный подход не требует установки на абонентские устройства дополнительного программного обеспечения, при этом у оператора имеются возможности контроля качества обслуживания (QoS), определения политик безопасности и биллинга. На более поздних этапах, когда требования к интерфейсу инфраструктуры 3GPP/UMA и мобильных устройств станут более понятны, могут быть внедрены такие функции, как бесшовный роуминг в обоих направлениях между сетями Wi-Fi и GSM.
Необходимо разграничить Wi-Fi-сети, выполняющие функцию разгрузки 3G-сетей мобильной связи от злосчастных "муниципальных" Wi-Fi-сетей, продвигавшихся с лозунгом "Бесплатный Wi-Fi для всех!". При этом предполагалось, что оплачиваться услуги, предоставляемые горожанам, будут из городского бюджета. Бизнес-модель муниципальных Wi-Fi имеет два основных недостатка. Во-первых, устаревшая сегодня инфраструктура ранних муниципальных Wi-Fi-сетей была достаточно дорогостоящей: для покрытия площади 1600 м2 требовалось от 40 до 60 наружных точек доступа. Современные точки доступа, поддерживающие стандарт 802.11n, при сравнимой стоимости имеют в два раза большую зону обслуживания, в 9 раз большую скорость обмена данными и в 8 раз большую емкость, что позволяет значительно снизить затраты на развертывание сети. Во-вторых, они не приносят прибыль. Следовательно, для города невыгодно инвестировать в развертывание подобных сетей, так как эти инвестиции не окупятся (или же их развертывание будет приостановлено, если средств перестанет хватать).
Согласно новой бизнес-модели разгрузки сетей мобильной связи за счет Wi-Fi, основные затраты по развертыванию сетевой инфраструктуры Wi-Fi берет на себя оператор связи. Стоимость вложений в развертывание сети Wi-Fi намного ниже стоимости развертывания дополнительной сети 3G или 4G. Кроме того, оператор уже имеет собственные радиомачты и выкупленные места на крышах домов для установки радиооборудования, что также сокращает капитальные расходы. Следуя этой модели, операторы связи не только значительно снижают нагрузку на свои 3G-сети, гарантируя качественное предоставление основной услуги – голосовой связи, но и повышают потенциальный доход от базовых приемопередающих станций.
Согласно информации, предоставленной журналом Consumer Report и маркетинговым агентством J.D. Power, среднемесячное потребление трафика пользователей iPhone составляет 275 Мб, а средняя длительность телефонных разговоров – 450 минут в месяц. Ширина полосы пропускания, необходимая для телефонного звонка, составляет 12 кбит/с, следовательно, необходимая ширина полосы пропускания на каждого пользователя в среднем – 840 бит/с для передачи данных и 120 бит/с для телефонных разговоров. Возложив функции передачи данных на Wi-Fi-сети, оператор сможет предоставить услуги телефонных разговоров для семи дополнительных абонентов на каждого абонента, пользующегося услугами передачи данных. Таким образом, оператор получает возможность нарастить абонентскую базу и извлечь дополнительную прибыль.
Вместо того чтобы тратить миллиарды на ускоренное развертывание сетей 4G, лучше продолжать их внедрение по утвержденному графику, при этом предоставляя качественное обслуживание абонентам. После развертывания сетей 4G связка 4G + Wi-Fi (для разгрузки сетей LTE) не утратит своей актуальности и эффективности и послужит для предотвращения потенциальных убытков из-за отключения недовольных абонентов.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #4, 2010
Посещений: 11686
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
