Новости

34647130
Наша статья для журнала Connect (ноябрь 2014 г.)
Скачать версию pdf.

Две наиболее популярные на сегодняшний день технологии радиодоступа — IEEE 802.11 (известная широкой аудитории как Wi-Fi) и «мобильный Интернет», курируемый консорциумом 3GPP (сюда мы отнесём 2G, GPRS, EDGE, 3G, HSPA, 4G, LTE), — начали своё развитие примерно в одно и то же время, в конце 1990-х — начале 2000-х годов. Wi-Fi, продукт «мира» фиксированной связи, традиционно был более скоростным, но привязанным к помещению или площадке. Мобильные же технологии, ожидаемо уступая в скорости, взамен давали пользователю возможность свободно передвигаться без разрыва соединения с сетью. Развитие двух технологий шло параллельно. Их сопоставляли, прогнозировали угнетение одной и доминирование другой. Пока что этого не произошло. Более того, примерно к 2010 г. кривые развития обеих технологий сошлись благодаря технологическим усовершенствованиям, которые должны позволить высвободить ёмкость мобильной сети за счёт использования ресурсов Wi-Fi, — подход, известный под условным названием 3G/4G Wi-Fi Offload.
Итак, термином 3G/4G Wi-Fi Offload обозначают набор технических приёмов, позволяющих незаметно для пользователя переключить трафик из дорогостоящей для оператора мобильной сети в потенциально более производительную и дешёвую сеть Wi-Fi. Задуматься о таком механизме телеком-сообщество заставили объёмы мобильного трафика, которые растут быстрее, чем ёмкость на сотовой сети операторов.

Возможность более или менее скоростной передачи данных в сетях мобильной связи появилась с внедрением архитектуры поколения 2,5G в 2001 г., которая позволила использовать технологию GRPS (скорость передачи до ~0,17 Мбит/с). На этом этапе сильно развивается ядро мобильной сети, до этого момента ориентированное на телефонный трафик, а не передачу данных. Текущее, четвёртое, поколение мобильной сети (технология LTE, описанная в спецификации 3GPP релизов 8 и 9) теоретически поддерживает скорости до 300 Мбит/с, на практике сегодня доступны скорости порядка 20 Мбит/с.
Что касается стандарта Wi-Fi, то уже его первая версия, IEEE 802.11 (1997 г.), поддерживала скорости 1 или 2 Мбит/с, а теоретическая скорость передачи в последнем релизе 802.11ac Wave 1 (2014 г.) достигла внушительных 1300 Мбит/с. С учётом того, что
• вся эта ёмкость разделяется между относительно небольшим числом пользователей, находящихся в радиусе действия одной станции Wi-Fi (для помещения это несколько десятков метров);
• модулем Wi-Fi сегодня «поголовно» снабжают практически все виды портативных устройств, как снабжённых SIM-картой, так и нет;
• технология Wi-Fi хорошо знакома и вызывает доверие у пользователей;
• для использования радиочастот Wi-Fi в помещении не требуется разрешение ГКРЧ;
хотспоты Wi-Fi выглядят привлекательной и реальной альтернативой для эффективного обслуживания больших потоков трафика.
К тому же, такие потоки редко генерируются «на ходу» теми пользователями, которые мобильны в строгом смысле этого термина. Напротив, Мега- и Гигабайты трафика чаще порождаются условно мобильными, «почти стационарными» пользователями: посетителями кафе, работниками офиса, домашними пользователями, постояльцами гостиниц, — словом, всеми, кто в течение длительного времени либо неподвижен, либо перемещается со скоростью пешехода в заранее ограниченном пространстве. На такое поведение пользователей как раз и рассчитаны сети Wi-Fi.
Многие современные смартфоны по умолчанию пытаются использовать сеть Wi-Fi, если оказываются в зоне её действия. Однако «бесшовное», лёгкое переключение часто оказывается невозможным: зачастую публичные сети Wi-Fi запаролены на уровне радиоинтерфейса или требуют аутентификации на веб-портале. В результате, инициированная мобильным устройством попытка автоматического переключения часто оборачивается разрывом соединения и неработоспособностью приложений, доставляя пользователю лишь неудобства. В то же время в мобильной сети соединение при необходимости устанавливается автоматически, не требуя от пользователя лишних действий. В итоге трафик течёт по пути наименьшего сопротивления, т.е. туда (или оттуда), где удобнее. Ключевая особенность механизма 3G Wi-Fi Offload как раз в том, чтобы подключение пользователя к Wi-Fi, а также переключение между 3G и Wi-Fi оставалось таким же простым и незаметным для пользователя, а решение о таком переключении принималось автоматически на стороне сети оператора, но не пользовательского устройства. Для этого потребовалась полноценная интеграция Wi-Fi в ядро мобильной сети и разработка новой концепции, в которой Wi-Fi — наряду, например, с фемтосотами — рассматривается как один из вполне стандартных способов создания микросот.
Таким образом, в настоящее время о 3G/4G Wi-Fi Offload говорят больше как лишь об одной (хотя и наиболее ценной) из возможностей, которая становится доступной с внедрением новой концепции. А для её реализации потребовалось сделать несколько доработок, которые позволяют а) использовать данные SIM-карты для аутентификации пользователя в сети Wi-Fi и б) туннелировать трафик из сети Wi-Fi в ядро сети передачи данных оператора мобильной связи, где могут быть применены те или иные политики ограничения или правила тарификации. Чтобы добиться этого, рабочие группы из «фиксированного» и «мобильного» миров дополнили уже нашедшие широкое применение в этих мирах стандарты.
• Расширения EAP-SIM и EAP-AKA для аутентификации по SIM-карте. Эти расширения позволили использовать данные, которые хранит SIM-карта абонента, для аутентификации устройств в сети Wi-Fi. Силами IETF разработали дополнения к протоколу EAP: EAP-SIM (для сети 2G) и EAP-AKA (для сети 3G). Параллельно Wi-Fi-альянс работал над новой спецификацией протокола WISPr, который изначально был создан для поддержки роуминга в сетях операторов публичных сетей Wi-Fi. Новая версия WiSPr 2.0 также поддерживает SIM-аутентификацию.
• Дополнения к архитектуре ядра мобильной сети. Консорциум 3GPP определил для мобильного ядра новые функциональные элементы, которые необходимы для поддержки описанных выше методов аутентификации. Среди таких элементов – WLAN Access Gateway (WAG, шлюз доступа сети Wi-Fi), который отвечает за применение политик ограничения трафика и сбор данных для тарификации, и PDG (Packet Data Gateway, шлюз пакетных данных), управляющий сессиями пользователей и туннелями IPsec при взаимодействии подключенных Wi-Fi-устройств с ядром мобильной сети. Эти новые спецификации в архитектуре 3GPP называются I-WLAN.
Производители оборудования для мобильных сетей, оборудования Wi-Fi и разного рода сервисных платформ уже предложили свои технические реализации, соответствующие новой концепции. Так, в архитектуре сети Wi-Fi за интеграцию с 3G/4G, как правило, отвечает контроллер, имеющий стандартные функциональные интерфейсы для подключения к элементам ядра мобильной сети.
Важно, что Wi-Fi в новой архитектуре позволяет обслуживать не только трафик данных, но и голосовые вызовы. Несмотря на то, что в части голоса ещё есть над чем поработать (например, не всегда можно обеспечить неразрывность голосовой сессии абонента при переключении между 3G/4G и Wi-Fi), в общем можно сказать, что существенных технических блок-факторов на пути внедрения 3G/4G Wi-Fi Offload сейчас нет. Решения уже протестированы операторами в лабораториях, но перспективы их внедрения на коммерческих сетях пока что туманны. Почему?
Если вендоры, видя в технологии Wi-Fi Offload возможность для развития своего бизнеса, активно продвигают её, то отношение к ней российских операторов мобильной связи не однозначно: новая техническая возможность для них вроде бы и интересна, но в то же время чёткого понимания, как на ней заработать, нет.
С одной стороны, ясно, что Wi-Fi поможет разгрузить макросоты мобильной сети, пропускная способность которых с учётом выделенной для нужд LTE полосы частот уже упирается в теоретический предел Шеннона. Это должно повысить качество связи для всех текущих абонентов оператора, а следовательно и их лояльность. Дальше на руку может сыграть эффект «сарафанного радио» (рекомендации и отзывы друзей имеют большое влияние на итоговое решение человека о приобретении товара или заказе услуги), в результате чего оператор получит новых абонентов. А катализатором в этом процессе может стать недавняя отмена «мобильного рабства».
С другой стороны, опыт мобильных операторов показывает, что аппетит приходит к пользователям во время еды и в условиях города любая высвобождающаяся ёмкость в макросоте 3G/4G непременно — и в очень короткой перспективе — заполняется новым трафиком. Конечно, операторы пытаются сдержать этот напор, отфильтровывая «паразитные» и «прожорливые» приложения (например, торренты), а также устанавливая ограничения по скорости и/или объёму трафика для условно безлимитных тарифов. Но, возможно, под давлением растущих ожиданий пользователей эти ограничения рано или поздно придётся ослаблять, а в конечном итоге и полностью ликвидировать. Тогда проблема нехватка ёмкости встанет острее, а необходимость использования Wi-Fi — очевиднее.
Пожалуй, единственные игроки рынка, модель монетизации Wi-Fi Offload для которых понятна, — это операторы фиксированной связи. Используя существующие или строя новые зоны Wi-Fi, они могут зарабатывать на пропуске трафика мобильных абонентов.
А что же зарубежный опыт? Он не однозначен и противоречив. Так, по данным Cisco Systems (Visual Networking Index), в 2013 г. операторам удалось перенаправить в фиксированную сеть (через Wi-Fi) и фемтосоты 45% мобильного трафика данных. А, например, оператор China Mobile, в 2012 г. рапортовал о том, что после развёртывания масштабной сети 802.11n из 200 тысяч станций более 70% мобильного трафика «перетекло» в Wi-Fi, но в 2014-м году от стратегии развития Wi-Fi решил отказаться — в пользу LTE. А всё потому, что трафик Wi-Fi почти не монетизируется: на долю Wi-Fi приходилось всего 2,6% доходов оператора.
В Европе и США к внедрению Wi-Fi Offload операторов зачастую подталкивали дополнительные факторы. Например, Sprint и T-Mobile стали смотреть в сторону Wi-Fi как технологии обслуживания голосовых вызовов потому, что их мобильные сети попросту не покрывали пространство внутри зданий с должным качеством. У Verizon же таких проблем, равно как и дополнительных стимулов, нет, поэтому позиция оператора в отношении Wi-Fi Offload довольно сдержанна. Объяснить её можно и тем, что Wi-Fi, врываясь в мир мобильной связи, может подорвать традиционные бизнес-модели мобильных операторов. Действительно, при тарификации трафика те исходят из минут и мегабайтов, в то время как в мире фиксированной связи привязываются к предоплаченным, по-настоящему безлимитным сессиям.
Отметим, что в Европе и США существуют отдельные типы компаний, бизнес которых построен исключительно на коммерческих Wi-Fi-хотспотах. В их ведении находятся сотни тысяч, а то и миллионы коммерческих зон Wi-Fi, которые охватывают десятки тысяч важнейших мест с наиболее высокой концентрацией пользователей. Эти компании начали свой бизнес много лет назад и, успев значительно вырасти, теперь представляют собой ценный ресурс, который может перенять трафик мобильных сетей. В России таких компаний (во всяком случае, крупных) пока что нет, хотя попытки создать сети Wi-Fi городского масштаба, изначально ориентированных на пропуск трафика мобильных операторов, предпринимаются. Модель интересна, т.к. одна и та же Wi-Fi инфраструктура смогла бы обслуживать трафик всех мобильных операторов сразу, избавляя каждого из них в отдельности от необходимости развивать собственные, параллельно работающие сети.
Однако для развития Wi-Fi Offload в России есть некоторые «отягчающие» обстоятельства. Среди них отметим отсутствие качественной Wi-Fi-инфраструктуры и доминирование бесплатного Wi-Fi.
Так сложилось, что в нашей стране большинство зон Wi-Fi работает как бесплатный для пользователей, комплементарный сервис, дополняющий основное предложение заведения (кафе, гостиницы и т.п.) с целью привлечь клиентов. Рассматривая Wi-Fi лишь как приманку и не имея технической экспертизы, владельцы таких заведений стремятся сэкономить. Они строят зоны Wi-Fi «на коленке», с использованием максимально дешёвого оборудования домашнего класса. Понятно, что такие хотспоты технически не годятся для присоединения к мобильной сети. В то же время хотспотов, профессионально управляемых операторами связи, в России не так много. Да и те, что есть, порой работают на скорости 2-5 Мбит/с, а где-то и вовсе 256 кбит/с — опять же ввиду ограниченности бюджета заказчика. Более или менее качественный сервис можно встретить лишь в аэропортах, где Wi-Fi, как правило, поддерживается оператором, и, например, в гостиницах класса 4-5 звёзд, где, кстати говоря, ещё сохраняется возможность для прямой монетизации (около 30% из них в Москве продают доступ к Wi-Fi по цене 300…1200 руб. в сутки).
Таким образом, даже мобильные операторы, располагающие собственной Wi-Fi-инфраструктурой, не всегда зарабатывают дополнительные очки в глазах абонентов. Дело, впрочем, может быть в неправильной подаче услуги. Изменив бизнес-модель для услуги подключения заведений к Wi-Fi, они, возможно, смогут ощутить положительный эффект. Как правило, невысокая результирующая скорость доступа в сети Wi-Fi связана не с техническими возможностями оконечного беспроводного оборудования (в конце концов вполне достаточно и скорости 300 Мбит/с распространённого стандарта Wi-Fi предыдущего поколения, IEEE 802.11n), а со скоростью кабельного подключения этого оборудования к Интернету. Где-то эта скорость действительно предельна для используемой технологии, как в случае с DSL. Но чаще лимит по скорости устанавливается искусственно для обоснования тарифной сетки, в основе которой как раз и лежит градация по скоростям. Сняв или заметно ослабив эти ограничения, операторы подготовят почву для использования этих хотспотов под нужды Wi-Fi Offload. Не стоит забывать, что повышенное удобство (как в части подключения, так и в части быстроты загрузки контента из Интернета) всегда имеет ценность для потребителя, и за него готовы заплатить, поэтому в одном и том же хотспоте могут успешно сосуществовать два предложения. Сеть заведения может работать на той скорости, за которую готов заплатить его собственник, и обеспечивать свободный вход для всех желающих. Сеть же оператора, физически функционируя на том же оборудовании, должна обеспечивать его абонентам автоматический вход по данным SIM-карты и максимальную скорость подключения.
А вот внедрять Wi-Fi Offload в сегменте домашних пользователей, получающих Wi-Fi от провайдера, смысла скорее всего нет: оказавшись в зоне действия домашней сети, смартфон или планшет пользователя самостоятельно переключится на Wi-Fi, а поскольку пароль от сети запоминается, этот процесс можно считать автоматизированным.
Мобильным операторам, не имеющим собственной Wi-Fi инфраструктуры, придётся пойти по пути сотрудничества с теми провайдерами фиксированной связи, у которых такая инфраструктура есть или которые готовы её развивать. О попытках подобной кооперации в российской практике нам известно, но говорить о результате, ни положительном, ни отрицательном, пока что нельзя. И если оператору фиксированной связи эта кооперация явно выгодна, то с точки зрения мобильного оператора ясности опять же нет: отчисления за пропуск трафика через сеть стороннего оператора снижают и без того падающую доходность услуги передачи данных, но стоит ли игра свеч? Вопрос пока что остаётся открытым.
Несмотря на то, что правильный «соус» для Wi-Fi Offload ещё не найден, появление самой технической возможности интеграции мобильных сетей, безусловно, станет важной точкой на пути полной конвергенции IEEE и 3GPP. Идея взять лучшее из двух миров — лёгкость установления соединения без прямого участия пользователя и высокую скорость передачи, — не может не найти поддержки у потребителей. Возможно, не сразу, зато наверняка.