Значение мобильной передачи данных для беспроводной отрасли
Способен ли рост объема мобильных данных подстегнуть развитие нынешних беспроводных сетей? Профессор математики Университета Миннесоты Эндрю Одлизко подробно раскрывает этот вопрос.
Благодаря успеху смартфонов, онлайновых магазинов приложений и открытых мобильных платформ можно смело утверждать, что мобильные данные совершили революцию в телекоммуникационной отрасли. Объем передаваемых по мобильных беспроводным сетям данных стремительно растет, прибавляя свыше 100% в год.
Но насколько оправдан подобный рост? Ведь пропускная способность по-прежнему ограничена совокупной емкостью сети. А модернизация нынешних 3G-сетей до следующего 4G-поколения потребует у операторов вложения значительных средств. Кроме того, большинство абонентов не захотят ежемесячно платить свыше 50 или 70 долларов, необходимых для окупаемости операторских инвестиций. И тем не менее рост объема беспроводных данных вызывает у телекоммуникационных компаний и заинтересованных в беспроводной отрасли инвесторов стойкое ощущение потенциальных доходов.
В этой статье профессор Эндрю Одлизко расскажет о том, почему рост мобильного интернет-трафика существенно замедлится, при этом будет крайне трудно предсказать его относительный прирост.
В материале будет показана необходимость капитальных вложений операторов с целью модернизации сетей, способных выдержать натиск растущего трафика. Не останутся вне обсуждения связанные с этим технологии 3G- и 4G-сетей, политика подписки абонентов, тарифные планы операторов. Профессор Одлизко полагает, что операторы упускают прекрасные возможности улучшения качества голосовых услуг. Наконец, будет продемонстрирован способ осуществления «бесшовной» мобильности между беспроводными и проводными сетями.
История вопроса
В 1999 году на конференции IEEE Globecom, проходившей в бразильском Рио-де-Жанейро, доктор Одлизко, будучи научным сотрудником AT&T, представил доклад «Тенденции интернет-трафика». В работе рассказывалось о царивших на тот момент заблуждениях, касавшихся предполагаемого бурного роста интернет-трафика. Любопытно, позиции Одлизко прямо противоречили деятельности AT&T - компании, где он работал: в период 1998-2001 годов оператор занимался активным строительством волоконно-оптической сетевой магистрали. Зачем же AT&T понадобилась столь внушительная емкость транспортной сети, коль скоро оператор не верил в стремительный рост интернет-трафика?
Десять лет спустя, в 2009 году на проходившей в том же отеле «Шератон» в Рио-де-Жанейро конференции Infocom профессор Одлизко представил очень похожий доклад, посвященный динамике интернет-трафика. Ключевым отличием за прошедшие годы явилось смещение акцентов с проводных на беспроводные мобильные сети. Как отметил Одлизко, большинство ошибочных доктрин, показанных в прошлом, сохранились и по сей день, продолжая держать отрасль в неведении.

Настоящее мобильных данных

По сведениям Accenture, в марте 2009 года 54% опрошенных в США абонентов не хотели или не нуждались в мобильном видео. При этом число людей, которые смотрят видео на мобильных телефонах, за год выросло лишь на 2%: с 12% на конец 2007 года до 14% на конец 2008 года. Данные свидетельствуют о том, что подъем популярности мобильного видео вряд ли возможен с достаточной скоростью.
В 2008 году мировой доход мобильной отрасти превысил 1 трлн долларов, 80% которых пришлись на голосовые услуги, тогда как подавляющая часть остального дохода была получена от текстовых сообщений. Несмотря на то что вклад интернет-трафика в доход операторов крайне мал, он по-прежнему составляет половину всего мобильного сетевого трафика. (Объем голосового трафика и объем мобильных данных составляют по 70 петабайт в месяц - объем проводного интернет-трафика равняется 7 тыс. петабайт в месяц.) А с ростом популярности смартфонов этот показатель будет только расти. Налицо явная дилемма, с которой столкнулись сотовые операторы: интернет-трафик поглощает все большую емкость сетей, однако доход идет исключительно от голосовых услуг.
Беспроводной трафик показывает ежегодный рост на более чем 100% - значительно быстрее развития беспроводных технологий.
Трафик, генерируемый смартфонами, в 40 раз превышает трафик, создаваемый мобильными устройствами RIM BlackBerry, используемыми, прежде всего, для электронной почты. Чем больше продается смартфонов, тем больше рост интернет-трафика и тем больше нагрузка на общую емкость сотовых сетей. По словам одного из руководителей Ericsson, Apple iPhone указал новую цель для развития.
Большинство абонентов, особенно в развивающихся странах, выказывают низкую готовность платить за мобильные данные, тем более представленные богатым информационным наполнением широкополосного мобильного Интернета. Исключение делается для текстовых сообщений и некоторых сервисов вроде электронной почты.
Голосовые услуги по-прежнему остаются двигателем прошлого, настоящего и будущего мобильных сетей. И операторы ошиблись, когда в свое время недооценили необходимость качественной передачи голоса в мобильных сетях.
Мобильные операторы продолжают зацикливаться на контенте и управлении, даже если они вынуждены платить контентным провайдерам за доставляемое подписчикам видео. Газета «Файнэншл Таймс» называет мобильных операторов не иначе как «водопроводчиками», предлагающими пустые беспроводные каналы, заполняемые собственным пользовательским контентом. По мнению Одлизко, в будущем голос будет отбирать лишь незначительную емкость у сетей - каналы будут заполнены различными типами данных. Генерируемые пользователями данные могут стать для операторов наилучшим заполнителем их сетевых емкостей: например, популярность YouTube обеспечивается благодаря непрерывному поступлению видеофайлов от самих пользователей - создание контента обходится Google или операторам совершенно бесплатно.

Как должны действовать мобильные операторы

Существует реальная и скорейшая необходимость в защите постоянного источника денег операторов - голосовых и услуг обмена текстовыми сообщениями, считает профессор Одлизко. Ученый предлагает решение, способное выровнить напряжение 3G-сетей от растущего объема мобильного трафика. Капитальные вложения при этом не станут отягощающими для оператора как в случае с миграцией на 4G-сети.
Речь идет о комбинированном применении следующих подходов: разгрузка трафика за счет строительства хот-спотов Wi-Fi, пикосот, большего числа базовых станций; привязка абонентов к базовым станциям в зависимости не от месторасположения первых, а их «прожорливости» в отношении трафика; реализация самоорганизации в сетях; использование фемтосот; расширение емкости канала передачи данных между базовыми станциями и проводной сетевой точкой присутствия, представленной коммутируемой телефонной сетью общего пользования или шлюзом в Интернет.
По мнению Одлизко, мобильные операторы будут назначать приоритеты одному виду трафика над другим. Действительно, нельзя допустить неограниченного потока интернет-данных в мобильных сетях, поскольку это приведет к тотальному забиванию операторских каналов и соответствующему ухудшению качества голосовых и услуг обмена текстовыми сообщениями. Например, будут блокироваться видеоприложения, потребляющие большой объем трафика. Так, AT&T уже запрещает трафик Slingbox в своих 3G-сетях, но разрешает в экосистеме хот-спотов Wi-Fi. (Устройство Slingbox, подсоединенное к телевизионной сети, позволяет смотреть передачи вне зависимости от месторасположения абонента, в том числе и по мобильному телефону.)
Должны ли операторы разрешать использовать смартфоны в качестве модемов, подключаемых к компьютеру или ноутбуку? По словам Одлизко, провайдеры могут пойти на это, если предложат определенные тарифные планы, например, с высокой ежемесячной абонентской платой и заключением долгосрочного контракта.
Тем не менее, увы, нынешние 3G-сети не способны справиться с растущим мобильных трафиком. Затруднения с передачей видео - только начало целого потока проблем. Однако не обязательно, что в сетях 3G и 3G+ образуется непреодолимый барьер, становящийся все более прочным с ростом числа абонентов. Параллельно операторы должны помнить о непрестанном улучшении качества передачи голоса.

Трудность определения объема мобильного интернет-трафика

Согласно данным Одлизко, рост объема мобильного интернет-трафика замедлился с прежних более 100% до 30-40% в год. Однако точное определение объема является очень сложной задачей, так как операторы не представляют статистику по трафику. Не менее важно то, что изменения топологии и подходов к измерениям трафика, блокирование передачи некоторого типа данных, многослойные тарифные планы - все это нисколько не облегчает выяснение объемов трафика.
Операторы располагают значительным числом способов регулирования интернет-трафика в сотовых сетях. Так, например, если будет предложен безлимитный по объему и неограниченный по скорости, но дорогой тарифный план за 80 долларов в месяц, много ли абонентов им воспользуются? По мнению Одлизко, для массового принятия мобильных интернет-услуг достаточно представить тарифный план с ежемесячными платежами порядка 30 долларов. Ключевым вопросом для операторов остается цена за мегабит, поскольку именно она определяет капитальные инвестиции с целью расширения пропускной способности мобильных каналов.
Параллельно возникнет множество неурядиц и споров между открытыми сетевыми инициативами (например, Google Android), поощряющими инновации, и сотовыми операторами (например, AT&T), традиционно консервативными в скорейшем развитии и заметно ограничивающими подписчиков в свободном выборе устройств и приложений.

Использование 3G-сетей для доставки высококачественных голоса и услуг

Как полагает профессор Одлизко, сотовые операторы уже упустили шикарный момент, когда надо было предлагать абонентам высококачественные голосовые сервисы, хотя об этом велись разговоры, когда 3G-сети только проектировались - более двух десятков лет назад. Ставки следовало бы делать именно на голосовые службы, а не видеотелефонию, популярность которой крайне низка. Сейчас качество беспроводных голосовых услуг не в пример отвратительное.
Телекоммуникационная отрасль настолько сосредоточилась на развитии видеотелефонии, что напрочь забыла об улучшении голосовых сервисов, хотя именно последние приносят львиную долю дохода. Можно привести несколько вариантов развития голосовых услуг:
Высококачественная передача голоса и аудиоданных по типу канувшей в Лету технологии ISDN с полосой пропускания 7 КГц.
Бесплатные звонки, например, вызовы типа 1 800.
Несложный в использовании и доступе голосовой обмен сообщениями.
Привлекательные тарифные планы, способные конкурировать с гораздо более дешевой проводной телефонией и бесплатными сервисами типа Skype и Google Voice.
Объединение голосовых услуг с обработкой транзакций на основе SMS, например, оплата такси.

Важен вопрос, связанный с мобильной IP-телефонией: придет ли она на смену высокодоходного бизнеса операторов по оказанию голосовых услуг посредством обычной сотовой сети? Каким образом операторы смогут внедрить мобильную IP-телефонию в спектр своих услуг и тарифные планы? Ведь сейчас, к примеру, AT&T запрещает использование Skype в 3G-сетях, а Apple блокирует приложение Google Voice на iPhone.

Размышления о 4G-сетях, мобильном WiMAX и LTE

Эндрю Одлизко полагает, что настоящее будущее 4G-сетей наступит через шесть или более лет. И для этого потребуются значительные капитальные инвестиции в обновление сети передачи данных, магистральной опорной сети и управляющих сетью элементов. Вместе с тем нынешние концепции 4G настолько туманны, что было бы довольно затруднительным предсказать, какие производительность и качество услуг от подобных сетей могут ожидать пользователей. Даже если 4G-сети будут повсеместно развернуты, «бесшовная» широкополосная мобильность по-прежнему остается не более чем фантазией, потому что в данном ключе существует множество слишком сложных проблем, требующих разрешения.
У мобильного WiMAX есть потенциал, который успешно реализуем, если ценовой фактор подписки на услуги и стоимость соответствующих устройств будут достаточно низкими. Вероятно, значительный объем мобильного трафика мог бы передаваться по WiMAX-сетям, давая абонентам широкую степень свободы. Однако готовность клиентов оплачивать подобного рода услуги без голосовых сервисов не слишком высока, даже с учетом мобильной доступности широкополосного Интернета. Трудно предсказать, каким образом мобильный WiMAX сможет гарантировать высококачественные голосовые IP-услуги, оставаясь при этом адекватным по стоимости. Ведь малодоходный бизнес не привлекателен для операторов в любом случае. Достаточно вспомнить компанию Ricochet Networks, пионера в области беспроводного Интернета, начавшую свою деятельность в 1994 году - до широкого распространения Wi-Fi, 3G и широкополосных коммуникаций. В июле 2001 года Metricom, владелец Ricochet, объявила о банкротстве. Число платных подписчиков на тот момент немногим превышало 51 тыс.
LTE будет поддерживать голосовые услуги за счет создания отдельной логической сети. Фактически, LTE-сеть будет составлена из двух IP-сетей: одна будет использоваться для голосовой IP-телефонии с различными кодеками и качеством связи, зависящей от пропускной способности, а вторая, высокоемкая, будет работать на обмен данными, видео, мультимедиа, аудио. Несмотря на строгое разделение двух сетей в аспекте совокупных емкости и качества обслуживания, использовать они будут одну и ту же физическую транспортную и сетевую инфраструктуру.

Возможна ли «бесшовная» мобильность?

Несмотря на получивший широкое распространение положительный ответ на этот вопрос, профессор Одлизко уверен, что создание «бесшовной» мобильности между мобильными беспроводными и обычными проводными сетями невозможно. Проблема в том, что в искомых сетях имеется огромное несоответствие в ширине полосы пропускания и объеме трафика, проходящего между беспроводными и волоконно-оптическими соединениями. Объем беспроводных данных составляет лишь менее 1% от проводных данных. Поэтому если необходимо переместить весь трафик в беспроводные каналы, следует увеличить емкость беспроводной сети в сотни раз, попутно выполнив нужные высокозатратные инвестиции.
Чего же ожидать в будущем? Как думает Одлизко, велика вероятность, что телекоммуникационную экосистему ждет появление множества точек доступа, подключенных к волоконно-оптическим линиям, что в итоге и сформирует комплекс высокоскоростной беспроводной связи. Кроме того, развитие получат технологии быстрых беспроводных коммуникаций на коротком расстоянии. Между этими двумя ярусами найдут свою нишу куда более медленные мобильные 3G-, 3G+ и 4G-сети.

Итоги

Изменения в топологии сетей, многоярусные тарифные планы и политика операторов привели к тому, что сегодня ежегодный прирост мобильного трафика составляет 40-40% вместо прежнего показателя, превышающего 100%.
Сотовым операторам будет нелегко предлагать по-настоящему высококачественные голосовые услуги без того, чтобы не ощутить негативное влияние ограниченной емкости каналов передачи данных. Ведь последние все чаще используются для передачи не связанных с голосом больших объемов мобильных данных. В результате операторы будут вынуждены ограничивать ширину канала для мобильного интернет-доступа, в том числе ограничивая «прожорливые» приложения, например, видео.
Вероятно, продолжатся дебаты вокруг блокирования операторами трафика, создаваемого «прожорливыми» сервисами типа Slingbox, Bit Torrent, Hulu и т. п., а также касательно запретов на применение смартфонов в качестве модемов.
Операторы должны серьезно подойти к вопросу улучшения голосовых услуг, предоставляемых подписчикам 3G-сетей.
У мобильного WiMAX есть будущее, если цена услуг будет достаточно низкой, при том что WiMAX получит голосовые возможности в виде сервисов, например, в форме IP-телефонии.
4G - крайне нечеткая парадигма, чье внедрение займет гораздо больше времени, предполагаемого экспертами. Когда технология LTE повзрослеет в достаточной степени, сети на ее основе будут представлены объединением двух логических сетей, каждая из которых несет свою функциональную нагрузку.






Эндрю Одлизко, профессор математической школы Университета Миннесоты. Занимался исследованиями в Bell Labs и AT&T Labs, создал междисциплинарный исследовательский центр, написал более 150 технических докладов, посвященных проблемам вычислительной сложности, криптографии, теории чисел, комбинаторике, теории кодирования, анализу, теории вероятности и связанным областям. Последнее время проводит изыскания в секторах электронной коммерции, экономике сетевых данных и экономической истории, особенно касаясь вопросов распространения технологических достижений. Среди нынешних проектов - отслеживание тенденций в интернет-трафике.