Odciążanie danych mobilnych

Mobilne przesyłanie danych to wykorzystanie komplementarnych technologii sieciowych do dostarczania danych pierwotnie przeznaczonych dla sieci komórkowych. Odciążanie zmniejsza ilość danych przenoszonych w pasmach komórkowych, uwalniając przepustowość dla innych użytkowników. Jest również używany w sytuacjach, w których odbiór lokalnej komórki może być słaby, umożliwiając użytkownikowi łączenie się za pośrednictwem usług przewodowych z lepszą łącznością.

Reguły wyzwalające akcję odciążenia mobilnego mogą być ustawione przez użytkownika końcowego (abonenta telefonii komórkowej) lub operatora. Kod działający na regułach znajduje się na urządzeniu użytkownika końcowego, na serwerze lub jest podzielony między te dwa urządzenia. Użytkownicy końcowi wykonują odciążanie danych w celu kontroli kosztów usług danych i dostępności większej przepustowości. Główne uzupełniające technologie sieciowe wykorzystywane do mobilnego przesyłania danych to Wi-Fi , femtocell i Integrated Mobile Broadcast . Przewiduje się że mobilne przesyłanie danych stanie się nowym segmentem branży ze względu na gwałtowny wzrost ruchu danych mobilnych.

Wzrost danych mobilnych

Rosnące zapotrzebowanie na rozwiązania odciążające jest spowodowane eksplozją ruchu danych w Internecie, zwłaszcza rosnącej części ruchu przechodzącego przez sieci komórkowe. Stało się to możliwe dzięki smartfonom wyposażonym w funkcje Wi-Fi wraz z dużymi ekranami i różnymi aplikacjami internetowymi, od przeglądarek po aplikacje do strumieniowego przesyłania wideo i audio. Oprócz smartfonów, laptopy z dostępem do sieci 3G są również postrzegane jako główne źródło mobilnego ruchu danych. Ponadto Wi-Fi jest zwykle znacznie mniej kosztowne w budowie niż sieci komórkowe. Oszacowano, że całkowity ruch w Internecie przekroczy 235,7 eksabajtów miesięcznie w 2021 r., w porównaniu z 73,1 eksabajtów miesięcznie w 2016 r. Oczekuje się, że roczna stopa wzrostu na poziomie 50% utrzyma się i utrzyma się na poziomie stopniowego wzrostu przychodów.

Alternatywy

Technologie Wi-Fi i femtocell to podstawowe technologie odciążania stosowane w branży. Ponadto WiMax i sieci naziemne (LAN) są również kandydatami do odciążenia danych mobilnych 3G. Femtokomórki wykorzystują standardowe komórkowe technologie radiowe, dzięki czemu każde urządzenie mobilne może uczestniczyć w procesie rozładowywania danych, chociaż potrzebne są pewne modyfikacje, aby dostosować się do różnych połączeń typu backhaul. Z drugiej strony komórkowe technologie radiowe opierają się na możliwości planowania sieci w ramach licencjonowanego widma. W związku z tym masowe wdrażanie punktów dostępowych femtokomórki może okazać się trudne, zarówno pod względem technicznym, jak i biznesowym. Samoorganizująca się sieć (SON) to nowa technologia służąca do radzenia sobie z nieplanowanym wdrażaniem femtokomórek (między innymi). Technologia Wi-Fi to inna technologia radiowa niż technologia komórkowa, ale większość urządzeń mobilnych z dostępem do Internetu jest teraz wyposażona w funkcję Wi-Fi. Istnieją już miliony zainstalowanych sieci Wi-Fi, głównie w zatłoczonych obszarach, takich jak lotniska, hotele i centra miast, a liczba ta szybko rośnie. Sieci Wi-Fi są bardzo rozdrobnione, ale ostatnio podjęto próby ich konsolidacji. Konsolidacja sieci Wi-Fi przebiega zarówno poprzez podejście społecznościowe, Fon jako doskonały przykład i konsolidacja operatorów sieci Wi-Fi.

Wi-Fi

Odciążanie Wi-Fi to rozwijająca się domena biznesowa, w której wiele firm wchodzi na rynek z własnymi rozwiązaniami. Ponieważ standaryzacja skupiła się na stopniu sprzężenia między sieciami komórkowymi i Wi-Fi, konkurencyjne rozwiązania można sklasyfikować na podstawie minimalnego wymaganego poziomu współdziałania sieci. Oprócz standaryzacji społeczności badawcze badają bardziej otwarty i programowalny projekt, aby rozwiązać dylemat wdrażania. Kolejnym kryterium klasyfikacyjnym jest inicjator procedury wyładunkowej.

Współpraca sieci komórkowej i Wi-Fi

W zależności od usług, które mają zostać odciążone, oraz modelu biznesowego może zaistnieć potrzeba standaryzacji międzyoperacyjnej. Wysiłki normalizacyjne koncentrowały się na określeniu ścisłego lub luźnego powiązania między sieciami komórkowymi i Wi-Fi, zwłaszcza w sposób kontrolowany przez sieć. 3GPP stosuje ścisłe sprzężenie , ponieważ określa przekierowanie sygnalizacji sieci komórkowej przez sieci dostępowe Wi-Fi. Wi-Fi jest uważane za sieć dostępu radiowego WLAN inną niż 3GPP (RAN). 3GPP określiło również alternatywę luźno powiązaną rozwiązanie dla Wi-Fi. Podejście to nazywa się architekturą Interworking Wireless LAN (IWLAN) i jest rozwiązaniem umożliwiającym przesyłanie danych IP między urządzeniem mobilnym a siecią rdzeniową operatora za pośrednictwem dostępu Wi-Fi. W architekturze IWLAN urządzenie mobilne otwiera tunel VPN/IPsec z urządzenia do dedykowanego serwera IWLAN w sieci szkieletowej operatora, aby zapewnić użytkownikowi dostęp do usług typu walled garden operatora lub do bramy do publicznego Internetu. Przy luźnym powiązaniu między sieciami jedynym punktem integracji i współpracy jest wspólna architektura uwierzytelniania.

Najprostszym sposobem przeniesienia danych do sieci Wi-Fi jest posiadanie bezpośredniego połączenia z publicznym Internetem. To bez sprzężenia alternatywa pomija potrzebę standaryzacji współpracy. Dla większości ruchu sieciowego nie ma żadnej wartości dodanej kierowanie danych przez sieć szkieletową operatora. W takim przypadku odciążenie można po prostu przeprowadzić, przełączając ruch IP na połączenie Wi-Fi w kliencie mobilnym zamiast komórkowego połączenia danych. W tym podejściu obie sieci są w praktyce całkowicie rozdzielone, a wyboru sieci dokonuje aplikacja kliencka. Badania pokazują, że w ten sposób można przenieść znaczną ilość danych do sieci Wi-Fi, nawet gdy użytkownicy są mobilni.

Jednak odciążenie nie zawsze oznacza zmniejszenie zużycia zasobów (wymaganej przepustowości systemu) w sieci operatora. W pewnych warunkach i ze względu na wzrost impulsywności ruchu nieodciążonego (tj. ruchu, który ostatecznie dociera do sieci operatora w regularny sposób), zwiększa się ilość zasobów sieciowych, aby oferować dany poziom QoS. W tym kontekście rozkład okresów odciążania okazuje się głównym parametrem projektowym umożliwiającym wdrożenie skutecznych strategii odciążania w sieci MNO, dzięki czemu ruch nie odciążony jest mniej obciążony, a tym samym zmniejsza zasoby potrzebne w sieci operatora. . Kolejnym problemem jest zużycie energii podczas rozładunku.

Rozpoczęcie procedury rozładunku

Istnieją trzy główne schematy inicjacji: inicjacja skanowania sieci WLAN, inicjacja użytkownika i inicjacja zarządzana zdalnie. W inicjacji opartej na skanowaniu sieci WLAN urządzenie użytkownika okresowo wykonuje skanowanie sieci WLAN. Po znalezieniu znanej lub otwartej sieci Wi-Fi inicjowana jest procedura odciążania. W trybie inicjowanym przez użytkownika użytkownik jest proszony o wybranie używanej technologii sieciowej. Dzieje się tak zwykle raz na sesję dostępu do sieci. W podejściu zarządzanym zdalnie serwer sieciowy inicjuje każdą procedurę odciążania, wysyłając monit do menedżera połączeń określonego urządzenia użytkownika. Zarządzanie przez operatora jest podklasą podejścia zarządzanego zdalnie. W podejściu zarządzanym przez operatora operator monitoruje obciążenie sieci i zachowanie użytkowników. W przypadku zbliżającego się przeciążenia sieci , operator inicjuje procedurę odciążania.

ANDSF

Funkcja wykrywania i wyboru sieci dostępowej (ANDSF) jest jak dotąd najbardziej kompletnym podejściem 3GPP do kontrolowania odciążania między sieciami dostępowymi 3GPP i innymi niż 3GPP (takimi jak Wi-Fi). Celem ANDSF jest pomoc urządzeniom użytkowników w wykrywaniu sieci dostępowych w ich pobliżu oraz zapewnienie reguł (polityk) ustalania priorytetów i zarządzania połączeniami ze wszystkimi sieciami.

ATSSS

3GPP rozpoczęło standaryzację funkcji Access Traffic Steering, Switching & Splitting (ATSSS), aby umożliwić urządzeniom 5G korzystanie z różnych typów sieci dostępowych, w tym Wi-Fi. Usługa ATSSS wykorzystuje Multipath TCP , aby umożliwić urządzeniom 5G jednoczesne korzystanie z różnych sieci dostępowych. Doświadczenie z wykorzystaniem wielościeżkowego protokołu TCP na iPhone'ach pokazało, że możliwość jednoczesnego korzystania z Wi-Fi i sieci komórkowej była kluczem do zapewnienia bezproblemowego przekazywania. Pierwsza wersja specyfikacji ATSSS wykorzystuje protokół konwersji 0-rtt opracowany w ramach IETF . Prototypowe wdrożenie tej usługi zostało zademonstrowane w sierpniu 2019 roku.

Menedżer połączeń systemu operacyjnego

Wiele systemów operacyjnych udostępnia menedżera połączeń, który może automatycznie przełączać się na sieć Wi-Fi, jeśli menedżer połączeń wykryje znaną sieć Wi-Fi. Taką funkcjonalność można znaleźć w większości nowoczesnych systemów operacyjnych (na przykład we wszystkich wersjach Windows począwszy od XP SP3, Ubuntu, Nokia N900, Android i Apple iPhone). Menedżerowie połączeń używają różnych heurystyk do wykrywania najlepiej działających połączeń sieciowych. Obejmują one wykonywanie żądań DNS dla znanych nazw przez nowo aktywowane interfejsy sieciowe, wysyłanie zapytań do określonych serwerów, ... Gdy zarówno Wi-Fi, jak i interfejsy komórkowe są aktywne, smartfony z Androidem zwykle preferują Wi-Fi, ponieważ jest zwykle niemierzone. Kiedy taki smartfon zdecyduje się przełączyć z jednego interfejsu na drugi, wszystkie aktywne połączenia TCP muszą zostać ponownie nawiązane.

Wielościeżkowy protokół TCP rozwiązuje ten problem przekazywania w czysty sposób. W przypadku wielościeżkowego protokołu TCP połączenia TCP mogą wykorzystywać zarówno interfejs Wi-Fi, jak i komórkowy podczas przekazywania. Oznacza to, że trwające połączenia TCP nie są zatrzymywane, gdy smartfon zdecyduje się przełączyć z jednej sieci do drugiej. Od stycznia 2020 r. Multipath TCP jest natywnie obsługiwany na iPhone'ach, ale rzadziej używany na smartfonach z Androidem, z wyjątkiem Korei Południowej. W iPhone'ach od wersji iOS9 podsystem Wi-Fi Assist monitoruje jakość podstawowego połączenia sieciowego. Jeśli jakość spadnie poniżej określonego progu, Wi-Fi Assist może podjąć decyzję o przeniesieniu ustalonego Wielościeżkowe połączenia TCP z innym interfejsem. Początkowo ta funkcja była używana w Siri . Od wersji iOS12 każda aplikacja obsługująca [Multipath TCP] może korzystać z tej funkcji. Od wersji iOS13 Apple Maps i Apple Music można również przenosić z Wi-Fi do sieci komórkowej i odwrotnie bez żadnych przerw.

Wyładowanie oportunistyczne

Wraz ze wzrostem dostępności sieci międzyurządzeń (np. Bluetooth czy WifiDirect) istnieje również możliwość przeniesienia danych odpornych na opóźnienia do warstwy sieci ad hoc . W tym przypadku dane odporne na opóźnienia są wysyłane tylko do podzbioru odbiorników danych za pośrednictwem sieci 3G, a reszta jest przesyłana między urządzeniami w warstwie ad hoc w trybie wielu przeskoków. W rezultacie ruch w sieci komórkowej jest ograniczany lub przenoszony do sieci międzyurządzeń.

Zobacz też

• LTE w paśmie nielicencjonowanym
• Ogólna sieć dostępu

Linki zewnętrzne

• Globalny szczyt odciążania sieci Wi-Fi