Offloading, aneb: co sdaty, která už se nevejdou?

Mobilním operátorům hrozí zajímavý problém: objem datového provozu vjejich sítích začíná narůstat exponenciálně, díky nástupu mobilního Internetu, čím dál tím inteligentnějších smartphonů a dalších mobilních zařízení. Kapacita mobilních sítí ale roste pomaleji. A tak operátoři začínají hledat jiné cesty, kudy odvést (offload) mobilní data tak, aby nepřetížila jejich sítě.

Letošní světový mobilní kongres v Barceloně měl celou řadu „hlavních“ a jakoby oficiálně upřednostňovaných témat. Vedle nich se ale objevilo i několik oblastí, které  až tak moc propagovány nebyly. Ale možná o to více se o nich všude mluvilo.

Příkladem může být fenomén, který dokonce dosud nemá ani ustálené označení. Někdo ho označuje termíny, které mají spíše negativní vyznění: network congestion (zahlcování sítě), capacity crunch (kapacitní „sevření“) či data overload (datové přetížení) apod.  Existují ale i opačné přístupy, které se snaží pro tento fenomén prosadit spíše pozitivně vyznívající označení, jako třeba smartphone challenge (doslova: výzva od smartphonů). Jiným přístupem je pojmenovat tento fenomén spíše podle požadovaného řešení, kterým je odvedení datového provozu (data offloading), a to tam, kde bude tento provoz snáze zvládnutelný.

O co vlastně jde?

Příčinou všeho je disproporc e mezi tím, jak rychle (a to čím dál tím rychleji) rostou požadavky na přenosy mobilních dat, a jak rychle (či spíše pomalu) roste přenosová kapacita mobilních sítí.

S trochou škodolibosti by se dalo říci, že zákazníci konečně vyslyšeli nejrůznější marketingové masáže, které je vyzývaly k intenzivnějšímu využívání mobilního Internetu. A když se k tomu přidal i nástup inteligentních mobilních telefonů, které přímo staví na trvalé konektivitě a intenzivně přenáší data, stejně jako nástup dalších mobilních zařízení, vznikl z toho trend, který – co do požadavků na datové přenosy v mobilních sítích - předčil většinu očekávání.

Hlavně ale: vše nasvědčuje tomu, že objemy datových přenosů porostou rychleji, než kapacitní možnosti mobilních sítí. A to je problém, který je navíc zhoršován ještě jedním významným faktorem: tím, že výnosy operátorů z datových služeb rostou jen relativně málo. Určitě ne takovým tempem, jako objemy přenášených dat. A nejspíše ne tak, aby to mobilním operátorům zaplatilo takové zvyšování kapacity jejich sítí, které by průběžně kopírovalo růst poptávky po datových přenosech.

A tak se hledají jiná řešení .

Co říkají statistiky?

Než se pustíme do toho, jaká řešení se nabízí, zkusme si nejprve trochu zmapovat závažnost celého problému. Jelikož jde o poměrně „mladou“ záležitost, existuje kolem ní řada odhadů a předpovědí, které se mohou i dost lišit.

Tak třeba nový šéf Ericssonu, Hans Vestberg, prezentoval v Barceloně odhad, podle kterého se do roku 2015 počet mobilů zvýší 6x, ale jimi generovaný provoz se zvýší 50x (oproti konci roku 2009). Na tomto nárůstu se budou nejvíce podílet inteligentní mobily (smartphony), jejichž počet s zvýši 4x, a jimi generovaný provoz více než 25x. A tento trend by měl pokračovat i dále, takže třeba v roce 2020 by mělo být „on-line“ nějakých 50 miliard zařízení. 

Ještě „optimističtější“ je ve svých předpovědích společnost CISCO, která odhaduje, že do roku 2014 se objem datového provozu v mobilních sítích bude každoročně zdvojnásobovat (přesněji: zvyšovat o  108%). To by do konce roku 2014 představovalo zvýšení 39x (oproti roku 2009). Pokud by stejné tempo pokračovalo do roku 2015, vycházelo by to už na cca 81x-násobné zvýšení oproti roku 2009.

Pokud jde o „zpětná“  data za nedávnou minulost, zde CISCO odhaduje, že od konce roku 2008 do konce roku 2009 vzrostl datový provoz v mobilních sítích celosvětově o 160% (a tedy ještě více, než kolik samo odhaduje pro roky budoucí). A to někteří mobilní operátoři publikovali ještě dramatičtější čísla.

Například nadnárodní O2 hlásil, že jeho datový provoz (v celé Evropě) se zdvojnásoboval každé 3 měsíce! A americký AT&T zase oznámil, že jeho datový provoz se za poslední 3 roky zvýšil o 50 000 procent.

Není přitom těžké uhádnout, že jde o důsledek nástupu smartphonů obecně, a konkrétně i iPhonů, které generují mnohem větší „datovou zátěž“ (resp. přenáší více dat). Cisco odhaduje, že smartphone obecně „spotřebovává“ 10x více dat než „obyčejný“ mobil. A to existují významné rozdíly i mezi jednotlivými smartphony. Například podle jiného odhadu „spotřebovávají“ iPhony 3G asi 3x více dat než iPhony 2G.

V České republice zatím není zastoupení smartphonů  zdaleka tak vysoké, jako v západní Evropě. Podle údajů, které minulý týden publikoval mobil.cz, se v roce 2009 v ČR prodalo cca 3,4 milionu mobilů, ale jen asi jedna desetina z nich spadala do kategorie smartphone. V letošním roce by  se tento podíl měl zvýšit zhruba o třetinu (podle odhadů oslovených analytiků).

Lze tedy „nahrubo“ odhadnout, že celková penetrace smartphonů (tj. všech aktuálně používaných mobilů, nejen těch vloni nakoupených) se v ČR v loňském roce pohybovala ještě někde pod hranicí 10%. Podle odhadů společnosti CISCO byl v loňském roce průměr západní Evropy na 25%, a třeba v Itálii se podíl smartphone dostal na 36%. Ale je samozřejmě otázkou, zda se v mobilních technologiích stále ještě můžeme poměřovat se západní Evropou.

Nesvalujme ale vše jen na smartphony, protože to rozhodně nejsou jediní „žrouti“ mobilních dat.  Podobně jsou na tom i nejrůznější netbooky, notebooky a další obdobná zařízení, která se stále častěji také připojují do mobilních sítí a požadují po nich konektivitu. A na obzoru čeká ještě záplava nejrůznějších „zabudovaných“ (embedded) zařízení,  které také budou chtít komunikovat přes mobilní sítě. Například zařízení zabudovaná do auta, do pračky, ledničky apod.

Když mobilní sítě nestíhají

To, že požadavky na datové přenosy porostou, mobilní operátoři samozřejmě věděli dopředu a museli s tím počítat. To, v čem se mohli splést, resp. co nemuseli odhadnout zcela přesně, je míra nárůstu a také potřeba reagovat na ni v určitém časovém rámci.

Již v nedávné minulosti jsme mohli být svědky toho, jak datový provoz začal zahlcovat sítě mobilních konkrétních operátorů, a do problémů se začali dostávat obecně všichni jejich zákazníci.  Jako prvnímu se to stalo americkému AT&T, který jako první „schytal“ datovou explozi v důsledku nástupu iPhonů,  a jeho síť se kvůli tomu již vloni dostala do kapacitních problémů.

Nedávno měl podobné problémy také britský O2. A i on, stejně jako AT&T, musel přistoupit k rychlému a výraznému posilování své sítě.

Hlavní problém je ale v tom, že posilování kapacity mobilních sítí je drahé, a jeho možnosti jsou omezené – jak frekvencemi, které má operátor k dispozici, tak možnostmi používaných technologií  a dalšími faktory, včetně ekonomických. Hodně zjednodušeně řečeno by se to dalo popsat tak, že zatímco datový provoz (resp. požadavky uživatelů) roste exponenciálně, možnosti zvyšování kapacity mobilních sítí rostou pomaleji. Což je již avizovaná příčina celého problému.

Samozřejmě, že i při posilování kapacity mohou existovat „kvalitativní skoky“, umožňující skokovitý nárůst kapacity. Mělo by k němu dojít například přechodem k LTE. Jenže podle různých analytických odhadů to operátorům přinese jen odklad celého problému, tak  o dva, maximálně tři roky.

Wi-Fi pomáhá už dnes

Pro dokreslení celého problému je vhodné si uvědomit, že on už vlastně je nějakou dobu řešen – a přesto se stává čím dál tím aktuálnějším.

Již dnes totiž mnozí mobilní operátoři „odvádí“ část datového provozu jinam, konkrétně do Wi-Fi sítí, kde tento provoz „pokračuje dále“ (do Internetu) již zcela nezávisle na mobilních sítích, a díky tomu je nezatěžuje.

Například v Německu tamní  T-Mobile prý odvádí 30 až 40 procent datového provozu do svých Wi-Fi hotspotů, a díky tomu nemá problémy s přetěžováním své mobilní sítě.  To americký AT&T, který takovéto problémy má, se také snaží „odvádět“ datový provoz do svých Wi-Fi sítí – ale až tak se mu nedaří tím dostatečně odlehčit svým mobilním sítím, viz výše. A to i přesto, že objemy provozu v jeho Wi-Fi sítích rychle rostou.

Například ve své lednové tiskové zprávě AT&T hlásí, že Wi-Fi provoz (měřený jako počet připojení k Internetu) byl v roce 2009 čtyřnásobný oproti roku 2008. A i v rámci roku 2009 rostl spíše exponenciálně: ve čtvrtém čtvrtletí byl větší než za celé první pololetí. Největší – a stále rostoucí podíl – na něm měly smartphony a další zařízení s integrovaným Wi-Fi rozhraním: za celý rok 2009 na úrovni 61 procent, ale za poslední čtvrtletí již 72 procent.

To, že míra využití Wi-Fi hotspotů velmi rychle roste, potvrzují i další zdroje, včetně analytických zpráv a odhadů. Je to ostatně dáno i tím, jak mobilní operátoři stále častěji „přibalují“ ke svým mobilním datovým tarifům i přístup k síti svých Wi-Fi hotspotů.

S tím souvisí i změna postoje mobilních operátorů vůči Wi-Fi: původně byla tato technologie ve světě mobilních komunikací chápána jako něco exotického, co je zde jen dočasně a záhy zmizí v propadlišti dějin. Později operátoři vzali Wi-Fi na milost, začali sami budovat sítě Wi-Fi hotspotů, ale své zákazníky do nich nijak zvlášť „netlačili“: Wi-Fi brali spíše jako nějakou prémiovou službu, kterou zpoplatňovali buďto zcela samostatně (a to mnohdy dost „přehnaně“), nebo ji jako určitý bonus přidávali ke svým nejdražším službám.

Teď se ale karta obrací a mobilní operátoři sami začínají své zákazníky určitým způsobem „směrovat“ do Wi-Fi sítí, aby tak odlehčili svým mobilním sítím. Tedy alespoň tam, kde je nabídka mobilních datových služeb dostatečně rozvinutá, a roste i skutečná poptávka (generující stále větší datový provoz).

LIPA/SIPTO

S „odvedením“ datového provozu do Wi-Fi to ale není až tak jednoduché. Jednak kvůli pokrytí Wi-Fi hotspoty, které rozhodně není plošné, ale i kvůli „technické realizaci“. I když někde může chytrý mobil (či chytrá aplikace) přejít do Wi-Fi sítě sám a automaticky, obecně je starostí uživatele, aby se tak stalo. Nehledě již na to, že musí být používáno zařízení, které kromě schopnosti práce v mobilní síti umí pracovat i s Wi-Fi.

Samozřejmě se ale už připravují i taková řešení, která by od koncových zařízení nevyžadovala souběžnou podporu Wi-Fi (fungujícím v bezlicenčních frekvenčních pásmech) ani přecházení do jiného frekvenčního pásma, resp. k jiné bezdrátové technologii.

Jde o obdobu řešení s tzv. femtobuňkami, kdy zákazník dostává k sobě (domů, do kanceláře apod.) malou základnovou stanici. Ta komunikuje s jeho mobilním zařízením úplně stejně (a na stejných frekvencích) jako běžné základnové stanice mobilní sítě příslušného operátora.

Klasická femtobuňka je ale napojena na páteřní části mobilní sítě a datové toky tak prochází přes ni, což neřeší zde popisovaný problém. Proto by – na rozdíl od femtobuňky – musela základnová stanice přímo u zákazníka sama rozpoznat, o jaký provoz se jedná, a podle toho jej pak směrovat buďto do mobilní sítě (například hlasové hovory atd.), nebo by jej směrovala rovnou do Internetu, ale hlavně mimo mobilní síť, která by tak nebyla zatěžována. Teprve tím se dosáhlo potřebného efektu „odvedení“ datového provozu a odlehčení pro mobilní síť.

V rámci aktivit 3GPP jsou již připravována řešení, fungující na právě naznačeném principu. Jde o vznikající řešení  LIPA (Local IP Access) a SIPTO (Selected IP Traffic Offload).

Jiná řešení

S hrozícím problémem přetížení mobilních sítí se ale dá bojovat i jinými cestami, než je „odvádění“ (offload) datového provozu jinam. Například cestou snižování samotného datového provozu.

Na objemu datového provozu se totiž podílí několik faktorů. Jedním z nich je i signalizace, jako vlastní režie, kterou má mobilní síť s udržováním spojení a dostupnosti mobilních zařízení. I zde je možné něco uspořit, ale znamená to upravit příslušné technologie.

Někteří výrobci takováto řešení (snižující objem dat, přenášených pro potřeby signalizace), již začínají nabízet. Například Nokia Siemens Networks na letošním světovém kongresu v Barceloně hovořila o řešení, které sníží objemy datových toků v rámci signalizace až o dvě třetiny.

Ještě větší vliv na „konzumaci dat“ ale může mít nastavení aplikací, které uživatelé na svých mobilních zařízeních používají. Například u elektronické pošty velmi záleží na tom, jak si nastavíte svého poštovního klienta, a jak často pak on kontroluje vaši poštovní schránku. I jeden jediný (nevhodně nastavený) mobil pak může představovat zátěž, jakou generují třeba desítky až stovky rozumněji nastavených zařízení.

Řešit tento problém jinak než osvětou ale bude dosti problematické. Ne že by to nešlo, ale znamenalo by to vlastně to, že pánem vašeho mobilu (a jeho nastavení, stejně jako nastavení používaných aplikací) by se vlastně stal mobilní operátor. A to by (alespoň podle mého názoru) řada uživatelů těžko akceptovala. Nebo by to muselo být řešeno dostatečnou inteligencí mobilních aplikací, tak aby se uměly samy správně nastavit, či spíše domluvit s mobilní sítí na svém nejvhodnějším nastavení. Ale to by asi byla hudba delší budoucnosti.

Jinou možností je podpora fungování služeb na principu PUSH, kdy aktivita (generující datové toky) není na straně koncového zařízení, ale přichází ze sítě. U elektronické pošty to je dnes už celkem běžné, ale u jiných služeb už mnohem méně, a u některých to možná ani nepřipadá v úvahu, či se historicky neosvědčilo (jako kanály u webu).

Zapomínat ale nesmíme ani na řešení charakteru omezení poptávky. Tedy na takové zpoplatnění datových služeb, které bude tak či onak závislé na objemu přenesených dat.

Pravdou je, že značný podíl na nynějším boomu datových přenosů (alespoň v zahraničí) mají skutečné paušální datové tarify, v rámci kterých uživatel není nijak omezován v tom, kolik toho může přenést. Ve světě mobilních komunikací se ale stále výrazněji ozývají hlasy říkající, že takovéto tarify musí skončit, a musí být nahrazený něčím jiným.

Neplaťme si to ale s paušálními tarify, které mají striktně nastavené objemové limity (v rámci své FUP), a jsou tak spíše jakýmsi paušálním předplatným určitého objemu dat. Problém operátorům způsobují hlavně takové paušální tarify, které takovéto striktní omezení nemají. A tak je velmi pravděpodobné, že striktní objemové limity a pravidla FUP se začnou objevovat i tam, kde dosud nebyly. Což se ale týká spíše zahraničí, než nás zde v ČR.

Stejně tak se ale ve světě mobilních komunikací mluví ještě o jiném řešení, kterým je zpoplatnění podle kvality přenosových služeb, resp. podle priority, kterou mají datové přenosy mít. Takže třeba ten, kdo chce na mobilu sledovat živá videa, by za datové služby musel platit jinak (více) než ten, kdo by si třeba jen stahoval poštu.