О развитии умных сетей Wi-Fi

Основные требования к современным сетям Wi-Fi, интегрируемым в телекоммуникационную инфраструктуру операторов связи, лежат в области безопасности, простоты и удобства использования, высокого качества и надёжности.

Например, для простоты и удобства использования важен такой функционал, как автоматическая авторизация и подключение, бесшовный роуминг, управление пользователями и мониторинг местоположения. Качество и надежность подразумевают эффективное управление большим количеством (сотни и тысячи) точек доступа Wi-Fi, разгрузку мобильного трафика (Wi-Fi Offload) и управление качеством сервиса (QoS).

На практике основные проблемы сетей Wi-Fi связаны с недостаточным контролем качества, низкой мобильностью и сложными сценариями доступа. Например, речь идет о низком качестве соединения или даже разрывах соединения из-за внешних помех и интерференций в Wi-Fi-сетях высокой плотности, а низкая мобильность означает отсутствие бесшовного роуминга при передвижении пользователей от одной точки доступа к другой.

При этом один из ключевых трендов лежит в рамках концепции программно-определяемых сетей (SDN). Например, речь идет об использовании программного обеспечения для централизованного управления Wi-Fi-сетями высокой плотности. Это, в частности, позволяет реализовать механизмы сквозного управления трафиком и частотным ресурсом в гибридных сетях Wi-Fi/LTE/GPON, что можно позиционировать как одну из ключевых особенностей функционала умных сетей Wi-Fi.

Указанные выше проблемы постепенно решаются с помощью международных отраслевых ассоциаций на уровне стандартизации (например, 3GPP , IEEE, WBA, Wi-Fi Alliance) и воплощаются в решениях производителей точек доступа и абонентских устройств.

Например, реализация автоматической разгрузки мобильного трафика (Wi-Fi Offload) стала возможной благодаря тому, что в пакетной опорной сети оператора появился новый функциональный элемент ANDSF . Поддержка расширенного протокола аутентификации с помощью SIM-карты (Enhanced Authentication Protocol, EAP-SIM) дает возможность пользователям не вводить логин и пароль для доступа в сеть Wi-Fi, поскольку авторизация происходит автоматически. А поддержка технологии Hotspot 2.0 позволяет пользоваться Wi-Fi в сетях роуминговых партнеров оператора без аутентификации.

Между тем некоторые важные элементы современных сетей Wi-Fi еще не реализованы на уровне абонентских устройств. Речь идет, например, о сохранении IP-адреса при переходе абонентского устройства из сети LTE в Wi-Fi, которое обеспечивается с помощью протокола Dual-Stack Mobile IP (DSMIPv6), хотя большинство производителей запланировало его поддержку. В перспективе это даст возможность обеспечить мобильность – непрерывные (бесшовные) хэндоверы между различными радиосетями без потери соединения и качества связи.

Важно также отметить, что с реализацией таких технологий, как 802.1x, 802.11i, 802.11u и HotSpot 2.0, степень защищенности сетей Wi-Fi стала фактически соответствовать уровню 3G и LTE, и такие сети перешли из категории «недоверенных» (обычных сетей Wi-Fi) в категорию «доверенных».

Еще одним трендом становится рост пропускной способности сети Wi-Fi с принятием нового стандарта IEEE 802.11ac (так называемый «гигабитный Wi-Fi»). Основным сдерживающим фактором новой технологии на сегодняшний день является ограниченный набор абонентских устройств и с ее поддержкой. В основном «гигабитный Wi-Fi» поддерживают флагманские модели ведущих производителей смартфонов и планшетных ПК – Apple и Samsung. Кроме того, в России развитие нового стандарта Wi-Fi сдерживается из-за отсутствия необходимой нормативно-правовой базы.

По данным 4G Americas, к основным проблемам на границе сетей Wi-Fi и сотовых сетей относятся:

• преждевременный выбор устройством сети Wi-Fi без сравнения условий в сетях 3GPP и Wi-Fi;
• сильный сигнал и высокая загрузка точки доступа Wi-Fi;
• узкая полоса пропускания на канале между точкой доступа Wi-Fi и опорной сетью;
• переключение между 3GPP и Wi-Fi при одинаковых уровнях сигнала («эффект пинг-понга»).

Определение сетей Smart Wi-Fi

J’son & Partners Consulting определяет умные сети Wi-Fi (Smart Wi-Fi) как условное название сетей беспроводного доступа операторского класса нового поколения, которые обеспечивают максимальную совместимость сетей мобильной связи стандартов 3GPP и Wi-Fi и обладают рядом ключевых характеристик, к которым, в частности, относятся:

• обеспечение эффективных механизмов разгрузки мобильного трафика в сеть Wi-Fi;
• унифицированная аутентификация и механизмы обеспечения безопасности в сетях 3GPP и Wi-Fi, поддержка Wi-Fi-роуминга;
• непрерывный (бесшовный) хэндовер между сетями 3GPP и Wi-Fi ;
• повышенная защищённость;
• увеличенная пропускная способность;
• сквозное управление трафиком и частотным ресурсом в гибридных сетях на основе концепции SDN.

Бизнес-модели операторов

Основной тенденцией в сегменте B2C является снижение популярности классической бизнес-модели «pay as you go», которая подразумевает оплату потребителем услуг доступа через Wi-Fi с тарификацией по времени доступа или (реже) с оплатой по объему трафика. Модель, при которой Wi-Fi-доступ уже включен в пакетное предложение оператора, рассматривается скорее как способ удержать абонента и сократить отток, чем возможность получить дополнительный доход. В среднесрочной перспективе ожидается снижение доли доходов операторов от услуг предоставления доступа в сетях беспроводной связи, получаемых за счет взимания платы за доступ (как с конечных пользователей, так и со сторонних компаний), в то время как доходы от сервисов и приложений, напротив, будут расти. По прогнозам Maravedis-Rethink, к 2019 году доля доходов операторов мобильной связи и провайдеров Wi-Fi от предоставления собственно доступа в Сеть снизится с 67 % до 40 %, в то время как доля доходов от сервисов, связанных с M2M/IoT, превысит 20 % (Рис. 1).

Снижение темпов роста доходов от предоставления доступа в Сеть заставит операторов искать новые источники доходов для того, чтобы оправдать инвестиции в увеличение емкости сетей Wi-Fi, расширение покрытия и обеспечения QoS.

Основные точки роста

Некоторые из новых генераторов доходов операторов в сетях Wi-Fi связаны с переходом к масштабным сетям операторского класса, в то время как отдельно стоящие хот-споты будут терять свою актуальность.

Ключевыми точками роста доходов операторов в сегменте являются:

• сервисы для корпоративных клиентов с растущей потребностью в мобильности сотрудников, которые должны оставаться на связи, участвовать в удаленных совещаниях и прочее из любого местоположения;
• голос поверх Wi-Fi (Voice-over-Wi-Fi) для операторов или конечных пользователей;
• пакеты услуг, включая Quad-Play, в случае если Wi-Fi поддерживает качество сервиса (включая видеоприложения), сопоставимое с QoS лицензионных сетей операторского класса.

Условно бизнес-модели в публичных сетях Wi-Fi можно разделить на хорошо налаженные (устоявшиеся), быстрорастущие и зарождающиеся, которые вряд ли обеспечат операторам значительные доходы в ближайшие годы (Табл.

1). Операторы могут использовать одновременно несколько бизнес-моделей, создавая несколько денежных потоков; с другой стороны, растут требования к качеству сервиса (QoS) и пропускной способности сетей для отдельных приложений (таблица 1):

Многие из перспективных бизнес-моделей рассчитаны на приложения, для которых требуется непрерывный доступ к Wi-Fi (в особенности это актуально для предприятий розничной торговли), или на привлечение владельцами сети широкого круга партнеров для увеличения дохода. Среди самых перспективных моделей монетизации публичных Wi-Fi можно выделить, с одной стороны, «привычные» Wi-Fi Offload и услуги для бизнеса, с другой стороны – пользовательские сервисы, связанные с аналитикой, маркетингом и геолокацией.

Рассмотрим некоторые из перечисленных моделей более подробно.

Wi-Fi Offload

Как следует из данных Cisco VNI, в 2014 г. в большинстве стран мира доля разгружаемого через Wi-Fi со смартфонов мобильного трафика составила 35–55 %. Исключение составляют США, Канада и Южная Корея, причем США и Южная Корея входят также в число лидеров по среднему потреблению мобильного трафика со смартфонов. Доля разгружаемого со смартфонов трафика Wi-Fi в целом по миру составляет 51 %, среднее потребление трафика – 819 Мб, показатели по Западной Европе – 51 % и 824 Мб, по России – 50 % и 817 Мб соответственно. Таким образом, средние показатели по России находятся на уровне общемировых и западноевропейских.

Партнёрство операторов мобильной связи для разгрузки мобильного трафика данных владельцами сетей Wi-Fi – одно из решений, традиционно считающихся необходимыми для снижения стоимости передачи данных. Так, по оценке Wireless Broadband Association (WBA), использование точек доступа нового поколения (Next Generation Hotspots, NGH) в дополнение к операторской сети позволит снизить стоимость передачи одного бита на 18 %, если 20 % трафика будет проходить через Wi-Fi. В случае использования NGH и малых сот 4G затраты на передачу бита данных составят 38 % затрат в сети 3G.

В России использование такой модели подтвердили операторы «ЭР-Телеком» и «ВымпелКом». В середине 2014 г. представители других операторов, опрошенные J’son & Partners Consulting, не рассматривали внедрение Wi-Fi Offload в среднесрочной перспективе, мотивируя это тем, что развитие инфраструктуры собственных сетей, в частности строительство ВОЛС и перевод базовых станций на цифровые технологии, позволит с запасом обеспечить емкость сетей для растущего трафика.

Кроме того, пока Wi-Fi Оffload является сравнительно новой технологией, и для ее массового внедрения существуют и технические препятствия:

• разнообразие мобильных устройств, не обладающих необходимым функционалом, например поддержкой аутентификации по SIM-карте (EAP-SIM);
• необходимость разработки дополнительного ПО для автоматизации процесса перехода между сетями 3G/4G и Wi-Fi;
• вопросы прозрачности аутентификации в сетях Wi-Fi с использованием данных SIM-карты и централизации трафика данных в рамках ядра сети оператора.

Голосовые вызовы через Wi-Fi (VoWi-Fi)

Голосовые вызовы через Wi-Fi, «Voice over Wi-Fi» или «Wi-Fi Calling» являются естественным продолжением модели операторского Wi-Fi с учетом все большего распространения «плоских» тарифных планов и конкуренции операторов с OTT-сервисами. Ключевым драйвером для принятия операторами этой модели в 2014 г. стала поддержка функции Wi-Fi Calling на уровне операционной системы iOS 8 в устройствах Apple.

По состоянию на март 2015 г., коммерческая услуга VoWi-Fi была запущена только на сетях американских операторов T-Mobile и Sprint, еще несколько операторов (EE, Vodafone UK, Telefonica, Telstra и др.) планируют внедрять ее в ближайшей перспективе, однако при этом приоритетной технологией у крупнейших американских операторов Verizon и AT&T остается VoLTE. Как показал опрос операторов, проведенный в начале 2015 г. порталом Telecoms.com, в 2015 г. инвестиции существенно более вероятны в VoLTE по сравнению с Voice over Wi-Fi (Рис. 2). Это указывает на то, что VoWi-Fi в ближайшей перспективе, скорее всего, останется нишевым решением, хотя некоторые эксперты рассчитывают на экспоненциальный рост трафика VoWi-Fi в среднесрочной перспективе. В частности, по прогнозам аналитиков, голосовой трафик VoWi-Fi превысит трафик VoLTE к 2019 г. (Рис. 3).

Услуги, связанные с определением местоположения пользователя (LBS) и аналитикой

Еще одним перспективным направлением сервисов Wi-Fi с добавленной стоимостью является оказание услуг, связанных с определением местоположения пользователя (Location Based Services, LBS), и аналитика. Такие решения могут использоваться B2B-клиентами для определения максимально загруженных мест: с одной стороны, это наиболее популярные места (если речь идет о торговых центрах, например), с другой стороны – это области, требующие разгрузки за счет перераспределения трафика (например, в транспортных узлах, стадионах). Кроме того, LBS-сервисы могут выполнять доставку различного контента до конечного пользователя с учетом его местоположения.
Собственные решения LBS предлагают как крупные вендоры (Cisco и Ruckus Wireless предлагают облачные решения), так и стартапы (Purple Wave) и отдельные операторы (NTT). Например, британский стартап Purple Wi-Fi предлагает решение для B2B-клиентов с возможностью анализа данных и маркетинга с использованием личных данных пользователей, которые проходят авторизацию через Facebook, Twitter, Google, Instagram, Weibo и другие социальные сети. Аналитическая платформа локализована и поддерживает 18 языков. Клиентам также предлагается бесплатная версия решения, обладающая урезанными возможностями: в ней отсутствует ряд возможностей по управлению активностью в соцсетях, некоторые статистические данные о пользователях, большинство возможностей Wi-Fi-маркетинга, некоторые другие функции. Решение продается напрямую и через местных реселлеров. В начале 2015 г. Purple Wi-Fi получил инвестиции в размере $5 млн для ускорения выхода на международный рынок.

Роуминг в сетях Wi-Fi

По оценке WBA, к 2018 г. роуминг будет полностью автоматизирован на более чем 80 % сетей Wi-Fi общего пользования, что позволит расширить Wi-Fi-покрытие, особенно международное, а также поддержит развитие модели оптового и агрегированного трафика. Согласно опросу WBA, осведомленность среди операторов об операторском Wi-Fi-роуминге выросла с 53,5 % в 2013 г. до 60,7 % в 2014 г. Один из самых известных и масштабных примеров реализации Wi-Fi-роуминга – проект Cable Wi-Fi Alliance в США. Однако множество операторов Wi-Fi, особенно в Азиатско-Тихоокеанском регионе, также активно подписывают роуминговые соглашения (часто под эгидой WBA). Две программы WBA направлены на упрощение межоператорского роуминга: ICP (Interoperability Compliance Program, программа соблюдения совместимости) и стандартизация хот-спотов и устройств для автоматической работы друг с другом. Последнее возможно за счет NGH и программы Wi-Fi Alliance PassPoint.

Важным драйвером Wi-Fi-роуминга является рост операторских Wi-Fi-сообществ. Примером крупного роумингового соглашения является партнерство американского кабельного оператора Comcast и международного телеком-оператора Liberty Global. Соглашение охватывает около 5,5 млн локаций в США и Европе, включающих публичные хот-споты и точки доступа внутри Wi-Fi-сообществ (2,5 млн точек доступа под брендами Wi-Free и WifiSpots в Бельгии, Нидерландах, Ирландии, Польше и Швейцарии, 3 млн точек доступа Xfinity WiFi в США).

Основные вендоры

Основные производители оборудования Wi-Fi, взявшие на вооружение концепцию SDN, включают Ruckus Wireless, Cisco, Meru Networks, NEC, Aruba, Extreme Networks и др. Однако стоит подчеркнуть, что практически все решения указанных поставщиков являются вендорозависимыми. Между тем перспективы применения SDN-решений Wi-Fi в операторских сетях во многом зависят от того, будут ли предложены, скажем, контроллеры Wi-Fi SDN, способные управлять точками доступа различных производителей.

Параллельно появляются специализированные решения инфраструктурных вендоров по интеграции Wi-Fi с сетями мобильной связи. Так, на Всемирном мобильном конгрессе в 2015 г. компания Alcatel-Lucent объявила о своей стратегии беспроводных унифицированных сетей Wireless Unified Networks, которая направлена на объединение существующих Wi-Fi- и сотовых сетей в одну высокопроизводительную сеть для преобразования и улучшения качества восприятия беспроводной связи в домашних и офисных сетях, а также в сетях, обслуживающих зоны с высокой плотностью абонентов. В рамках этой стратегии были представлены две возможности для объединения Wi-Fi- и сотового доступа: технология Wi-Fi boost, использующая сотовую связь для повышения производительности Wi-Fi-сетей, и технология Cellular boost, действующая в нелицензируемом спектре и существенно увеличивающая производительность сотовой сети. В частности, в рамках технологии Wi-Fi boost Wi-Fi используется для загрузки данных, а сотовая связь – в качестве исходящего канала. По оценке Alcatel-Lucent, в случае типичного домашнего использования данная технология может увеличить скорость загрузки до 70% и увеличить скорость раздачи на порядок (по сравнению с автономным Wi-Fi на краю сотовой сети).

Развитие межоператорского роуминга Wi-Fi, межсетевого взаимодействия с сотовыми сетями и реализация концепции SDN приведут в течение следующих нескольких лет к изменениям существующих бизнес-моделей операторов. Основной тренд – это переход от предоставления платного доступа в Сеть к приложениям и сервисам для частных и корпоративных клиентов, включая M2M и Интернет вещей.