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如何在5G时代真正体会到1G的网速?WiFi竟然成了重要助力!

近年来业界在研究移动数据“流量卸载”的技术,或许可以成为5G时代解决热点高容量场景中痛点的低成本、有效的方式。

作者:赵小飞来源:物联网智库|2019-02-27 14:46

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据统计,20%的热点区域站点承载了80%的整网流量,热点区域站点的业务速率是普通站点的6.5倍。5G标准中已有针对热点高容量的技术,而当某个地区连接需求超出预期时,最常见的方式不外乎通过建设更加密集的基站来增加容量承载能力,不过这种简单粗暴的方式存在很多问题。近年来业界在研究移动数据“流量卸载”的技术,或许可以成为5G时代解决热点高容量场景中痛点的低成本、有效的方式。

5G/WiFi/网速

2019年是全球主流运营商5G商用的起步之年,产业链的不断成熟加速5G网络部署的落地。不过,由于3GPP明确R16推迟冻结,因此初期5G商用主要聚焦于增强移动宽带(eMBB)场景。

基于场景的差异和业务需求及挑战,我国5G标准推进组IMT-2020在《5G概念白皮书》中将eMBB进一步定义为连续广域覆盖和热点高容量两个场景,其中对于热点高容量所提的主要挑战包括1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度。超高的容量给产业链提出了很大的挑战,“流量卸载”或许是一种通过低成本提升网络容量的有效方式。

通过流量卸载来提升用户体验

在5G商用初期,为了快速形成示范作用,各类大型公共活动如体育赛事、演唱会的高清视频直播、VR体验等成为商用演示的***试验场。当然,这些场所在短时间里会对无线网络形成极高压力,需要通过各种手段来分流。类似的,商场、机场等场所也有可能在一定时段出现用户爆增,当用户发现虽然手机信号满格但网速超慢时,说明蜂窝网络容量已达到极限,此时用户体验就大打折扣。

根据华为的统计数据,20%的热点区域站点承载了80%的整网流量,热点区域站点的业务速率是普通站点的6.5倍。而在未来5G时代,这些热点地区的移动终端要保持1Gbps的体验速率,热点地区容量要求更高,普通百姓每天听到的是5G所宣传的“1Gbps带宽”的说法,却不一定能实际体验到。

5G标准中已有针对热点高容量的技术,而当某个地区连接需求超出预期时,最常见的方式不外乎通过建设更加密集的基站来增加容量承载能力,不过这种简单粗暴的方式建设周期比较长,而且5G基站成本也居高不下,部署更多基站后是否具有经济性也是个很大问题。近年来业界在研究移动数据“流量卸载”的技术,或许可以成为5G时代解决热点高容量场景中痛点的低成本、有效的方式。

举例来说,在体育场馆通过5G基站的部署来增加容量是有必要的,但一方面为了满足超出的接入需求而部署密集的基站可能使边际收益小于边际成本,另一方面,一些区域只是部分时段形成高容量接入需求,其他时段相对空闲,因此并不具有经济性。此时可以考虑充分利用已有的或低成本的基础设施作为蜂窝网络流量卸载的载体,企业或商业WiFi可能成为其中一个较好的方式。

在日常工作生活中,很多人会在办公室和家里等有WiFi信号的场所开启手机的WiFi开关,不使用蜂窝网络流量,在一定程度上,WiFi给蜂窝网络起到分流作用。不过,这只是用户自发的行为,可以说是一种被动的行为,并非运营商主动提供自动切换及分流服务来提升用户体验。运营商主动做的流量卸载工作,需要根据无线网络环境、连接设备数量和设备下载速率等指标,在用户无感的情况下,实现不同接入方式的无缝切换,给用户不变的网络速率体验,而不是用户被动选择网络切换。

在这些要求下,未来5G商用后,WiFi要成为5G的流量卸载备选方案,需要在技术和商业方面具备一定的基础。

技术基础:无缝融合、无差异体验和终端支持

作为蜂窝网络流量卸载的重要备选方式,业界多年来一直在研究WiFi分流蜂窝网络的技术和可行性。对于5G网络的流量卸载来说,未来WiFi需要做到与蜂窝网络无缝融合、与蜂窝网络无差异的体验以及终端支持相应的接入方式。

1. 蜂窝网络和WiFi无缝融合得到标准和产业支持

过去几年中,基于WiFi的移动数据流量卸载研究和实践比较多。IEEE/ACM Transactions on Networking曾在2013年发表《移动数据流量卸载:WiFi可以承载多少》一文中对利用WiFi网络的移动数据卸载方案研究结果表明,在没有引入任何延迟的情况下,大约65%的移动数据可被卸载,而且由于WiFi网络缩短了传输时间,从而节省了55%的电能。

在5G标准制定中,3GPP已经推出了相应规范来促进非3GPP接入技术和3GPP接入技术的融合。在已经完成的3GPP R15规范中,5G核心网支持通过3GPP接入网接入,也支持通过非3GPP的网络接入(例如WIFI),非3GPP网络通过N3IWF(Non-3GPP InterWorking Function)接入5G网络。在明年将完成的R16中,会进一步增强WiFi与5G融合的功能,包括可信WiFi支持、流量操作、切换等。

今年年初,下一代移动通信网络联盟(NGMN)和无线宽带联盟(WBA)发布的《无线接入网融合报告》中提出,两大国际组织将合作推动5G和WiFi融合,以及两种无线接入网的协作进程。

除了研究机构和标准化组织外,厂商对5G和WiFi无缝融合做了很多工作。比如,2018年年底华为荣耀新发布的机型中推出了LinkTurbo全网聚合技术,可以实现蜂窝网络和WiFi网络两条链路同时收发数据和智慧无缝切换,对于未来5G流量卸载可以提供关键技术支持。

2. WiFi与5G网络无差异体验技术已具备

5G的覆盖缺口或者过载时需要WiFi来卸载流量,对于用户来说两种承载方式无差异的体验非常重要。若WiFi卸载流量后,达不到5G的体验速率、容量和业务连续性时,用户感知可能会大打折扣。随着WiFi相应的标准技术的进展,一些技术保证其能够提供蜂窝网络类似的体验,WiFi 6和Passpoint是其中重要的技术积累。

首先,WiFi热点之间需要做到无缝切换是保证业务连续性的核心。众所周知,WiFi设备在不同热点之间切换时需要重新连接、认证和输入密码,这一过程无法保证其卸载蜂窝流量后达到蜂窝网络体验。2012年,WiFi联盟在无线宽带联盟(WBA)的支持下,推出Passpoint技术,该技术可以简化WiFi网络接入,用户无需每次连接网络时都重新查找和验证网络,Passpoint能够自动完成这一过程,使热点网络和移动设备无缝连接,同时还能提供***级别的WPA2安全性,保证为用户提供近似于蜂窝网络的体验。

其次,卸载5G流量的接入方式也需要为用户提供类似于5G的带宽、时延、容量的支撑。新版WiFi 6标准发布,与5G增强移动宽带(eMBB)场景形成明显对标,在其覆盖范围内能够提供与5G eMBB类似的体验。例如,WiFi 6引入了蜂窝网络的OFDMA技术,提升了速率、降低时延;采用类似于蜂窝物联网的技术,提升功率频谱密度来提升覆盖能力。具备了对大理论速率9.6Gbps,在密集用户环境中将用户的平均吞吐量提高至少4倍的特性,WiFi 6在卸载5G流量后可以提供5G类似的体验。

3. 终端设备的支持

近期正在举行的MWC中,5G新设备的发布成为***的亮点。由于WiFi已经成为大部分智能终端的标配,高通、联发科等芯片厂商已开始推出支持WiFi 6的芯片,随着5G标准和WiFi 6的标准的完善,同时支持5G和WiFi 6的终端会快速普及。而Passpoint也有了广泛的支持,当前大量iOS和Android手机都支持Passpoint,更多的城市Wi-Fi计划将带有Wi-Fi CERTIFIED Passpoint®认证,因此未来通过WiFi在5G热点高容量场景下卸载流量成为可能。

商业基础:商业WiFi运营商在5G时代的新机遇

通过WiFi对蜂窝网络进行分流的商业实践也在一直进行着。早在2008年3G牌照发放后,中国移动在商用中的一个重要做法是通过建设WLAN热点来弥补3G网络的短板,由于TD-SCDMA在技术、产业链、成本等方面的劣势,中国移动用WiFi来给体验不佳的3G网络分流,在短短几年内催生出来一个电信级WLAN的独特产业链。根据中国移动2013年上半年财报数据,在这一期间中国移动无线上网业务流量同比增长129%,其中WLAN吸收的流量约占全部流量的四分之三,有效发挥了低成本流量承载的优势。不过,彼时3GPP标准暂没有与WiFi融合的规范,Passpoint也不具备商用基础,无法提供无缝切换的体验。

而随着技术的进步,流量卸载也能提供无缝切换的体验。近日,美国电信运营商AT&T与美国知名的商业WiFi运营商Boingo签署协议,进一步扩展流量卸载业务的合作,这一合作被认为是为5G热点高容量场景商用做好准备。双方合作的场所主要在大型机场、军事基地等有Boingo Passpoint认证网络的场所,使AT&T的设备可以无缝地在其蜂窝网络与Boingo商业WiFi之间安全漫游,用户无需手动切换,且无需支付额外费用。AT&T认为到2022年由于4K视频、无人机、自动驾驶汽车、VR/AR等设备的驱动,其75%的流量来自于视频类应用,因此与商业WiFi厂商合作,提前布局流量卸载业务很有必要。而其他运营商如Verizon、T-Mobile也有此类合作意向。

过去十多年中,各个城市人流量集中的主要场所大都有WiFi的部署,如运动场、商场、机场、高铁站、酒店、景区等,有专门的商业WiFi运营商对此进行部署和运营。可以看出,5G时代“流量卸载”或许给一个商业WiFi的运营商带来参与5G建设和运营的新机遇,为其拓展创新业务提供一个切入点。

正如美国Boingo一样,国内已有迈外迪、百米生活等多家商业WiFi运营商。这些运营商为主要商业场所提供WiFi网络连接以及各类衍生营销、数据分析业务,经过多年努力,国内主要城市的商业场所已实现大范围WiFi覆盖。不过,由于国家“提速降费”的推行,电信运营商4G资费大幅下调,给商业WiFi运营商造成一定压力。

在笔者看来,未来5G商用后,在基于eMBB的大量场景中,电信运营商与商业WiFi运营商有很大的合作空间,其中重要的一点就是流量卸载的合作。商业WiFi运营商需要将其基础设施进行升级,包括未来部署支持WiFi 6的AP、支持Passpoint等。正如美国运营商与Boingo合作模式,商业WiFi运营商将其部署过WiFi热点且人员密集的场所对电信运营商开放,提供5G热点高容量的流量卸载支持,双方可以通过一定的方式进行计费、分成。当商业WiFi成为5G热点高容量地区流量卸载的重要载体时,一方面盘活了其已有的网络基础设施,另一方面还能开辟新的收入渠道,而且商业WiFi运营商也有机会参与到5G的建设运营中,探索其在5G中的商业机会。

5G不仅仅在于其技术的复杂性,还应具有更强的包容性。考虑到未来5G商用中高额的投资,若能够充分利用、盘活各类已有的基础设施,并达到5G商用KPI的效果,确实可以为业界节约大量的投资,采用WiFi的流量卸载业务探索也因此具有重大意义。

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【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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