Потому что объемы трафика на сотовых сетях растут гораздо быстрее, чем операторы успевают их строить. Это если вкратце. Более подробный анализ, а также результаты небольшого эксперимента и намек на решение проблемы под катом.

Предупреждение: статья содержит большое количество иллюстраций и будет долго загружаться, если вы читаете нас с мобильного устройства.

Теория

Многие из нас обращали внимание на то, что в местах массового скопления людей мобильный интернет работает или очень медленно, или вообще не работает. Интуитивно понятно, что это явление сродни автомобильной пробке – узкое горлышко операторской инфраструктуры наглухо забивается абонентским трафиком.

На деле ситуация с мобильным интернетом гораздо тяжелее дорожной – объемы трафика на сотовых сетях уверенно показывают экспоненциальный рост (он же геометрическая прогрессия) с темпами от 50 до 100% годовых в разных странах и конца этому тренду пока не видно. Страшно представить, что было бы на дорогах, если бы количество автомобилей год за годом удваивалось каждый год.

Авторитетным ежегодным исследованием мировых объемов трафика является Cisco Visual Networking Index (VNI). Согласно текущему прогнозу объемы мобильного трафика в мире вырастут в 13 раз за ближайшие пять лет со среднегодовыми темпами роста 66%, достигнув космических 11 экзабайт в месяц. В России в этом же периоде прогнозируется шестнадцатикратный рост мобильного трафика, что соответствует ожиданиям темпов роста выше среднемировых.

Возведя «примерно 100%» годового роста в десятую степень, несложно получить тысячекратный рост нагрузки на сети за 10 лет. Эту цифру активно пиарит производитель электронных компонентов Qualcomm.

Проблема нехватки емкости сотовых сетей, связанной с экспоненциальным ростом нагрузки, получила название «кризис емкости» (“Capacity Crunch”), зловеще созвучное для англоязычного уха финансовому кризису 2008 года (“Credit Crunch”).

Если коротко о причинах такого бурного роста, то основной причиной является, конечно, «смартфонная революция». Так, только в 2012 году количество пользователей мобильного интернета (читай – владельцев смартфона и/или планшета) в России выросло на 88% до 79 млн. человек (источник). В свою очередь широкое распространение смартфонов и планшетов приводит к распространению мобильного использования популярных сервисов. Например, Youtube приводит статистику о том, что 40% (по времени) всего просмотренного контента приходится на мобильные устройства. Кроме этого, растет среднее количество мобильных интернет-устройств в расчете на абонента, а также все большее количество устройств помимо смартфонов и планшетов получают подключение к мобильному интернету и начинают генерировать и потреблять трафик.

Наконец, мобильный трафик потребляется и генерируется все более неравномерно в пространстве, что еще больше осложняет проблему нехватки емкости сотовых сетей в «горячих точках». Действительно, если голосовой звонок можно сделать и на бегу, то потребление «тяжелого» трафика, такого как мобильного видео, тяготеет к столикам, лавочкам и т.п. На иллюстрации ниже (источник) показано распределение трафика twitter (синий цвет) и flickr (оранжевый) в Лондоне.

Важно также помнить, что по разным данным от 70% до 80% мобильного трафика генерируется внутри помещений (см., например, данные Huawei), что делает большие общественные здания естественными «горячими зонами» для мобильного трафика.

Практика

Можно заметить, что аргументы выше ссылаются на данные производителей оборудования (Cisco, Qualcomm, Huawei) и сервис провайдеров (Youtube). В среде самих сотовых операторов можно встретить противоположное мнение о том, что проблема кризиса емкости выдумана производителями с целью стимуляции продаж нового оборудования (это как если бы вы верили в то, что пробки на дорогах придумали производители асфальтоукладчиков).

Чтобы проиллюстрировать реальную ситуацию мы отправились на фудкорт ближайшего большого торгового центра субботним вечером, захватив ноутбук и набор модемов 2G/3G/LTE всех крупных столичных операторов сотовой связи.

Пропускная способность подключения к мобильному интернету измерялась при помощи сервиса speedtest.net, в случаях, когда клиент speedtest не мог подключиться к своему серверу, в ход шел ping 8.8.8.8. Мы проследили за тем, чтобы подключить и оплатить «самые безлимитные» тарифы у всех операторов. Для операторов, предоставляющих услуги LTE в Москве на момент проведения эксперимента, мы подключили LTE.

Ниже, сразу после disclaimer, результаты этого небольшого исследования.

DISCLAIMER

• Мы не рекламируем и не критикуем качество услуг отдельных операторов.
• Мы не аффилированы ни с одним из сотовых операторов.
• Мы высказываем свое личное оценочное суждение, основанное на измерениях качества передачи данных общедоступными инструментами.
• Результаты измерений для различных операторов приведены в произвольном порядке.

Мегафон

2G – покрытие сети есть, уровень сигнала максимальный, модем подключен к сети. Speedtest не может подключиться к серверу, пинг не ходит. Мобильный интернет фактически отсутствует.

3G – ситуация аналогичная, уровень сигнала на максимуме, подключение есть, интернета нет.

4G/LTE – модем показал минимальный уровень сигнала и отказался подключиться к сети. Такое случается в больших зданиях даже при удовлетворительном уровне покрытия снаружи.

Билайн

2G – ситуация, аналогичная 2G остальных операторов, скриншоты, к сожалению, утеряны.

3G – зафиксировали скорость!

Перемеряли: да, действительно, скорость есть. Нестабильность показаний косвенно свидетельствует о высокой загрузке сети.

На момент эксперимента Билайн еще не запустил в Москве сеть 4G/LTE в коммерческую эксплуатацию.

Yota

К сети LTE Yota мы подключались через мобильный Wi-Fi маршрутизатор, поэтому на скриншоте сеть видна как сеть Wi-Fi с SSID “yotanelovit”. Маршрутизатор подключился к сети LTE, а ноутбук – к маршрутизатору. Однако, speedtest не смог подключиться к серверу, а пинг показал одновременно огромную задержку, потерю пакетов и даже дубликаты пакетов. На основании этих данных сложно сделать однозначный вывод о причине проблем – в низком уровне сигнала или в перегрузке сети, оставим этот вопрос без ответа.

Бесплатный Wi-Fi

Помимо результатов для Yota иллюстрация выше показывает еще одно интересное явление – целых три сети бесплатного Wi-Fi. На практике нам ни к одной из этих сетей подключиться не удалось – кризис емкости касается сетей Wi-Fi в той же мере, если не больше, чем сотовых сетей.

Наличие сети Wi-Fi с SSID “AndroidAP” вероятнее всего свидетельствует о том, что кроме нас кто-то еще на фудкорте не смог подключиться к бесплатному Wi-Fi и предпочел «раздать» Wi-Fi с телефона.

Также отметим сеть Wi-Fi с SSID “Megafon_MR100-1” – это название мобильного маршрутизатора 2G/3G/LTE в Wi-Fi брендированного для Мегафона. Вероятно, кому-то и посетителей торгового центра больше чем нам повезло с подключением к сети этого оператора, что лиший раз свидетельствует в пользу гипотезы о пререгрузке сети.

МТС

2G – покрытие сети есть, уровень сигнала максимальный, модем подключен к сети. Speedtest не может подключиться к серверу, пинг не ходит. Мобильный интернет фактически отсутствует.

3G – то же самое, что и 2G

В сети 4G/LTE МТС мы зафиксировали приличную скорость (см. иллюстрацию ниже).

Повторили измерение, скорость нормальная и относительно стабильная, что может свидетельствовать о ненагруженной сети.

В целом мы склонны объяснять хорошие результаты LTE от МТС малой распространенностью абонентского оборудования по сравнению с 3G и LTE от Yota. Напомним, что МТС и Мегафон используют в Москве и области уникальный для России вариант TD-LTE в частотном диапазоне 2595-2620 МГц.

Резюме

Итак, кризис емкости сотовых сетей в конкретно взятом торговом центре – это реальная проблема, с которой сталкиваются все сотовые операторы московского региона. Ключевой симптом – очень низкая или нулевая скорость передачи данных при высоком уровне сигнала.

Есть ли выход?

Да. Шейпинг, компрессия и кеширование трафика, радиочастотный спектр, LTE и LTE-A, Wi-Fi offload, а также фемтосоты, пикосоты, микросоты, метросоты и (кроме шуток) наносоты – обо всем этом в следующей статье.

Всех с новогодними праздниками!