Сотовая связь всё больше мешает работе сетей Wi-Fi

Исследователи из Чикагского университета (UChicago) продемонстрировали, как возросшая конкуренция беспроводных сетей в общих диапазонах рабочих частот может негативно влиять на качество интернет-услуг для обычных пользователей.

В частности, Wi-Fi работает в «нелицензируемой» полосе частот: это означает, что любое устройство или сеть могут также использовать этот спектр при условии соблюдения определенных правил передачи, установленных Федеральной комиссией по связи (FCC) США.

Для услуг сотовой связи было принято резервировать совершенно отдельную область радиочастотного спектра, которую сотовые провайдеры, такие как T-Mobile или AT&T, лицензируют в эксклюзивное использование на аукционах FCC. Сети, работающие на лицензированных диапазонах, не испытывают серьёзных помех. Это стоит миллиарды долларов, но позволяет наладить быстрый и надёжный сервис.

Тем не менее, за последние пять лет из-за роста количества пользователей и объёма трафик данных поставщиков услуг сотовой связи стали испытывать дефицит спектра. Чтобы улучшить пропускную способность при минимизации капитальных затрат, они начали использовать нелицензируемый спектр в тех же диапазонах, что и для Wi-Fi, посредством так называемого режима содействия лицензированному доступу (Licensed Assisted Access, LAA).

Чтобы изучить аспекты «сосуществования» в нелицензируемом спектре пользователей Wi-Fi и сотовой связи, команда UChicago настроила пять ноутбуков и смартфонов для доступа к локальным сетям Wi-Fi или для подключения к станции LAA, смонтированной в университетском кампусе. Каждое устройство было оснащено приложениями, которые позволяли измерять качество каждого сетевого подключения, как при низкой нагрузке (например, доступ к тексту на веб-сайте), так и при высокой (потоковая трансляция видео).

Пользуясь нескольким сетям одновременно, группа обнаружила, что конкуренция снижает производительность, уменьшая объём передаваемых данных, скорость передачи и ухудшая качество сигнала.

Особенно сильно конкуренция ударила по Wi-Fi. При активном использовании LAA, объём данных, передаваемых через Wi-Fi, уменьшался на 97%! В то же время, пропускная способность LAA демонстрировала снижение лишь на 35%.

Дело тут в разных протоколах разделения доступа. Поскольку Wi-Fi полностью базируется в нелицензируемой части спектра, то использует протокол, адаптированный к непредсказуемому спросу. Если несколько пользователей Wi-Fi пытаются получить доступ к сети одновременно, этот протокол, называемый listen-before-talk (слушай, потом говори), назначает каждому из них случайное время ожидания, что снижает вероятность конфликта интересов.

В отличие от этого, операторы сотовой связи привыкли иметь дело с прогнозируемым спросом и, поэтому, назначают каждому пользователю одинаковую длительность передачи. Таким образом, работа LAA больше похожа на выступления с жёстко запланированным регламентом, чем на неформальную вечеринку.

С приходом сотовых коммуникаций на нелицензируемые частоты, принятые в LAA политики регулирования доступа к каналу стали ущемлять интересы пользователей Wi-Fi.

Недавно в LAA тоже был реализован протокол listen-before-talk, однако, с существенными отличиями от Wi-Fi. Так, в LAA каждое устройство может удерживать полученный доступ до 10 миллисекунд, тогда как «окно» передачи в Wi-Fi закрывается уже через 4 мс.

«Сосуществование Wi-Fi/Wi-Fi выглядит не так уж и плохо благодаря процедуре listen-before-talk, поэтому мы использовали это как стандарт честности. Но у Wi-Fi/LAA всё обстоит хуже, и мы были удивлены тем, насколько хуже», — говорят исследователи.

В будущем они рассчитывают изучить, как конкурируют между собой сети LAA разных провайдеров сотовой связи.

Кроме того, на основе результатов исследований авторы выработали рекомендации для регулирующих организаций по дальнейшему улучшению согласования сетевых протоколов.