Was ist eigentlich ein „Smartphone-friendly“ Netzwerk? Lang lebe die Batterie! Das iPhone macht die Netze platt

Redakteur: Ulrike Ostler

Im Jahr 2015 wird der mobile Datenverkehr auf rund 23 Exabytes jährlich ansteigen, sagt Nokia Siemens Networks (NSN) voraus. Das entspricht etwa dem täglichen Download eines digitalen Buchs von rund 6.3 Milliarden Menschen. Dennoch ist die Bewältigung des Verkehrs, das Bereitstellen von Bandbreite bzw. die Download-Geschwindigkeit nur ein Problem. Das andere verursachen die smarten Endgeräte, sie signalisieren zu viel.

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Mehr Traffic und Bandbreite sowie geringere Latenz fordern Mobilfunknetze heraus; Probleme verursachen die Signale, Bild: NSN
Mehr Traffic und Bandbreite sowie geringere Latenz fordern Mobilfunknetze heraus; Probleme verursachen die Signale, Bild: NSN
( Archiv: Vogel Business Media )

Die erste Welle mobilen Datenverkehrs, die UMTS und Co. letztlich doch noch zum Erfolg werden ließ, wurde durch Dongels herbeigeführt. Auf die Dongles, die die Laptops tatsächlich zu einem Device machen, das überall nutzbar ist, hat sich die Mobilfunkbranche eingestellt und mit den Anforderungen an mehr Bandbreite auseinandergesetzt.

Bandbreite und Latency sind nach wie vor relevant. Doch die rasante Verbreitung von Smartphones und deren Konzentration in den großen Städten führen zu ganz neuen Problemen. Im Jahr 2009 gab es noch 323 Millionen davon. Im Jahr 2014 werden es laut NSN rund 873 Millionen sein.

Schon heute sind „rund achtmal mehr smarte Endgeräte im Gebrauch als Mobilfunk-fähige Laptops“, besagt eine Untersuchung von Morgan Stanley aus dem vergangenen Jahr. „Und dieses Verhältnis werde sich zugunsten der Smart-Phones noch ausweiten. Nach NSN-Untersuchungen wird im Jahr 2015 über 85 Prozent des Traffic in Mobilfunknetzen durch mobilen Datenverkehr generiert werden. 49 Prozent davon erzeugen Handheld-Devices.

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Smartphones sind anders

Das Wachstum smarter Mobilfunk-Devices ist enorm. Damit wächst auch die Anzahl der Signale. Bild: NSN (Archiv: Vogel Business Media)

Smartphones generieren zwei Arten von Netzwerkverkehr. Zum einen handelt es sich um den eigentlichen Inhalt, etwa eine E-Mail für den Anwender. Zum anderen erzeugen die Devices Signalisierungs-Daten.

Diese Signalisierung sorgt dafür, dass ein Mobilfunknetz funktioniert. Netze, Applikationen und Endgeräte können miteinander in Kontakt treten. Leslie Shannon, NSN-Marketing Manager, erläutert, warum die Signalisierung sich derzeit allerdings zum Problem auswächst.

Um eine Sitzung im Mobilfunk zu initiieren, braucht es ein erstes Signal, um sich einer Basisstation bekannt zu machen. In übertragenem Sinn steckt man einen Stecker an. Wird die Verbindung beendet, wird der Stecker gezogen, beziehungsweise die Session durch ein weiteres Signal beendet.

Laptop-Anwender benötigen oftmals tatsächlich nur diese zwei Signale: die Website wird aufgerufen und geschlossen oder der Download einer Präsentation gestartet und beendet. Zwischendurch bleibt die Session bestehen und der Laptop aktiv.

Unnötig viele Signale

Smartphone-Anwendungen hingegen sind anders programmiert. Es gibt bspw. E-Mail-Applikationen, die alle 30 Sekunden oder auch in geringeren Abständen nachfragen, ob eine neue E-Mail angekommen ist. Jedes Mal werden auch neue Signale erzeugt.

Denn, um die Batterie der Smartphones zu schonen, begeben sich die Endgeräte in eine Art Schlafzustand (idle state), sind in gewisser Weise inaktiv. Wird die E-Mail-Anwendung aktiv, weckt sie das Smartphone auf, das sich im Mobilfunknetz erneut bemerkbar machen muss. Der Anwender zieht also ständig den Stecker und stöpselt erneut ein. Der Signalverkehr wächst ins Unermessliche.

Zudem braucht es Zeit, bis eine erneute Verbindung ins Mobilfunknetz zustande kommt, „vielleicht 2 Sekunden im Schnitt“, sagt Shannon. Das aber nehmen Mobilfunknutzer nicht hin. So halten die Smartphones die Verbindung länger offen als notwendig, zum Beispiel 10 Sekunden. Denn es könnte sein, dass Anwender oder Applikation bald erneut auf das Mobilfunknetz zugreifen.

Bleibt die Verbindung jedoch bestehen, wirkt sich das auf den Stromverbrauch aus. Die Batterie wird schneller leer, da das smarte Handy nicht zum Schlafen kommt.

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Was kann Apple dafür?

Im Juni des vergangenen Jahres führte Apple die Funktion „fast dormancy“ ein, ein Verfahren, das das iPhone besonders schnell zum Schlafen schickt. Am darauffolgenden Tag konnten die Netzwerkbetreiber feststellen, dass ihr Signalisierungsverkehr um das Zehnfache angestiegen war, erzählt Shannon.

Auch andere Smartphone-Hersteller nutzen eine „fast-dormancy“-Funktion, so die NSN-Fachfrau. Nokias smarte Handys besäßen diese schon von Anfang an. Doch das iPhone gelte nun einmal als schick und fände sich insbesondere in den Städten. Die Konzentration dort habe das ein oder andere Netz tatsächlich schon in die Knie gezwungen.

Betroffen ist vor allem AT&T. Da die Signalisierung auch beim Telefonieren genutzt wird, konnten Kunden keine Telefonate führen. Die Telefónica-Gruppe habe vor allem rund um vergangenes Weihnachten Signalisierungsprobleme gehabt.

Jetzt auch noch Multitasking

Das „iPhone 4“ ist da – mit „Multitasking“, Bild: Apple (Archiv: Vogel Business Media)

Mit der vierten iPhone-Generation, die jetzt seit rund vier Wochen auf dem Markt ist, unterstützt Apple „Multitasking“. Vorab hätten viele Analysten einen drei- und vierfachen Anstieg des Signal-Verkehrs befürchtet, so Shannon. Doch Untersuchungen in den eigenen Labors hätten gezeigt, dass hier noch kein „echtes Multitasking“ vorliege, das sich nachteilig auf den Signalisierungsverkehr auswirken könne.

Doch, lässt sich netzwerkseitig gar nichts machen, um das Dreiecks-Dilemma Batterie-Laufzeit, schneller Zugang und Signal-Verkehr in den Griff zu bekommen? NSN-Frau Shannon sagt: „Doch – und zwar schon seit 2005.“

Das Geheimnis nennt sich „Cell-PCH“ (PCH = Paging Channel) und ist gar keins, sondern ein Standard, definiert im Rahmen von 3GPP, 3rd Generation Partnership Projekt.

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Ein bekannter Standard

Die Signale können perlen ..., Bild: Pixelio/AngelaL/Thommy Weiss (Archiv: Vogel Business Media)

Im Cell-DCH Zustand ist einem Endgerät ein dedizierter Übertragungskanal mit einem eigenen Code, Bandbreite und Reaktionszeit zugeordnet. Daten lassen sich ohne Ressourcen-Reservierung sofort senden und empfangen.

Shannon erläutert: „Wenngleich jeder Vergleich hinkt, möchte ich doch den einer mehrstufigen Leiter bemühen. Die unterste Ebene entspricht des idle-Zustand eines Smartphones, die oberste dem aktiven Status. Cell-DCH erlaubt es, nie zurückzugehen bis auf den Schlafmodus, sondern auf der zweiten und dritten Stufe zu stoppen. Deshalb benötigt das Aufweckecken weder so lange, noch zig Signale, um im Mobilunknetz unterwegs zu sein.“

Im Cell-PCH-Status halten Radio Controller (RNC) und der Paketkern den Paket-Überbringer quasi am Leben. Die Anzahl der Signale sinkt, weil die Device-Mobilität vom RNC verfolgt wird. Zugleich ist der RNC betriebsbereit und kann Daten über die korrekte Zelle versenden, ohne dass Signale zwischen ihm und dem Paket Core notwendig wären und ohne ein Wide Area Paging.

Problem gelöst

Außerdem verkürzt sich die Reaktionszeit der Verbindung ins Mobilfunknetz. Die Batterrielaufzeit indes verlängert sich, weil das Endgerät sich in einer Art Lauerstellung befindet, quasi döst statt schläft – das Netz ist freundlich zum Smartphone.

Es erübrigt sich fast, darauf hinzuweisen, dass NSN diese Methode in seine Technik eingebaut hat. Dennoch appelliert Shannon an die Software-Entwickler, die Anwendungen für die Smartphones schreiben, darauf zu verzichten, die Anzahl der Signale in die Höhe zu treiben.

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