Smartphone-Hersteller contra Mobilfunkanbieter Leistungshungrige Smartphones schaden Mobilfunknetzen

Autor / Redakteur: Neil McKinlay / Peter Schmitz

Smartphones boomen, aber je mehr sie genutzt werden, desto mehr nimmt die Leistungsdauer des Akkus ab. Fast Dormancy Lösungen sollen die Lebensdauer von Batterien verlängern, werden aber zur Belastung für die Netze.

Netzbetreiber führen einen ständigen Kampf zwischen Anwendern, die jederzeit optimale Datenkonnektivität erwarten und Smartphone-Herstellern, die die Akkuleistung ihrer Geräte zu Lasten der Netze optimieren.
Netzbetreiber führen einen ständigen Kampf zwischen Anwendern, die jederzeit optimale Datenkonnektivität erwarten und Smartphone-Herstellern, die die Akkuleistung ihrer Geräte zu Lasten der Netze optimieren.

Dass sich die Dynamik der mobilen Kommunikation verändert, ist offensichtlich seitdem der Verkauf von Smartphones boomt. Man telefoniert nicht mehr nur mit Handys, nimmt immer häufiger nicht-sprachliche Anwendungen in Anspruch.

Obwohl man viele dieser Apps kostenlos herunterladen kann, muss man dennoch einen gewissen Preis zahlen: Die Leistung des Smartphones nimmt ebenso wie die Leistungsdauer des Akkus ab. Damit dem ein Ende gesetzt wird, bemühen sich Handyhersteller, die Lebensdauer von Akkus zu erhöhen. Da die Batterietechnologie jedoch nicht wirklich fortgeschritten ist, haben die Handyhersteller einige innovative Notlösungen entwickelt – die sich aber leider als Last für die Mobilfunkanbieter erwiesen haben.

Die beliebtesten Apps – darunter Soziale Netzwerke wie Twitter, Spiele, Skype etc. – belasten die Netzwerke am meisten. Der Datentransfer alleine ist jedoch nicht schuld an dieser Belastung. Vielmehr ist die häufige Verbindung solcher Apps zum Netzwerk im Hintergrund das Hauptproblem der Anbieter – sie erhöht die Verbindungslast deutlich und verursacht so Netzwerkausfälle.

Die Bedingungen verändern sich

Die ursprüngliche Forderung nach mobilem Breitbandnetz hatte mit Handys nichts zu tun. Netzanbieter konzentrierten sich auf die Bedürfnisse von Nutzern von Laptops und Daten-Dongles und stellten sicher, dass genügend Bandbreite für hohe Qualität beim Browsen und beim Datenverkehr vorhanden war.

Smartphones haben die Regeln für die Datennutzung jedoch verändert. Durch sie wurden beliebte Apps wie Facebook, Skype oder Twitter, die ständig mit dem Internet verbunden sind, an Millionen von Handynutzern weitergegeben.

Facebook ließ im Oktober 2011 verlauten, dass monatlich mehr als 350 Millionen aktive Nutzer Facebook von ihrem Smartphone aufriefen und dass etwas 33% des Facebook-Datenverkehrs von Smartphones herrühre. Da Facebook neue Sprach- und Videoanwendungen, sowie Werbeanzeigen für mobile Geräte und Apps für Android und RIM entwickelt hat, wird der Datenverkehr wohl noch weiter in die Höhe schießen.

Es scheint, als sei die Ära nach dem PC in Fahrt gekommen. Mit der Ausbreitung von Smartphones gewöhnen sich Kunden immer mehr an das "immer-verfügbar-Konzept“ für all jene Dienstleistungen, die früher an PCs und somit an feste Standorte gebunden waren.

Smartphone-Nutzer verursachen nur 10% des Datenverkehrs, den Laptop-Nutzer verursachen. Außerdem verbrauchen sie weniger Datenbandbreite und erzielen so einen höheren Umsatz pro Kunde (ARPU).

Smartphones leiden unter schwachen Akkus

Smartphone-Hersteller bauen immer mehr Funktionalität und schnellere Prozessoren in immer kleinere Geräte mit helleren Displays, WiFi, GPS und zahlreichen anderen Funktionen ein. Alle diese Funktionen verbrauchen jedoch Energie.

Leider konnten die Fortschritte bezüglich der Akkulaufzeit nicht mit andereren Technologien mithalten. Die erhöhte Funktionalität und Leistung belastet die Akkus immer mehr und erhöht so auch die Kundenbeschwerden bezüglich der Lebensdauer der Akkus.

Einer der Gründe für deren kurze Lebensdauer ist, dass das Wachstum im Datenverbrauch von der Nutzung von Datenkarten herrührt. Um ein gutes Kundenerlebnis zu gewährleisten, haben Netzwerkanbieter die Datenverbindung für lange Zeit offen gelassen, um die Verzögerungszeit beim Datenverkehr zwischen Kunde und Server zu verringern. An diese Bedingungen passten die Anbieter ihre Netzwerke perfekt an. Durch schnelle Antwortzeiten der Netzwerke gab es somit keine zusätzliche Signallast. Der Nachteil hierbei war allerdings, dass so mehr Leistung von den Endgeräten verlangt wurde – was für PC-Nutzer jedoch kein Problem darstellte.

Mobilfunkanbieter waren in der Anfangsphase höchst erfreut über die zunehmende Nutzung von Smartphones und dem darauffolgenden Anstieg des Umsatzes. Als jedoch immer mehr Smartphones auf den Markt kamen, kamen auch die Schattenseiten dieses Trends ans Licht und Kunden begannen, sich über die kurze Lebensdauer von Akkus zu beschweren. Als die Verkaufszahlen wieder geringer wurden, gaben Studien den Hinweis darauf, dass Akkuprobleme für viele Menschen ein Grund war, kein Smartphone zu kaufen.

Gegenmaßnahmen der Hersteller

Als Gegenmaßnahme erfanden die Handyhersteller geniale, aber jeweils firmeneigene Fast-Dormancy-Technologien, welche die Lebensdauer von Batterien verlängern sollten.

Bei normalem Betrieb stellt das Netzwerk den Radiofrequenz-Status eines Geräts anhand des Datenverbrauchs und Timern fest. Geräte, die sich im Ruhezustand befinden, verbrauchen weitaus weniger Akkuleistung. Die Einführung von firmeneigenen Fast-Dormancy-Technologien hat dies jedoch verändert. Mittlerweile muss das Netzwerk selbst das jeweilige Endgerät in den Ruhezustand schicken, nachdem der Datentransfer beendet wurde. Infolgedessen verlängerte sich die Lebensdauer von Akkus, doch das Kundenerlebnis verschlechterte sich. Weil die Geräte nun aus dem Ruhezustand in den verbundenen Zustand schalten mussten, bevor Datentransfer stattfinden konnte, erhöhte sich auch die Reaktionszeit.

Diese Strategie schien auf den ersten Blick eine gute zu sein. Eine Reihe von Nachteilen gab es dennoch:

Im 3GPP-Standards kontrolliert das Netzwerk stets den RRC-Status aller ihm zugewiesenen Endgeräte. Durch Fast Dormancy wurde den Netzwerken diese Kontrolle abgenommen und stattdessen in die Endgeräte selbst implementiert. Da immer mehr Smartphones diese Technologie nutzen, nahm die Signallast immer mehr zu.

Netzwerkanbieter nahmen außerdem Schritte vor, um die Lebensdauer von Akkus zu verlängern. Hierbei wurden Cell_PCH-Mechanismen implementiert, welche die aktive Zeit der Geräte verringerte. Diese Lösung war jedoch nicht mit Fast Dormancy kompatibel, sodass er zu massiven Problemen bei der Signalkapazität kam. Viele Anbieter, die Cell-PCH nutzten, informierten daraufhin die Handyhersteller, dass Fast Dormancy für eine Genehmigung aus den Geräten entfernt werden muss.

Der Ansatz der Standards

Damit alle Beteiligten besser zusammenarbeiten konnten, veröffentliche 3GPP Standards für die Implementierung von Fast Dormancy. Das 3GPP R8 Release TS 25.331 bietet eine solide Grundlage für die Verbesserung der Situation, jedoch keine vollständige.

Das Release hilft Anbietern dabei, die Kontrolle der Radiofrequenz des Endgerätes innerhalb des Netzwerkes zu halten und gibt ihnen somit die Kontrolle über die Nutzung ihrer Ressourcen zurück. Die Standards wurden jedoch leider nicht von allen Herstellern von Netzwerk-Equipment implementiert und werden auch noch nicht von allen Geräten unterstützt. Bereits vorhandene Endgeräte benötigen ein Systemupdate, um die Standards zu erfüllen. Für Anbieter ist dies ein andauerndes Thema, da Apps noch immer Probleme verursachen können.

Der User-Faktor und der Aufstieg der Apps

Die Standards zu definieren war ein wichtiger Schritt, obgleich auch einzelne Nutzer verheerenden Schaden anrichten können.

Allein für das iPhone stehen über 500.000 Apps zum Download bereit. Je nach Anforderungen können diese Apps eine schwere Belastung für das Netzwerk darstellen und Ausfälle verursachen, wenn sie zusammen mit Fast Dormancy Technologien eingesetzt werden. Seitdem der Trend zu kundendominierten Apps geht, haben Apps immer mehr Einfluss auf Netzwerke.

Anspruchsvolle Nutzer geben sich nicht mit dem reinen Hinzufügen von Apps zufrieden. Viele von ihnen verändern ihre Geräte, fügen Funktionen hinzu oder entfernen eben solche und spielen das Betriebssystem neu auf, um ihre Geräte zu personalisieren und zu verbessern. Dadurch können viele der Standards, die von den Herstellern und Mobilfunkanbietern eingesetzt werden, ungeschehen gemacht werden und somit eine Vielzahl von Problemen ausgelöst werden.

Das Problem identifizieren

Obgleich großer Bemühungen von Seiten der Gerätehersteller, Netzwerkhersteller und -anbieter stellen die Herangehensweisen zur Verlängerung der Lebenszeit von Akkus noch immer Probleme für UMTS-Netzwerke dar. Glücklicherweise können Qualitätssicherungslösungen dazu beitragen, diese Probleme zu identifizieren und gleichzeitig umsetzbare Informationen für die Problemlösung zu liefern. Neben anderen Vorteilen bieten solche Lösungen einen ausgezeichneten Einblick in:

  • Fast Dormancy Ausführungen und wie diese mit Netzwerken interagieren, die das Cell_PCH-Verfahren implementiert haben.
  • Anwendungen wie VoIP Apps, Instant Messaging oder IMS-Präsenzen und wie diese mit batterieschonenden Techniken umgehen und ihre eigenen Signalprobleme verursachen.

Um die Nutzer und Standorte herauszufinden, wo dies geschieht, müssen Qualitätssicherungslösungen in der Lage sein, die folgenden Attribute eines Gerätes zu erkennen:

  • The Höhe des Signal-Traffics bei normalem Gebrauch: Häufigkeit der Umschaltung vom aktiven in den Ruhemodus, sowie die durchschnittliche Zeit, wann Packet Data Protocols (PDP) aktiv sind. Diese Zahlen geben Aufschluss darüber, wo Probleme liegen könnten.
  • Die Höhe und die Art des Nutzerzugriffs auf jedem Endgerät: Viele Anwendungen wie Skype und E-Mail sind sehr „mitteilungsbedürftig“ und senden keep-alive-Pakete, welche die Signalgebung im Vergleich mit der tatsächlichen Höhe der zu übertragenden Daten erhöht.
  • Cell_PCH Ermöglichung: In einem herstellereigenen Netzwerk ist dies relativ unkompliziert. In einem herstellerneutralen Netzwerk kann Fast Dormancy nicht implementiert werden, wenn Hersteller A Cell_PCH-Support unterstützt, Hersteller B aber nicht. Dies kann einen großen Einfluss auf die Signalstärke in einem Gebiet im Vergleich zu einem anderen haben.

Um Einsicht in diese Probleme zu erhalten, müssen Anbieter eine Analyse der Anwendungs-Performance und Informationen aus der Steuerebene auf einer pro-Teilnehmer-Ebene verbinden. Dieses Maß an Granularität ermöglicht den Anbietern schnell jene Nutzer und Geräte zu ermitteln, die das Netzwerk negativ beeinflussen.

Das passive Überwachen von Transaktionen und die Nachverfolgung von der Höhe und der Art von Netzwerkinteraktionen bestimmter Geräte hilft dabei, unbekannte Geräte im Netzwerk zu kompensieren und einen tieferen Einblick in die unvorhersehbaren Effekte zu erlangen, die Anwendungen auf das Netzwerk haben.

Mit diesem Wissen können Anbieter das Ausmaß und den möglichen Einfluss eines Problems verstehen – in anderen Worten: Gibt es einen bestimmten Gerätetyp, eine Anwendung oder einen Standort der die größte Belastung darstellt, oder entwickelt sich diese stetig? Diese Informationen helfen Anbietern dabei, Netzüberlastungen besser vorauszusehen und aktive Schritte zur Problemlösung zu unternehmen, wie etwa Änderungen von den Geräteherstellern oder App-Entwicklern zu verlangen. In extremen Fällen könnten Anbieter sogar die Apps, die die größten Probleme verursachen, sperren.

Die Zukunft der mobilen Kommunikation

Die mobile Kommunikation verändert sich. In der Vergangenheit hatten Hersteller von Netzwerkequipment und Netzwerkanbieter die volle Kontrolle über alle Interaktionen was jedoch nicht mehr der Fall ist. Gerätehersteller und App-Entwickler beeinflussen nun immer mehr Vorgänge, die früher in geschlossenen Netzwerken stattfanden.

Momentan spielen viele Faktoren beim mobilen Erlebnis eine Rolle – Antwortzeiten des Netzwerks, Akkudauer und der Anstieg an Apps, die dauerhaft online sind. Fortschritte in den 3GPP Fast Dormancy Standards und Cell_PCH-Methoden haben dazu beigetragen, dass sich das Erlebnis deutlich verbessert. Dennoch verursachen auch Nutzer selbst durch ständiges Downloaden von Apps und das Modifizieren ihrer Geräte unvorhergesehene Effekte innerhalb des Netzwerks.

Das Problem wird nicht von alleine verschwinden, mit den richtigen Informationen kann es jedoch bewältigt werden. Indem Anbieter Probleme besser verstehen, können sie Korrekturmaßnahmen einleiten, um den Problemeinfluss auf die Netzwerkkapazität und -leistung zu verringern.

Qualitätssicherungslösungen bieten brauchbare Informationen um die schier überwältigende Komplexität der mobilen Kommunikation zu bewältigen. Ohne solche Lösungen sind Anbieter den sich verändernden Bedingungen heillos ausgesetzt und Netzwerke können eventuell der Signalüberlastung nicht mehr standhalten.

Über den Autor

Neil McKinlay ist Director of Product Management bei Empirix. Empirix ist ein führender Anbieter von Lösungen zur Sicherstellung der Dienstqualität bei neuen IP-Kommunikationseinrichtungen.

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