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Definition Was ist Traffic-Offloading / LTE-Offloading?

Der Begriff Traffic-Offloading beschreibt die Idee und Technik, Mobilfunkverkehr aus den zellbasierten 3G-, 4G- und 5G-Netzen in Wi-Fi-Netzwerke zu verlagern. Endgeräte wie Smartphones sollen sich bei Verfügbarkeit eines Wi-Fi-Hotspots automatisch mit diesem verbinden und WLAN-basiert kommunizieren. LTE-Offloading bezieht sich explizit auf das Offloading des Traffics aus 4G-Netzen.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Für den Begriff Traffic-Offloading existieren zahlreiche weitere alternative Bezeichnungen. Traffic-Offloading wird auch als Mobile-Data-Offloading, Wi-Fi-Offloading, Data-Offloading oder nur als Offloading bezeichnet. Der Begriff beschreibt die Idee und die hierfür notwendige Technik, den Verkehr von Mobilfunkgeräten aus den zellbasierten Mobilfunknetzen mit ihren lizenzierten Frequenzbereichen in drahtlose Netze mit alternativen Netztechnologien wie günstige Wi-Fi-Netzwerke mit ihren unlizenzierten Frequenzspektren auszulagern.

Prinzipiell ist Offloading für alle Mobilfunktechniken wie 2G, 3G, 4G oder 5G möglich. Traffic-Offloading ist der Überbegriff für Begriffe wie 3G-Offloading, LTE-Offloading oder 5G-Offloading. Bei LTE-Offloading handelt es sich konkret um das Offloading des Mobilfunkverkehrs aus 4G-Mobilfunknetzen.

Ziel des Traffic-Offloadings ist es, die Mobilfunknetze zu entlasten und Stausituationen aufgrund der intensiven Nutzung der mobilen Datenkommunikation durch immer mehr mobile Endgeräten zu vermeiden. Netzwerk-Providern bietet sich durch Offloading die Möglichkeit, zusätzliche Übertragungskapazitäten bereitzustellen, ohne in weitere Mobilfunk-Infrastruktur investieren zu müssen. Zudem lässt sich die Mobilfunkversorgung durch die Bereitstellung von Wi-Fi-Zugangsmöglichkeiten verbessern.

Wie das Offloading konkret ausgelöst wird, kann unterschiedlich sein. Es kann sich um automatisches Offloading, vom Anwender oder Endgerät initiiertes Offloading oder vom Provider ausgelöstes Offloading handeln. Mobilfunk-Anbieter verfolgen die Strategie, das Offloading automatisiert, ohne Interaktion oder Eingriffsmöglichkeit des Anwenders durchzuführen. Dies bietet ihnen maximale Kontrolle über die Verteilung der Verkehrslasten. Um ein seamless Traffic-Offloading zu realisieren, wurden von verschiedenen Gremien Standards wie ANDSF (Access Network Discovery and Selection Function) oder Hotspot 2.0 entwickelt.

Die Motivation für das Traffic-Offloading

Die Entwicklung neuer Mobilfunkstandards wie 3G, 4G oder 5G und immer leistungsfähigerer mobiler Geräte wie Smartphones oder Tablets hat zu einem immensen Anstieg des Datenverkehrs in den Mobilfunknetzwerken geführt. Hinzu kommen weitere Endgeräte wie Laptops oder IoT-Geräte (Internet of Things; Internet der Dinge), die ebenfalls Mobilfunktechnologien zur Datenübertragung nutzen.

Bandbreiteintensive Anwendungen wie das Streamen von Videos oder Online-Gaming können Mobilfunknetze an ihre Leistungsgrenzen bringen und zu Stausituationen führen. Um Überlastungen zu vermeiden und den Mobilfunkkunden ein möglichst gleichbleibend gutes Nutzungserlebnis zu bieten, soll Traffic-Offloading die Mobilfunknetze entlasten und die Versorgung mit mobilen Services sicherstellen. Da mobile Endgeräte neben der Mobilfunkschnittstelle nahezu alle mit WLAN-Konnektivität ausgestattet sind, bietet sich das Offloading in Wi-Fi-Netzwerke an. Zumal die Versorgungslage mit Wi-Fi-Hotspots an vielen Orten sehr gut ist. Vor allem in Gebieten mit hoher Nutzerdichte wie in Städten oder öffentlichen Gebäuden sind in der Regel Wi-Fi-Hotspots installiert.

Zu überwindende Probleme beim Traffic-Offloading

Zur Realisierung des Traffic-Offloadings und zur Erreichung einer guten Akzeptanz durch die Anwender sind verschiedene Problemstellungen zu bewältigen.

Für Anwender sollte das Traffic-Offloading idealerweise unbemerkt, nahtlos und schnell vonstattengehen. Eine aktive Nutzerinteraktion und die Unterbrechung von Verbindungen während des Offloadings sind zu vermeiden. Um über das WLAN Zugang zu den Netzen und Services des Mobilfunkanbieters zu gewähren, ist im Hintergrund eine automatische Authentifizierung durchzuführen. Da die Identität des Anwenders an die SIM-Karte des mobilen Endgeräts gebunden ist, hat die Authentifizierung SIM-Karten-basiert zu erfolgen. Es sind Standards wie das Extensible Authentication Protocol (EAP) bereitzustellen, die eine übergreifende Authentifizierung ermöglichen.

Für die Mobilfunkbetreiber ist es wichtig, zu steuern, welche Dienste wann auf welche Wi-Fi-Netze ausgelagert werden. Sie müssen das Offloading mit einer Art Regelwerk steuern können. Weitere Kriterien, die es beim Offloading zu beachten gilt, sind die Signalstärke der WLAN-Hotspots und die sichere, verschlüsselte Übertragung der Daten. Das Offloading zu unzuverlässigen Hotspots mit schlechter Übertragungskapazität oder zu betrügerischen Hotspots muss vermieden werden. Zusätzliche Verschlüsselung sorgt für eine abhörsichere Übertragung und verhindert unbefugte Zugriffe auf ausgetauschte Daten.

Technisches Funktionsprinzip des Traffic-Offloadings

Es stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, wie ein mobiles Endgerät vom Mobilfunknetz in ein Wi-Fi-Netzwerk wechseln kann. Der Wechsel sollte aber unbemerkt ohne Nutzerinteraktion oder Verbindungsunterbrechungen stattfinden. Dabei ist es letztendlich unerheblich, wer den Wechsel initiiert.

Grundsätzlich sind zwei verschiedene Initiatoren denkbar: Entweder löst das Endgerät den Wechsel aus, oder das Netzwerk initiiert das Offloading. Ziel der Mobilfunkanbieter ist es, dass sie und nicht die Anwender die Regeln für das Offloading vorgeben.

Zur Realisierung eines seamless Offloadings sind verschiedene Standardisierungen notwendig. So müssen Standards geschaffen werden, die eine Verknüpfung von Wi-Fi- und Mobilfunknetzen erlauben und eine übergreifende Authentifizierung ermöglichen. Maßgebliche Standards für das Traffic-Offloading sind Hotspot 2.0, auch als Passpoint bezeichnet, der Wi-Fi Allianz und Access Network Discovery and Selection Function (ANDSF) des 3GPP (3rd Generation Partnership Project).

Hotspot 2.0 vereinfacht und automatisiert den Zugang zu den Wi-Fi-Netzwerken durch die Möglichkeit einer SIM-basierten Authentifizierung. ANDSF bietet den Mobilfunkprovidern Kontrollmöglichkeiten, mit welchen Netzen sich die Geräte verbinden dürfen.

Dank dieser und weiterer geschaffener Standards erkennen kompatible Endgeräte automatisch Wi-Fi-Hotspots mit Roaming-Vereinbarungen mit dem Mobilfunkbetreiber des Anwenders und verbinden sich anschließend selbständig und sicher. Die Abrechnung der Leistungen zwischen Mobilfunkanbieter und WLAN-Betreiber läuft im Hintergrund.

Vorteile durch Traffic-Offloading für Nutzer und Netzbetreiber

Traffic-Offloading bietet sowohl für Netzbetreiber als auch für Mobilfunknutzer zahlreiche Vorteile. Mobilfunkprovider verlagern Datenverkehr in kostengünstigere Wi-Fi-Netzwerke mit lizenzfreien Frequenzbereichen und schaffen zusätzliche Netzkapazitäten, ohne in teure Mobilfunkinfrastruktur oder weitere Funkfrequenzlizenzen investieren zu müssen. Gleichzeitig verbessern sie das Nutzungserlebnis für ihre Kunden, indem durch Überlastung verursachte lange Antwortzeiten und schlechte Übertragungsraten vermieden werden. Bereiche mit großer Nutzerdichte und Indoor-Bereiche lassen sich per Wi-Fi-Hotspots breitbandig mit hoher Übertragungsqualität versorgen.

Mobilfunknutzer profitieren durch Traffic-Offloading von einer besseren Netzversorgung und höheren Übertragungskapazitäten. Das Offloading findet im Hintergrund unterbrechungsfrei statt und erfordert keine Nutzerinteraktion. Die mobilen Geräte der Anwender kommunizieren automatisch über die bestmöglich verfügbare Netzwerktechnik. Innerhalb von Gebäuden lässt sich die Netzwerkversorgung spürbar verbessern, da indoor installierte Wi-Fi-Hotspots die Gebäudebereiche funktechnisch besser versorgen als die in der Regel außerhalb der Gebäude betriebenen Mobilfunkantennen.

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