行動通訊與網際網路技術的發展

過去很長的一段時間,使用電腦(PC)上網一直是連接網際網路主要方式。很難想像短短的幾年間,行動上網數量已經不知不覺的將PC上網遠遠拋在後面。台灣網路資訊中心的「2015年台灣寬頻網路使用調查報告」:使用者使用具有行動上網的手機上網統計為68.8%,使用桌上型電腦僅佔56.3%。市調機構IDC預測未來兩年,全球十大PC品牌至少有兩家將退出市場,以解決市場過於擁擠的情形。拜行動通訊技術與市場的發展,今日網際網路30多億使用人數當中,行動上網人數也已經超越使用PC上網人數,SIM卡為主的智慧手機或智慧裝置遍佈網際網路各個角落。科技世界的變化有如滄海桑田。放眼未來,行動上網的動能似乎也看不到任何減緩的趨勢,再加上物聯網的想像空間,行動寬頻技術與商業前景簡直不可限量。

相對於行動網路市場與行動接取技術的突飛猛進,網際網路的主體架構幾乎毫無變動,兩者有如汽車與馬車的對照,令人隱約感覺網際網路將成為博物館陳列物。行動上網的第一波從2000年中期3G通訊技術的導入開始,行動終端設備的數量大幅度增加。不到10年數量快速增加到目前約有23億個手機上網。每年新增數量將近4億個。ITU資料顯示2014年智慧手機與平版市場中,Google Android系統市場佔有率約為 84%,Apples iOS系統市場佔有率約為12%,剩餘不到4%的市場份額主要就是微軟的Nokia Lumina系統。

早期第二代GSM行動技術資料傳輸能力小於32Kbps。3G傳輸技術提升到20Mbps下傳速度。3G採用PPP通道鏈接局端電信設備。4G 寬頻技術則是捨棄PPP通道,直接以原生IP鏈接局端電信設備。4G採用MIMO多輸入多輸出技術使用較大頻率區段提升傳輸率,使4G理想上有機會達到100Mbps速度。

頻率資源主要有兩種類別,一種是不需許可的頻率,如WiFi無線頻率;另一種是特許的頻率。電信公司必需支付政府可觀的頻率規費取得特許頻率執照。越來越多國家頻率資源採取競價方式釋出,電信公司取得頻率所負擔的成本越來越高。通常政府為了避免獨家壟斷,同一地區會控制至少兩家以上電信公司維持基本的市場競爭。頻率資源稀少性加上政府執照高度控制下,新電信公司要進入既有電信市場門檻相當高,市場競爭機制因此逐漸鬆弛。當市場達到平衡狀態,競爭者間會形成默契保持市場價格,此時電信價格與服務成本已經沒有直接關係。如果沒有其他因素,電信市場寡佔可能持續很長時間。

WiFi無線網路使用的2.4GHz或5GHz不需要頻率許可。WiFi室內服務涵蓋範圍大約可達70公尺,室外涵蓋範圍最多可達250公尺。WiFi比起SIM卡電信技術具更高的傳輸量(802.11b 約10-50Mbps; 802.11ac上限約為1.3Gbps)。WiFi服務雖然具高傳輸量,對使用者仍有其他不小限制,使WiFi服務供應商無法與大型電信公司抗衡,WiFi只能淪為公部門免費公眾服務、或是電信公司附屬小眾產品。而這個情況隨著市場變動與技術創新逐漸產生變化。

電信產業過去將WiFi服務與行動通訊服務劃分為不同市場區塊,現在這兩者間的競爭越來越直接。電信業者推出WiFi服務除了應付訊務分流需要、順帶提供現有用戶更多寬頻選擇。中華電信CHT WiFi無線上網、美國Comcast Xfinity服務都屬於這種類型。隨著行動用戶數量成長,電信公司在人口密集都會區使用少量特許頻率越來越不容易滿足用戶對高速寬頻的需求。對電信公司而言,減少特許頻率的消耗就是節省公司營運支出(OpEx)。導入WiFi分流訊務已經是電信公司需要認真考慮的選擇。研究資料顯示,美國多數的無線訊務來自WiFi服務,少數來自手機行動通訊服務。

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圖1. 美國WiFi與行動通訊訊務量比較 (資料來源: Strategy Analytic)

WiFi技術最大的缺陷就是缺乏移動性。移動WiFi收訊熱點會中斷網路TCP連線,新熱點分配新IP位址並重設TCP連線,用戶被迫中斷原有應用服務而需再重新登入。這種缺乏連線狀態移交(handoff)機制使用者無法延續原有服務,無法滿足使用者對”行動通訊”的要求。執掌網際網路標準的IETF社群注意到這個問題,提出Multipath TCP(MPTCP)技術,此技術已通過審查成為RFC6824技術標準。Multipath TCP技術在通訊兩端使用邏輯TCP session,路徑(IP)變動或增加更多路徑不會影響邏輯TCP session。這種技術架構使得應用服務得以持續運行於高彈性與高速的網路環境。

MPTCP技術是網際網路原生技術,它繼承網際網路核心精神:各階層獨立並充分發揮最大彈性。這個最大彈性展現的情境就是,無論電信公司或服務供應商使用何種通訊技術(WiFi, 4G, 5G,藍芽等)、或是同時導入多種通訊技術彙整總頻寬,使用者都不會因為IP重新配置影響或中斷原有應用服務。

MPTCP對電信市場的意義是,WiFi服務與特許頻率的行動通訊服務將沒有差異(除了WiFi傳輸速度更快以外)。使用者預先在智慧手機設定好MPTCP偏好選項,系統自動搜尋優先網路或彙整異質網路總頻寬上網,網路異動切換不會中斷使用者應用服務連線,使用者也不會感受網路的切換。

MPTCP功能讓使用者不需再受傳統電信業務綑綁,智慧手機具有更多網路選擇。不僅如此,包含藍芽、USB等通信埠在新技術架構下都可以轉化為頻寬供應來源。一旦智慧手機有能力判斷哪一類型的網路可供使用並自動切換或整合頻寬使用(目前智慧型手機皆已具備判斷網路可用度檢測功能),電信公司逐漸會發現它越來越難維持高價格的服務。因為電信公司無法提供差異化服務, 最終只能以優惠價格來吸引客戶。別忘了WiFi頻率無須負擔昂貴特許頻率費用,這項優勢對長期壟斷電信市場的公司(incumbents)將形成高度競爭壓力。

未來網際網路將是無差異化的網路連線環境,無差異化使網路服務隱身於生活各個角落,使用者不會感覺它們的存在也不需要瞭解它們的運作方式,網路如同空氣與水一般隨處可得而無使用負擔。這樣的網路環境才能滿足物聯網數百億個物件無負擔地與生活環境結合,這才是智慧生活的開始。