FAQ про работу сотовой сети для самых маленьких
— В чём отличие сотовой связи от связи с помощью раций? Связь — это так называемый вариант точка-многоточка, когда информация от одной рации передается на выделенной частоте, и все, кто настроен на ту же частоту, слышат вызов. Пока у вас 10 абонентов — всё просто. Когда людей становится больше, начинают быстро разбирать частоты, и очень скоро новые разговоры создавать негде — свободных частот не остается. Сотовая связь использует тот же частотный канал, но не отдает его в безраздельную собственность одного абонента, а разделяет его между несколькими, каждому выделяя лишь короткий промежуток времени для передачи информации. Вы можете в этом случае использовать частоты эффективнее и уметь соединять людей друг с другом напрямую. Однако для того, чтобы быстро обработать такой поток информации и разделить информацию одному абоненту в частотном канале от информации другому, необходим новый узел, который будет производить необходимые вычисления — появляется базовая станция или ретранслятор.
— Ок, пока просто. Пропустим пару шагов эволюции инфраструктуры, что получится? Телефон связывается с ближайшим ретранслятором (базовой станцией), она доставляет данные в контроллер базовых станций и далее через голосовую Core Network несёт на другую базовую станцию, которую использует второй абонент. Та, в свою очередь, отдаёт данные и голос ему. Таким образом, каждый абонент имеет точку входа в общую сеть, а сеть обеспечивает коммутацию и доставку информации.
— А как делается авторизация в такой сети? По аппаратному ключу. В вашу SIM-карту, кроме процессора, оперативки и средств I/O, вшит сертификат, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Этот же сертификат с использованием других алгоритмов обеспечивает шифрование сигнала: разговоры в сотовой сети «закрываются».
— А откуда базовая станция знает, что вызываемый абонент находится на её территории покрытия? Когда абонент звонит другому абоненту, от голосовой Core Network приходит команда на все базовые станции, с требованием проверить наличие вызываемого абонента: что-то вроде «Вася, ты тут?». Эта процедура проверки называется Paging. По идее, телефон абонента отвечает одной из них, что он здесь. Дальше устанавливается соединение через нужные узлы. Но с ростом количества базовых станций их стали объединять в географические группы — Location Area, которые управляются с узла голосового коммутатора — MSC.
— Ок, новый тип узла, коммутатор. Что он делает? Переходим на новый уровень сложности. Есть регионы, в каждом из них — своя группа базовых станций, координируемая общим узлом-контроллером. Контроллер обеспечивает подключение к себе всех базовых станций, и сбор от них звонков абонентов. Но что с этими звонками делать, он не знает и передает всю информацию на тот самый Коммутатор. Коммутатор знает, где и когда последний раз находился каждый абонент в его зоне действия, и поэтому, когда вы звоните Васе:
Сначала ваш телефон по радиоканалу передает звонок на БС. БС ретранслирует данные до контроллера Контроллер передает те же данные на коммутатор Коммутатор проверяет номер, который вы вызываете — есть ли такой в зоне его обслуживания? Если да, коммутатор отправляет вызов в нужную Location Area, чтобы получить ответ от базовой станции, где последний раз регистрировался Вася Если такой номер не принадлежит нашему коммутатору, он отправляет вызов на другой коммутатор в соответствии с имеющимися у него таблицами маршрутизации и ищет нашего Васю в других сетях Коммутатор другой сети также отправляет вызов своим базовым станциям по известной ему Location Area, где последний раз регистрировался Вася Одна из базовых станций отвечает на наш вызов, и вы, наконец, можете начать разговор. — Ладно, а как коммутатор узнает, что Вася в его зоне (LA)? Базовые станции имеют код зоны — LAC. Когда ваш телефон переключается на базовую станцию, LAC которой отличается от предыдущего использованного, отправляется специальный пакет с обновлением расположения — Location Area Update. Этот сигнальный пакет обрабатывается коммутатором, в нем же сохраняется информация, что ваш телефон зарегистрирован на базовой станции с новым LAC. В будущем все вызовы на ваш номер будут отправляться по базовым станциям имеющим данный LAC, пока коммутатор не получит новый пакет Location Area Update, где будет информации о новом географическом коде. Кроме того, на всякий случай такой пакет отправляется раз в несколько часов, даже если вы не сдвигаетесь с места.— То есть когда телефон лежит около колонок, и они делают странные звуки — это не пришельцы меня слушают? Нет, это просто Location Area Update или какой-то другой сигнальный пакет, которые телефон передает и принимает постоянно, даже если вы с ним ничего не делаете.
— Кто строит базовые станции? Сотовые операторы. Или точнее их подрядчики, которые имеют соответствующие лицензии на строительство и опыт работы. Как показывает нехитрый подсчёт, на Россию нужно от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч базовых станций для покрытия 95% территории. Очень приблизительно, одна БС стоит около 2 миллионов — это по затратам как открыть маленький ресторан. Это ещё если нашёлся подходящий годный столб. Если столба нет — смело пишите до 8 миллионов, особенно, если вышка где-то в степи или на горе со сложным доступом.
— Из чего состоит инфраструктура оператора и куда идут мои деньги? Кроме базовых станций, контроллеров, коммутаторов, магистральных транспортных линий и других узлов сети (которых только чтобы перечислить, потребуется полстраницы) нужны склады запчастей, инженерные службы, сервис и так далее. Базовые станции на домах требуют арендных отчислений собственникам, людям нужна зарплата, оборудование нужно менять, проводить техническое обслуживание, оплачивать счета за электричество потребляемое оборудованием. Плюс операторы постоянно расширяются — это новое железо, обновление старого, новый софт. А ещё есть офисы с теми, кто пишет ПО, колл-центры, аналитики, маркетинг, реклама, салоны продаж и подключений — в общем, полный набор.
— Стойте-стойте, забыли ЦОД! Верно, для работы сотового оператора нужно обрабатывать огромное количество данных. Именно поэтому сотовые операторы обычно обладают не только хорошей магистральной сетью, но и наиболее современными дата-центрами. В дата-центрах считается всё. Одна из самых ресурсоёмких задач — подсчёт баланса в реальном времени. Кстати, операторы сотовых сетей настолько давно и успешно работают с ЦОД-ами, что их опытом и ресурсами пользуются многие другие — арендуя ресурсы дата-центров сотовых операторов для своих проектов.
— Ок, тут понятно. А как взаимосвязаны сети разных операторов? Принцип примерно похож на вызов одним коммутатором другого. Упрощая, вы связываетесь с БС, она — с контроллером, тот — с коммутатором, а коммутатор ищет узел входа в другую сеть по номеру вызываемого абонента. Коммутатор родной сети находит нужный номер в своих таблицах и определяет, на какой внешний коммутатор необходимо отправить вызов, после чего создается маршрут до нужного узла.
— А роуминг? Телефон обычно пробует найти домашнюю сеть. Если это не получается, он начинает искать другие сети и пытается в них регистрироваться. Коммутатор сотовой сети, где вы пытаетесь зарегистрироваться, проверяет, есть ли у данного оператора роуминговое соглашение с вашим домашним оператором. Если такое разрешение находится, коммутатор точно знает, что абонентов вроде вас можно обслуживать, и вы получите связь. Например, когда вы приезжаете в новую страну, вас почти сразу «подхватывает» другая сеть, с которой у вашего оператора есть соглашение. Эти соглашения в большинстве очень редко обновляются, поэтому цены на трафик могут быть очень высокими. Там, где у вас есть безлимитный трафик в роуминге, скорее всего, соглашение было обновлено относительно недавно невероятной кровью юридических отделов обоих операторов.
— Можно ли выйти в роуминг в своём регионе? Технически — да, другой оператор имеет возможность вас «подхватить». Но чтобы так не случилось, ваша SIM содержит настройки не цепляться к чужим отечественным сетям, а коммутаторы чужих сетей не разрешают вашему телефону регистрироваться на базовых станциях неродного оператора. Иначе бы вы оказывались в роуминге в лифте, на границе области и так далее. Исключение — аварийный межсетевой роуминг, когда все сети работают для всех абонентов во время чрезвычайных ситуаций. Ну и всегда нужно помнить, что звонки в службу спасения можно делать всегда, даже через чужую сеть! Когда на вашем экране появляется надпись «Только экстренные вызовы» или «SOS» это означает, что ваш оператор в данном месте не имеет своих базовых станций, но через сеть другого оператора вы можете сделать бесплатный звонок на экстренный номер »112».
— Почему телефоны Verizon не работают в РФ? Причин может быть масса. Самая распространенная — «залочка» телефона под конкретный код сети оператора. Согласно стандарту сотовой связи, каждый оператор имеет уникальный код, который не повторяется нигде в мире, и технически довольно легко обеспечить при включении телефона проверку SIM карты — тот ли код сети на ней использован. Другая возможная причина — в каждой стране используются свои частоты для организации связи, и у каждого оператора лицензия на определённые диапазоны. Соответственно, если устройство вдруг не поддерживает диапазоны, используемые в РФ, работать в отечественных сетях оно не будет.
— Что надо знать про транспорт до БС? Транспортный канал требуется каждой базовой станции, чтобы передавать информацию от абонентов, которая собирается через радиоканалы. Чаще всего транспорт до базовой станции сегодня — либо радиорелейный канал (РРЛ), либо кабели: медные и оптические. Оптика быстрая и крутая, медь дешевле и проще в использовании, а радио позволяет не класть кабель там, где это сложно или дорого делать. Учитывая, что каналы резервируются кольцами, обычная архитектура — пара оптических колец на город и область, плюс ветки базовых станций на медном транспорте и выносы на 1–2 хопа по РРЛ.
Чебоксары и Новочебоксарск, схема конца 2012 года
— Что с магистралями? Только оптика, причём, сегодня — со спектральным уплотнением (DWDM). Для надежности — тоже кольца. Главный враг магистрали — экскаватор, который решил покопать там, где лежит кабель-канал. И даже красная ленточка с предупреждениями за полметра до кабеля не спасает — её обычно снимают с ковша уже постфактум.
— Чем отличаются 2G, 3G и 4G? Это разные поколения стандартов сотовой сети, о чем можно догадаться по буковке G, которая означает Generation. Сети 2G, в основном, предназначены для передачи голоса, скорости передачи данных там очень невысоки по современным меркам. В сетях 3G можно передавать высококачественный голос, и одновременно предоставлять сервис передачи данных с высокой скоростью. Сети 4G сейчас являются сетями последнего поколения и предназначены только для высокоскоростных сервисов передачи данных, коммутация голосовых каналов в этой сети не предусмотрена стандартом, так что стоит помнить: даже если оператор предоставляет услуги голоса в сетях 4G, это какой-то вариант передачи голоса в IP сетях. Как правило, на одном сайте устанавливается несколько комплектов оборудования для создания сетей разных стандартов, которые предоставляют абонентам разные сервисы. В ближайших планах — замена множества разнотипных блоков базовых станций на общие — мультистандартные. Стандарты сотовой сети отличаются массой технического функционала, но вы этого почти не видите. Наиболее значимые отличия для обычного абонента — разная скорость интернета, разные зоны покрытия, разное качество голоса (HD-Voice очень крут).
