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 специальному ключу. В вашу SIM-карту, кроме процессора, оперативки и средств I/O, вшит ключ, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Этот же ключ, 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:
    1. Сначала ваш телефон по радиоканалу передает звонок на БС.
    2. БС ретранслирует данные до контроллера
    3. Контроллер передает те же данные на коммутатор
    4. Коммутатор проверяет номер, который вы вызываете – есть ли такой в зоне его обслуживания?
    5. Если да, коммутатор отправляет вызов в нужную Location Area, чтобы получить ответ от базовой станции, где последний раз регистрировался Вася
    6. 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
    7. Коммутатор другой сети также отправляет вызов своим базовым станциям по известной ему Location Area, где последний раз регистрировался Вася
    8. 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 регулярно, 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.

    image
    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).
    ВымпелКом (Билайн)
    76,00
    Компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 30

      0
      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
      Получается что один глючный телефон с неправильно выставленными промежутками времени может подавить работу всего частотного канала, а специальное маленькое устройство которое шумит на всех каналах подавит работу всех ближайших базовых станций?
      А как с этим борются?
        0
        Сомнительно, что маленькое устройство сможет шуметь так громко, что заглушит сигнал базовых станций… А телефон с некорректными таймслотами тоже можно считать разновидностью бытовых помех.
          0
          Данный материал сильно упрощен. Конечно в реальной сети все контролируется большим количеством алгоритмов, которые четко соблюдаются как со стороны базовой станции так и со стороны телефона. Ни один приличный производитель телефонов не может себе позволить выпускать телефоны которые не соответствует стандартам — он будет работать или очень плохо, или совсем никак.
            +1
            Технологии, работающие по радио, вообще очень хрупкие в плане защиты от атак на отказ в обслуживании. Например, каким бы шифрованным ни был ваш вайфай — засевший в доме напротив снайпер может периодически отправляемыми маленькими пакетиками полностью вам его сломать. Даже «шуметь» не надо. Вы с этим ничего сделать не сможете кроме экранирования.

            А еще в продаже есть глушилки сотовой связи… Правда, там маленьким deauth не обойтись.
              0
              Тут описана, по сути GSM сеть с TDMA. есть другие способы разделения частотно-временного ресурса между абонентами сети.

              PS. Комментарий предназначался для ветки уровнем выше :(
            0
            А что происходит с авторизацией и «настройкой не цепляться к чужим отечественным сетям», при смене оператора с сохранением номера? Как это технически реализовано?
              +2
              В случае с переносом номера есть несколько нюансов. Во-первых стоит уточнить, что для поддержки этой технологии в сети ставится отдельный специальный элемент маршрутизации — SRF. В нашей стране принята схема MNP — all call query, которая подразумевает что коммутатор по каждому звонку делает сначала запрос на SRF, а потом уже ищет номер в своей сети. Так же в правила маршрутизации для поддержки MNP был добавлен дополнительный параметр — RN (Routing Number), который хранит код оператора и код региона. Таким образом, если раньше маршрутизация осуществлялась только по номеру, то сейчас по RN + номер (MSISDN). Еще следует отметить, что SRF каждого сотового оператора содержит информацию обо всех перенесенных в стране номерах. Т.о. коммутационная сеть, обратившись в SRF, всегда сразу узнает перенесенный это номер или свой — родной.
                0
                Те даже после переноса номера абонент авторизуется в своей «старой» сети? Впрос был именно про авторизацию и настройку приоритетной сети для SIM-карты.
                  +1
                  Нет конечно. Я забыл сказать одну вещь. Абоненту при переходе к другому оператору выдается новая SIM-карта. Авторизация в сети происходит не по номеру, а по уникальному идентификатору SIM-карты — IMSI. Он при переходе к другому оператору у абонента поменяется, в отличие от номера, который останется прежним, включая DEF код.
                  0
                  RN (Routing Number), который хранит код оператора и код региона

                  То есть, теоретически, переход с сохранением номера возможен не только между операторами, но и между регионами?
                    0
                    Теоретически да. Но в данный момент это запрещено.
                +1
                В пункте о роуминге забыли упомянуть про межрегиональный роуминг внутри сети одного оператора.
                  +1
                  Роуминг внутри сети оператора это сущность по сути виртуальная. Назвать его так можно только условно, так как телефон регистрируется в родной для него сети. А вот расчет стоимости звонка в биллинговой системе идет несколько по-другому. Для этого анализируется LAC где зарегистрировался абонент и DEF код номера. Если они принадлежат разным регионам, то звонок тарифицируется как национальный (межрегиональный) роуминг. На сети для этого ничего не делается.
                  0
                  Разве телефоны verizon не работают в РФ не потому что используют CDMA, в то время как в РФ повсеместно используется GSM?
                    0
                    Согласен, Verizon в данном случае не очень удачный пример, их сети на стандарте CDMA, в России большая тройка работает на GSM/W-CDMA/LTE. Но конкретно Verizon-овские аппараты не заработали бы и в российской сети CDMA, поскольку у нас эти сети были на частотах 450, а в Америке на других. С другой стороны сейчас все больше стандартов можно поддерживать на одной аппаратной платформе телефона одновременно, поэтому есть шанс что телефон с поддержкой CDMA, может работать и в сетях GSM/W-CDMA, но это нужно проверять в спецификации телефона.
                      0
                      так поменяли бы на AT&T или Vodafone в тексте :)

                        0
                        в нижнем новгороде достаточно долго (эдак лет 10) существовала cdma800. скайлинк с cdma450 просуществовал куда меньше.
                      +4
                      с 12 летием Вас кстати :) Спасибо за экскурсию
                        +1
                        Спасибо :)
                        Правда день компании у нас был пару месяцев назад, но поздравления всегда к месту.
                        0
                        Интересно, насколько опасно находиться вблизи антенны базовой станции? У нас как раз на офиссном балконе стоит мачта с антеннами, и моё рабочее место всего на этаж ниже. На антене есть желтый значек предупреждающий об излучении.
                          +3
                          В непосредственной близости от антенны находится конечно не рекомендуется, на это есть требования наших гос. регуляторов.
                          Но ваше место — под антенной внизу, одно из наиболее безопасных, поскольку антенны направленные, и непосредственно под антенной покрытия данная антенна практически не создает.
                          Если интересно — в нашем блоге многократно эти вопросы обсуждались:
                          habrahabr.ru/company/beeline/blog/202216/ — Излучение телефонов: мифы и легенды
                          habrahabr.ru/company/beeline/blog/132169/ — О шапочках из фольги
                          habrahabr.ru/company/beeline/blog/220579/ — О контроле плотности электромагнитного поля в заданном месте
                          0
                          Лет 10 назад читал, что для шифрования разговоров в сотовой сети использовался по слухам довольно некриптостойкий алгоритм A5 с длиной ключа 64 бита, из которых известно, что последние 10 бит равны 0, что якобы делало возможным его взлом даже на обычном персональном компьютере за несколько секунд/минут. Расскажите как обстоят дела в 2014 году, и насколько это близко к действительности?
                            0
                            Для шифрования применяется семейство алгоритмов A5/X. В частности для шифрования радиоуровня GSM, используются алгоритмы A5/1, A5/2, A5/3. Сейчас в России по факту применяется A5/1, и именно про него регулярно появляются новости о «легком взломе», «катастрофической незащищенности» и т.п. Это действительно не самый защищенный алгоритм, и методологии его взлома существуют. Но для того чтобы взлом удался требуется большой набор условий, которые по факту в реальной сети реализовать весьма не просто.
                            Мы ведем работы над улучшением криптостойкости этого алгоритма, совместно с производителями оборудования. Кроме того, планируется постепенно будем активировать алгоритм A5/3, который существенно лучше защищен, главный его недостаток, что поддерживается он не всеми телефонами.
                            0
                            Дайте больше инфы по ДЦ — какой софт\БД используют для обработки накопленных данных.
                              0
                              Заранее проше прощения за комментарий не по теме топика, но больше вариантов нет.
                              Уважаемые представители билайна, технари, посмотрите пожалуйста, что происходит с инжектом вашего кода в http странички.
                              Вот исчерпывающее описание проблемы другим пользователем habrahabr.ru/post/230921/
                              Номера тикетов: 55351761, 55366822.

                              Только в хроме(!) при шаринге интернета с мобилки мне в страницы сцепляется вот это: прямо с хабра же:

                              <!-- [start] toolbar body -->
                              <script name="ets-anchor" type="text/javascript" src="http://toolbar.beeline.ru/ets/scripts/Anchor.js"></script>
                              <!-- [end] toolbar -->
                              


                              В мозилле и опере этого нет. Меняю в мозилле юзер агента на хромовский, и опа, в мозиле тоже появляется. Официальный твиттер помочь не смог, хотя я туда писал уже в очень раздражённом состоянии. Провели множество звонков со службой поддержки, пытались фиксить тем что не выключив внедрение для меня банили сам контент скрипта, а сегодня отзвонились и сказали что это технически не выполнимо и перенаправить жалобу на более высокостоящего технаря они не в состоянии. Я глубоко опечален тем что мне приходится использовать хабр для этого, но всё-же. У вас мой номер, в контактах на хабре есть почта, готов помочь любыми средствами, но почините этот ужас, донесите до менеджеров и директоров, ну нельзя так нагло лезть в трафик.
                                0
                                Данное вмешательство в трафик позиционируется как услуга Мини Кабинет moskva.beeline.ru/customers/products/mobile/services/details/mini-kabinet/ Более того, из меню никакой возможности отказаться от услуги нет, сама услуга в личном кабинете не отображается.
                                И, кстати, в твиттере отвечающие говорят о тех вещах которые ни разу не пробовали сделать. twitter.com/Beeline_RUS/status/518683554361122817 ибо никакого выбора на сколько отключить так и не было предоставлено.
                                  0
                                  Отправил вопрос коллегам, но там все делается не по одному клику мышки, поэтому решение может быть не быстрым.
                                0
                                если разговоры в сети закрываются шифрованием, то почему в интернете периодически появляются подслушанные разговоры высокопоставленных лиц?
                                  0
                                  это совсем другой вопрос, не связанный с шифрованием на радиоинтерфейсе.
                                    0
                                    А я не спрашивал про шифрование на радиоинтерфейсе.

                                    например, транспорт до БС тоже с шифрованием не связан, но вы про него рассказали.

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое