Остаемся на связи

Мы звоним, переписываемся в мессенджерах и пользуемся стримингами даже в метро. Незаметно для себя мы привыкли, что смартфоны почти не теряют сигнал. И поэтому раздражаемся, если даже на глубине нескольких десятков метров под землей до нас не могут дозвониться, не отправляются сообщения, а видео уходят в буферинг. В этом материале вместе с Tele2 мы расскажем, какие технологии и оборудование позволяют сделать так, чтобы это происходило как можно реже.

В четырех стенах

На улице непогода: дождь и гроза, ветер ломает деревья. Электричество отключилось, и Wi-Fi больше не работает. И все-таки вы наслаждаетесь сериалом и листаете социальные сети: смартфон не теряет сигнал, и мобильный интернет работает, даже несмотря на происходящее за окном. Как это возможно?

В первую очередь качество связи зависит от продуманного радиопланирования сети: количества вышек, базовых станций и антенн. Ключевая задача оператора заключается в том, чтобы создать качественное покрытие и обеспечить достаточную сети. При этом необходимо учитывать ландшафт местности: перепады высот, наличие естественных препятствий и тип застройки (мегаполис, маленький город, поселок).

Операторы размещают вышки и базовые станции таким образом, чтобы минимизировать участки, где сигнал может быть слабым или пропасть. Покрытие зависит от количества и расположения базовых станций, которые формируют так называемые «соты».

Необходимое количество базовых станций зависит от количества людей, которые будут пользоваться связью: чем больше активных устройств, тем выше должна быть пропускная способность. Поэтому в городах, где спрос на мобильную связь и интернет выше, базовых станций больше и расположены они ближе друг к другу. Так операторы обеспечивают большую емкость сети.

По мере развития сети базовых станций становится больше, а высота подвеса антенн уменьшается, чтобы между сотами были четкие границы. Некоторые базовые станции могут достигать всего 10 метров в высоту. Они собирают трафик исключительно вокруг себя. Этого достаточно, чтобы станция реализовывала свою ресурсную мощность.

В центрах крупных городов плотность базовых станций очень высокая: они стоят через каждые 200–300 метров. В этом случае радиус соты составляет около 100 метров. Одна станция берет на себя первые 100 метров, другая — следующие и так далее. А в местности с низкой плотностью застройки расстояния между станциями исчисляются километрами.

Чем ниже частота, тем длиннее радиоволна. На заре сотовой связи радиус сот достигал 30 километров, то есть абоненты в радиусе десятков километров обслуживались одной базовой станцией. Правда, тогда нужно было передавать только голос, а сегодня для потребителя важнее быстрый интернет, требующий более высоких частот. Поэтому у сетей LTE они в 2–3 раза выше, а длина волны и, соответственно, радиусы покрытия — меньше.

Наконец, чтобы улучшить качество связи в зданиях с толстыми стенами, операторы устанавливают базовые станции внутри зданий (обеспечивается indoor-покрытие).

От станции к станции

Когда вы перемещаетесь по городу (например, едете по КАДу), то наверняка не обращаете внимания, что звонок не прерывается, а интернет-соединение остается стабильным. На это не влияет ни скорость движения, ни плотность застройки, ни ландшафт. Почему?

Как мы уже сказали, в городах базовые станции устанавливают в большом количестве и близко друг к другу. Поэтому смартфон всегда подключен к станции, которая находится недалеко от него. Препятствием для сигнала могут стать холмы, деревья и высокие здания, поэтому станции располагают так, чтобы покрыть максимально возможное пространство, — на открытой местности или крышах домов.

Но как сигнал остается постоянным, если абонент движется? Для поддержания связи при перемещении абонента используется технология хэндовер (англ. handover. — Прим. N + 1). Благодаря ей при перемещении от одной базовой станции к другой подключение не обрывается. За это отвечает софт: станции «общаются» между собой и знают, где находится абонент. Смартфон постоянно сообщает в сеть, какой базовой станцией он сейчас пользуется, какое качество сигнала от нее ловит и какие еще базовые станции видит.

Хэндоверы могут быть двух видов: хард и софт. В первом случае абонент резко отключается от одной базовой станции и переключается на другую — тогда может происходить кратковременный обрыв связи. Во втором абонент может на некоторое время занимать ресурсы нескольких базовых станций: он не отключается от одной базовой станции, пока не установлено соединение с другой. Например, при поездке по КАДу абонент проезжает зону действия десятков базовых станций. Сначала он пользуется одной, потом некоторое время пользуется ресурсами двух находящихся поблизости, а затем переключается на следующую базовую станцию.

На лету

Представьте: вы устроили себе перерыв на работе и хотите скоротать время за просмотром видеороликов или в любимой мобильной игре. Каждая минута отдыха на счету, и очень хочется, чтобы контент стримился без задержек. От чего это зависит?

В первую очередь от скорости интернета. Она обеспечивается технологиями, которые поддерживает устройство (например, поколения мобильной связи 3G и 4G в России), настройками сети на устройстве, частотой, на которой предоставляется доступ в интернет. А как мы писали ранее, чем больше частота, тем меньше длина волны сигнала и тем быстрее сигнал затухает. Скорость передачи данных зависит от диапазона используемых частот (наиболее популярными в России являются диапазоны LTE 800, 1800, 2100 и 2600 МГц) и ширины полосы в заданном диапазоне. Чем шире полоса частот, тем потенциально выше максимально достижимая скорость передачи данных.

У некоторых смартфонов могут отсутствовать важные аппаратные функции, которые могут влиять на скорость. Например, агрегация частот. Она дает возможность задействовать два приема-передатчика телефона, позволяя абоненту использовать ресурсы одновременно обеих частот и увеличить скорость передачи данных. Видите на экране не 4G, а 4G+? Значит, она работает. Если агрегация не поддерживается, телефон не сможет обеспечивать такую же высокую скорость, как в более дорогих смартфонах. Однако задача сотового оператора — одинаково качественно обслужить всех владельцев телефонов, поэтому они адаптируют сети как под дорогие смартфоны, так и под бюджетные.

На работу мобильного интернета также может влиять количество пользователей. Для эффективного распределения нагрузки операторы сетей применяют различные технологии, например:

• Carrier Aggregation (агрегация нескольких частот), о которой мы писали выше;
• MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) — она позволяет передавать несколько потоков данных одновременно, увеличивая скорость и помогая эффективно управлять нагрузкой.

Кроме того, операторы используют технологии управления трафиком, с помощью которых оптимизируют потоки данных и обеспечивают приоритет доступа к ресурсам для различных типов трафика. Это помогает улучшить качество обслуживания, когда сеть находится под высокой нагрузкой.

Как меня слышно?

Мы все реже пользуемся обычными звонками, предпочитая созваниваться в мессенджерах или отправлять голосовые сообщения. Но даже если вы редко с кем-то разговариваете по телефону, то могли заметить, что собеседника, если он использует микрофон смартфона, почти всегда идеально слышно. Кажется, что сегодня передача голоса уже не основная задача для операторов, но они все равно поддерживают качество звука на высоком уровне. Как минимум звонок не должен обрываться, а в лучшем случае вам должны быть слышны все интонации собеседника.

В этом помогает технология HD Voice — набор аудиокодеков, которые трансформируют аналоговый сигнал в цифровой, чтобы передать его по сети. Она появилась достаточно давно, а мы успели забыть, как звучали звонки раньше: тогда голос человека кодировался в диапазоне частот, который позволял делать речь разборчивой, однако не передавал всех оттенков живой речи. Благодаря этой технологии голос кодируется в настолько широком диапазоне частот, что слышны интонации, отдельные звуки.

Поддерживать высокое качество звонков помогает также технология VoLTE (Voice Over LTE). Когда сотовая связь только появилась, операторы пытались придумать способ осуществлять голосовые звонки через интернет. Выяснилось, что с помощью LTE можно передавать любые объемы информации, будь то фото, видео или звук. Для онлайн-разговора вживую не требуется высокая скорость передачи информации. Важнее, чтобы она была стабильной — это поможет избежать задержек и эхо-эффекта, когда звук доходит позже и говорящий слышит себя.

Не для чужих ушей

Даже не самый тревожный человек на фоне новостей об утечке личных данных пользователей задумается о том, как обезопасить себя. На сотовых операторах лежит большая ответственность: они собирают персональные данные, обрабатывают голоса и текстовые сообщения, а также владеют технической информацией, например сведениями о местоположении абонента. Всем нам хочется быть уверенными, что посторонние лица не получат доступ к звонкам и другой чувствительной информации. Хорошая новость: чтобы украсть ее у оператора связи, злоумышленникам придется постараться.

Защита пользовательских данных на стороне оператора состоит из нескольких уровней. Такой подход позволяет кратно уменьшить вероятность успеха того или иного сценария атаки. Например, если она начинается на сетевом уровне и развивается до уровня операционной системы сервера, а затем переходит на уровень приложения, то вероятность взлома значительно снижается.

Голосовой трафик операторы защищают с помощью алгоритмов шифрования данных, устойчивых ко взлому при перехвате трафика. Например, A5/3 для 2G, UEA2/UIA2 для 3G, EEA2/EIA2 для 4G.

Для защиты баз данных также используется многоуровневый подход. В центрах обработки данных обеспечивается физическая безопасность оборудования, тогда как на сетевом уровне базы данных защищаются межсетевыми экранами с модулями предотвращения вторжений. Серверная инфраструктура, виртуализация, операционные системы и прикладное ПО защищаются как встроенными средствами (обновления безопасности, контроль конфигураций, управление доступом и прочим), так и внешними средствами (контроль целостности и доверенная загрузка, привилегированный доступ, системы защиты от вредоносного кода).

Наконец, безопасность приложений и систем, которые взаимодействуют с базой данных, позволяет обеспечить принцип минимальных привилегий. Каждый пользователь получает доступ только к тем ресурсам и данным, которых достаточно для выполнения рабочих задач. Например, у разработчиков или менеджеров не должно быть доступа к финансовым отчетам бухгалтерии, и наоборот.

Везде как дома

Вы прилетели отдыхать в другую страну. Теперь вам надо: 1) написать родным, что все в порядке; 2) понять, как добраться до отеля, и вызвать такси. Для этого нужен интернет. Конечно, можно купить сим-карту местного оператора, но возиться с ней не всегда бывает удобно, а некоторым людям нужно оставаться в доступе по своему номеру телефона. В таких случаях используют роуминг, который позволяет пользоваться услугами связи в большинстве стран мира.

Мобильные операторы по всему миру взаимодействуют через ассоциации, которые составляют глобальное GSM-сообщество. Оно располагает информацией обо всех участниках мирового мобильного рынка. Через его механизмы операторы из разных стран устанавливают контакты, заключают соглашения о роуминге и дополнительные соглашения к нему, которые определяют условия сотрудничества.

Последовательность установления сотрудничества примерно такая: мобильный оператор А в стране Х заключает договор и определяет коммерческие условия, проводит техническое тестирование с мобильным оператором В в стране У. Соответственно, абоненты оператора А при посещении страны У смогут регистрироваться в сети оператора В и получать услуги связи, и наоборот.

Реклама: Общество с ограниченной ответственностью «Т2 Мобайл», ИНН 7743895280, erid: LjN8KMSXM