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.
— 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.
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).
Навигация без GPS: как определить свои координаты по IP, GSM/UMTS и Wi-Fi
Содержание статьи
Тысячи лет назад о такой штуке, как GPS, никто не мог даже мечтать. Но моряки
и путешественники отлично справлялись с навигацией, используя компас и карты,
солнце и звезды. Сейчас – век цифровой, но тоже есть немало способов определить
месторасположение без всяких там систем глобального позиционирования.
Итак, начнем с самого простого.
IP нам в помощь
Имея такой ключ для адреса, ничего не стоит найти соответствующие ему
координаты в текстовой базе. Если же в распоряжении будет база в BIN-формате, то
задача еще проще. Для Perl, C, Python, PHP, Ruby, C#, VB.NET, Java, Visual Basic
сервисом подготовлены готовые модули (http://www.ip2location.com/developers.aspx),
которые легко использовать в своем проекте. В случае с PHP достаточно закинуть
на сайт модуль IP2Location.inc.php и создать несложный скриптик:
Можно просто вывести на экран, залогировать или отобразить на карте с помощью
Google Maps, передав широту и долготу в качестве параметра:
Используем мобильные вышки!
GSM-навигация своими руками
Теперь, когда все необходимые параметры получены, можно обратиться на сервер
и попробовать получить ответ. Приведу для этого несложный скрипт на Python’е,
который написал наш соотечественник Skvo и опубликовал на форуме
forum.netmonitor.ru:
net, cid, lac = 25002, 9164, 4000
import urllib
a = ‘000E00000000000000000000000000001B0000000000000000000000030000’
b = hex(cid)[2:].zfill(8) + hex(lac)[2:].zfill(8)
c = hex(divmod(net,100)[1])[2:].zfill(8) + hex(divmod(net,100)[0])[2:].zfill(8)
string = (a + b + c + ‘FFFFFFFF00000000’).decode(‘hex’)
try:
data = urllib.urlopen(‘http://www.google.com/glm/mmap’,string)
r = data.read().encode(‘hex’)
if len(r) > 14:
print float(int(r[14:22],16))/1000000, float(int(r[22:30],16))/1000000
else:
print ‘no data in google’
except:
print ‘connect error’
Для запуска, естественно, потребуется интерпретатор Python’а (обязательно 2-й
ветки, потому как на 3-й не запустится), который можно скачать с сайта
http://python.org/download/releases. В первой строке скрипта, как несложно
догадаться, необходимо подставить NET (MCC и MNC, написанные слитно), CID, LAC.
В результате скрипт сформирует запрос на сервер http://www.google.com/glm/mmap и
отправит его. Если базовая станция с этими параметрами есть в базе, то на экран
выведутся координаты, например, «59.200274 39.836925». В противном случае скрипт
выдаст ошибку: «no data in google». Любителям программировать не составит труда
добавить пару строчек, например, по указанным NET и LAC перебрать все варианты
CID (от 1 до 65536), и, посмотрев, какие сектора имеются у Гугла, узнать их
примерные координаты. Если тебе неохота морочить голову скриптами, на наш диск
мы выложили GUI-программу, написанную на C# (исходники прилагаются). В этом
случае ты автоматически получишь еще и ссылку, отображающую координаты на сайте
Google Maps. Ссылки на реализации на других языках смотри в боковом выносе.
Отдельно хочу сказать, что замечательный проект «Яндекс.Карты», который я
особенно люблю за возможность отображения точек, имеет точно такой же
функционал. И ровно так же, как и Google, предоставляет своей программе данные о
точке по запросу с указанием Cell ID, LAC, NET параметров:
Единственное отличие в том, что ответ сервис «Яндекса» возвращает в
XML-формате, который легко и удобно парсится для извлечения любых параметров.
О базовых станциях сотовых сетей
В статье я упоминал о неофициальных базах данных с расположением вышек
различных сотовых сетей. В интернете существует немало проектов, где
энтузиасты делятся собранной нетмониторами информацией. Из иностранных это –
celldb.org/aboutapi.php,
www.opencellid.org/api,
gsmloc.org/code,
cellid.telin.nl. Каждый
из них имеет простой API для получения координат с помощью обычного
HTTP-запроса, при этом в качестве параметров указываются традиционные MCC,
MNC, Cell ID и LAC.
Отдельно хочу упомянуть наш русский проект Netmonitor.ru, в котором собрана
инфа о большом количества БС Мегафона, МТС, Билайна, ТЕЛЕ2 и даже Skylink. К
тому же, на сайте располагается еще и крупнейший форум для исследователей
сотовых сетей.
Как заставить работать навигационные программы
Какой бы замечательной ни была программа Google Maps, использовать ее в
качестве навигационного инструмента, мягко говоря, затруднительно. Было бы
здорово, пускай и примерные, но все-таки координаты скормить нормальной
программе навигации, с хорошими картами, подробной адресацией и проработанными
алгоритмами прокладки маршрута. Некоторые программы, например, «Навител» и
«Автоспутник» имеют еще один плюс: они умеют подгружать информацию о пробках и
учитывать ее при составлении маршрута. Чисто теоретически, ничего не стоит
написать подобное приложение самому. Алгоритм прост:
На что способен Wi-Fi
Увы, в России хоть как-то заставить работать SKYHOOK мне так и не удалось.
Зато наши соотечественники вплотную взялись за реализацию подобной идеи,
воплотив в жизнь сервис Wi2Geo (www.wi2geo.ru),
который мне почему-то очень хочется назвать Wi2Go :). Ребята уже сейчас
предоставляют приложения для Windows Mobile, Symbian, Windows и Mac OS X, а для
навигации используют базу IP-адресов, информацию о ячейках GSM и, собственно,
точках доступа Wi-Fi. Базы никому не запрещено использовать в своих целях,
воспользовавшись открытым API (http://labs.wi2geo.ru/basicapi.php).
Огорчает только, что проект будет развиваться только в тех городах, где большое
покрытие Wi-Fi. А таковым пока можно назвать только Москву.
А как же трекинг?
Как это работает: координаты базовых станций
Этой статьей я открываю серию публикаций, в которых я буду описывать, как именно работают сервисы, представленные на этом сайте. И ниже я опишу, откуда сайт знает местонахождение базовых станций операторов сотовой связи, какова точность этого местоположения, какие параметры нужно знать для того, чтобы воспользоваться сервисом и где их взять.
Местонахождение базовых станций
Для начала нужно понимать, что сервис не знает и не может знать точное местоположение базовых станций, этой информации в свободном доступе нет, т.к. она является коммерческой тайной. Вместо этого, сервис показывает примерное местоположение сектора, т.е. усредненные координаты места, в котором наибольшее количество абонентов регистрировалось на искомом секторе.
Например, если поискать на сайте базовую станцию белорусского оператора МТС (https://xinit.ru/bs/257-01-114-1384), то мы увидим красный значок на улице Аладовых в Минске.
Базовая станция белорусского МТС (LAC: 114, CellID: 1384)
Но этот значок вовсе не означает, что базовая находится в этом месте. Почти наверняка, сама базовая станция будет стоять где-нибудь рядом, но не здесь. Однако, вокруг этого места находились люди, мобильные телефоны которых регистрировались в секторе с параметрами MCC, MNC, LAC и CellID, которые мы ищем. То есть мы не нашли базовую станцию, но мы нашли зону ее действия, что для геолокации, т.е. определения местонахождения абонентов по мобильному телефону, даже лучше, т.к. местоположение самой базовой станции не так много говорит о том, где находятся абоненты, ее использующие.
Также я хочу, чтобы вы понимали, что опция отображать зону действия базовых станций и параметр Радиус зоны действия в метрах являются условными и нужны для вашего удобства. Сервис не знает настоящие зоны действия базовых станций, а они могут варьироваться от пары десятков метров внутри торговых центров до десятков километров в малонаселенной сельской местности.
Зона действия базовой станции
Для получения информации о местонахождении секторов базовых станций сайт использует API геолокационных сервисов Google и Яндекс, а также открытые базы данных Mylnikov.org и OpenCellID. Сайт усредняет полученные значения от всех сервисов, используя весовые коэффициенты для повышения точности (самыми точными на данный момент являются данные Яндекс и Google) и отображает полученные координаты красной меткой. Однако, вы можете посмотреть на данные каждого сервиса в отдельности, нажимая на ссылки показать на карте.
Местонахождение сектора от каждого из сервисов отдельно
Как видно из скриншота, усредненное значение находится гораздо ближе к данным Google, чем к данным Mylnikov.org и OpenCellID. Если бы у Яндекса тоже были данные об этом секторе, красная метка стояла бы одинаково близко от координат Яндекса и Google. Таким образом удается практически исключить случаи отображения неверного местоположения секторов.
За мной следят?
А теперь я отвечу на вопрос, который, если вы дочитали до этого места, должен интересовать вас больше всего: откуда у всех этих сервисов данные о местонахождении мобильных телефонов, которые регистрировались на разных базовых станциях.
Big brother is watching you
Тут все просто — за нами, действительно, следят. Смартфоны на базе операционных систем Android и iOS, приложения Гугл- и Яндекс-карт (и, вполне вероятно, другие приложения от «отечественного Гугла») постоянно мониторят местонахождение телефона, собирают данные о расположенных рядом базовых станциях, WiFi-точках доступа, bluetooth-устройствах и отправляют все это вместо с координатами устройств на свои сервера вместе с местоположением телефона (только не думайте, что отключение GPS вас как-то оградит).
Однако, не все так страшно. Данные собираются обезличенно и обобщенно, только для того, чтобы вычислить местонахождение секторов и потом показывать таргетированную по месту рекламу, а также предоставлять сервис навигации, когда GPS-сигнал пропал или нестабилен. Так что довольно самонадеянно полагать, что Google или даже Яндекс хоть что-то знает конкретно о вас (если вы сами ничего не сообщили, заведя, например, аккаунт в gmail).
Это еще не конец
Статья уже получается слишком длинной, так что вопросы конкретного использования сервиса на этом сайте, разбор параметров базовой станции (MCC, MNC, LAC, CellID) и приложения для их получения, я разберу во второй части. А пока, пользуйтесь сервисом, и не забывайте, что сайт живет на ваши донаты.
Термины используемые в сотовой связи
В соответствии с решениями ГКРЧ о выделении полос радиочастот для радиоэлектронных сетей связи, на территории Москвы и Московской области сейчас разрешены к использованию следующие полосы частот и стандарты.
Диапазон частот нисходящего направления DwLink МГц
Диапазон частот восходящего направления UpLink МГц
Номер рабочей полосы (Band)
Для стандарта Wi-Fi на территории РФ разрешена работа в следующих диапазонах частот:
• Wi-Fi 2.4 ГГц (802.11b/g/n/ax) диапазон 2400—2483,5 МГц
• Wi-Fi 5 ГГц (802.11a/h/j/n/ac/ax) диапазоны 5150 — 5350 МГц и 5650 — 6425 МГц
Абсолютный номер радиочастотного канала (Absolute Radio Frequency Channel Number) связи стандарта GSM, на котором транслируется канал BCCH базовой станции.
ARFCN определяет пару частот, используемых для приема и передачи информации
Уровень сигнала, принимаемого от данного ARFCN
Mobile Country Code – мобильный код страны. MCC определяет страну, на территории которой действует сеть оператора сотовой связи
Mobile Network Code – код мобильной сети. MNC в комбинации с MCC используется для однозначной идентификации сети сотовой связи
Local Area Code – код локальной зоны. Локальная зона представляет собой совокупность базовых станций, обслуживаемых одним контроллером базовых станций (BSC)
CellID – идентификатор соты. Определяет базовую станцию и ее сектор, которые обслуживают данный ARFCN
Метка времени, определяющая момент обнаружения данного ARFCN
Cell Reselection Hysteresis – гистерезис уровня приема сигнала, требующийся для перевыбора соты. CRH служит для предотвращения нежелательного переключения абонентов, находящихся у границы локальной зоны (LA – Location Area), на соты соседней LA
Cell Reselection Offset – смещение критерия перевыбора соты. CRO используется для регулировки предпочтения переключения МПО абонента на соту, использующую данный ARFCN
RXLEV-ACCESS-MIN – параметр, характеризующий минимальный уровень принимаемого на МПО сигнала, при котором возможен доступ МПО к данной соте
Индикатор поддержки технологии GPRS базовой станцией, обслуживающей данный ARFCN.
В данном столбце могут быть отображены следующие значения:
– «1», если базовая станция поддерживает технологию GPRS;
– «0», если базовая станция не поддерживает технологию GPRS
Определяет значение таймера, задающего периодичность осуществления МПО абонента регулярной процедуры обновления местоположения (Location Update)
Индикатор наличия сообщения «System Information 2ter» в составе системной информации, транслируемой по каналу BCCH той соты, которая обслуживает данный ARFCN.
В данном столбце могут быть отображены следующие значения:
– «1», если сообщение «System Information 2ter» присутствует;
– «0», если сообщение «System Information 2ter» отсутствует
Список ARFCN, выделенных соте, которая обслуживает данный ARFCN
Список ARFCN, на которых транслируются каналы BCCH соседних сот. Список формируется по следующему принципу:
– для выбранных ARFCN стандарта GSM 900 отображается список ARFCN соседних сот стандарта GSM 900;
– для выбранных ARFCN стандарта GSM 1800 отображается список ARFCN соседних сот стандарта GSM 1800
Список ARFCN, на которых транслируются каналы BCCH соседних сот. Список формируется по следующему принципу:
– для выбранных ARFCN стандарта GSM 900 отображается список ARFCN соседних сот стандарта GSM 1800;
– для выбранных ARFCN стандарта GSM 1800 отображается список ARFCN соседних сот стандарта GSM 900
Абсолютный номер радиочастотного канала связи в системе UMTS (UTRA Absolute Radio-Frequency Channel Number), на котором транслируется канал BCCH базовой станции
Chip energy – уровень энергии на chip
Mobile Country Code – мобильный код страны. MCC определяет страну, на территории которой действует сеть сотовой связи
Mobile Network Code – код мобильной сети. MNC в комбинации с MCC используется для однозначной идентификации сети сотовой связи
Primary Scrambling Code – Ортогональный код
Метка времени, определяющая момент обнаружения данного UARFCN
Отношение энергии сигнала к интерференции
Signal to Interference Rate – отношение уровня сигнала к интерференции
Описание заносимых в столбец данных
Абсолютный номер радиочастотного канала связи в системе LTE (E-UTRA Absolute Radio-Frequency Channel Number), на котором транслируется канал BCCH базовой станции
Mobile Country Code – мобильный код страны. MCC определяет страну, на территории которой действует сеть сотовой связи
Mobile Network Code – код мобильной сети. MNC в комбинации с MCC используется для однозначной идентификации сети сотовой связи
Tracking Area Code – код зоны отслеживания. Зона отслеживания представляет собой совокупность зон обслуживания нескольких базовых станций стандарта LTE
Physical Cell Identity – физический идентификатор соты. Данный идентификатор используется для дифференциации сигналов разных сот
Cell Identity – идентификатор соты. Данный идентификатор определяет базовую станцию и ее сектор, которые обслуживают данный EARFCN
Ширина полосы частот данного EARFCN
Метка времени, определяющая момент обнаружения данного EARFCN
Уровень сигнала, принимаемого от данного EARFCN
Описание заносимых в столбец данных
Номер частотного канала
Название точки доступа на данном частотном канале
MAC адрес точки доступа на данном частотном канале
