НАБЛЮДАЯ ЗА МОИМИ ВЫШКАМИ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ СОТОВОГО ТЕЛЕФОНА

Одна из моих любимых книг - 2013 «Высокопроизводительные браузерные сети» Ильи Григорика. Помимо множества полезных советов, книга иллюстрирована увлекательными историями из реальной жизни.

46% потребления батареи для передачи 0,2% от общего количества байтов
======================================== ====================

Всякий раз, когда пользователь Pandora воспроизводит песню, весь музыкальный файл передается приложением из сети за один раз, что является правильным поведением: скопируйте как можно больше данных, а затем выключите радио на максимально возможное время.

Однако после передачи музыки приложение будет проводить периодические измерения аудитории, отправляя прерывистые аналитические запросы каждые 60 секунд. Чистый эффект? На маяки аналитики приходилось 0,2% от общего числа переданных байтов и 46% от общего энергопотребления приложения!- Илья Григорик, High Performance Browser Networking

Илья не торопится, чтобы подробно изложить свою точку зрения. Чтобы просветить читателей на тему времени автономной работы мобильного телефона, он посвящает целую главу подробному описанию радиомодемов GSM, UMTS и LTE. Удивительно осознавать, что проблемы на одном уровне могут найти свои корни несколькими уровнями ниже.

Изучая весь стек, High Performance Browser Networking делает больше, чем просто предоставляет факты. Он защищает философию.

Хорошие разработчики знают, как все работает.
Великие разработчики знают, почему все работает.- Стив Содерс, высокопроизводительная сеть браузеров Предисловия

СТАРАЯ ИДЕЯ СНОВА НОВАЯ

Когда я читал это в 2013 году, я подумал, что было бы круто провести собственное исследование и визуализировать, как радио перескакивает из одной ячейки в другую, пока телефон путешествует. Эта идея не могла быть реализована с моим телефоном iOS 2013 года, поскольку он не предоставлял необходимые мне данные, но у моего текущего Pixel нет этой проблемы. LocationManager может предоставлять местоположение GPS (широта, долгота) каждую секунду. Между тем, TelephonyManager выдает cellID = (mmc, mcc, lac, cid), на котором сейчас находится радио. База данных CellID [1] позволяет узнать ( широту, долготу ) каждого CellID. Осталось нарисовать маршрут (красным) и каждую секунду соединение с ячейкой с цветовым кодом. Поездка от Саннивейла до центра Маунтин-Вью.Приведенный выше результат показывает 7-минутную поездку, покрывающую 3,7 км, с телефоном с поддержкой LTE (он же UE для пользовательского оборудования). По пути были обнаружены пять башен и девять ячеек (также известных как eNB для Evolved NodeB).

АНАЛИЗ

Объединение карты, Google StreetView и Википедии позволило разобраться во многом. - Несколько идентификаторов соты сопоставляются с одними и теми же координатами широты и долготы eNB. Это потому, что антенны, установленные на eNB, не имеют покрытия на 360 °. Угол и диапазон каждой антенны делят пространство на ячейки в форме кусочков пиццы. - Антенны расположены и ориентированы стратегически. На карте справа башни размещены вдоль шоссе 85, а антенны направлены параллельно ему. Некоторые антенны имеют исключительно узкую и большую дальность действия. Возможно, чтобы приспособиться к высокой плотности во время пробок. - eNB имеют гораздо более высокую плотность, чем я думал. Погуглив о «дальности действия вышки сотового телефона», мы получили цифру в 45 миль. Это может быть верно для сельской местности, но в городе плотность населения и плотность eNB взаимосвязаны. Это означает, что в Саннивейле каждую милю были башни. - Сайты не обязательно используются операторами совместно. Точность базы данных CellID (CellMapper) настолько высока, что я смог зайти в Google StreetView и увидеть настоящие башни. Я ожидал увидеть огромные монолиты с большими антенными решетками для каждого оператора, но в большинстве случаев это выглядело так, как будто там была одна. - Антенны eNB можно найти на многих вещах, помимо мачт [2] . Некоторые из локаций включают церкви [3] , электрические опоры.[4] , и даже коммерческие постройки. - Если вы привыкли искать их, эти когда-то невидимые вышки сотовой связи невозможно игнорировать. - Радиомодуль LTE UE может переходить из ячеек туда и обратно. Несколько раз в течение минуты кажется обычным явлением в городе, чтобы смягчить возведение препятствий. - Спаривание башен (или кемпинг) выглядит детерминированным. На двух предыдущих картах использование башни в общей части поездки выглядит одинаково. Выбор происходит в соответствии с конечным автоматом, настроенным каждой ячейкой через широковещательные сообщения SIB. Переход состояния происходит на основе множества факторов, таких как пороговое значение мощности сигнала предыдущей соты или пороговое значение мощности сигнала следующей соты. - Во время «долгого» (10 миль) вождения я увидел, что часть LAC (код зоны местоположения) в идентификаторе CellID осталась прежней. Согласно спецификациям LTE, вышки сотовой связи не должны выполнять передачу обслуживания UE, когда телефон остается в LAC. Телефон начинает располагаться на следующей башне, оставаясь в режиме RCC_IDLE без передачи данных. Это не только экономит батарею, это также означает, что операторы действительно не знают, где находится телефон, пока он остается в том же LAC (хотя точность геолокации на основе сотовой связи оспаривается еще со времен GSM [5] ). - Кажется, что каждая башня использует три антенны 120 °. Это довольно очевидно, когда кружишь вокруг одного. Обход башни показывает радиус 120 ° каждой ячейки.

ДАЛЕЕ ПО КРОЛИЧЬЕЙ НОРЕ

Рисовать карты было весело. Это заставило меня захотеть узнать больше об этой области. Я обнаружил, что он не только глубокий, но и довольно широкий. Даже составление минимальной таблицы для ее обобщения потребовало значительного количества исследований по аббревиатурам.

ПоколениеТехнологияМаркетингПримечания0GАвтомобильные телефоныТелефон Филипа Драммонда1GDynaTACТелефон Гордона Гекко2GGSMGSMNokia 3310 (кирпич). Возможность SMSGPRSГолосовые данные ИЛИ (не одновременно)КРАЙiPhone 1cdmaOneCDMA3GUMTSHSPAiPhone 3GS. Одновременная передача голоса и данныхHSPA +CDMA2000C2K4GLTELTEiPhone 5 / Pixel 1LTE AdvancedLTE +LTE Advanced ProLTE Pro5G5G5GiPhone 12 / Pixel 4a 5g5G мм волна5G мм волнаiPhone 12 Pro Max / Pixel 5G

ЭЗОТЕРИЧЕСКИЙ МИР

Начиная с 1998 года с 2G (GSM), все технологические стеки были стандартизированы и задокументированы 3GPP. Эти спецификации охватывают более сотни документов. Понимание их кажется достижением всей жизни.

Нет стека LTE с открытым исходным кодом, из которого можно было бы поучиться [6], и даже если бы он был, излучение в диапазонах сотовых телефонов строго регулируется, чтобы гарантировать, что частоты не будут загрязнены глючными модемами.

Немногочисленные книги в полях очень дороги. Мое «подлинное окно интереса» подпитывалось этими тремя.

• Введение в LTE от Кристофера Кокса.
• LTE Advanced Сасана Ахмади.
• Долгосрочная эволюция в пулях, 2-е издание Криса Джонсона.

Наконец, есть приложения, которые позволяют заглянуть под капот, чтобы показать состояние модема и сообщения. Я решил не использовать их, так как они не только дороги, но и требуют рутирования телефона.

ДРУГАЯ СТОРОНА ИСТОРИИ ПАНДОРЫ

После публикации этой статьи со мной связался разработчик Нил Микс, который разработал приложение Pandora для iOS. Он поделился некоторыми интересными мыслями и напомнил нам, что у истории часто есть две стороны.

Я был разработчиком приложения Pandora для iPhone в то время, когда было реализовано поведение, которое описывает Илья Григорик.

Мне было хорошо известно о негативном воздействии на батарею, вызванном пингами аналитики. Эти запросы были необходимы бизнесу для поддержки показателей, позволяющих рекламодателям оценивать использование и охват Pandora, что, в свою очередь, поддерживало доходы от рекламы, которые поддерживали компанию. Возможно, без этих сигналов компания не смогла бы оставаться платежеспособной!

Я бы предпочел, чтобы аналитика доставлялась в пакетном режиме одновременно с загрузкой звука, тем самым сводя к минимуму использование антенны. Но из-за характера аналитики мы должны использовать стороннего партнера для сбора и проверки. Мы сотрудничали со сторонней организацией в проекте по внедрению пакетного протокола, но по причинам, которые мне никогда не были вполне понятны, они не смогли или не захотели завершить проект во время моего пребывания в компании. Я помню, как меня это очень расстраивало.

Я нахожу удивительным то, что перспективы развития технологий так часто сдерживаются обстоятельствами реальных проблем, которые не имеют к технологиям никакого отношения.