xinit.ru

Нетмониторинг, XXI век

Чем мониторить?

Итак, для начала о самих нетмониторах. Если в эпоху становления сотовой связи стандарта GSM вам нужно было искать специальные аппараты, которые имели встроенную функцию нетмонитора, искать и вводить сервисные коды для активации, а то и перепрошивать их, то сейчас достаточно иметь любой смартфон на базе ОС Android (ну или почти любой, за китайские айфоны на андроиде я говорить не берусь).

Хорошо себя показали аппараты серии Nexus (в первую очередь из-за последней версии ОС Android), а также HTC Desire — нетмониторы на этих аппаратах они показывают максимально возможную информацию. Аппараты других марок и моделей тоже подойдут, но могут не отображать некоторую дополнительную информацию (например, список соседних базовых станций, о чем более подробно написано ниже).

Если смартфон у вас уже есть, пол дела сделано. Надо поставить программу-нетмонитор. Их не так много, а хороших и вообще почти нет. Я тестировал на Nexus 5 следующие программы (собственно, это все, что мне удалось найти в PlayMarket из нетмониторов, ну кроме откровенного китайского трэша):

Все, что требовалось от программ, так это корректно отображать параметры, необходимые нам для мониторинга сети (какие именно, я расскажу ниже), и сохранять их в удобочитаемый пригодный для машинной обработки лог вместе с GPS-координатами.

Название приложения Описание
Network Monitor Не показывает соседние соты, интерфейс малоинформативный.
NetMon - Radio Network Monitor Умеет показывать соседей и уровни сигнала. Ведет вполне адекватный лог. Но вот с LTE программа явно подкачала — нужных данных не выдает.
Netmonitor Простейший интерфейс, показывает соседние соты в GSM, отображает уровень сигнала, ведет лог. В UMTS и LTE ведет себя адекватно, выдает все нужные данные.
G-MoN Информативный интерфейс, отображает соседей, выдает нужные данные в LTE, ведет подробный лог.
Мониторинг сигнала GSM Соседи есть, с 3G все хорошо, а вот в LTE нужных данных не выдает.
G-NetTrack Все хорошо с этой программой, но в LTE нужные данные не показывает.
Network Monitor Light Приложение являет собой некое торжество примитивизма. Отправляется на свалку по причине отсутствия нужных данных в LTE (хотя даже если бы они там были, врядли бы мне было приятно пользоваться этой программой).

Таким образом, рекомендовать могу лишь две программы, честно выполняющие свои задачи: G-MoN и Netmonitor (G-MoN мне нравится больше, но здесь уже дело вкуса).

Что мониторить?

Теперь немного о том, что именно нужно смотреть в только что скачанном и установленном нетмониторе. Для начала, определимся с задачей — нам необходимы параметры, однозначно определяющие базовую станцию, а точнее, конкретный сектор (соту) базовой станции или другую минимальную ячейку позиционирования в мобильной сети.

Итак, рассмотрим распространенные типы мобильных сетей.

GSM

GSM, Global System for Mobile Communications — Глобальная система для мобильной связи. Сеть второго поколения. В России применяется в следующих частотных диапазонах:

Название Диапазон на передачу, МГц Диапазон на прием, МГц
900 890–915 935–960
1800 1710.2–1784.8 1805.2–1879.8

Для 900-го диапазона существует несколько модификаций, призванных увеличить пропускную способность сети за счет расширения частотного диапазона:

Название Название полностью Диапазон на передачу, МГц Диапазон на прием, МГц
E-GSM Extended GSM 880–915 925–960
R-GSM Railways GSM 876–915 921–960
T-GSM Trunking GSM 870.4–876.0 915.4–921.0

GSM-1800 также называется DCS (Digital Cellular Service, Цифровой Сотовый Сервис).

В сети GSM нам понадобятся следующие параметры:

Параметр Формат Описание
MCC 3 десятичные цифры Mobile Country Code, Код страны. Уникальный идентификатор страны (полный список MCC).
MNC 2–3 десятичные цифры (ведущие нули имеют значение, 01 и 001 — это разные коды) Mobile Network Code, Код мобильной сети, Код оператора. Уникален в стране с MCC (смотреть список по странам в Википедии или на сайте Международного Союза Электросвязи (ITU, International Telecommunication Union)).
PLMN ID MCC + MNC1, 5–6 десятичных цифр Public Land Mobile Network Identifier, Идентификатор наземной подвижной сети общего пользования. Является первыми 5–6 цифрами IMSI-номера SIM-карты, в нетмониторах может обозначаться просто как сеть (net).
LAC 16-разрядное целое число Location Area Code, Код местности. Уникален в пределах сети оператора с соответствующим MNC.
CID 16-разрядное целое число Cell Identifier, Идентификатор соты. Уникален в пределах местности с определенным LAC.
TA 6-разрядное целое число (от 0 до 63) Timing Advance, Временное Опережение, Опережение Синхронизации. Показатель временной задержки прохождения сигнала. Увеличивается на 1 при росте удаленности от базовой станции на каждые 550 метров.
  1. Здесь и далее в таблицах, символ + означает конкатенацию, т.е. сцепление строк, а не арифметическую операцию.

Таким образом, получаем иерархическую цепочку идентификаторов MCC–MNC–LAC–CID (PLMN ID–LAC–CID), где для однозначного определения соты в мире важны все параметры. И именно эти параметры нам показывает любой нетмонитор.

Если нетмонитор показывает параметр TA, то можно примерно (с градацией 550 м) установить удаленность мобильной станции от базовой станции. Для позиционирования это может быть полезным, если известно точное местоположение вышки.

В сети GSM базовые станции (BTS, Base Transceiver Station) передают мобильным станциям (MS, Mobile Station — обозначение мобильных телефонов, модемов и т.п.) не только информацию о той соте, в которой работает MS, но и список соседних сот (NCL, Neighbor Cell List). Этот список конфигурируется для каждой соты при настройке параметров сети и служит для корректного проведения процедуры перехода MS из одной соты в другую (такой переход называется handover или handoff, читать подробнее).

Приложения-нетмониторы могут отображать список соседних сот, правда это работает не на всех смартфонах.

UMTS

UMTS, Universal Mobile Telecommunications System — Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система. Сеть третьего поколения. Всего в сети UMTS насчитывается 26 частотных диапазонов, из них в России официально разрешено использовать два:

Номер Название диапазона Диапазон на передачу, МГц Диапазон на прием, МГц
1 2100 1920–1980 2110–2170
8 900 880–915 925–960

В сетях UMTS такое понятие, как Сота (Cell) не определено. Вместо него появляется концепция Зоны обслуживания (Service Area, SA). Каждая зона обслуживания может состоять из одной или более физических ячеек (сот или секторов, по аналогии с GSM), т.е. может обслуживаться несколькими базовыми станциями (NodeB) одновременно (это, кстати, одно из основных фундаментальных отличий сетей третьего поколения от своих предшественников). Каждая ячейка, в свою очередь, может входить более чем в одну зону обслуживания. Т.е. зоны обслуживания могут пересекаться.

Современные устройства могут одновременно соединяться с тремя физическими ячейками, что помогает обеспечить процедуру т.н. бесшовной или мягкой передачи (softer handover, soft handover, читать подробнее), без разрыва и пересоздания канала.

Сопоставление зон обслуживания и ячеек происходит прозрачно, т.е. незаметно для сети передачи данных и, соответственно, для нетмониторов.

Возвращаясь к параметрам, которые нам нужно зафиксировать, в сетях UMTS для нас важны MCC, MNC, LAC, а также:

Параметр Формат Описание
SAC 16-разрядное целое число Service Area Code, Код зоны обслуживания. Уникален в пределах местности с определенным LAC.

Как видим, для нетмониторинга различие заключается только в названии — CID поменялся на SAC, остальные параметры остались прежними, а уникальный номер соты (в данном случае, зоны обслуживания) имеет такой вид: MCC–MNC–LAC–SAC.

Нетмониторы, обычно, не делают различий в обозначении, и код зоны обслуживания показывают как CID.

Что касается списка соседних сот, то он здесь тоже присутствует и называется Neighbouring Set. Однако, соседние соты здесь являются именно физическими сотами, каждая из которых определяется неуникальным номером PSC (Primary Scrambling Code, всего 512 различных PSC), так что использовать их для позиционирования не получится.

Стоит также отметить, что нетмониторы, в частности G-Mon, фиксируют также эти параметры:

Параметр Формат Описание
RNC ID 16-разрядное целое число Radio Network Controller Identifier, Идентификатор контроллера радиосети. Контроллер радиосети нужен для управления группой базовых станций NodeB, его номер уникален в пределах сети оператора.
C-ID 16-разрядное целое число Cell Identity, Идентификатор соты. Представляет собой уникальный для каждого RNC идентификатор физического сектора. Используется в составе UC-ID (см. ниже).
UC-ID RNC ID + C-ID UTRAN Cell Identity, Идентификатор соты UTRAN1. Уникальный в сети оператора идентификатор физической соты. Используется для идентификации секторов в интерфейсах связи NodeB с RNC и RNC друг с другом.
  1. UTRANUniversal Terrestrial Radio Access Network, Сеть универсального наземного радиодоступа, название сети передачи данных UMTS.

Нужно заметить, что G-Mon вместо UC-ID показывает параметр, который у него называется LCID и определяется как RNC ID + SAC. Этот так называемый LCID для позиционирования пользовательского оборудования не используется. Настоящий UC-ID также не используется пользовательским оборудованием и нужен для корректного функционирования опорной сети (CN, Core Network).

LTE

LTE, Long-Term Evolution — Мобильная сеть четвертого поколения, в буквальном переводе: Долговременное развитие (строго говоря, LTE представляет собой все еще третье поколение связи, и обозначается как 3G LTE, т.е. Долговременное развитие сетей третьего поколения. Четвертым поколением могут полноправно называться только сети LTE Advanced). Сети LTE могут быть развернуты в 44 частотных диапазонах (при этом, в диапазонах 33–44 применяется временное разделение каналов (TDD, Time Division Duplex), т.е. прием и передача происходят в одном диапазоне, но не одновременно). В России официально разрешены следующие диапазоны:

Номер Название диапазона Диапазон на передачу, МГц Диапазон на прием, МГц
7 2600 2500–2570 2620–2690
20 800 832–862 791–821
38 TDD 2600 2570–2620
40 TDD 2300 2300–2400

Если говорить о параметрах, определяющих ячейку в сетях LTE, то здесь все несколько иначе. Нам понадобится PLMN ID (MCC и MNC), а также следующие параметры:

Параметр Формат Описание
TAC 16-разрядное целое число Tracking Area Code, Код зоны отслеживания. Уникален в пределах сети оператора.
eNB ID 20-разрядное целое число eNodeB Identifier, Идентификатор eNodeB1. Уникален в пределах сети оператора.
Cell ID 8-разрядное целое число Cell Identifier, Идентификатор соты. Уникален для каждого eNodeB.
ECI eNB ID + Cell ID, 28-разрядное целое число E-UTRAN Cell Identifier, Идентификатор соты E-UTRAN2, уникален в PLMN.
  1. eNodeB — Аналог базовой станции в LTE. В GSM называется BTS, а в UMTS — NodeB.
  2. E-UTRANEvolved Universal Terrestrial Radio Access Network, Сеть расширенного универсального наземного доступа, название интерфейса передачи данных сети LTE.

Однозначно идентифицирует соту здесь связка параметров MCC–MNC–ECI (PLMN ID–ECI). Как видно, никакого LAC в сетях LTE не предусмотрено.

Это вызвано тем, что сеть передачи данных в LTE предельно упрощена и состоит лишь из сети базовых станций (eNodeB) и выделенного ядра пакетной передачи данных. Никаких коммутаторов (MSC, Mobile Switching Center), контроллеров базовых станций (BSC, Base Station Controller) или контроллеров радиосети (RNC, Radio Network Controller) здесь нет, а их функции возложены на связанные между собой базовые станции eNodeB.

Тем не менее, аналог LAC в сети LTE тоже существует — это TAC. Однако он уже не участвует в иерархической нумерации сот (более того, соты на одной базовой станции могут иметь различный TAC) и нужен для корректного отслеживания местоположения пользовательского оборудования (UE, User Equipment — аналог MS из GSM) — при переходе UE в другую зону отслеживания, происходит процедура обновления зоны отслеживания (Tracking Area Update). TAC в сетях LTE служит для логического деления сети на зоны отслеживания, в отличие от LAC, который обусловлен, скорее, физическим разделением сети.

Приложения-нетмониторы могут вместо TAC использовать обозначение LAC.

В сетях LTE базовые станции также передают пользовательскому оборудованию информацию о соседних сотах, но здесь, как и в UMTS, это информация о физических сотах, определяемых неуникальным номером PCI (Physical Cell Identity, всего 504 различных PCI, читать подробнее).

Как пользоваться?

Сервисы определения местоположения по базовым станциям, видимо, для сохранения единого интерфейса, всегда требуют ввода четырех параметров:

Сеть Параметры для определения местоположения
GSM MCC–MNC–LAC–CID
UMTS MCC–MNC–LAC–SAC
LTE MCC–MNC–TAC–ECI

Именно эти 4 параметра нам и отображает правильный нетмонитор. Если вместо MCC и MNC нетмонитор показывает PLMN ID, то разделить его на две части очень просто. Первые 3 цифры являются MCC, остальные 2 или 3 цифры — MNC.

И не забывайте, что все сервисы показывают усредненное местоположение именно телефона (сектора базовой станции), а никак не самой базовой станции (за исключением Яндекса, который пытается вычислить как координаты сектора, так и координаты самой вышки).

Собственно, это все, что я хотел рассказать в этой статье. Если у вас есть вопросы, пожелания, замечания, исправления, смело пишите в комментариях или через форму обратной связи.

{{ '1400272260000' | date:'dd.MM.yyyy HH:mm' }}

Комментарии:

вверх