Home > Analiza > Przeciążenia sieci komórkowych – skąd bierze się ten problem?

Przeciążenia sieci komórkowych – skąd bierze się ten problem?

PrzewodnikLiczba użytkowników usług internetowych świadczonych za pomocą sieci komórkowych stale rośnie. Najczęściej spotykamy się z problemami związanymi ze słabym sygnałem. Jednak później wiele narzekań użytkowników sieci mobilnych wiąże się z dwiema ściśle powiązanymi kwestiami: zawsze za małymi limitami transferu oraz problemami z działaniem sieci pojawiającymi się w godzinach szczytu.

O ile pierwszy problem raczej nie spędza snu z powiek użytkownikom bezpłatnego internetu Aero2, o tyle druga kwestia staje się coraz bardziej widoczna w wielu rejonach.

Postanowiłem wyjaśnić, na czym polega i skąd bierze się problem przeciążeń, a co za tym idzie dlaczego operatorzy ograniczają ilość danych, jaką możemy w ciągu miesiąca przesłać przez nasz modem.

Godziny szczytu – gdy ruch zamiera

Zacznijmy od podstaw. Na czym polega takie przeciążenie sieci. Czasem podczas korzystania z sieci ściągamy jakieś większe pliki, albo wchodzimy na strony z dużą ilością grafiki lub strumieniem wideo (np. Youtube). Spodziewamy się, że potrzebne nam dane ściągną się z sieci w ciągu kilku-kilkunastu sekund i zwykle tak się dzieje. Niestety czasem okazuje się, że strona otwiera się wielokrotnie dłużej, niż „wcześniej” lub „dawniej”, film na YT otwiera się bardzo długo i co chwilę musimy czekać na dociągnięcie kolejnego fragmentu, albo plik, który normalnie ściągał się ze stałą prędkością pobiera się teraz kilka razy wolniej. Czasem ruch zamiera całkiem i nie pomaga nic – rozłączenie i ponowne połączenie, resetowanie komputera.

Takie spowolnienia spowodowane są zwykle tym, że z sieci jednocześnie korzysta wiele osób i można z pewnym przybliżeniem wskazać typowe godziny, kiedy tak się dzieje.

Podstawowymi godzinami szczytu telekomunikacyjnego są 18:00 do 22:00. Dlaczego? Wtedy właśnie wszyscy mieszkańcy wracają do domów, uruchamiają komputery, sprawdzają pocztę, korzystają z sieci, robią zakupy, bawią się na facebooku, czy oglądają filmy. Spadek wydajności sieci widoczny jest przede wszystkim w miejscach o gęstej zabudowie, blokowiskach i osiedlach mieszkaniowych.

W centrach miast ruch ogólnie wzrasta w ciągu dnia i spada pod wieczór, jednak szczyt (znacznie mniejszy) przypada na godziny 8-12, gdy biura rozpoczynają pracę oraz przed wyjściem z biur, około 15-17.

Ruch prawie całkiem zamiera w godzinach nocnych, od północy do 6-7 rano, dlatego wielu operatorów oferuje tzw. transfer nocny obejmujący właśnie ten okres. Jednak właśnie z powodu tych ofert specjalnych można zauważyć spowolnienia w działaniu niektórych sieci zaraz po północy i po godzinie pierwszej (w tych godzinach zaczynają się oferty w rożnych abonamentach).

Koniecznie trzeba tutaj zaznaczyć, że poza dużymi ośrodkami miejskimi i z dala od gęstych osiedli efekt szczytu telekomunikacyjnego jest widoczny znacznie słabiej, a wiele osób w ogóle go nie zauważa.

Dlaczego sieć zwalnia?

Skąd jednak bierze się to ograniczenie i spowolnienie? Czyżby „internet nie wyrabiał”? Wyjaśnienie nie jest trudne – ograniczeniem jest tutaj sposób działania sieci komórkowej.

W przypadku sieci stacjonarnej dostarczanej kablowo, np. po linii telefonicznej albo przez sieć kablową, możemy z pewnym przybliżeniem wyobrazić sobie, że do naszego domu dostarczana jest rura, o przepustowości np. 21 Mbit/s. Tyle danych możemy przez tę rurę pobrać do swojego komputera w ciągu sekundy. Jeżeli sami korzystamy na jednym komputerze z takiej „rury” i operator ma odpowiednio wydajną sieć (rury dosyłające do nas internet) – niezależnie od pory dnia i nocy taką prędkość zwykle udaje się osiągnąć.

W przypadku sieci komórkowych sytuacja jest zupełnie inna. Przysłowiowa „rura” idąca od stacji bazowej sieci komórkowej do naszego modemu jest jedna – ale wspólna dla wszystkich użytkowników znajdujących się w jej zasięgu. Musimy się więc podzielić tym pasmem z innymi. Jak to wygląda w praktyce?

Przepustowość jednej stacji bazowej

Weźmy pod lupę najbardziej nas interesującą sieć, czyli Aero2. Dla uproszczenia przyjmijmy, że wszyscy użytkownicy zgodnie z regulaminem korzystają z modemów wysokiej kategorii. Niech będą to modemy E3131s-2 – o szybkości 21 Mbit/s. Wiemy stąd, że w przybliżeniu dostępne pasmo dla wszystkich użytkowników jednej stacji bazowej to właśnie 21 Mbit/s.

Wiemy, że zgodnie z koncesją na potrzeby bezpłatnego dostępu do Internetu Aero2 rezerwuje 20% zasobów sieci, czyli 4,2 Mbit/s. Tyle jest do podziału między wszystkich użytkowników bezpłatnego internetu. Ilu użytkowników możemy w ten sposób podłączyć?

Zakładając, że każdy użytkownik pracuje z maksymalną dostępną prędkością, czyli 512 Kbit/s łatwo policzyć, że jednocześnie pracować może w ten sposób zaledwie 8,4 użytkownika.

Ile osób obejmuje swoim zasięgiem stacja bazowa Aero2? Możemy to oszacować za pomocą informacji z Wikipedii oraz korzystając z niezawodnego serwisu mapa.btsearch.pl:

Zasięg stacji bazowej w centrum miasta

Zasięg stacji bazowej w centrum miasta - Warszawa, skala 200m, źródło: mapa.btsearch.pl (czerwone kółko pokazuje orientacyjny obszar obsługiwany przez BTS)

Powyżej widać centrum miasta – w tym przypadku Warszawy. Widać wiele stacji bazowych, ale charakterystyczna dla podanego problemu jest stacja na ul. Mazowieckiej, która swoim zasięgiem obejmuje w przybliżeniu obszar średnicy niecałego kilometra. Ile osób obsługuje ta stacja? W śródmieściu mieszka około 120 tysięcy osób, możemy założyć, że razem z osobami dojeżdżającymi do pracy i na uczelnie będzie to 200 tysięcy. Stacji bazowych Aero2 na obszarze śródmieścia jest około 10, jednak ta stacja ma jeden z większych obszarów do obsłużenia, poza tym zabudowa jest tutaj dość gęsta. Tak więc ta stacja z grubsza obsłużyć musi około 30-40 tysięcy osób.

Oczywiście nie wszyscy korzystają jednocześnie z Aero2. Biorąc pod uwagę, że w sumie 1,3% ludności Polski ma karty Aero2 i nie więcej, niż 1/10 korzysta na raz z tych kart, to widzimy, że w zasięgu tej stacji bazowej z sieci może chcieć w szczycie skorzystać około 50 osób. Moje doświadczenie wskazuje, że w Warszawie jest statystycznie więcej posiadaczy kart, niż w innych rejonach kraju, poza tym mamy tutaj dużo uczelni, a wśród studentów liczba użytkowników Aero2 jest także większa.

Jednak nawet biorąc pod uwagę te 50 osób widzimy, że to znacznie więcej, niż 8,4 użytkownika, jakie obsługuje taka stacja bazowa.

Masz BTS Plusa i Aero2 w miejscowości Sadowne

Masz BTS Plusa i Aero2 w miejscowości Sadowne - widać trzy sektory

Tutaj jednak warto wiedzieć, że jedna stacja bazowa składa się często z co najmniej 3 tak zwanych sektorów, z których każdy obsługuje inny kierunek. Dzięki temu łączną pojemność takiej stacji bazowej możemy przemnożyć przez tę liczbę – mamy więc 25,2 jednocześnie pracujących użytkowników BDI z maksymalną szybkością.

Przy 50 użytkownikach chętnych do korzystania z sieci okazuje się, że maksymalną prędkość jaką możemy uzyskać będzie mniej więcej połowa oferowanej przez Aero2, to znaczy około 256 kbit/s. (Praktyczne testy wskazują na obciążenie sektora wschodniego na tyle duże, że prędkości spadają do 100 kbit/s; wiąże się to prawdopodobnie z obecnością kompleksu uniwersyteckiego; musimy pamiętać, że z pewnością nie wszyscy korzystają z urządzeń odpowiednio szybkich – ciągle popularne są przecież modemy 7,2 Mbit/s, kategorii 8 – a to obniża dodatkowo efektywną szybkość).

Nie możemy zapominać o tym, że większość użytkowników nie wykorzystuje cały czas maksymalnej dostępnej prędkości. Zwykle wyświetlamy jakąś stronę internetową, a następnie czytamy ją, a w tym czasie łącze oczekuje przesyłając najwyżej niewielkie ilości danych.

Są jednak użytkownicy, który faktycznie cały czas obciążają łącza. Inni korzystają z transmisji strumieniowej typu Youtube, czy radia internetowego.

Dla kontrastu sytuacja z innej części Polski, okolice miejscowości Mońki i Knyszyna. Stacja bazowa niedaleko miejscowości Trzcianne obsługuje obszar o kilkanaście razy większej powierzchni. Jednak liczba mieszkańców nie przekracza tutaj 2-3 tysięcy. Szansa na wystąpienie tutaj przeciążenia jest bliska zeru. Nie jest to także okolica specjalnie turystyczna i nie ma szans, żeby nagle liczba użytkowników podwoiła się – nawet wtedy możliwość przeciążenia byłaby niewielka.

Zasięg stacji bazowej na terenie wiejskim - Knyszyn/Mońki, skala 2000m, źródło: mapa.btsearch.pl

Zasięg stacji bazowej na terenie wiejskim - Knyszyn/Mońki, skala 2000m, źródło: mapa.btsearch.pl (czerwone kółko pokazuje orientacyjny obszar obsługiwany przez BTS)

 

Awarie

Nie możemy zapominać jeszcze o jednym czynniku. Wszystkie urządzenia techniczne, zwłaszcza tak złożone jak stacje bazowe sieci komórkowych, czasem ulegają awariom. Czasem także konieczne są prace serwisowe, konserwacja, czy też rozbudowa. Oznacza to, że praktycznie każda stacja bazowa od czasu do czasu jest po prostu wyłączana. W miejscach o rzadkim rozkładzie stacji może spowodować to spadek siły sygnału, albo jego całkowity okresowy zanik. Jeżeli dzieje się tak w mieście, możemy nie zauważyć spadku zasięgu.

Jednak gdy ruch z wyłączonej stacji bazowej przejmą okoliczne stacje, spada pojemność tej części sieci – z tego powodu także uzyskiwane prędkości mogą być mniejsze i to znacząco.

Innym przykładem awarii może być problem z działaniem infrastruktury operatora. Sieci przesyłowe, konfiguracja systemów lub po prostu błąd ludzki może spowodować nieprawidłowe działanie lub całkowitą awarię sieci komórkowej. Z tego typu problemem mamy do czynienia teraz w sieci Aero2 (marzec 2014, problem braku adresów IP – nie ogranicza on prędkości połączenia, ale liczbę jednocześnie korzystających użytkowników).

Rozwiązania

W jaki sposób rozwiązuje się tego typu problemy?

Operator ma jeden podstawowy sposób – zniechęcanie użytkowników do nadmiernego korzystania z sieci. Stąd właśnie biorą się limity transferu.

Kolejną metodą jest rozbudowa sieci – budowa nowych stacji bazowych zwiększa pojemność sieci i liczbę użytkowników, którzy mogą wygodnie korzystać na danym obszarze z usług operatora. Niestety poza składaniem reklamacji na działanie sieci my, użytkownicy, niewiele możemy zrobić. Dla operatora jest to jednak poważny koszt i taka rozbudowa nie zawsze jest możliwa.

Najskuteczniejszym sposobem jest więc… przeniesienie się tam, gdzie ruch w sieci jest mniejszy. Oczywiście rzadko możemy pozwolić sobie na zmianę miejsca zamieszkania z powodu usług internetowych, jednak przysłowiowa wycieczka na miasto lub do sąsiedniej miejscowości w celu sprawdzenia działania sieci pozwala wykluczyć problemy z konfiguracją posiadanego sprzętu.

W miastach często pomaga… zmiana okna, przy którym korzystamy z sieci. Jeżeli mamy mieszkanie z oknami wychodzącymi w rożnych kierunkach, czasem udaje się w ten sposób złapać sygnał z innej, czasem mniej obciążonej stacji bazowej.

Niestety są sytuacje, w którym jedynym rozwiązaniem jest po prostu skorzystanie z usług innego operatora, którego sieć jest bardziej pojemna (ma więcej stacji bazowych lub korzysta z technologii LTE), lub mniej obciążona.

Właśnie dlatego warto korzystać z możliwości testowania usług – operatorzy często umożliwiają zwrot zestawu i rezygnację z umowy, jeżeli w ciągu kilku dni stwierdzimy, że nie działa to prawidłowo.

Tutaj jednak pojawia się kolejny problem: z czasem liczba użytkowników sieci komórkowych rośnie i nawet, jeżeli zakupiona rok temu usługa działała świetnie, z czasem może zwalniać i działać coraz gorzej. Na to nic nie poradzimy poza tym, żeby unikać podpisywania umów długookresowych tak, aby mieć możliwość zmiany operatora.

PS: Wszystkie wyliczenia są bardzo zgrubne i opierają się na znacznych uproszczeniach. Jednak dobrze oddają zasadę i problem, z jakim mamy do czynienia w sieciach komórkowych.

PS2: Oczywiście jak słusznie wskazują czytelnicy, czynników jest więcej. Ograniczeniem może być chociażby szybkość łącza doprowadzonego światłowodami, kablami czy radioliniami do stacji bazowej lub ich szeregu. Operator może także ustanowić także priorytety dla ruchu od różnych użytkowników. Przepustowość ograniczają także zwykłe rozmowy głosowe które realizowane jednocześnie przez tę stację bazową. Teoretycznie operator może także odgórnie ograniczyć działanie stacji bazowej (w przypadku sytuacji nadzwyczajnych, czy dla konkretnej usługi, np. po wykorzystaniu przydzielonego transferu (tzw. lejek), czy też dla konkretnej usługi (Play domyślnie 1 Mbit/s w 3G, czy dla BDI jedynie 20% zasobów stacji bazowej). Nie możemy także zapominać o zakłóceniach radiowych.

Data pierwszej publikacji 2014.03.07
Kategorie:Analiza
  1. Sylek
    Kwiecień 2nd, 2014 at 18:45 | #1

    Witam, u mnie aero działa bez zarzutu mniej więcej do godziny 19, później co najmniej do godziny 22 ledwo zipie, żadnej stronki nie mogę otworzyć. Czy to wina przeciążenia sieci lub działającego w okolicy internetu radiowego? Mam kilka kilometrów do nadajnika – czy tutaj pomoże zakup antenty kierunkowej?? Proszę o pomoc…

  2. aaa
    Kwiecień 2nd, 2014 at 11:03 | #2

    Jest jeszcze inne rozwiązanie: zastosowanie anteny. Tylko nie patyczka z Allegro, tylko kierunkowej i to dedykowanej na 900MHz. Trochę niewygodne, bo antena po byku, ale można się wstrzelić w inną stację.

  3. g1g1
    Marzec 25th, 2014 at 09:30 | #3

    witam, moje aero2 działa tylko od godziny 21.30 do 9 rano dnia nastepnego. Jak napisałem do działu obsługi Aero2 to mi odpisali że to pewnie karta sim uszkodzona i kazali mi ją odesłać, więc im napisałem że jeśli by to byla uszkodzona karta sim to by nie nawiązała połączenia w godzinach wieczornych i nocnych. takich mają właśnie specjalistów od dobrych rad, nic dziwnego że aero2 chodzi jak chodzi czyli prawie wcale – mając takich wyszkolonych pracowników!. ostanio chyba rok temu jak zwiekszyli ilośc tych adresów IP to pomogło praktycznie od dnia! internet działał. ale znowu sie zapchało i klops. pozdrwiam zdenerwowanych użytkowników Aero2

  4. debe
    Marzec 22nd, 2014 at 10:04 | #4

    Dzisiaj coś się zmieniło. Nie dość, że mój sprzęt TL-MR3020+E3131 połączył się z siecią pierwszy raz od kilku tygodni, to prędkość pobierania mam 0,77 !!!!! Dodali nową pulę adresów? Strony otwierają się jak szalone. Przypomina to Aero 2 z przed jakiegoś roku. Coś musiało się zmienić. Oby tak zostało!!!!!

    • Jax
      Marzec 22nd, 2014 at 12:06 | #5

      sieć nie jest obciążona i tyle marne szanse żeby było tak dobrze…

      • debe
        Marzec 22nd, 2014 at 12:54 | #6

        Właśnie nie wygląda mi na to, że nagle z siecią łączy się mniej użytkowników. Dlaczego właśnie od dziś rano sieć miałaby się odciążyć, kiedy jest weekend i zawsze bywa wręcz przeciwnie. Co godzinne połączenie odbywa się również wzorowo. Wcześniej od kilu tygodni nie uawało mi się połączyć wogóle. Coś jest "na rzecy". Może ma to związek z tym bugiem dłuższego połączenia. Może konfiguracja sieci została zmieniona, może dodali nową pulę adresów? Nie.wiem. Wiem jednak, że dziś u mnie sieć Aero 2 działa wzorowo. Bts ID: P30521, z którym lączę się od 1,5 roku. Coś się zmieniło napewno.

        • jee
          Marzec 22nd, 2014 at 15:10 | #7

          W Puławach również od kilku dni nie ma już problemu z połączeniem przez router, nawet w godzinach szczytu. Już myślałem że koniec Aero i trzeba będzie przestawić się na Orango Lajony.

  5. aerowiec
    Marzec 17th, 2014 at 13:30 | #8

    Dlaczego połączenia w aero trwają teraz 1 godzinę 1 minutę i 58 sekund? Ktoś wyjaśni tą zagadkę?

    • Marzec 17th, 2014 at 15:31 | #9

      Nie sprawdzałem tego, ale faktycznie takie informacje się pojawiają tu i tam.
      System nie wyrabia? :)

    • wwww
      Marzec 17th, 2014 at 17:50 | #13

      wczoraj miałem 1 godzinę 16 minut i problem z zakończeniem połączenia

    • debe
      Marzec 17th, 2014 at 18:53 | #14

      Ja tej zagadki nie wyjaśnię ale potwierdzam problem. U mnie modem pracuje przez router i właściwie od ok. miesiąca internetu z Aero2 nie mam. Czasem ale nie za każdym razem modem połączy się jeśli na kilka, kilkanaście minut wypnę go z routera i wepnę ponownie. Koniecznie jednak na kilka minut, ponieważ wyjęcie iodrazu włożenie do routera nic nie da. Musi minąć kilka minut.

    • neo;)
      Marzec 17th, 2014 at 19:08 | #15

      Potwierdzam, długość połączenia jest o 2 minuty dłuższa, raz zdarzyło się dłużej prawie o 3 minuty. Pewnie błąd w matrixie.

      • Marzec 17th, 2014 at 19:22 | #16

        A w czasie tych ostatnich 3 minut transfer jest normalny?

        • neo;)
          Marzec 17th, 2014 at 19:39 | #17

          Tak, transfer jest normalny. Łączę się za pomocą top net info.

        • neo;)
          Marzec 17th, 2014 at 19:51 | #18

          Proszę bardzo zrzut z top net info, trochę ocenzurowałem co nieco, żeby szpiedzy z aero nie namierzyli gigabajtów ;-) W ostatniej chwili leciało 55 kB/s http://i61.tinypic.com/2rmws4y.jpg

    • Potwierdzam ;-)
      Marzec 18th, 2014 at 12:22 | #20

      Takich wpisów w logu mam więcej ;-)

      Mar 18 11:29:58 xxx wan1 (3771): Connect time 62.0 minutes.

    • Marzec 18th, 2014 at 13:26 | #21

      również potwierdzam, zauważyłem to wczoraj i z loga, by daleko nie szukać:
      Mar 18 12:56:10 Gargoyle daemon.info pppd[20540]: Connect time 62.0 minutes.

  6. Gościu
    Marzec 15th, 2014 at 19:53 | #22

    "Niech będą to modemy E3131s-2 – o szybkości 21 Mbit/s. Wiemy stąd, że w przybliżeniu dostępne pasmo dla wszystkich użytkowników jednej stacji bazowej to właśnie 21 Mbit/s."
    To chyba błędne założenie… stacja bazowa to przecież nie modem, i jej przepustowość powinna być kilkukrotnie wyższa, wszak umożliwia podłączenie nawet kilkuset użytkowników, którzy w danej chwili korzystają z pasma internetowego, a nie z rozmów – zwłaszcza, że ta sama stacja dostępowa może być wykorzystywana w ramach usług komercyjnych.

    • Marzec 15th, 2014 at 21:40 | #23

      No i tu się mylisz. Jedna częstotliwość z jednego sektora stacji bazowej ma przepustowość dla wszystkich użytkowników właśnie taką: nie większą, niż największa dla tej technologii. UMTS 900 MHz z kanałem 5 MHz w kategorii 14 to 21 Mbit/s. Tu nie ma oddzielnych drutów dla każdego klienta – jest jeden, wspólny. I o tym jest ten artykuł.
      Użytkowników może być kilkuset na raz, ale jednocześnie prześlą maksymalnie 21 Mbit/s przez jeden sektor (oczywiście sektorów może być kilka, zwykle 3, maksymalnie 9).
      Rozmowy to nie problem, bo kodeki GSM zaczynają się od 5 kbit/s, czyli wymagania żadne (ponad 70 rozmówców na raz przy gołym UMTS 384 kbit/s).

      • Gościu
        Marzec 16th, 2014 at 10:59 | #24

        Zaglądam tutaj: http://www.polskaszerokopasmowa.pl/artykuly/klucz…
        i widzę:
        Dziś korzystamy z łączy radiowych, ale docelowo będą to łącza światłowodowe – powiedział.
        Obecnie dosyłowe łącza radiowe wykorzystywane przez Aero2, CenterNet i Mobyland mają przepustowość do 300 Mb/s na każdą stację bazową.

        • Gościu
          Marzec 16th, 2014 at 13:51 | #25

          To idąc dalej tym tropem… 300Mbps 100% -> 20% to 60Mbps, mając ograniczenie na max prędkość 0,5Mbps, daje nam to 120 użytkowników, którzy mogą w tym samym czasie korzystać z danej stacji bazowej przy maksymalnym przesyle, im więcej użytkowników podłączonych do danej stacji, tym niższe parametry.

          • Marzec 16th, 2014 at 14:08 | #26

            Nic na to nie poradzę, że w powietrzu technologia ogranicza prędkość do 28,8 Mbit/s – tyle mieści się w powietrzu. Możesz dociągnąć do stacji bazowej nawet 1 Tbit/s, ale przez powietrze, w technologii UMTS z kanałem 5 MHz nie przepchasz do wszystkich użytkowników danego sektora stacji (na danym tzw. kodzie) więcej, niż 28,8 Mbit/s. Ale ponieważ mało kto ma modemy tego typu, efektywna średnia prędkość raczej nie przekracza kategorii 14, czyli 21 Mbit/s.

        • Marzec 16th, 2014 at 13:58 | #27

          Artykuł, gwoli ścisłości, dotyczy stacji bazowych LTE 1800 MHz, czyli sieci niezwiązanej z BDI (to sieć CenterNet/Mobyland). Pochodzi z 2010 roku, gdy sieć nie została jeszcze faktycznie przejęta przez Plusa. A jaki bałagan panuje w łączach sieci Plusa, to wiemy z innych źródeł.

  7. ciekawe
    Marzec 15th, 2014 at 14:58 | #28

    W dniu dzisiejszym aero2 rozłącza się po 1 godzinie i 2 minutach :-)

    • Jax
      Marzec 15th, 2014 at 15:57 | #29

      ja już tam miałem wczoraj ;) a dzisiaj aero coś marnie chodzi to pewnie przez te wiatry;)

Strony komentarza
1 2 3306
  1. Brak jeszcze trackbacków
Musisz być zalogowany aby dodać komentarz.
>