Liczba 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 - 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 - 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 (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.

1. Aero2 – Kolejna duża rozbudowa sieci
2. Aero2 – ruszyła rozbudowa sieci
3. Aero2 – wielka rozbudowa sieci
4. Aero2 – testy sieci poza Warszawą: Wyszków
5. Jak daleko mam do stacji bazowej sieci komórkowej?