Как работает мобильный интернет: принцип передачи данных по сотовой сети
Мобильный интернет работает так: смартфон передаёт данные по радиоволнам на ближайшую базовую станцию оператора, та направляет их по проводной инфраструктуре к нужному серверу в интернете, а ответ идёт по той же цепочке обратно. Весь путь занимает десятки миллисекунд и незаметен для пользователя.
Этап первый: радиосвязь между телефоном и базовой станцией
Смартфон содержит модем: специализированный чип, который умеет передавать и принимать радиосигнал в диапазонах частот, выделенных для сотовой связи. В зависимости от стандарта сети это могут быть диапазоны 700 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц, 2600 МГц и другие. Чем ниже частота, тем дальше распространяется сигнал и лучше проходит сквозь препятствия; чем выше, тем больше данных можно передать за единицу времени.
Базовая станция это антенная мачта или небольшая антенна на крыше здания, оснащённая приёмопередающим оборудованием. Одна станция обслуживает от нескольких сотен метров до нескольких километров в зависимости от типа застройки и используемого диапазона. Все базовые станции оператора связаны между собой оптоволокном или микроволновыми каналами.
Этап второй: ядро сети оператора
После базовой станции данные попадают в ядро сети оператора: комплекс серверов и коммутаторов, который управляет сессиями, аутентификацией и маршрутизацией. Именно здесь происходит идентификация абонента по SIM-карте: ядро проверяет, активна ли подписка и какой тарифный план используется.
В стандарте 4G (LTE) ядро сети пакетной передачи называется EPC (Evolved Packet Core). Оно назначает смартфону временный IP-адрес и устанавливает туннель для передачи данных. В стандарте 5G архитектура ядра переработана и называется 5GC (5G Core); она построена на микросервисах и позволяет гибко управлять параметрами сети для разных категорий устройств.
Этап третий: от оператора в интернет и обратно
Ядро сети оператора соединено с глобальным интернетом через точки обмена трафиком. Пакеты данных маршрутизируются к нужному серверу так же, как при использовании проводного интернета: по протоколу IP через цепочку промежуточных узлов. Ответный трафик проходит обратный путь: интернет, ядро оператора, базовая станция, смартфон.
Скорость соединения определяется несколькими факторами: стандартом сети (3G, 4G, 5G), загруженностью базовой станции в данный момент, расстоянием до неё, наличием препятствий и качеством модема в устройстве. На практике реальная скорость 4G-соединения в российских городах составляет 20–80 Мбит/с при загрузке, тогда как теоретический максимум стандарта превышает 300 Мбит/с.
Сети 4G и 5G в России
По данным операторов, покрытие сетей четвёртого поколения в России охватывает подавляющее большинство городского населения страны. Развёртывание сетей 5G идёт более медленными темпами: это связано с необходимостью выделения новых частотных диапазонов и строительства плотной инфраструктуры базовых станций, которые в диапазоне выше 3,5 ГГц работают на дистанции нескольких сотен метров.
Принципиальное преимущество 5G — не только высокая скорость, но и малая задержка (1–5 миллисекунд против 30–50 мс у 4G) и способность обслуживать до миллиона устройств на квадратный километр. Именно эти характеристики открывают возможности для промышленного применения: управления роботизированными линиями, телеметрии транспорта и систем умного города, где требуется надёжная связь с минимальной задержкой.
