Работа сотовых сетей и интернет‑провайдеров от батарей

Привет.

Представьте себе благополучный поселок неподалеку от Москвы. Сотовая связь не является проблемой, хотя базовые станции расположены примерно в десяти-пятнадцати километрах. Не факт, что оператор, имеющий базу ближе, способен обеспечить большую скорость связи, на нее влияет множество факторов, включая рельеф местности. Но периодически совершенно точно происходят отключения электричества, в тишине поселка заводятся чьи-то дизель-генераторы, предусмотрительные хозяева обеспечили себя необходимой энергией. Обычно сбой в подаче энергии затрагивает все окрестные населенные пункты, ложится единственная линия, питающая округу.

В этот момент все операторы разом демонстрируют одинаковое поведение: на экране исчезает значок 4G, он меняется на H+, потом на 3G, а через какое-то время и вовсе на E. Звонки проходят, также как SMS, но можно наблюдать в реальном времени, как связь постепенно уходит. Количество “палок” на экране сокращается, в какой-то момент в поселке не остается сигнала операторов, ощущение, что они тоже выключаются. Наблюдал такую картину в разных местах и почти всегда сталкивался с непониманием со стороны пользователей: как может отключаться связь, ведь операторы имеют несколько уровней защиты — дополнительные аккумуляторы, дизель-генераторы. И все это должно обеспечить работу сотовой сети в любых условиях. Теория хороша тем, что нам рисуются картины идеального мира, которые в реальности зачастую не находят подтверждения.

Мобильные сети устроены таким образом, чтобы выдержать не только перепады в работе энергосетей, но и их отключение. Например, после того, как 10 октября энергосистема Украины пошла вразнос, поскольку нагрузка резко изменилась, какие-то подстанции стали отключаться, сотовые операторы испытали на своих сетях шоковое воздействие. На Украине крайне неоднородные по качеству оборудования сети, в Киеве более-менее современное оборудование плюс следят за тем, чтобы не было убитых аккумуляторов. В других городах оборудование зачастую заметно хуже, имеет высокий уровень износа. Но самое главное, что на сетях почти не используются дизель-генераторы для обеспечения связи в условиях отключения электричества. Наверное, можно считать, что сценарий Украины — это демонстрация возможностей бедной страны третьего мира по обеспечению населения связью.

Что случается в ситуациях, когда отключается свет? Люди пытаются занять себя чем-то, например, пообщаться с близкими, причем зачастую с помощью не обычных звонков, а голосовых сообщений в мессенджерах. То есть необходимо наличие мобильного или проводного интернета. Второй в отсутствие света невозможен в принципе, первый может работать, если инфраструктура оператора подает признаки жизни. Это означает, что дизель-генератор запускается на том же коммутаторе, поднимают оборудование. А вот базовые станции начинают работать от аккумуляторов. Если брать украинских операторов, то они заявляют о возможности работы при отключении электричества в среднем до суток, но цифра исключительно лукавая. Коммутационное оборудование от дизеля может работать около суток от одной заправки. Дальше можно подвезти дизель и продлить работу еще на сутки и так далее. Кажется, что вопрос решен, но это не так. Все упирается в последнюю милю, а именно базовые станции, которые начинают выключаться.

Большинство сотовых сетей проектируется таким образом, чтобы батареи поддерживали полноценную работу базовой станции около четырех часов. Проектируются сети исходя из наличия электричества, его доступности для оператора. Любое отключение электричества считается сбоем, в зависимости от продолжительности ему присваивается тот или иной уровень. И каждый оператор имеет понятный, простой план действий, как решить проблему. Обычно сбой затрагивает небольшую область, что позволяет временно увеличить мощность соседних базовых станций, выслать передвижную мобильную станцию и так далее. Сети спроектированы так, чтобы устранять локальные сбои, нивелировать отсутствие электричества в конкретных районах.

Стихийные бедствия, боевые действия — все это чрезвычайные ситуации, под которые сети не проектируют. Они не могут работать при полном отсутствии электричества. Обратите внимание, что в условиях массового отключения электричества нагрузка на операторов резко возрастает, люди хотят общаться. Так происходит в описанном вначале поселке, ровно такая же ситуация во Львове и других украинских городах, где выключился свет. Такая же ситуация будет этой зимой в Европе, когда начнутся плановые отключения электричества, которые смогут затронуть операторов.

И тут мы сталкиваемся с тем, что многие искренне считают, что теоретические величины работы сети без энергии будут подтверждены на практике, а главное, все сервисы останутся ровно такими же. К сожалению, это вовсе не так. При отключении электричества базовая станция автоматически понижает свою предельную мощность, чтобы сохранить заряд батарей как можно дольше. То есть человек, который гарантированно говорил по телефону на определенном удалении от станции, не получит больше такой возможности. Зона покрытия этой базовой станции сократится, причем достаточно заметно. В зависимости от стандарта связи это сокращение будет большим или меньшим, хуже всего дела обстоят с 4G/5G, там радиус становится заметно меньше.

Помимо расстояния, на котором работает базовая станция, меняются ее возможности, первоначально могут быть доступны все стандарты, в которых она работает, например, тот же 4G. Но скорость передачи данных падает, эффективность работы базовой станции снижается, она экономит энергию. Наблюдал, как БС, выдававшая 200 Мбит, после перехода на аккумуляторы первые тридцать минут работала на скорости в 40 Мбит, а затем постепенно снизила ее до 10 Мбит. Не до жиру, тут важно сохранить возможность звонить, а не пользоваться интернетом.

Деградация качества носит запланированный характер, в ручном или автоматическом режиме (что не так важно, результат всегда один и тот же) базовая станция постепенно отказывается от прожорливых стандартов связи, отключает все дополнительные возможности. Этакий профиль энергосбережения, рассчитанный на максимально долгую работу. Поэтому в кризисных ситуациях всегда нужно помнить, что вам помогут SMS и голосовые звонки, на другие методы коммуникации рассчитывать точно не стоит.

Пример Украины показывает, что от аккумуляторов базовые станции в среднем могут протянуть от двух до пяти часов, большой разброс связан с износом батарей, он сильно отличается. В условиях зимы время работы было бы заметно меньшим, равно как и летом, когда оборудование нужно охлаждать и используются системы кондиционирования.

Интересно посмотреть на российский опыт, тут отдельные сбои показывают, что время работы составляет 3-6 часов, то есть мы укладываемся примерно в те же сроки. Но различаются нагрузка на станции, их профиль использования. Переход в режим, который использовали операторы на Украине, даст как минимум еще пару часов работы. Для мобильной связи нужно электричество, без него связи просто не будет.

Не так давно мы обсуждали то, как потребляют электричество базовые станции 5G, они очень прожорливы. И при этом по аккумуляторам они не стали заметно лучше, тут есть определенная экономия. Отсюда простой вывод: исчезновение 5G при веерных отключениях будет происходить быстро, европейские операторы постараются экономить энергию как можно дольше.

Проблема мобильных операторов также в том, что они не являются уникальными потребителями для энергетических компаний, не имеют собственной инфраструктуры. То есть в большинстве случаев они одни из многих, напрямую зависят от того, как работает сеть. И тут невозможно как-то выделить их, изолировать от отключений электричества. Им в любом случае придется полагаться на аккумуляторы.

Поговорил с инженерами, работающими в Германии, Испании и Восточной Европе, они уверяют, что ситуация беспрецедентная, сети не готовы к работе от батарей при веерных отключениях электричества. Становится понятно, что при отключениях продолжительностью в четыре часа мобильные сети будут отключаться. Времени работы аккумуляторов даже в щадящем режиме не хватит, а у многих вовсе не осталось 2G. Одним словом, проблема встает в полный рост, более того, она не может решиться покупкой и обновлением аккумуляторов, у многих сайтов для них просто нет достаточного места.

В связи с этим можно помахать рукой планированию сети, зоне покрытия и другим “мелочам”, что также скажется на загрузке операторов, недовольстве клиентов. Но такие времена и такие решения, мобильная связь — только часть общей картины.

К сожалению, говорить о том, что в Европе все будет гладко, нельзя. Но нас ведь интересуют наши пенаты? В России ситуация принципиально отличается, пока говорить о перебоях с электричеством невозможно, но локальные аварии были и могут возникать. Мы лучше от них защищены, но то, что вмешивается человеческий фактор, не вызывает сомнений. Все чаще будут случаться технические ошибки, которых можно было избежать. Сбой у того же «Тинькофф Мобайл» это хорошо иллюстрирует.

Почти не затронул вопрос того, что при отключении электричества происходит с транспортом, тем самым оптоволокном. Ответ прост — ничего хорошего, оно перестает работать, как и все остальное. И в таком случае даже работа отдельной базовой станции под вопросом. Питание на ней может присутствовать, но сам транспорт будет “лежать”, как результат, никакой связи не будет. Поскольку мобильную связь развивают частные компании, она зачастую не имеет избыточного резервирования, выходящего за рамки обычных инцидентов. А обеспечивать такое резервирование слишком дорого, это лишено смысла. Поэтому залогом нормальной, качественной работы сетей, необходимым минимумом является наличие электричества, которое поступает к операторам бесперебойно.

Интересно, что и сами потребители зачастую не готовы к жизни при свечах, у них отсутствует наработанная практика зарядки внешних аккумуляторов, постоянного поддержания в рабочем состоянии всей техники, ее зарядки. Любопытно, что в крупных городах люди избалованы качественной работой энергетиков (Европа, Россия), давно уже нет перепадов напряжения, свет не мигает. И поэтому многие избавились от UPS, фильтров и других механизмов, защищающих нашу технику от неприятностей на сетях, которые случаются в момент сбоев. Для многих стран самое время вновь озаботиться приобретением таких устройств, так как реалии заставляют беречь свою технику, делать так, чтобы она не горела. Надеюсь, что у нас до этого не дойдет, пока предпосылок такого сценария развития событий не видно.