El 46% de la carga de la batería se gasta en transferir el 0,2% de los bytes
Cuando un usuario de Pandora reproduce una canción, todo el archivo se transfiere en una sola pieza, y con razón: transfiera tantos datos a la vez como pueda y luego mantenga la radio apagada el mayor tiempo posible.
Sin embargo, después de esta transferencia, la aplicación envía pings cada minuto para el análisis periódico de la audiencia. ¿Y cuál es el resultado final? Estos pings ocupan el 0,2% del total de datos transferidos, mientras que consumen el 46% de toda la energía utilizada por la aplicación.
Ilya Grigorik, redes de navegadores de alto rendimiento
Cada vez en el libro, Ilya revela su punto de vista de manera bastante amplia, respaldándolo con ejemplos voluminosos. Para informar a los lectores sobre la duración de la batería del teléfono, dedica un capítulo completo a los detalles del funcionamiento del módem GSM, UMTS y LTE. Es interesante darse cuenta de cómo un problema que surge en uno de los niveles tiene sus raíces varios niveles más abajo.
Al examinar toda la pila de tecnologías, el libro no solo nos brinda un conjunto de hechos, sino que promueve toda una filosofía.
Los buenos desarrolladores saben cómo funcionan las cosas.
Los grandes desarrolladores saben por qué funciona.
Steve Souders, introducción a las redes de navegadores de alto rendimiento
Vieja idea de una manera nueva
En 2013, cuando estaba leyendo el libro, pensé que sería genial hacer mi propia investigación sobre este tema y visualizar cómo el radio módem salta de una torre a otra cuando el teléfono se mueve.
Era imposible hacer esto con un teléfono 2013 con iOS, no daba acceso a los datos necesarios. Pero hoy tengo un Pixel y no tiene ese problema. LocationManager proporciona la ubicación GPS (latitud y longitud) cada segundo. TelephonyManager proporciona cellID = (mmc, mcc, lac, cid) para la torre de telefonía móvil.
La base de datos de cellID le ayudará a averiguar la latitud y longitud de cada torre. Solo queda dibujar cada segundo el recorrido (en rojo) y la conexión con las torres, para cada una de las cuales se ha seleccionado un color diferente. Conduzca desde Sunnyvale a Mountain View (se puede hacer clic)
El diagrama muestra una unidad de 7 minutos de 3,7 km con un teléfono habilitado para LTE (UE, de Equipo de usuario). En el camino, nos encontramos con cinco torres y nueve celdas de comunicación (eNB, de Evolved NodeB).
Análisis
Al combinar Google StreetView y Wikipedia, puede descubrir muchas cosas. (se puede hacer clic) Se pueden ubicar varios ID de celda en las mismas coordenadas eNB. Es solo que la antena del eNB no cubre 360 °. El ángulo de dirección y el rango de operación de cada antena cortan el espacio en sectores. La ubicación y dirección de las antenas se selecciona estratégicamente. En el mapa de arriba, las torres están ubicadas a lo largo de la autopista 85 y las antenas apuntan paralelas a ella. Algunas antenas tienen un rango de operación estrecho y largo; tal vez esto le permita aumentar la densidad de los teléfonos durante los atascos.
La densidad del eNB es mucho mayor de lo que pensaba. En Internet, escriben que el alcance de la torre celular es de 45 millas. Puede ser en el desierto, pero en la ciudad, la densidad de población y la densidad de eNB están relacionadas. En Sunnyvale, hay torres cada 1,5 kilómetros.
Varios operadores no siempre comparten torres. La base de datos de CellID es tan precisa que pude encontrar estas torres en Google StreetView. Pensé que encontraría grandes monolitos salpicados de antenas, varias para cada operador, pero en la mayoría de los casos una antena cuelga de la torre.
Las antenas ENB no solo se montan en torres . A veces se encuentran en iglesias, en líneas eléctricas de alto voltaje.e incluso en edificios comerciales.
Tan pronto como comienzas a buscar estas torres, pasan de ser invisibles a objetos que no se pueden ignorar.
La radio LTE puede saltar entre diferentes celdas. Aparentemente, esto sucede con bastante frecuencia varias veces por minuto para hacer frente al hecho de que los edificios obstruyen las torres.
La elección de la torre parece determinista. En los dos mapas anteriores, las conexiones del mapa en la misma sección de la ruta se ven similares. La elección se realiza mediante una máquina de estado, cuya configuración la establece cada celda mediante mensajes SIB. La transición de estado depende de muchos factores, incluido. desde el umbral de intensidad de la señal de la celda anterior o el umbral de intensidad de la señal de la celda siguiente.
Habiendo viajado una distancia bastante larga, 16 km, noté que el código LAC (Location Area Code) del CellID no cambiaba. De acuerdo con la especificación LTE, no se requiere que las torres de telefonía celular realicen una transmisión UE si el LAC no cambia. El teléfono cambia a la siguiente torre, permanece en modo RCC_IDLE y no transmite datos. Esto no solo ahorra batería, sino que también significa que el operador celular no conoce la ubicación exacta del teléfono si el LAC no ha cambiado (aunque ha habido un debate sobre la precisión de determinar la ubicación por celdas desde la llegada de GSM) .
Al parecer, cada torre tiene tres antenas con un sector de cobertura de 120 °. Esto es obvio si circula alrededor de uno de ellos.
Subimos más profundamente en la madriguera del conejo
Fue interesante dibujar mapas. Quería saber más sobre esta área. Descubrí que no solo era profundo sino también ancho. Incluso para dibujar una tabla mínima basada en los resultados de la encuesta, tuve que dedicar mucho tiempo a desmontar con acrónimos.
| Generacion | Tecnología | Márketing | Notas (editar) |
|---|---|---|---|
| 0G | Teléfonos en autos | Como Philip Drummond [personaje de la comedia Diff'rent Strokes / approx. por.] | |
| 1G | DynaTAC | Como Gordon Gekko [personaje de la película de Wall Street / aprox. por.] | |
| 2G | GSM | GSM | Nokia 3310 (también conocido como "ladrillo"). Soporte SMS |
| GPRS | Voz o datos | ||
| BORDE | iPhone 1 | ||
| cdmaOne | CDMA | ||
| 3G | UMTS | HSPA | iphone 3gs. Tanto voz como datos al mismo tiempo |
| HSPA + | |||
| CDMA2000 | C2K | ||
| 4G | LTE | LTE | iPhone 5 / Pixel 1 |
| LTE avanzado | LTE + | ||
| LTE Advanced Pro | LTE Pro | ||
| 5G | 5G | 5G | iPhone 12 / Pixel 4a 5g |
| 5G mmWave | 5G mmWave | iPhone 12 Pro Max / Pixel 5G | |
Mundo esotérico
Desde 2G (GSM) en 1998, 3GPP ha creado estándares y documentación para todas las pilas técnicas. Todas estas especificaciones abarcan cientos de documentos y parece que lleva toda una vida comprenderlas.
No he encontrado una pila LTE de código abierto de la que aprender. E incluso si lo fuera, entonces la transmisión de radio en el rango celular está cuidadosamente regulada para que estas frecuencias no ensucien los módems defectuosos.
Se han publicado pocos libros sobre este tema y todos son extremadamente caros. Los siguientes tres me inspiraron personalmente para hacer mi investigación:
- Una introducción a LTE por Christopher Cox.
- LTE Advanced de Sassan Ahmadi.
- Evolución a largo plazo en balas, segunda edición por Chris Johnnson.
Finalmente, hay aplicaciones que le permiten mirar bajo el capó del módem, leer su estado y mensaje. Pero decidí no usarlos, son caros y también requieren root.