Как работает роуминг в мобильных сетях?

Поведение телефона в роуминге иногда кажется не совсем понятным и предсказуемым, например, в части выбора мобильной сети. 

Давайте попробуем разобраться с технической точки зрения в некоторых вопросах:

Чем руководствуется телефон, выбирая сеть в роуминге?
Как работают «чёрные списки» сетей?
Можно ли повлиять на выбор сети в роуминге?
Что такое «управление роумингом»?
Когда и почему можно оказаться в роуминге даже не выезжая за пределы России?
Как работает Аварийный Межсетевой Роуминг (АМР).

Прежде всего, изложенное далее относится не только к телефонам, но ко всем мобильным терминалам GSM-UMTS-LTE – планшетам, модемам, роутерам и так далее. Для понимания процесса важно, что на каждой базовой станции есть приемопередатчик, который постоянно передает радиосигналы, содержащие «системную информацию». Системная информация сгруппирована в системные сообщения (в сети GSM) или системные блоки (в сетях UMTS и LTE), несущие информацию, необходимую мобильным станциям для того, чтобы ориентироваться в обстановке и принимать решения для выполнения тех или иных действий при получении доступа к услугам и работе в сети мобильной связи.

В частности, системная информация содержит параметры:

Код страны и сети (MCC и MNC – Mobile Country Code и Mobile Network Code), определяющие принадлежность конкретного приемопередатчика базовой станции в сети конкретного оператора.
Уровни принимаемого сигнала, при котором разрешен доступ к конкретной БС.
Уровни выходной мощности, которые могут использовать мобильные телефоны в начале сеанса связи.
Location Area Code (LAC) – идентификатор зоны (группы базовых станций) внутри сети, которые выделяются для регистрации местоположения мобильных устройств и распределения сигнального трафика.
Cell ID – идентификатор конкретного радиопередатчика, обслуживающего сектор («соту»).

Применительно к пакетной передаче информации, передаются идентификаторы:

Routing Area ID – идентификатор зоны обслуживания в сети пакетной передачи информации.
Tracking Area ID (TAC) – своеобразный аналог LAC и RAC для сети LTE.
и другую нужную телефону информацию.

Далее для простоты будем считать, что это всё работает и на базовых станциях, и в телефоне, предоставляя вышележащим уровням программного обеспечения в телефоне необходимую информацию.

Включаем телефон и…

Итак, прилетев в другую страну, мы включаем телефон, чтобы получить доступ к услугам мобильной связи. 

После включения для получения доступа к услугам мобильной связи телефону необходимо выполнить целый ряд задач. Для ускорения доступа к услугам, некоторые задачи выполняются параллельно, но есть несколько ключевых процедур, которые должны быть обязательно выполнены.

А какие сети работают в округе?

Очевидно, что для доступа к услугам телефону необходимо установить канал связи с одной из базовых станций. Для этого телефон должен выполнить поиск сигналов базовых станций для всех поддерживаемых им технологий радиодоступа и во всех поддерживаемых диапазонах частот. Понятно, что эта задача достаточно длительная, что может вызывать не самые приятные эмоции у пользователя, особенно для моделей с наибольшими возможностями по поддерживаемым технологиям радиодоступа и диапазонам частот. Поэтому стандарты разрешают производителям оптимизировать этот процесс.

В результате поиска телефон для каждой поддерживаемой технологии радиодоступа должен составить список обнаруженных сигналов БС, из сигналов которых он выделяет информацию, необходимую для принятия решения о дальнейших действиях при выборе сети:

Код сети (MCC+MNC).
LAC, CellID.
Уровень принимаемого сигнала для того, чтобы выбрать канал связи с наилучшими условиями
Информацию об ограничениях в доступе к соте, наложенных оператором и др.

«Золотой ключик» к услугам сети

Для того, чтобы предоставить доступ к услугам мобильной связи оператору необходимо убедиться в том, что абоненту эти услуги можно предоставлять – он имеет подписку на эти услуги. Ключом для доступа к услугам является (U)SIM-карта. Поэтому сразу после включения питания мобильного терминала и установления рабочих напряжений для его узлов, начинается процедура инициализации (U)SIM-карты, в ходе которой телефон ищет файлы и пытается прочитать из них информацию, необходимую для принятия решения о выборе сети и последующей регистрации в выбранной сети.

6F7B — EF fplmn (Forbidden PLMN) – список «запрещенных» сетей

Это небольшой файлик для записи кодов MCC+MNC для четырех сетей, организованных в порядке «очереди» (FIFO). При изготовлении (U)SIM-карты, этот файл не имеет записей (во всех полях записано значение FF). Когда при попытке регистрации в «чужой» сети телефон получает отказ с кодом причины #11 PLMN not allowed, то код MCC+MNC этой сети записывается в этот файл. Потом, при выборе сети для автоматической регистрации терминал уже не предпринимает попыток автоматической регистрации в сетях, коды которых в этот момент присутствуют в этом файле.

Если пользователь в ручном режиме выберет сеть, код которой содержится в этом файле, то телефон попытается зарегистрироваться в этой сети, несмотря на то, что код сети присутствует в списке «запрещенных».

Если регистрация произойдет успешно, то телефон удалит код этой сети из списка «запрещенных» (заполнит место значением FF). Если в ручной регистрации будет отказано, то всё останется без изменений. 

6F30 – EF plmnsel (PLMN selector)

Это один из самых старых файлов, влияющих на выбор сети в роуминге. Он содержит коды сетей (не менее 8 кодов MCC+MNC) в порядке приоритета их выбора в роуминге. Формировать этот список может как сам пользователь через интерфейс телефона, так и оператор, причем, не только при изготовлении (U)SIM-карты, но и впоследствии, загружая информацию «по воздуху». 

В ходе дальнейшего развития стандартов и технологий появились ещё несколько файлов, в которых влияние пользователя и оператора были уже разделены, но зато в файлы добавлена информация о технологиях радиодоступа, доступных в каждой из сетей.

6F60, 6F61, 6F62

6F60 – EF plmnwact (User controlled HPLMN Selector with Access Technology)
6F61 – EF oplmnwact (Operator controlled PLMN Selector with Access Technology)
6F62 – EF hplmnwact (HPLMN Selector with Access Technology) 
Эти три файла имеют одинаковую структуру. Они могут содержать список кодов (MCC+MNC) для не менее 8 сетей, но с дополнительной информацией о технологиях радиодоступа, поддерживаемых каждой из сетей (GSM, GSM-Compact, UTRAN, E-UTRAN, cdma2000 HRPD, cdma20001xRTT). 

Файл 6F60 может заполняться пользователем, обычно через интерфейс телефона, если производитель телефона такой интерфейс предоставляет.

Содержимым файла 6F61 управляет оператор, выпустивший (U)SIM-карту, как при заказе партии (U)SIM-карт, так и впоследствии, когда он может изменять список, передавая новое содержимое файла «по воздуху».

6F31 — EF hpplmn (Higher Priority PLMN Search Period)

Это короткий файл, содержащий число, определяющее длительность интервала, после которого телефон должен пытаться искать сеть с большим приоритетом (домашнюю и т.п.).

Так что же выбирает телефон?

Итак, наступает момент, когда включенный телефон после инициализации (U)SIM-карты, закончил чтение файлов, необходимых для принятия решения о выборе сети, и в результате поиска обнаружил сигналы базовых станций мобильных сетей, и собрал передаваемую ими системную информацию. Каким же образом принимается решение об автоматическом выборе сети?

3GPP-ETSI TS 23.122 в автоматическом режиме предписывает телефону выбрать сеть (PLMN) с наивысшим приоритетом из тех сетей, которые доступны и не запрещены. «Запрещенные» сети телефон проверяет в файле 6F7B — EF fplmn (Forbidden PLMN). 

Но какой приоритет считать наивысшим? Мобильник последовательно перебирает и пытается зарегистрироваться в сетях, использующих разные технологии в следующем порядке:

«Домашняя» сеть (HPLMN – Home Public Mobile Network), или эквивалентная ей, имеющая наивысший приоритет.
Каждая из сетей и поддерживаемых ею технологий радиодоступа в порядке приоритета из файла 6F60 — EF plmnwact (User controlled HPLMN Selector with Access Technology).
Каждая из сетей и поддерживаемых ею технологий радиодоступа в порядке приоритета из файла 6F61 – EF oplmnwact (Operator controlled PLMN Selector with Access Technology). Если в SIM-карте, установленной в телефон, отсутствуют файлы, содержащие информацию о технологиях радиодоступа, поддерживаемых в перечисленных сетях, то телефон должен использовать список сетей из файла 6F30 – EF plmnsel (PLMN selector), и все поддерживаемые технологии радиодоступа.
Случайно выбранная сеть и технология радиодоступа из тех, сигналы которых принимаются с высоким качеством.
Другие сети и технологии радиодоступа в порядке убывания качества сигнала.

Какой режим выбора сети, автоматический или ручной, лучше использовать в международном роуминге?

Прежде всего, следует помнить, что телефон начнет работать в том режиме выбора сети (автоматическом или ручном), в котором он находился в момент выключения питания. Это кажется пустяком, но если телефон сразу после включения машинально засунуть в карман, а дома сеть по каким-то соображениям выбиралась вручную (ведь другие сети все равно не пускали к себе!), то в роуминге телефон автоматически сеть не выберет, и абонент может остаться без связи на неопределенное время!

Кроме того, нужно понимать, что при использовании телефона в роуминге в ручном режиме выбора сети и впоследствии есть шансы остаться без связи, если оказаться в местах, где покрытие выбранного оператора пропадает – телефон будет ждать решения владельца, о выборе сети из других, доступных в этом месте. Поэтому полезно или в ручном режиме выбрать одну из местных сетей и дождаться успешной регистрации, или перевести телефон в режим автоматического выбора сети и убедиться, что он зарегистрировался в одной из местных сетей.

Как оператор может влиять на автоматический выбор телефоном сетей в роуминге

Рекомендации оператора, выпустившего (U)SIM-карту, записываются в файл 6F61 – EF oplmnwact (Operator controlled PLMN Selector with Access Technology) и/или 6F30 – EF plmnsel (PLMN selector).

Многие операторы входят в группы компаний, предоставляющих услуги мобильной связи в нескольких странах. Естественно, в таких случаях операторы заинтересованы в том, чтобы абоненты получали услуги роуминга в сетях партнеров. И дело здесь часто не столько в желании получить дополнительный доход за счет более высоких цен, сколько в желании оставить доход в рамках группы компаний. Поэтому многие операторы внедряют у себя системы управления роумингом (Steering of Roaming). Многие, наверное, включив телефон по прилете в страну, обнаруживали приветственное текстовое сообщение от оператора, которое содержало практические рекомендации по использованию голосовой почты и др.

Оно появляется потому, что в момент регистрации в роуминге «домашний» оператор получает запрос от «визитной» сети на информацию, которая необходима для предоставления услуг абоненту, а значит «домашний» оператор узнаёт, в какой стране находится его абонент. Имея такую информацию можно отправить на телефон абонента «SMS-ку» специального формата, которая не будет отображена пользователю, а будет «загружена» телефоном в (U)SIM-карту, где обновит содержание нужного файла. С помощью этого механизма оператор подсказывает телефону приоритеты при автоматическом выборе сетей в роуминге.

Как пользователь может повлиять на автоматический выбор его телефоном сетей в роуминге

Поскольку уже было отмечено, что в международном роуминге, чтобы не остаться без связи, лучше использовать автоматический выбор сети, но при этом не хочется полностью полагаться на оператора, возникает вопрос, как абонент может повлиять на выбор сети в автоматическом режиме.

Прежде всего, полезно заранее ознакомиться со списком операторов, предоставляющих услуги в посещаемой стране (или странах), и тарифах на их услуги. На основе этой информации можно составить свой собственный список приоритетов выбора сетей в стране пребывания. В меню телефона в разделе настроек нужно найти настройки сети и список приоритетных сетей. Поскольку этот интерфейс не регламентируется стандартами, то название и местоположение этого пункта меню может быть различным в разных моделях, а в некоторых моделях этот пункт может и вовсе отсутствовать! Если пункт обнаружен, то список сетей, который там может присутствовать, следует отредактировать в соответствии с выбранными предпочтениями.

Почему в списке сетей для выбора предпочтительных указаны только сети 2G или 3G

Не нужно смущаться, если в списке для конкретной сети будет указана только одна технология радиодоступа, хотя известно, что оператор использует несколько технологий – GSM, UMTS, LTE. После того, как телефон обнаружит нужную сеть и получит к ней доступ, он сможет из системной информации, передаваемой БС, узнать о поддержке сетью и других технологий, чтобы затем выбрать ту из них, которая оптимальна с точки зрения радиоусловий.

Стоит ещё заметить, что ручную настройку списка приоритетов выбора сетей лучше делать уже находясь в стране, после того, как оператор мог подправить список предпочтения по своему разумению. Или, как минимум, проверить, что сделанная заранее настройка приоритетов не изменилась. Это особенно актуально для тех случаев, когда и оператор и пользователь используют для управления приоритетами один и тот же файл 6F30 – EF plmnsel (PLMN selector).

Стоит ли покупать SIM-карту местного оператора на время отпуска?

Каждый может решать этот вопрос исходя из своих интересов, потребностей и предпочтений. В последнее время российские операторы в значительной мере снизили цены на услуги роуминга, или стали предлагать специальные опции или пакеты, оптимизирующие затраты на связь в роуминге. Конечно, если предполагается много общения с владельцами местных номеров, то использование SIM-ки местного оператора может оказаться действительно более выгодным. Однако при этом можно оказаться недоступным для входящих звонков с Родины – ведь не всем известен номер телефона, присвоенный местной SIM-карте, да и заставлять людей совершать международные звонки не всегда удобно. В общем, этот вопрос каждый решает индивидуально, исходя из конкретных условий.

Аварийный Межсетевой Роуминг (АМР)

Это понятие появилось несколько лет назад, и даже сейчас не очень известно широкой аудитории. 

Дело в том, что российская нормативная база не разрешает предоставлять услуги роуминга абонентам другого оператора, имеющего лицензии на той же территории (республики, края, области). Именно поэтому в файлах со списками «запрещенных» сетей (6F7B) в (U)SIM-картах российских пользователей обычно содержатся коды всех «чужих» сетей, работающих там, где абоненты проживают. Ведь БС операторы ставят в разных точках, и практически всегда можно найти местечко (лифт, подвал, середина большого железобетонного здания и т.п.), где телефон на некоторое время потеряет «домашнюю» сеть, и при этом обнаружит сеть другого оператора. Впервые попав в такую ситуацию, телефон попытается получить доступ к услугам в сети этого оператора. Из-за запрета роуминга, телефон обычно получает отказ в предоставлении услуг с кодом причины #11 PLMN not allowed, и код этой сети заносится в список «запрещенных» в (U)SIM-карте, чтобы предотвратить повторные попытки автоматической регистрации в «чужой» сети.

Но в случаях стихийных бедствий (например, недавнее наводнение на Дальнем Востоке), серьезных аварий в сетях операторов (например, при падении метеорита в Челябинской области), очень большое число граждан оказываются без связи. Они не могут вызвать помощь, например, врача, сообщить близким о своем местонахождении или узнать об их состоянии. В случаях таких серьёзных бедствий принято помогать пострадавшим «всем миром». Именно для таких случаев по инициативе регулятора (Минкомсвязи) или по запросу пострадавшего оператора может быть разрешено включение Аварийного Межсетевого Роуминга на территории, охваченной чрезвычайной ситуацией. В этом случае, абоненты получают возможность воспользоваться услугами любого из операторов, чья сеть доступна в конкретный момент. В отличие от экстренных звонков (на номер 112), при включенном АМР можно позвонить не только в МЧС, но и связаться с родными и близкими по их обычным номерам телефонов – мобильных или проводных, если они, конечно, работают. 

В таких сложных ситуациях абонентам важно не растеряться и знать, что нужно сделать, чтобы воспользоваться сетями других операторов в чрезвычайной ситуации, ведь без специальных действий со стороны пользователя, их телефоны не станут регистрироваться в сетях других операторов, чтобы стать доступными для входящей связи.

Если телефон потерял связь с сетью «домашнего» оператора из-за выхода из строя сетевого оборудования, то телефон автоматически найдет сигнал одной из сохранивших работоспособность базовых станции другого оператора, и будет находиться в состоянии Limited Service, ожидая команды владельца позвонить по телефону экстренного вызова (112). В этом случае можно просто попытаться позвонить по нужному номеру. Если АМР включен, то «чужая» сеть должна предоставить соединение.

Если телефон продолжает принимать сигналы базовых станций «домашней» сети, но сеть не позволяет звонить, то нужно в ручном режиме выполнить поиск доступных сетей и выбрать одну из «чужих» сетей, обнаруженных телефоном. Если «чужая» сеть предоставит доступ, значит АМР включен, и такой абонент сможет совершать исходящие звонки и получать входящие. Если сеть откажет в доступе, то следует попытаться повторить ручной выбор других сетей, обнаруженных телефоном до тех пор, пока не произойдет регистрация в одной из сетей. Если же ни одна из «чужих» сетей не выполнила регистрацию, то это означает, что АМР в данном месте не включен, и в «чужих» сетях можно пользоваться только услугой «Экстренного вызова».