Технико-экономическое сопоставление эффективности использования спутниковых и наземных каналов

Аппроксимация тарифов наземных и спутниковых линий

Часто с целью привлекательности своих тарифных планов компании идут на сложные их построения, разобраться и сопоставить которые между собой по абсолютным значениям весьма затруднительно. В данном случае предложено обобщенное сопоставление усредненных тарифов для спутниковых и наземных каналов. Такие попытки уже предпринимались [ С.П. Лавров, Оптимизация интернет-доступа для корпоративных пользователей, Электросвязь,№3,2002г.], но в данном случае представлены дополнительные расширенные данные (табл.1), связанные с конкретными параметрами и свойствами линии связи, что позволяет провести объективное сопоставление текущих расходов уже на начальном этапе проектирования сети в процессе анализе вариантов ее реализации.

Канал связи Аппроксимация тарифа, долл. США в месяц Примечание Наземные выделенные каналы связи 1 Наземные каналы связи магистральные H=4.4 L 0.4944 V 0.6396 Международный канал связи ОАО "Ростелеком" (по данным "Электросвязь", №3, 2002г.) 2 Наземные каналы связи внутризоновые H=0.75[ L /50]V 0.98 до 625 км H=8.68[ (L-626) /50]V 0.96 до 1225 км Цифровая линия связи между точками доступа сети ООО "Цифровая связь" для не бюджетных организаций в ЦФО 3 Наземные каналы связи внутризоновые H=4.4 L 0.508 V 0.635 Наземные каналы, предоставляемые местными отделениями ОАО "Электросвязь" (усредненное значение) 4 Наземные канал связи в Москве H=68.2 V 0.4979 Местные каналы доступа к сети "МТУ-информ" 5 Наземные каналы связи в Москве H=1.68 V 0.7257 Каналы доступа внутри московской ВОЛС сети Комкор для бюджетных организаций. 6 Наземные каналы связи в Москве H=25.377 V 0.785 Местные каналы доступа к Internet компании Sonera (по данным "Электросвязь", №3, 2002г.) 7 Наземные каналы связи в Москве, Самаре, Новосибирске H=16.02 V +12=16 V 1.0 Местные каналы доступа к Internet ОАО "Ростелеком" (по данным "Электросвязь", №3, 2002г.) 8 Наземный канал связи в Казане H=12.78 V 0.3291 Каналы доступа внутри городской телефонной сети Казани для организаций 9 Наземные каналы связи в Москве, С-Петербурге и обл. H=50.04 V 0.3603 Наземные выделенные каналы в Москве, Московской обл., С-Петербурге и Ленинградской обл. (по данным www.net21.ru) Спутниковые каналы связи PAMA и DAMA 10 Спутниковый закрепленный симметричный канал H=75.81 V 0.7372 Спутниковый симметричный канал, с учетом аренды спутниковой станции в Москве 11 Спутниковый закрепленный несимметричный канал H=92.36 V 0.6772 Спутниковый канал с не симметрией Ѕ , предоставляемый с учетом аренды спутниковой станции в Москве (V- максимальная скорость) 12 Спутниковый закрепленный несимметричный канал H=90.8 V 0.6636 Спутниковый канал с не симметрией 1/4 , предоставляемый с учетом аренды спутниковой станции в Москве (V- максимальная скорость) 13 Спутниковый симметричный канал, выделяемый по требованию H=63.19 V 0.7228 Спутниковый симметричный канал, предоставляемый по требованию с ограничением занятости канала в месяц 12.5% (входит техническое обслуживание станций, установленных у заказчика)

Сопоставление тарифов наземных и спутниковых линий

Cопоставление тарифов надо проводить при максимальной однотипности исходных условиях, что, к сожалению, не всегда возможно. Сложность заключается в объективном учете многочисленных примечаний и дополнительных условий при заключении конкретного договора на аренду канала. Это, конечно, снижает точность численного анализа, но все же дает объективные выводы общего характера.

L км

Наземные магистральные и внутризоновые каналы в сравнении со спутниковыми закрепленными каналами будем рассматривать в предположении необходимости передачи информации между двумя узлами доступа проектируемой сети. Выбор в пользу наземной или спутниковой линии по критерию минимизации текущих расходов следует сделать на основе сравнения тарифов (табл.1). В табл. 2 представлены результаты сопоставления тарифов "Ростелеком" и тарифов операторов спутниковых сетей для закрепленных линий (PAMA). Практически аналогичные соотношения получаются при сравнении с тарифами ОАО "Электросвязь" для зоновых сетей. Анализ этих соотношений может быть выполнен для любых скоростей и расстояний. На рис.1 представлена диаграмма сопоставления оптимальности вариантов использования наземных магистральных каналов по сравнению с симметричным спутниковыми каналом.

Cледует отметить, что представленные данные получены на основе тарифных планов вторичных операторов спутниковых сетей (к первичным операторам относятся операторы, имеющие в своем распоряжении спутники связи).

Сопоставление тарифов Общее соотношение для анализа Примечание п.1 = п.10, табл. 1 L = 323 V 0.49 , км При заданной максимальной скорости передачи информации V на расстоянии между точками доступа магистральной линии более L выгодно использовать спутниковую линию связи, в противном случае предпочтение следует отдать наземному каналу. п.1 = п.11, табл. 1 L = 467 V 0.20 , км п.1 = п.12, табл. 1 L = 467 V 0.047 , км

Необходимость решения "последней мили" принципиально изменяет ситуацию. Дело в том, что станцию спутниковой связи можно установить в непосредственной близости к абоненту. Это практически исключает необходимость или минимизирует дополнительные затраты на арендную плату местной сети. Из анализа данных табл. 2 несложно получить, что в случае необходимости аренды каналов магистральной или зоновой сети и дополнительной аренды местных выделенных каналов практически всегда выгодно использовать спутниковый канал. Это достаточно тривиальный вывод, но в данном случае он может быть выражен численно.

Внутризоновые каналы в сравнении со спутниковыми каналами, предоставляемыми по требованию, целесообразно рассматривать для относительно низкоскоростных сетей с учетом вероятности отказа в соединении и характера трафика. В качестве базового тарифа для внутризоновоых каналов примем данные п.2 табл.1 (L менее 625км), представленные для Центрального ФО, а для спутникового канала п.13, табл.1. Тогда соотношение для оценки максимального расстояния L , при котором еще выгодно использовать наземные каналы имеет вид

где P₀ - вероятность отказа в соединении; N - число абонентов сети; A – нагрузка (Эрланг), создаваемая одним абонентом; n (P₀; A)коэффициент, определяемый формулой Эрланга.

Анализ этого соотношения показывает, что использование наземной сети целесообразно только для низкоскоростных каналов ( примерно не более 16 кбит/с). Чем больше абонентов в сети и выше пропускная способность каналов, тем очевиднее преимущество использования спутниковой технологии VSAT (DAMA) с предоставлением каналов по требованию (табл.3).

Канал, кбит/с Число (N) абонентов (станций) в составе сети 10 20 50 100 300 32 531 442 319 266 212 64 446 372 268 223 179 128 375 313 225 188 150 256 315 263 189 158 126 384 283 236 170 142 113 512 263 219 158 132 105

Анализ данных табл.3 показывает, что спутниковая технология VSAT является наиболее выгодным решением при организации сетей не только в масштабе России, но и в масштабе отдельного региона.

Местные наземные выделенные каналы в сравнении со спутниковыми каналами, предоставляемыми по требованию, нецелесообразно рассматривать только для сетей предназначенных для передачи данных в пакетном режиме при низкой нагрузке, создаваемой отдельной станцией. Например, критерием для принятия решения может служить отношение тарифов п.п.4-9 к тарифу п.13 с учетом статистических параметров сети

где К менее 1 , определяется отношением коэффициента перед V ^S к 63.19 (см. п 13 табл.1), а S – показатель степени (см. п.п.4-9, табл.1). Примем самое жесткое условие для выбора решения в пользу использования спутникового канала (K=1 и S=0.33). В этом случае критерием выбора спутниковой технологии является выполнение соотношения

в противном случае целесообразно использовать наземные выделенные каналы. Очевидно, что результат зависит от значений P₀; A и N. Для примера в табл. 4 представлены результаты оценки n при P₀ = 0.05 и А=0.01-0.2. Представленные данные показывают, что по критерию минимизации текущих расходов спутниковая технология с предоставлением каналов по требованию может оказаться более выгодной для построения сетей передачи данных даже в мегаполисах с развитой наземной инфраструктурой связи (конечно, не следует при этом забывать о сопоставлении единовременных затратах и раходах по получению разрешений для эксплуатации VSAT станций, что может принципиально изменить этот вывод).

N Трафик, создаваемый одним абонентом (А) 0.01 0.05 0.1 0.2 5 1 2 2 3 10 2 3 3 5 20 2 4 5 7 50 3 6 9 14 100 4 9 15 25 300 6 20 36 65 1000 15 56 105 201

Примечание: синим выделены случаи (n), при которых выгодно использовать спутниковую технологию при условии, что скорость канала не более 128 кбит/с.

Краткие итоги обобщенного сравнения тарифов

Представленные выше данные о тарифах наземных и спутниковых каналов и анализ, проведенный на их основе, показывают, что однозначного общего ответа о преимуществах наземных сетей перед спутниковыми (или наоборот) дать невозможно. В каждом конкретном случае имеется свое оптимальное (по критерию минимума текущих расходов) решение, которое зависит в конечном итоге от функциональной задачи и конкретных численных значений (скорость канала, нагрузка сети, расстояния между ее абонентами, вероятность отказа в соединении, и т.п.).

Полученные выше аналитические соотношения и результаты вычислений позволяют найти оптимальное решение для многих конкретных практических задач и обосновать на основе численного анализа преимущества и недостатки предлагаемых решений с точки зрения минимизации затрат на аренду каналов связи.

Пример сопоставления текущих затрат

Для сравнения абсолютных значений возможных текущих затрат при реализации линии связи на основе наземных и спутниковых каналов в качестве примера рассмотрим схему связи между г. Геленджик и МПР в г. Москве при следующих исходных данных:

• Скорость в канале до 512 кбит/с,

• Характер канала -симметричный дуплексный закрепленный канал.

При использовании наземных каналов следует учитывать схему сопряжения с магистральным каналом и решение проблемы "последней мили". Упрощенная схема организации наземного канала выглядит следующим образом

При использовании спутниковых каналов и технологии VSAT обмен информацией происходит непосредственно между абонентами системы, минуя промежуточные сопряжения, т.е проблема "последней мили" сведена к минимуму. Условная схема организации линии связи выглядит следующим образом

Для оценки абсолютных текущих затрат, связанных с арендой наземных каналов, примем данные табл.1, п.1 и п.5 (для бюджетных организаций). Для спутникового канала (512 кбит/c при FEC=1/2) примем верхнюю оценку в соответствии с п. 10 табл. 1 и нижнюю, в соответствии минимальной оценкой стоимости аренды частотного ресурса спутника "Экспресс-А", для коммерческих организаций. Результаты оценки приведены в виде табл.5 , из которой следует , что текущие расходы при использовании наземных каналов выше, чем при использовании спутниковых каналов минимум на 20 600$ в год.

Таблица 5. Сравнительные данные по текущим затратам при использовании наземных и спутниковых каналов для линии г. Геленджик-г. Москва

Тип каналов Арендная плата $ в месяц Примечание Наземный канал 9174 Местные каналы приняты по тарифам для бюджетных организаций Спутниковый канал: Max 5829* Тарифы приняты по коммерческим расценкам. Min 7453 Min -только аренда частотного ресурса, Max- аренда с учетом технической поддержки.

Примечание: * в случае достаточной энергетики можно применить FEC=3/4, что для данного канала приведет к снижению стоимости аренды емкости спутника до 4500$.

Таким образом экономия по текущим затратам при использовании спутникового канала получается очень существенной. Особенно при работе через спутник с высокой энергетикой в рабочей зоне. Еще большим будет выигрыш при несимметричном трафике.