2.1. Подключение абонентов к цифровым телефонным станциям

2.1.1. Несколько предварительных замечаний

2.1.2. Некоторые особенности цифровизации местных телефонных сетей

2.1.2.1. Сетевые аспекты

2.1.2.2. Экономические аспекты

2.1.3. Подключение к ТФОП новой группы абонентов

2.1.4. Замена аналоговой АТС на цифровую коммутационную станцию

2.1.5. Замена нескольких АТС одной коммутационной станцией

2.1.6. Несколько общих замечаний к разделу 2.1

2.1.1. Несколько предварительных замечаний

Все соображения, изложенные в разделе 2.1, основаны на том, что подключение абонентов к телекоммуникационной системе будет осуществляться через цифровую телефонную станцию. В этом плане для нас весьма существенны два обстоятельства:

— тип телефонной станции, так как цифровое коммутационное оборудование диктует определенные принципы построения ГТС и СТС [1-4];

— вид основной среды распространения сигналов (кабель с медными жилами или оптическими волокнами).

Принципы цифровизации ГТС и СТС, строго говоря, не входят в круг вопросов, непосредственно связанных с сетями абонентского доступа. Тем не менее, некоторые аспекты применения цифрового коммутационного оборудования могут существенно влиять на принципы создания или модернизации сетей абонентского доступа. В параграфе 2.1.2 изложены те аспекты цифровизации ГТС и СТС, которые представляют практический интерес с точки зрения абонентского доступа.

Использование цифровой (как, впрочем, и аналоговой) коммутационной станции подразумевает достаточно широкое использование кабелей связи для организации АЛ. Это, конечно, не исключает применение радиотехнических средств для подключения некоторой части абонентов к коммутационной станции. Но для оптимального сценария — при создания сети абонентского доступа или ее модернизации — необходимо проанализировать и другую возможность. Речь идет о том, чтобы отказаться от установки коммутационной станции. Такой подход рассматривается в разделе 2.5. Основная область практического применения подобного решения — сельская связь.

Текст предыдущего абзаца постепенно ведет читателя к одному весьма важному выводу, который, на мой взгляд, очень сложно обосновать, даже используя современные экономико-математические методы. Если бы я решился ввести эпиграф к дальнейшим рассуждениям, то рискнул бы перефразировать профессора Преображенского, героя романа М.А. Булгакова “Собачье сердце”. Слова Филиппа Филипповича можно трансформировать следующим образом: “Следовательно, разруха не в системе связи, а в головах”.

Заранее приношу свои извинения тем специалистам по проектированию и построению сетей связи, которые понимают, что внедрение цифровой техники передачи и коммутации означает существенную качественную модернизацию всей телекоммуникационной системы. Но мне известны примеры, когда руководство местной телефонной сети принимало решение в пользу самых неудачных вариантов использования цифровой техники передачи и коммутации. К этому следует добавить неодолимое желание некоторых Операторов сохранить возможность спаренного включения терминалов, соединить цифровые коммутационные станции трактами аналоговых систем передачи… Можно, к сожалению, привести и другие примеры подобных анахронизмов.

Итак, резюмируем цель этого лирического отступления: создавая современную сеть абонентского доступа необходимо понимать, что решается одна из важнейших задач создания телекоммуникационной системы XXI века. Коль скоро я стал ссылаться на источники, редко используемые для технико-экономического анализа, можно, еще раз вспомнив известные истины, сформулировать одно из ключевых правил создания или модернизации сети абонентского доступа в виде постулата: «Приносить пользу и не вредить». Возможно, этот принцип Гиппократ трактовал шире, чем одну из чисто профессиональных заповедей Врача. В любом случае, эти слова мне кажутся уместными.

Следующее замечание относится к классификации возможных вариантов установки цифровой коммутационной станции. Прежде всего, необходимо отметить тот неприятный факт, что методика оптимального построения местной телефонной сети в условиях весьма широкого использования цифровой коммутационной техники еще не разработана. Следовательно, для выбора экономичной структуры сети абонентского доступа необходимо рассмотреть все возможные сценарии цифровизации ГТС и СТС. Эти сценарии могут быть объединены в три большие группы. Соответствующие решения изложены в параграфах 2.1.3 — 2.1.5.

Последний комментарий определяет круг рассматриваемых ниже вопросов. В основном, мы будем разрабатывать структуру сети абонентского доступа. Эти результаты безусловно имеют самостоятельное значение, но они интересны и для постановки задач планирования сети абонентского доступа.

2.1.2. Некоторые особенности цифровизации местных телефонных сетей

2.1.2.1. Сетевые аспекты

Стратегия развития местной телефонной сети может рассматриваться как долгосрочный план, который принят Оператором для поэтапной модернизации эксплуатируемой им телекоммуникационной системы. Подобный план включает в себя несколько важных положений, среди которых нам будут особо интересны два следующих:

— ожидаемое изменение Операторской деятельности, касающееся перечня предлагаемых абонентам услуг;

— выбранный Оператором сценарий цифровизации местной телефонной сети.

Почему Оператору местной телефонной сети необходимо искать новые ниши на рынке телекоммуникационных услуг? Ответ на этот вопрос проясняет рисунок 2.1, заимствованный из [5]. Удельный вес доходов Операторов от услуг телефонной связи за период [Т1, Т2] снизится с 80% до 50%. Период [Т1, Т2] для местных сетей России будет колебаться в достаточно широких пределах. Мне представляется, что для некоторых ГТС время “Т1” уже наступило; такая гипотеза основана, преимущественно, на оценках ряда Операторов. Для местных телефонных сетей период [Т1, Т2] может оцениваться, в среднем, как 10 лет.

Изменение доходов Оператора от услуг ТФОП

Рисунок 2.1

Тенденция, иллюстрируемая рисунком 2.1, диктует изменения в стратегии Операторской деятельности. Многие Операторы ТФОП в развитых странах активно расширяют сферу своего бизнеса. Во-первых, форсируется естественное (эволюционное) развитие ТФОП, заключающееся во введении услуг Интеллектуальной Сети и ЦСИО. А во-вторых, происходит вторжение некоторых Операторов ТФОП на рынок широкополосных услуг. В основном, конкурентная борьба развернулась в сфере кабельного телевидения [6], Операторов которого, в свою очередь, давно привлекает рынок телефонной связи.

Эти соображения, на первый взгляд, весьма далеки от практических задач оптимального построения сети абонентского доступа. И в ряде случаев решения Оператора по введению новых услуг практически не окажут влияния на принципы реализации сети абонентского доступа. Но вероятна и принципиально иная картина. Например, Оператор принимает решение заменить АТС всех уровней иерархии на коммутаторы АТМ; такой сценарий рассматривается, в частности, в работах [7, 8]. В данном случае, принципы построения сети абонентского доступа могут кардинально отличаться от решений, типичных для ТФОП.

Известные мне проекты модернизации местных телефонных сетей в развитых странах пока не предусматривают столь резкий качественный переход, каким является использование в качестве устройств распределения информации исключительно коммутаторов АТМ. Поэтому далее мы будем предполагать, что, по крайней мере, все МС в перспективных местных телефонных сетях будут системами с коммутацией каналов. Но отличительной особенностью этих МС будет повышение емкости вплоть до 100000 номеров [9 — 12], что обеспечивает экономичное построение ГТС и СТС. Естественно, такое повышение емкости МС актуализирует разработку новых принципов построения сетей абонентского доступа.

Два последних предложения вплотную приближают нас к весьма важному вопросу — выбору Оператором сценария цифровизации местной телефонной сети. Можно выделить три базовых сценария. Ниже будут рассмотрены их технические аспекты. А в параграфе 2.1.2.3 читатель сможет найти некоторые соображения, касающиеся экономических оценок каждого сценария.

Первый сценарий — поэтапная модернизация местной телефонной сети. Существенная особенность этого сценария состоит в том, что на каждом этапе решается локальная задача. Например, происходит установка новой АТС в застраиваемом микрорайоне города, заменяется устаревшая коммутационная станция и так далее. В этом случае, практически невозможно определить структурные характеристики ГТС (или СТС) к тому времени, когда она превратится в полностью цифровую телефонную сеть, то есть, достаточно сложно оценить число коммутационных станций и топологию сети.

Второй сценарий подразумевает разработку оптимальной структуры полностью цифровой местной телефонной сети. После этого составляется программа реализации выбранной Оператором структуры ГТС или СТС. Таким образом, результаты цифровизации местной телефонной сети известны заранее. Кроме того, весь процесс модернизации расписан по этапам.

Выполнению второго сценария будет препятствовать множество факторов, часть которых невозможно предвидеть при разработке соответствующей программы. Оператор, вероятно, будет вынужден искать компромиссное решение между первым и вторым сценариями. Таких решений может быть несколько. Их совокупность можно рассматривать как третий сценарий цифровизации местной телефонной сети.

Рассмотрим гипотетическую ГТС малой емкости, состоящую из четырех электромеханических РАТС. Задача Оператора состоит в том, чтобы за десять лет заменить все электромеханические РАТС цифровыми коммутационными станциями. Будем считать, что каждая i-ая РАТС была введена в эксплуатацию раньше, чем РАТС с индексом (i+1).

Процесс модернизации ГТС иллюстрируется рисунком 2.2, состоящим из двух фрагментов. Левый фрагмент показывает процесс модернизации ГТС по первому сценарию, а правый — по второму. Введем для второго сценария гипотезу об оптимальной структуре цифровой ГТС. Будем полагать, что самое эффективное решение — установка одной цифровой коммутационной станции с концентраторами. Первый сценарий подразумевает поэтапную замену электромеханических АТС. Структура ГТС в таком случае не изменяется. Последнее предположение определяет число этапов в процессе модернизации местной телефонной сети. Если (согласно первому сценарию) шаг за шагом заменяются все четыре электромеханические станции, то логично рассматривать четыре этапа модернизации ГТС.

Два сценария модернизации ГТС

Рисунок 2.2

Первый этап идентичен для обоих сценариев. Аналоговая РАТС1 заменяется цифровой коммутационной станцией. Используя терминологию, предложенную в первой главе, новые цифровые станции будем обозначать аббревиатурой МС (местная станция). Не исключено, что при введении МС1 произойдут определенные изменения соответствующей сети абонентского доступа. Но эти возможные изменения не приведут к ее существенной реконструкции.

На втором этапе проявляется принципиальное различие между двумя сценариями. Первый сценарий подразумевает замену аналоговой РАТС2 на цифровую коммутационную станцию МС2. Во втором случае РАТС2 заменяется концентратором, обозначенным как К1. Это означает, что сеть абонентского доступа начинает существенно меняться. Забегая вперед, отметим, что все четыре пристанционных участка постепенно сольются в единую сеть абонентского доступа.

Третий этап предусматривает замену электромеханической РАТС3. Если Оператор выбрал первый сценарий, то сеть абонентского доступа цифровой коммутационной станции МС3 не претерпит существенных изменений. Выбор второго сценария подразумевает замену РАТС3 концентратором К2, что приводит к дальнейшему расширению границ пристанционного участка МС1. Сеть абонентского доступа этой коммутационной станции содержит уже два концентратора.

Четвертый этап завершает процесс цифровизации ГТС, выбранной в качестве модели местной телефонной сети. Если Оператор выбрал первый сценарий, он получит полностью цифровую ГТС, содержащую четыре коммутационные станции, то есть, структура местной сети не изменяется. Если Оператор продолжает реализацию второго сценария, то цифровая ГТС превращается в сеть, называемую нерайонированной [13]. Это происходит, когда вместо РАТС4 устанавливается концентратор К3.

Итак, на примере цифровизации гипотетической ГТС рассмотрены два сценария модернизации местных телефонных сетей. Выше упоминался и третий сценарий, который был определен как компромиссное решение между первым и вторым сценариями. Компромиссных решений может быть несколько, но все они образуют некое множество — третий сценарий модернизации ГТС. На рисунке 2.3 показаны примеры компромиссных решений, которые принимаются на четвертом этапе модернизации ГТС.

Примеры изменения проектных решений

Рисунок 2.3

Левая часть рисунка 2.3 иллюстрирует компромиссное решение, которое заключается в отказе от установки концентратора при замене РАТС4. Вместо демонтируемой АТС устанавливается вторая цифровая коммутационная станция — МС2. Подобное решение может возникнуть при каких-либо изменениях в организации местной телефонной связи. Простейший пример — строительство нового жилого микрорайона, что подразумевает заметный рост численности потенциальных абонентов. Если необходимо подключить большое число новых абонентов, то не исключена ситуация, когда установка новой МС2 станет экономически выгоднее, чем применение концентратора.

Правая часть рисунка 2.3 показывает другое компромиссное решение. Вместо демонтируемой РАТС4 используются два концентратора. Один из концентраторов (К3) подключается к МС1 через концентратор К2. Такую структуру обычно называют двухступенчатой. Другой концентратор (К4) подключается к МС1 непосредственно. Данное компромиссное решение может оказаться эффективным, если РАТС4 демонтируется в два этапа.

Достоинства и недостатки каждого сценария необходимо оценивать комплексно. Обсуждение этого вопроса лучше провести в конце следующего параграфа, когда мы будем располагать некоторыми технико-экономическими оценками.

2.1.2.2. Экономические аспекты

Затраты на цифровизацию местной телефонной сети зависят от множества факторов. Безусловно, выбор сценария также влияет как на технические характеристики телекоммуникационной системы, так и на ее стоимость. В этом параграфе мы введем следующее условие: любой сценарий цифровизации ГТС (или СТС) приводит к созданию цифровой сети с заранее заданными и практически одними и теми же техническими характеристиками.

Что это значит? Во-первых, цифровая местная телефонная сеть должна обеспечивать установленные для ТФОП показатели качества обслуживания вызовов и качества передачи речи. Во-вторых, абонентам местной телефонной сети должны быть доступны все обязательные для ТФОП услуги вне зависимости от места включения АЛ — коммутационная станция, концентратор или иное устройство сети абонентского доступа. В-третьих, местная цифровая телефонная сеть должна обеспечить введение широкого спектра новых телекоммуникационных услуг, предусмотренных, например, концепциями ЦСИО и Интеллектуальной Сети.

Конечно, цифровые телефонные сети, построенные на основе разных сценариев, будут различаться по своим техническим характеристикам. Но эти различия не столь существенны. Таким образом, возможные сценарии цифровизации местных телефонных сетей целесообразно сравнивать по экономическим показателям. Результаты соответствующего анализа можно использовать в качестве критерия оптимальности проектных решений.

В первую очередь, рассмотрим эффективность использования цифровых коммутационных станций большой емкости. Исследуемую характеристику можно выразить функцией

C = F(N), (2.1)

где C — стоимость одного номера (порта) цифровой коммутационной станции, а N — емкость этой станции.

Примерный характер интересующей нас функции может быть установлен следующим образом. Рассматривается ряд контрактов на покупку Операторами цифровых коммутационных станций емкостью N₁, N₂, … , N_k. Статьи затрат, приходящиеся на коммутационное оборудование, позволяют для каждого контракта рассчитать стоимость одного номера — C₁, C₂, … , C_k соответственно. Эти результаты позволяют построить дискретную функцию, характер которой на рисунке 2.3 показан заштрихованными столбиками.

Зависимость стоимости номера цифровой коммутационной станции от ее емкости

Рисунок 2.4

Функцию F(N) желательно представить непрерывной кривой. Это несложно сделать, используя, например, метод наименьших квадратов [14]. Проблема заключается в том, что стоимость оборудования, приобретаемого по контракту, либо составляет коммерческую тайну, либо не разглашается Оператором по иным причинам. Таким образом, накопить статистические данные, необходимые для достоверной оценки функции F(N), не так просто.

Имевшиеся в моем распоряжении неофициальные сведения позволяют ввести гипотезу (ее необходимо тщательно проверить) о том, что стоимость одного номера цифровой коммутационной станции емкостью N номеров может оцениваться следующим соотношением:

, (2.2)

где C₀ — стоимость одного номера коммутационной станции с «эталонной» емкостью N₀.

В качестве «эталона» целесообразно выбрать величину 10000 номеров, которая является типичной емкостью для электромеханических АТС. Для сравнения вариантов можно оперировать относительными единицами, которые позволяют найти самое экономичное решение, хотя и дают абсолютных стоимостных характеристик каждого из рассматриваемых решений. Величину C₀ можно, в таком случае, принять за единицу. Вычисления по формуле (2.2) дают следующие любопытные оценки:

— при установке цифровой коммутационной станции для включения 5000 абонентов стоимость одного номера составит 1,26 от эталонного значения;

— повышение емкости цифровой коммутационной станции в четыре раза (модель ГТС, введенная в предыдущем параграфе) обеспечивает уменьшение затрат на один номер до 0,63 от эталонного значения;

— использование крупных цифровых коммутационных станций емкостью 100000 АЛ снижает стоимость одного номера до 0,46 от эталонного значения.

Напомним, что результаты этих оценок получены по формуле (2.2), которая предложена после обработки небольшого числа проектов. Тем не менее, реальное соотношение цен на цифровое коммутационное оборудование разной емкости будет, по всей видимости, очень близким к приведенным выше оценкам.

Вернемся к модели гипотетической ГТС, введенной в предыдущем параграфе. Рассмотрим инвестиционный цикл [15] для цифровизации этой ГТС. На рисунке 2.5 показан инвестиционный цикл, отражающий четыре этапа модернизации местной телефонной сети. Эти этапы показаны на рисунке 2.3 для первого и второго сценариев цифровизации ГТС. На рисунке 2.5 начальные моменты каждого из четырех этапов обозначены латинскими буквами A, B, C и D соответственно.

Инвестиционный цикл для цифровизации ГТС

Рисунок 2.5

Использование коммутационной станции большой емкости не означает, что Оператор должен приобрести к моменту «А» оборудование в полном объеме. Принципы разработки современных цифровых коммутационных станций учитывают возможность постепенного наращивания функциональных блоков, предназначенных как для подключения новых абонентов, так и для повышения производительности устройств, обрабатывающих трафик. Тем не менее, стоимость цифровой коммутационной станции с максимальной емкостью M номеров, используемой для подключения N абонентов (N < M), всегда будет больше, чем стоимость аналогичного оборудования, для которого величина N является предельным значением числа подключаемых АЛ. Если обратиться к обозначениям, использованным на рисунке 2.5, то это утверждение выражается следующим неравенством: I_2A > I_1A.

Суммарные инвестиции для реализации первого и второго сценариев обозначены на рисунке 2.5 как S₁ и S₂ соответственно. Понятно, что эти величины определяются суммой инвестиций на всех этапах модернизации телефонной сети:

S₁ = I_1A + I_1B + I_1C + I_1D ; S₂ = I_2A + I_2B + I_2C + I_2D. (2.3)

Ранее было установлено, что инвестиции на модернизацию телефонной сети по второму сценарию будут меньше, чем в том случае, когда Оператор выберет первый сценарий, то есть, S₁ > S₂. Это означает, что существует некая точка «T», принадлежащая отрезку [A, D], в которой суммарные инвестиции равны для первого и второго сценариев. С точки зрения инвестиционного цикла очень важно знать, где находится эта точка. Значение «T» определяется множеством факторов. Практически, оно является случайной величиной с плотностью распределения f(t), которое задано на отрезке [A, D]. На рисунке 2.6 показаны три примера поведения функции f(t), определяющих наиболее вероятное нахождение точки «T».

Примеры распределения величины “Т”

Рисунок 2.6

Современные методы экономического анализа сценариев, по которым модернизируется телекоммуникационная система, учитывают факторы, весьма существенные для Оператора связи [15, 16]: условия получения банковского кредита, инфляционные процессы, инвестиционный климат и другие. Но реальные условия, в которых Оператору приходится выбирать сценарий для модернизации своей телекоммуникационной системы, часто не укладываются в классические модели экономики. Даже широко известный двухтомник «Экономикс», Кэмпбелла Р. Макконнелла и Стэнли Л. Брю, не охватывает ситуации, могущие вызвать вопросы у Оператора.

Не умаляя важности экономического анализа двух базовых сценариев цифровизации телефонных сетей, попробуем сформулировать рекомендации практического характера, которые, возможно, будут полезны на этапе принятия Оператором соответствующих административных решений:

— во-первых, целесообразно оценить потенциальный выигрыш от использования цифровых коммутационных станций большой емкости, используя формулу (2.2) или иные соотношения;

— во-вторых, полезно выполнить расчеты инвестиций, приходящиеся на каждый отдельный этап цифровизации телефонной сети, и, просуммировав их по формуле (2.3), вычислить суммарные затраты для каждого сценария;

— в-третьих, определить наиболее вероятное положение точки «Т», в которой затраты по обоим сценариям становятся равными;

— в-четвертых, соотнести полученные результаты с факторами, которые сложно учесть с помощью математических методов (в частности, возможность получения кредита от поставщика телекоммуникационного оборудования, повышение шансов на лидерство на рынке новых услуг и тому подобное).

Общий вывод из анализа двух сценариев цифровизации местной телефонной сети состоит в том, что каждое решение имеет свои достоинства и недостатки. Отличительные особенности первого сценария — минимальные затраты на первом этапе цифровизации сети при максимальной величине суммарных инвестиций. Второй сценарий гарантирует минимальные суммарные инвестиции, но он связан с эффектом, именуемым в экономической литературе [15, 16] “замораживание капитальных вложений”.

В предыдущем параграфе мы договорились о том, что после описания экономических аспектов цифровизации местной телефонной сети будут кратко изложены достоинства и недостатки рассмотренных выше сценариев. Результаты такого анализа — даже в ущерб ряду деталей, иногда весьма существенных, — удобно представлять в табличной форме. Приведенная ниже таблица 2.1 содержит четыре показателя, характеризующие три основных сценария цифровизации местной телефонной сети. Таблица 2.1 отражает субъективное мнение автора, который, кстати, никогда не работал в организациях, занимающихся эксплуатацией или проектированием сетей электросвязи.

Таблица 2.1