Сеть как облачный сервис или облачная «труба»

В 2015 г. воедино сойдутся три мощных фактора, одновременное действие которых может запустить процесс коренной бизнес-трансформации российской отрасли связи. Это начало затяжной рецессии в экономике России, глобальные изменения на рынке голосовых услуг и переход крупнейших мировых операторов связи к реализации новых технологических концепций построения сетей.

Перспективы сокращения инвестиционных программ операторов связи

Ощутимый удар со стороны макроэкономики будет нанесен в 2015 г. по программам развития сетей связи, в которые до недавнего времени инвестировалась почти половина от получаемой операторами прибыли, или примерно четверть от их выручки.

Основная причина – резкая девальвация национальной валюты в сочетании с ростом стоимости обслуживания корпоративного долга.

Так, реализация программ развития сетей связи связана с закупкой большого объема оборудования и программного обеспечения, подавляющая часть которого в стоимостном выражении – импортное. С другой стороны, несмотря на попытки экспансии за пределы РФ, большую часть доходов крупнейшие российские операторы получают именно в России, и они, разумеется, номинированы в рублях. Когда на протяжении довольно длительного периода рубль был стабилен и даже укреплялся, это не создавало операторам никаких проблем. Но нынешняя 50%-ная девальвация национальной валюты на фоне стагнации номинированных в рублях доходов операторов означает необходимость соответствующего сокращения инвестпрограмм. К тому же в отличие от девальваций 1998–1999 и 2008–2009 гг. происходящее сейчас, видимо, надолго. И быстрого восстановления экономики и курса рубля ждать не стоит – более вероятно дальнейшее ухудшение ситуации.

Среди источников финансирования капитальных затрат существенное место у операторов связи занимают заемные средства, которые в настоящий момент на внутреннем рынке неприемлемо дороги, а на международных рынках капитала – практически недоступны. Остаются только собственные средства. Но падение капитализации российских операторов связи, снижение рейтингов, резкий рост доходности облигаций и ряд других проблем приводят к повышению стоимости обслуживания их корпоративной задолженности, что также отнимает деньги у инвестиционных программ, требуя от операторов перераспределения использования собственных средств в пользу обслуживания долга.

Наряду с капитальными оптимизации подлежат и операционные затраты операторов. Прежде всего это касается затрат на персонал, производительность которого у российских операторов кратно ниже, чем у их наиболее успешных коллег за рубежом.

Это все объективная реальность наступившего 2015-го и, вероятно, еще как минимум ближайших двух-трех лет. Просто «пересидеть» ее, урезав инвестиции, но ничего не меняя в стратегии, вряд ли получится. Это «временно» может продлиться слишком долго, и когда «разморозка» состоится, может выясниться, что поезд уже давно ушел.

Нужны какие-то принципиально новые стратегические решения. Давайте попробуем понять, какие именно.

Трансформация рынка голосовых услуг

Несмотря на опережающий рост доходов операторов от услуг, связанных с передачей данных, доходы от голосовых услуг по-прежнему превалируют на российском рынке с долей около 70% – это данные J’son&Partners Consulting. При этом в структуре трафика IP-эквивалент телефонии (фиксированной и мобильной) занимает менее 0,5%. То есть налицо выраженное несоответствие структуры трафика структуре доходов.

Это чрезвычайно важный момент, который означает, что для абонента стоимость IP-трафика, потребляемого им в виде традиционной телефонии, примерно в 140 раз выше, чем стоимость IP-трафика, потребляемого в виде сетенезависимых голосовых сервисов.

Специально не употребляю здесь термины «IP-телефония» и «телефония по технологии коммутации каналов», поскольку все это очень условно.

Структура доходов от услуг связи в России, 2013 г.

Рис. 1

* МГМН – междугородняя и международная связь, ВЗ – внутризоновая связь.

Развитие фиксированного и мобильного широкополосного доступа в Интернет, повышение уровня проникновения стремительно дешевеющих умных абонентских устройств (смартфонов, планшетов), способных взаимодействовать с сетенезависимыми сервисами, в сочетании с падением реальных располагаемых доходов домохозяйств приведут к появлению как технической возможности, так и необходимости экономить на сетезависимых голосовых сервисах, отказавшись от них в пользу сетенезависимых.

Технический аспект перехода к сетенезависимым сервисам состоит в том, что использование технологии коммутации каналов и проприетарных голосовых сервисов в умных абонентских устройствах является временной и вынужденной мерой, не соответствующей идеологии их построения. В некоторых умных устройствах она не предусмотрена уже сейчас. Следовательно, на первый план выходят такие не привязанные к сети связи идентификаторы абонента, как, например, аккаунт в соцсети, и именно провайдеры сетенезависимых сервисов, а не операторы связи становятся точкой входа к абоненту.

Однако более существенным для трансформации рынка услуг связи, нежели технический фактор, представляется именно фактор снижения реальных располагаемых доходов домохозяйств и, как следствие, необходимость жесткой экономии, причем на протяжении довольно продолжительного периода. Уже сейчас расходы домохозяйств на услуги связи, 75% которых приходится на голосовую связь, сопоставимы с расходами домохозяйств на коммунальные услуги. Подчеркну, именно домохозяйств – речь не об ARPU на одну SIM-карту. Так, объем жилищно-коммунальных услуг, оказанных населению в 2012 г. в РФ, составил 1,8 трлн руб., а объем услуг связи населению – около 1 трлн, из них около 800 млрд – расходы на голосовую связь. То есть это очень близкие и весьма существенные для домашнего бюджета цифры.

Продажи мобильных терминалов в России

Рис. 2

Средняя стоимость смартфонов в мире и России, 2012–2018 гг.

Рис. 3

Трансформация сетей связи в умную адаптивную ИКТ-среду

Обычно появление новых абонентских устройств и сервисов требует установки на сетях связи все более производительного и, как следствие, более дорогого оборудования.

В этой ситуации рост капитальных затрат в расчете на абонента приводит к увеличению сроков окупаемости, повышению долговой нагрузки операторов, рискам, связанным, в частности, с тем, что установленное на сети дорогостоящее оборудование морально устареет до того момента, когда оно успеет окупиться.

В настоящее время сложившееся за десятилетия положение начинает довольно быстро меняться: требования, предъявляемые умными абонентскими устройства к сетям связи, состоят не в усложнении, а в кардинальном упрощении физической сетевой инфраструктуры. Таким образом, они не только не противоречат задаче сокращения капитальных затрат операторов связи, но и способствуют ее решению.

Определяющей здесь является возможность значительного повышения эффективности использования сетевых ресурсов, которая появляется, если под модернизацией сети понимать улучшение характеристик всей инфраструктуры оператора, а не отдельных ее элементов или устройств, что, в свою очередь, требует использования более простого и, следовательно, дешевого оборудования, а не более сложного и дорогого, как обычно. Именно требует, а не делает возможным. Такой вот странный, на первый взгляд, подход.

Но по аналогии с законом сохранения энергии, если где-то сложность и стоимость снижается, то где-то они должны увеличиться. И это «где-то» – программный уровень. В этом, собственно, и состоит основное требование бурно растущего парка умных абонентских устройств и потребляемых абонентами с их помощью сервисов. Проще говоря, умным абонентским устройствам нужно, чтобы и сетевые устройства были умными. То есть чтобы функциональные возможности сети определялись не столько на аппаратном уровне – он кардинально упрощается, сколько на программном, что дало бы возможность сети адаптироваться к требованиям прикладных сервисов, а не сервисам сети, как сейчас. При этом, опять же по аналогии со смартфонами и приложениями к ним, в значительной степени определяющим их функциональные возможности, этот программный уровень должен быть не проприетарным, как сегодня, а в значительной степени аппаратно независимым.

Ну и что, скажут технические специалисты, хрен редьки не слаще. Раньше платили за «железо», теперь будем платить за софт и, может, еще больше. А с софтом мороки существенно больше, чем с «железкой». Она надежная и понятная, особых хлопот не доставляет в отличие от софта. Думаю, многие тут сразу вспомнят проблемы с настройкой программных коммутаторов, особенно их первых версий.

Да, это правда. За упрощение «железки» приходится платить значительным усложнением программного слоя, и морока с softswitch’ами – это еще цветочки. В умных сетях программный слой, начинаясь на уровне виртуализации сетевых функций, бесшовным образом простирается через уровень систем операционной поддержки (OSS) и выходит на уровень бизнес-систем (BSS). Таким образом, речь идет о глубокой интеграции виртуальных сетевых устройств с системами автоматизации операционных и бизнес-процессов, формирующих единую сервисную среду оператора.

Более того, эта среда из статичной трансформируется в адаптивную, интеллектуальную, т. е. работающую не по фиксированным алгоритмам, а способную в режиме реального времени анализировать поступающие данные и соответствующим образом оптимизировать алгоритмы своей работы. При этом, разумеется, резко возрастает сложность не только отдельных программных модулей, но и алгоритмов их взаимодействия.

Все это говорит о том, что традиционный подход, подразумевающий инсталляцию всех систем автоматизации на стороне оператора связи, становится не только не оптимальным, но и просто невозможным.

Система управления сетью:

  • cпособность управлять не только физическим оборудованием, но и динамичной интегрированной виртуальной средой;
  • преимущественно автоматический режим реального времени;
  • конвергенция традиционных NMS и средств управления виртуальными средами;
  • возможность реализации NMS как облачного сервиса.

Система тарификации:

  • cпособность тарифицировать не только объем потребленных услуг, но и динамически изменяющиеся качественные характеристики;
  • преимущественно автоматический режим реального времени;
  • конвергенция средств управления виртуальными средами;
  • возможность реализации биллинга как облачного сервиса.

С другой стороны, как утверждает американский Национальный институт стандартов (NIST), любой софт может быть предоставлен в формате облачного сервиса (SaaS). И это, похоже, единственно возможное решение описанных выше проблем.

Формат облачного сервиса снимает для оператора проблему высоких начальных инвестиций в кастомизацию и интеграцию этого ПО, длительности и сложности его внедрения. Оператор как абонент сервиса сразу получает возможность потреблять и оплачивать софт в том объеме и качестве, какое ему необходимо в каждый конкретный момент времени, при этом вся полнота ответственности за его работоспособность лежит на провайдере SaaS.

Также очень важно отметить, что при переходе на оптимизированные под предоставление облачных сервисов средства автоматизации, сами представляющие собой разновидность облачного сервиса, привычная роль средств автоматизации как некоего дополнения ручного труда персонала оператора связи трансформируется в замену этого ручного труда аутсорсингом автоматически исполняемых процессов.

Это звучит вызывающе непривычно, но весьма перспективно, поскольку такой подход позволяет решить три очень важные, но в традиционной парадигме неразрешимые проблемы:

  • обеспечить измеримое и управляемое качество сетевого сервиса с минимальным фактором неопределенности;
  • обеспечить возможность гибкого масштабирования, т. е. быстроту реакции на изменение объема и структуры спроса всех видов инфраструктуры (ресурсов) оператора связи;
  • и, самое главное, кардинально снизить относительные, в расчете на единицу объема потребления, издержки на предоставление услуги.

Но вернемся к «железкам» – ведь без соответствующей сети все равно ничего не работает.

Бурный рост как количества трафик-генерирующих устройств, так и объема трафика в расчете на устройство требует постоянного умощнения сетей связи. Как сделать сети связи способными к практически неограниченному масштабированию без значительных капитальных затрат?

Ответ на этот вопрос – в создании глубоко программируемой сети связи. Речь идет о взаимодополняющих друг друга концепциях программно-конфигурируемых сетей (SDN) и виртуализации сетевых функций (NFV). Первые «пилоты» показывают, что, действительно, виртуализация сетевых функций, централизация функций маршрутизации трафика и несколько иной, нежели сейчас, подход к развертыванию физической инфраструктуры позволяют решить эту задачу уже сейчас (рис. 4).

Преимущества перевода IP-сети оператора связи на SDN/NFV

Рис. 4

Наиболее капиталоемкая для масштабирования часть – сети доступа, магистраль масштабировать легче. Именно сети доступа характеризуются широкой номенклатурой сетевого оборудования. При этом пропускную способность канала определяет не только физическая среда передачи, но и производительность активного сетевого оборудования. Так, в существующих IP-сетях требовательная к вычислительным ресурсам функция маршрутизации трафика не централизована, она исполняется самостоятельно сетевыми устройствами, причем на стороне не только оператора, но и абонента (CPE). А эта функция напрямую влияет как на качественные характеристики канала, так и на его пропускную способность. Следовательно, даже в IP-сетях, не говоря уже о телефонных сетях с коммутацией каналов, отсутствует возможность выделения сетевых ресурсов по требованию, поскольку невозможно быстро нарастить вычислительные мощности разбросанных по сети разнообразных активных сетевых устройств. Кроме того, невозможно управлять и качественными характеристиками канала, в частности, таким критическим для многих приложений показателями, как доступность, задержка сигнала и скорость отклика приложения.

Следовательно, единственно возможным решением задачи кардинального снижения затрат на умощнение сети доступа является ее виртуализация. Иного выхода просто нет.

В отличие от переводимых на «оптику» проводных сетей доступа, емкость которых может масштабироваться до чрезвычайно больших значений, для беспроводных сетей дополнительной проблемой является ограниченность радиочастотного спектра. А красивое решение этой проблемы состоит в том, чтобы максимально приблизить к абоненту то, что легко масштабируется (оптоволокно), и сократить то, что масштабируется плохо (радиоканал). Но имеется в виду отнюдь не увеличение доли оптоволоконных ШПД-подключений в общем количестве подключений, наоборот, ее уменьшение.

Речь идет о радикальном, примерно в 100 раз, уменьшении радиуса действия базовой станции при соответствующем увеличении количества станций и подключении по технологии PON как оконечного оборудования пользователя (CPE).

Столь радикальные изменения, в свою очередь, влекут за собой необходимость реализации принципиально иного подхода к управлению такой сетью. Решение этой задачи возможно только в том случае, если из базовых станций, точек доступа и активного оборудования оптоволоконных сетей доступа будет вынесена вся сложная логика, требующая значительных вычислительных ресурсов. В первую очередь речь идет о виртуализации и централизации функций маршрутизации трафика и управления радиочастотным спектром.

Таким образом, базовой для сетей доступа может стать единая пассивная оптоволоконная сеть с включенными в нее точками доступа Wi-Fi и малыми базовыми станциями LTE. Да, в перспективе именно малые БС и точки Wi-Fi могут стать основным оконечным элементом сетей доступа для территорий с высокой плотностью пользовательских устройств и устройств Интернета вещей. Это приведет к формированию единой инфраструктуры доступа фиксированных и мобильных сетей.

Стоит отметить, что сети Wi-Fi были первыми сетями, в которых удалось реализовать концепцию SDN. Первый программно-конфигурируемый SDN-контроллер Wi-Fi-сети был разработан еще в 2004 г. Проблема, сдерживающая массовое применение SDN в Wi-Fi сетях, состоит в высокой стоимости программно-конфигурируемых точек доступа и чрезвычайно высокой стоимости контроллеров в сочетании с проприетарностью таких решений, т. е. невозможностью подключения точек доступа одного вендора к контроллерам другого. Эту проблему решает переход на виртуальный (SDN) контроллер WLAN. Функционал виртуального SDN-контроллера точек доступа Wi-Fi должен включать радиочастотную оптимизацию, управление пользователями, бесшовный роуминг.

Примером успешной монетизации даже ограниченной функциональности программно-конфигурируемых Wi-Fi сетей являются появившиеся в последнее время проекты внедрения так называемого Smart Wi-Fi.

Реализация SDN в мобильных сетях началась с развертыванием сетей LTE, ядро которых использует технологию Evolved Packet Core (EPC). В настоящее время процессы внедрения SDN охватывают все уровни LTE-сети: уровень ядра сети, уровень управления сервисами в мобильной сети (virtualized IMS) и уровень доступа (virtual radio network controller).

Виртуализация функций мобильной сети, включая контроллеры радиодоступа с возможностью их предоставления оператору в формате облачного сервиса, оказывает значительную поддержку процессу перевода аппаратной части мобильных сетей на технологию small cells и их конвергенции с виртуализованными сетями Wi-Fi. Это позволяет постепенно перейти от дорогостоящих и требовательных к инженерным системам (энергоснабжение, кондиционирование) и строительным конструкциям базовых станций с большой зоной покрытия к простым и дешевым, не требующим специальной инфраструктуры для их размещения, а в перспективе – энергонезависимым, необслуживаемым микробазовым станциям LTE и программно-конфигурируемым точкам доступа Wi-Fi с малым радиусом действия, что компенсируется значительным количеством таких станций.

При этом появляется возможность создания виртуальных адаптивных домашних сетей полностью на оборудовании оператора, что исключает необходимость установки на стороне абонента беспроводного CPE-оборудования.

Таким образом, домашние сети, образованные в настоящее время самым различным активным оборудованием и физическими средами, могут быть реализованы в виде программных моделей, исполняемых на оборудовании оператора, вместе с унифицированной пассивной компонентой образующем конвергированную адаптивную IP-сеть, способную бесшовным образом предоставлять широкий спектр прикладных сервисов. Это позволяет решить чрезвычайно острую в настоящее время задачу быстрого и недорогого подключения пользователей к сети оператора и предоставления им сервисов по требованию, включая сложные пакетированные и интегрированные сервисы.

Концепция виртуальной домашней сети (Virtual CPE) уже активно тестируется крупнейшими операторами связи. Так, в октябре 2013 г. в Бразилии стартовал совместный проект Telefonica и NEC, о первых результатах которого было сообщено в 2014 г. на «Мобильном конгрессе» в Барселоне (рис. 5).

Поделиться:
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее
Спецпроект

Специальный проект "Групповой спутниковый канал для территориально-распределенной сети связи"

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку