В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Перспективность рынка M2M/IoT уже ни у кого не вызывает сомнения. Но какие технологии целесообразно развивать на перспективу – вопрос пока открытый. Так, с одной стороны идет борьба среди технологий LPWAN, с другой стороны, в этот процесс активно включаются операторы сотовых сетей LTE. При этом очевидно, что охватить все задачи и все территории на суше и на море ни сети LPWAN, ни тем более сотовые сети не могут. Сегодня, например, известны услуги M2M/IoT, предоставление которых основано на использовании действующих систем подвижной спутниковой службы (ПСС).
Изначально эти системы создавались в 1990-х гг. с целевой функцией персональной спутниковой связи и/или передачи данных [1]. Однако их техническая и коммерческая эффективность [2–6], как показало время, оказалась низкой. Сегодня эти системы дополняют новой для них задачей M2M/IoT. Ряд аналитических сведений о действующих сегодня системах ПСС представлен в [7]. Ниже приведен краткий анализ компаний – операторов этих систем. Цель этого анализа – понять перспективность действующих систем ПСС с точки зрения развития рынка M2M/IoT. Поскольку, как справедливо отмечено в [8], доходы, приходящиеся на спутниковые решения M2M/IoT, хотя и составляют доли процента от общего рынка, но в абсолютном измерении этот сегмент может достигать к 2028 г. $2,8 млрд при 5,8 млн подключений. Однако потенциал спутникового сегмента рынка M2M/IoT, по оценкам компании Iridium, существенно выше и составляет до 1,6 млрд подключений [9]. Только на северные территории России (выше 55 с.ш., включая арктические регионы) приходится до 8 млн подключений.
Следует особо отметить, что спутниковый рынок M2M/IoT практически не пересекается с рынком широкополосного спутникового доступа, который сегодня в основном связан с развитием систем на основе геостационарных спутников HTS, а в перспективе предполагается применение систем LEO-HTS типа OneWeb, SpaceX и т.п. [10–13] в Ku-, Ka- и V-диапазонах частот. По оценкам компании NSR, объем спутникового рынка M2M/IoT, связанного с упомянутыми системами, менее 12%, что, по нашему мнению, является верхней оптимистической границей.
Представленные ниже сведения в основном базируются на результатах анализа годовых отчетов публичных компаний Iridium Communications Inc., Globalstar, Inc. и Orbcomm Inc., а также на новостных данных в сети Интернет, аналитических отчетах и экспертных оценках.
Система Iridium создавалась в начале 1990-х гг. Основной целевой функцией было заявлено предоставление телефонных каналов в глобальном масштабе – персональная связь. Функция M2M является опцией для системы.
Общий годовой доход компании составляет сегодня $420–430 млн, из них примерно 77% – доходы от услуг (примерно $330 млн). Услуги в сегменте M2M составляют 19–20%, то есть до $66 млн.
Следует отметить, что компания была долгое время убыточной (расходы превышали доходы). Но примерно с 2012 г. доходы стали превышать расходы. В 2015 г. расходы составили уже 82% от объема доходов, в 2016 г., после того как в финансовой отчетности были исключены потери ценности спутниковой группировки, расходная часть составила всего 59% от общего дохода. Исключение этих расходов обусловлено тем, что в 2016 г. все спутники имели срок жизни больше чем их срок активного существования (http://www.tssonline.ru/arti-cles2/sputnik/sistema-personalnoy-sputnikovoy-svyazi-iridium-18-let-na-orbite), заявленный изначально (до девяти лет).
Сегмент M2M хотя и имеет относительно невысокий процент в общих доходах компании, но показывает максимальные темпы роста (с 2015 г. по 2016 г. рост 13%). При этом число абонентов увеличилось за год с 359 тыс. до 413 тыс. При этом показатель ARPU сохраняется относительно стабильный, до $14–15 в месяц. При подсчете ARPU следует учитывать активность абонентов и можно утверждать, что не все из 413 тыс. подписчиков были активны.
Основной доход, примерно 60%, компания получает на рынке США и Канады, и этот показатель медленно, но растет.
Примерно с 2010 г. компания приступила к разработке обновленного космического сегмента Iridium Next. Суммарно эта задача оценивается в $3 млрд (включая 70 спутников и модернизацию земного сегмента) до 2018 г. Предполагается в 2018 г. начать штатную эксплуатацию. Следует отметить, что срок активного существования Iridium Next заявлен 15 лет. Это резко повышает экономическую эффективность системы. Компания возлагает надежды на дополнительные сервисы Iridium Next (в первую очередь АЗН-В, АИС), которые можно отнести к сервисам M2M, хотя основной доход будут получать операторы этих дополнительных сервисов. Предполагается, что дополнительные сервисы увеличат годовой доход на $76 млн. Ставка делается на создание глобальной централизованной системы предоставления сервисов M2M/IoT (например, обработка данных АЗН-В в облаке на территории США), что технически реализуется благодаря наличию межспутниковых радиолиний.
В 2017 г. компания Iridium заключила соглашение с компанией Magnitude Space, продвигающий проект спутникового IoT (см. таблицу 1).
Система Globalstar создавалась примерно в то же время, что и система Iridium. Основной функцией была принята персональная телефонная связь.
Затраты на создание системы примерно в два раза ниже, чем для системы Iridium, но и зона обслуживания не глобальна (ограничена широтой примерно 70 град.). Примерно с 2010 г. компания приступила к обновлению спутниковой группировки. Предполагается, что новые спутники будут работать до 2025 г.
Сервис M2M предоставляется под маркой Simplex и Spot. Отличие в том, что в сегменте Spot имеется возможность передавать и принимать SMS. Simplex предоставляет абоненту только передачу данных для задач M2M. В сегменте Spot доход от услуг составляет $30–35 млн, а в сегменте Simplex примерно $8–9 млн в год. Значение ARPU $11 и $2,6 в месяц соответственно. Общий доход от всех услуг с учетом телефонии составляет $70–75 млн, а с учетом продаж оборудования достигает $90–95 млн в год.
Судя по отчетности компании, если учитывать потери ценности спутникового сегмента (примерно $19 млн в год), то постоянно фиксируются убытки.
Проект создания спутниковой группировки, состоящей из маленьких спутников (класс микроспутников) на низких орбитах, развивался с начала 2000-х гг. Целевая функция системы была определена задачей отслеживания морских судов (система АИС). В системе должно быть минимум 24 спутника, но по состоянию на 2017 г. имеется 10 спутников. Спутники разработаны компанией Space-Qvest (США). Масса спутника 13 кг, мощность системы электропитания 20 Вт. Спутники находятся в собственности разных компаний. Стоимость системы на основе спутников Aprize составляет примерно $60 млн (по исходному проекту система из 24 спутников оценивалась в $350 млн).
Операторами системы являются несколько компаний: SpaceQuest, LatinSat, exactEarth, AprizeSat. Их абонентский сегмент АИС будет постепенно переводиться на работу в системе Iridium Next после начала ее штатной эксплуатации. Оборудование в качестве дополнительной полезной нагрузки установлено на 65 спутниках Iridium Next (создано компаниями exactEarth и Harris Corporation). Предполагается, что отражение информации АИС будет происходить с периодичностью 1 минута.
Система представляет собой многоспутниковую группировку на низких орбитах.
Разработка первой версии системы относится к началу 1990-х гг. Основной функцией системы была принята функция отслеживания судов (АИС). Спутники первой версии имели массу 42 кг при мощности системы электропитания 160 Вт. В середине 2000-х гг. компания приступила к обновлению спутниковой группировки, которая получила название Orbcomm OG2. Масса спутника увеличена до 172 кг, срок службы не менее пяти лет. Стоимость спутника (без запуска) составляет $6,5 млн. Примерно в конце 2015 г. завершено развертывание новой спутниковой группировки (действует 18 спутников). Доход компании после начала эксплуатации обновленной группировки спутников почти удвоился и составляет примерно $180–190 млн в год (просматривается тенденция роста), из них услуги приносят 58–60%, остальное связано с продажей оборудования и системными работами.
Основной доход компании (62%) формируется от абонентов, зарегистрированных в США. Примерно 18% приносят европейские абоненты.
Однако текущие расходы компании составляют 80–85% от объемов дохода без учета потери ценности спутниковой группировки. Если учесть потерю ценности спутников, которая составляет примерно $42 млн в год, то общие расходы превышают доходы. При этом по обязательствам компания должна выплатить примерно $185 млн за три года. Анализ годовых отчетов компании показывает низкую коммерческую эффективность системы. Причем оснований для развития системы в области IoT нет. Одной из причин является устаревшая идеология предоставления сервиса (типа электронной почты или пейджера), неудобные слишком низкие частоты, которые не позволяют реализовать миниатюрные абонентские устройства. Нет возможности и реализации режимов, близких к реальному времени, для развития новых сервисов в перспективе.
Система “Гонец” проектировалась в 1980-х гг. как модификация военной системы “Стрела”. Идеология, заложенная в системе, подобна электронной почте или пейджеру. Информация запоминается на спутнике, а затем сбрасывается на заданную наземную станцию при появлении ее в зоне видимости спутника. Предусматриваются несколько режимов работы, в том числе с подтверждением приема информации.
По состоянию на июль 2017 г. спутниковая группировка насчитывает 12 спутников.
Количество абонентов в системе неизвестно, по экспертным оценкам, не более 300 абонентов. Время ожидания связи составляет от нескольких минут до десятков минут.
В середине 2000-х гг. была попытка объединить системы Orbcomm и “Гонец”, но Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) не одобрила использование частот Orbcomm на территории России. В российском экспертном сообществе уже много лет оценивают систему “Гонец” как морально устаревшую и экономически провальную. В 2013–2016 гг. в РОСКОСМОСЕ признали, что требуется принципиально пересмотреть идеологию построения системы [14–16]. Предпринимаются постоянные попытки (например, в 2016–2017 гг. НИР “Авангард-Конвергенция”, РОСКОСМОС), сделать из “Гонца” систему типа Iridium, то есть добавить персональную телефонию.
Однако по состоянию на сентябрь 2017 г. официальных проектных данных о результатах и решениях не опубликовано. Имеется несколько экспертных версий новой идеологии системы, которые разрабатываются предприятиями РОСКОСМОСА. Одна из последних версий предполагает сохранить функции “Гонца” как “почтового” спутника, но дополнить его ретрансляционной аппаратурой для телефонной связи в глобальном масштабе за счет создания межспутниковых радиолиний в S-диапазоне. При этом для абонентского сегмента сохранить частоты 0,3/0,4 ГГц, но энергетику увеличить за счет создания 5–7 фиксированных лучей.
Экспертные оценки такой модернизации в основном носят отрицательный характер, поскольку коммерческая составляющая явно не просматривается, а цена системы резко возрастает.
Однако в Федеральной космической программе России дальнейшее развитие системы “Гонец” запланировано примерно до 2025 г. (по экспертной оценке, запланировано примерно $457 млн).
Предполагается, что группировка будет доведена до 24 спутников. В докладах общего характера обычно упоминается, что время ожидания связи на широтах выше примерно 30 град. будет “практически нулевым” (оценка показывает, что это возможно при практически нулевом угле места работы абонентов), а в экваториальном поясе составит несколько минут.
Очевидно, что использование геостационарных систем применительно к задачам M2M/IoT перспектив не имеет, поскольку абонентское оборудование чрезвычайно дорогое (более $1200 для фиксированного применения) по сравнению с аналогами, используемыми в низкоорбитальных системах (примерно $150–300) и тем более в наземных сетях LPWAN или в сотовых сетях (примерно $5–10 с тенденцией уменьшения). В данном случае, исходя из анализа перспектив развития спутникового сегмента M2M/IoT, наибольший интерес представляют результаты анализа коммерческой деятельности операторов действующих низкоорбитальных систем. Эти результаты позволяют сформировать предварительные исходные данные для оценки условий коммерческой эффективности новых низкоорбитальных систем с целевой функцией M2M/IoT. Так, на рис. 1 представлены значения, характеризующие долю услуг в общем доходе, а данные рис. 2 характеризуют текущие расходы действующих операторов. Например, из опыта эксплуатации действующих низкоорбитальных систем следует, что OPEX системы постепенно снижается и при устоявшейся эксплуатационной деятельности составляет 50–70% от дохода. Следует учитывать, что в данном случае значение OPEX принято без учета потери ценности спутниковой группировки. В упрощенном виде потеря ценности в год пропорциональна стоимости космической группировки, деленной на срок активного существования спутников.
Важным показателем для оценки новых систем является и то, что доля дохода от услуг примерно постоянна (с незначительной тенденцией снижения) для систем типа Iridium и Globalstar после того, как устоялась их эксплуатационная политика. Для системы ORBCOMM следует отметить заметную тенденцию к снижению доли услуг в общем доходе по мере развития системы. По состоянию на 2017 г. можно принять, что доля услуг составляет в пределах 60–85% от общего дохода. Данные, представленные на рис. 1 и 2, получены на основе анализа годовых отчетов компаний, выполненных по единой форме 10-К.
Достоверных сведений для оценки коммерческой эффективности системы “Гонец” обнаружить не удалось (по оценкам независимых экспертов, эта система давно и безвозвратно морально устарела и ее модернизация невозможна).
В [8] упомянут ряд новых проектов низкоорбитальных спутниковых систем с целевой функцией M2M/IoT. По состоянию на октябрь 2017 г. можно несколько уточнить эти данные и добавить проект “Аврора” (см. таблицу 1). Все эти системы имеют общее свойство: используемые спутники относятся к классу “нано” или нижней границе микроспутников (не более 50 кг). Второй характерной особенностью является то, что все системы являются международными, а большинство из них являются глобальными. При этом все системы предполагают массовость предоставления услуги M2M/IoT.
Еще одной особенностью, характерной для многих новых проектов, является то, что предоставляемые услуги имеют несколько функционалов (например, дополнительно AЗН-В, АИС и т.п.). При этом один из проблемных вопросов – коммерческая состоятельность этих систем.
В общем виде прибыль, которую дает система, запишем в виде, принятом в [17] для системы VSAT, но адаптируем эту методику для данной задачи
где D0 (w, t) – текущие доходы; D0 (w) – единовременные доходы от услуги регистрации абонентов;
Z0 (w) и Z (w, t) – единовременные затраты на создание системы (CAPEX) и текущие затраты при ее эксплуатации и развитии (OPEX), соответственно;
w = {wi} – множество параметров; t < t0 = САС – месяцы с отсчетом от начала запуска спутника до окончания срока его активного существования.
Общие доходы D0 (w) + D (w, t) складываются из оплаты абонентов за их регистрацию в сети и за услугу передачи информации, а также от продажи оборудования и системной интеграции. В данном случае выделим отдельно доходы от услуги (включая регистрацию) при линейном законе наращивания абонентской базы
(2),
где do – усредненное значение ARPU одного подключения;
di – поступление от “оплаты за регистрацию” абонентского подключения;
no – темп развертывания сети, то есть число подключений в месяц.
Доход от предоставления услуги D (t) является частью общего дохода
где Kd < 1 – коэффициент представлен для нескольких систем на рис. 1.
Единовременные затраты определяются затратами на создание системы (разработка, запуск спутников, наземный сегмент и т.п.).
Единовременные затраты связаны с кредитами и, соответственно, с текущими платежами по процентам q% в месяц и числом месяцев от открытия кредитной линии до начала получения дохода. В данном случае для упрощения примем, что q% = 0 в период развертывания сети.
CAPEX многофункциональной системы в упрощенном виде отнесем к цене спутника на орбите (включены все затраты в цену спутника)
где М – число спутников в спутниковой группировке для анализируемого этапа развертывания системы;
C * M – общая цена системы, включая все ее составляющие;
Kф ≤ 1 – доля от общей цены системы, отнесенная к заданному функционалу (услуге).
Отметим, что стоимость спутника зависит от М (больше спутников, меньше С). В [7, 18] на основе анализа публикаций методик NASA для телекоммуникационных спутников представлены графические зависимости для оценки стоимости отдельного спутника на орбите в зависимости от массы его космической платформы и снижения его стоимости при серийном производстве.
Значение Z (w, t) определяет эксплуатационные расходы, то есть OPEX системы. Исходя из анализа годовых отчетов операторов многоспутниковых низкоорбитальных систем (см. рис. 1, 2), можно получить значение Ko, определяющее соотношение между текущими расходами без учета потери ценности спутниковой группировки и общими доходами
где Ko - коэффициент представлен для нескольких систем на рис. 2.
Но основе соотношений (1-5) можно записать общее выражение, приведенное к одному спутнику, отражающее коммерческую деятельность оператора многоспутниковй группировки в зависимости от ценовых параметров услуги и системы. Например, без учета затрат на “потери ценности спутниковой группировки” и выплат по кредитам доход от работы одного спутника оценивается соотношением
где Kd є [0.6; 0,85], Ko є [0.5; 0,75] - рис. 1 и 2.
Оценка может быть выполнена на основе анализа различных сочетаний параметров {wi}. В данном случае моделирование коммерческой эффективности проводится на основе предварительных параметров системы “Аврора”.
Предполагается, что система “Аврора” предоставляет несколько разнотипных услуг, которые относятся к сегменту рынка M2M/IoT. Потенциальные функции полезной нагрузки представлены на рис. 3, где выделены четыре коммерчески наиболее доходные функции. Пропорциональность CAPEX для отмеченных функций примем равномерную, то есть Kф = ¼ . Анализ проведем для услуг в режимах off-line (цикличность передачи до 10%, ERC/REC 70-03) и on-line (режим реального времени). Для этого следует принять границы ряда параметров {wi}. На основе предварительных данных о системе “Аврора” [18, 19] и данных аналитического отчета [7] эти параметры определены в типичных границах значений, которые представлены в таблице 2.
Следует отметить, что развитие системы “Аврора” предполагается в три этапа (демонстрационный, ограниченно глобальный и глобальный). Результаты анализа, которые будут приведены далее, относятся к последним двум этапам, предполагающим штатную эксплуатацию.
На рис. 4 и 5 приведены результаты моделирования, которые показывают, что для оптимистических оценок срок окупаемости составляет в пределах 17–19 месяцев, для пессимистической оценки увеличивается до 22–26 месяцев.
Кроме того, из этих данных следует, что число подключений в режиме off-line, приведенное к одному спутнику, должно составлять примерно 16–26 тыс. для достижения окупаемости и потенциально достигать 48 тыс. подключений к концу срока службы. Если учесть, что абонентская рабочая зона спутника составляет примерно 3,14 млн кв. км, то при условии равномерного распределения потенциальная плотность составляет примерно 1,0 абонента (датчика) на площади 8 х 8 кв. км. В режиме on-line окупаемость наступает при наличии 3,2–4,4 тыс. абонентов и потенциально может достигать 9,6 тыс. Эти показатели говорят о том, что в зоне 100 х 100 км должен быть минимум один беспилотный объект, требующий управления и контроля в реальном режиме времени с использованием спутников “Аврора”.
Доходы нарастающим итогом и окупаемость расходов, приведенные к одному спутнику, при предоставлении услуги IoT в режиме on-line приведены на рис. 5.
Анализ действующих спутниковых систем подвижной спутниковой службы показывает, что эти системы в перспективе не могут рассматриваться как эффективное решение задач M2M/IoT. Все большее внимание уделяется разработке проектов новых многоспутниковых систем, реализуемых на основе нано- и микроспутников с целевой функцией M2M/IoT. Это не только американские и европейские проекты. Судя по публикациям, и в Китае уделяется внимание этому направлению [9, 20]. Кроме того, актуальность направления спутникового M2M/IOT подтверждается и тем, что ряд международных спутниковых операторов (Inmarsat, Iridium) начали в 2017 г. осуществлять поддержку таких проектов.
Представленные результаты анализа эффективности спутниковой системы “Аврора” показывают, что коммерциализация новых проектов, предполагающих создание многоспутниковых группировок с использованием нано- и микроспутников, ориентированных целевым образом на задачи M2M/IoT, вполне реальна.
Результаты моделирования на основе предварительных параметров системы “Аврора” показывают, что срок окупаемости затрат на создание и эксплуатацию системы составляет примерно два года при ценовых параметрах, конкурентоспособных с наземными технологиями (тем более с действующими сегодня системами подвижной спутниковой службы).
Инвестиции в проект через шесть лет (с учетом сроков создания системы, составляющих примерно два года) принесут инвестору не менее $5 на каждый вложенный доллар. Но, естественно, что среди множества таких проектов реализован будет один. Будут ли российские компании участниками и тем более создателями глобальной международной спутниковой системы, пока остается под вопросом.
Следует отметить особое значение этой системы для развития Арктического региона. Эта задача может быть поставлена в качестве начального этапа ее создания, поскольку в данном случае требуется не более 22 (примерно) небольших микроспутников, а общие затраты на этот этап составят примерно 1,75 млрд руб.
Литература
Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2018
Посещений: 3435
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
