В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В последние годы активно анализируются и обсуждаются технологии и рынок M2M/IoT. Если рынок M2M сегодня уже достаточно понятно определен (http://www.json.ru/poleznye_materialy/free_market_watc-hes/analytics/rynok_m2m-kommunika-cij_v_rossii_i_v_mire/), то рынок IoT только набирает обороты (https://hab-rahabr.ru/company/huawei/blog/312888/). Прогнозируется, что уже в недалеком будущем технологии IoT принципиально изменят среду обитания человека. Сегодня правильнее говорить об обобщенном рынке M2M/IoT, так как зачастую сегменты рынка пересекаются. Практически все маркетинговые исследования показывают коммерческую перспективность рынка M2M/IoT. Причем число подключений в сегменте M2M/IoT составит десятки миллиардов, а объем генерируемого трафика будет нарастать с очень высокой скоростью и составит уже в 2020 г. примерно 3,3% от общего объема трафика ШПД, передаваемого во всех IP-сетях [1]. Это 6,3 эксбибайт в месяц, что эквивалентно примерно 7,26 х 1018 байт в месяц. Очевидно, что для передачи трафика M2M/IoT в основном будут использоваться технологии наземных сетей. Доля спутниковых технологий в процентном выражении небольшая. Этот вопрос пока остается дискуссионным.
Маркетинговые исследования компании Cisco показывают, что к 2020 г. общее число подключений в сегменте M2M/IoT составит 50 млрд (http://blogs.cisco.com/news/cisco-con-nections-counter). Это консервативное значение, поскольку в некоторых исследованиях оно доходит до 70 млрд, а к 2030 г. 500 млрд ( http://www.cisco.com/c/dam/en/us/products/collateral/se/internet-of-things/at-a-glance-c45-731471.pdf). Можно допустить, что на долю спутниковых систем будет приходиться не более 0,01% от общего количества подключений с увеличением в перспективе.
Однако эти подключения будут в разы более доходными. Так, одна из авторитетных зарубежных консалтинговых компаний Northern Sky Research (NSR) предполагает, что к 2020 г. потребность в спутниковом подключении составит примерно 3,8 млн подключений (т.е. менее 0,01%), но объем мирового рынка услуг составит примерно $1,8 млрд. К 2025 г. число подключений увеличится до 5,9 млн, а объем рынка достигнет $2,5 млрд (http://www.satellitetoday.com/techno-logy/2016/11/23/nsr-service-m2miot-satellite-terminals-top-2-5-billion-2025/). Примерно аналогичные сведения приводит и компания Airbus Defense & Space, которая прогнозирует в 2027 г. увеличение объема рынка до $2,8 млрд (https://sa.catapult.org.uk/wp-content/uploads/2016/11/1-Mat-hew-Stuttard-Airbus-Satellite-M2M-
IoT-Cubesat-Service-Demo.pdf). Итоговый результат прогноза, который базируется на доступных автору материалах и публикациях, приведен на рис. 1.
Следует обратить внимание, что прогноз учитывает развитие традиционных сегментов рынка M2M и не учитывает новые зарождающиеся направления, которые относятся к M2M/IoT. В частности, новый сегмент рынка, который связан с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Исследования, представленные в рамках формирования программы Национальной технологической инициативы в сегменте Аэронет, показывают, что уже в 2035 г. в воздухе одновременно смогут находиться до 1–2 млн БПЛА. Только над Россией их число прогнозируется до 100 тыс. (http://www.nti2035.ru/markets/aero-net). Естественно, что для контроля воздушного пространства и управления БПЛА необходимо создание национальных и региональных систем по образу существующих систем управления воздушным движением, но в значительно более простом и дешевом варианте.
Хорошие перспективы IoT отмечаются в сегменте агропромышленного комплекса (http://open.gov.ru/events/ 5515955/). Пока нет ясности и однозначного решения, как практически реализовать для сельского хозяйства IoT. Дело в том, что создание такой инфраструктуры на основе наземных сотовых технологий требует значительных единовременных затрат, а использование существующих возможностей спутниковых систем приводит к высоким эксплуатационным затратам.
Кроме того, развиваются традиционные сегменты M2M, которые ориентированы в значительной степени на спутниковые технологии. Это и идентификация судов (АИС), автоматическое зависимое наблюдение воздушных судов (АЗН-В), спутниковые системы дифференциальных поправок для глобальных навигационных спутниковых систем.
Таким образом, данные, представленные на рис. 1, следует оценить как минимальный консервативный уровень объема спутникового рынка M2M/IoT. Если следовать делению рынка в соответствии с обозначениями сегментов электронной коммерции, то необходимо отметить, что объем рынка B2C в спутниковом сегменте IoT прогнозируется незначительный (примерно 0,2%). В основном объем рынка формируют сегменты B2B и B2G, а также сегмент G2B (в части АИС, АЗН-В, СДКМ).
Как уже отмечено выше, сегмент M2M не является новым для применения спутниковых технологий. В табл. 1 представлены краткие сведения по основным действующим сегодня спутниковым системам, в которых предусмотрены сервисы M2M. Характерной особенностью является то, что все отмеченные системы относятся к подвижной спутниковой службе (ПСС).
Кроме отмеченных в табл. 1 систем, для задач M2M применяются и системы фиксированной спутниковой службы в Ku- и Ka-диапазонах (например, технология VSAT). Однако их объем в сегменте M2M невелик, по данным компании NSR не более 10%. Нет оснований полагать, что в перспективе этот объем будет увеличиваться, поскольку технологии VSAT в первую очередь ориентированы на широкополосный доступ, а не на узкополосные задачи M2M/IoT, в которых передача информации характеризуется единицами кБит/с, а скорость приема на порядок ниже.
Анализ данных табл. 1 показывает, что стоимость передачи единицы информации в сегменте M2M в системах на основе геостационарных спутников ПСС практически на два порядка ниже, чем в системах на основе существующих низкоорбитальных спутников ПСС. Однако стоимость оборудования более чем на порядок больше, чем в низкоорбитальных системах.
Нет оснований ожидать принципиального снижения себестоимости передачи информации в процессе развития существующих низкоорбитальных систем, поскольку их САРЕХ составляет миллиарды долларов. Нет оснований в перспективе надеяться и на принципиальное снижение стоимости абонентских устройств в системах на основе геостационарных спутников, особенно для наиболее актуальных задач M2M/IoT, связанных с подвижными объектами.
Кроме того, адаптация уже действующих систем к сервисам M2M/IoT не позволяет приблизиться к решению задач в реальном масштабе времени (например, для управления и контроля полета БПЛА и т.п.). Объясняется это тем, что существующие системы изначально имели иную целевую задачу – подвижную телефонию, а в системах Orbcomm и "Гонец" – режим электронной почты. При этом их обновления должны обеспечивать преемственность их функций с начальной версией этих систем. А дополнительные сервисы (АЗН-В, АИС, наблюдение за климатом), например на спутниках Iri-dium Next, являются централизованными. Свойство централизации при обработке информации M2M, с одной стороны, позволяет минимизировать затраты на земной сегмент, но с другой – создает барьеры для применения этого сервиса во многих странах мира, обусловленные геополитическими факторами и национальными нормативными условиями.
Несоответствие действующих спутниковых систем перспективным направлениям развития сегментов M2M/IoT по ценовым и техническим параметрам делает их слабо конкурентными на рынке M2M/IoT по сравнению с наземными технологиями (например, стоимость датчика менее $5). В результате начал формироваться тренд проектирования новых многоспутниковых систем, целевым образом ориентированных на рынок M2M/IoT, которые могут составить конкуренцию наземным сетям и/или функционально могут интегрироваться с наземными сетями IoT любых стандартов (как минимум на основе применения двухмодовых абонентских устройств). Иллюстрация типичной схемы информационного взаимодействия в заявленных системах M2M/IoT приведена на рис. 2.
Проекты спутниковых систем M2M/IoT, которые известны по состоянию на март 2017 г., представлены в табл. 2. Следует особо отметить, что все эти проекты (кроме Iridium Next) находятся на стадии стартапа, т.е. в 2017 г. стартовые условия у всех проектов примерно идентичны. Технически эти проекты имеют общую особенность – использование многоспутниковых группировок, образованных малыми спутниками (класса "нано/микро"). Соответственно, CAPEX этих систем на два порядка ниже, чем CAPEX многоспутниковых систем типа LEO-HTS [2–4], которые создаются целевым образом для рынка спутникового широкополосного доступа на основе спутников классов "микро/мини".
Кроме того, очевидно, что сегодня еще нет представления о радиочастотном обеспечении ни в одном из спутниковых проектов M2M/IoT. Особо следует выделить проект Kepler, который отличается принципиально тем, что ориентирован на создание узкополосных каналов backhaul для базовых станций сетей LPWAN (Lora, Sig-fox, NB-IoT). В этом проекте заявлен Ku-диапазон частот. Но, конечно, возможность его применения проблематична из-за нерешенных вопросов ЭМС с иными негеостационарными системами. Эта проблема активно обсуждается при создании низкоорбитальной системы OneWeb [5]. Учитывая этот факт, в проекте заявлена технология адаптивного выбора радиочастотных каналов SDR (Software Defined Radio). Однако ее реализуемость в системе неочевидна. Хотя на подобное решение с использованием SDR надеются и разработчики проекта Sky and Space Global в UHF/S/L-диапазонах.
Следует отметить, что правила и подходы к радиочастотному обеспечению многоспутниковых группировок на негеостационарных орбитах пока неопределенны ни на международном уровне (ITU-R, CEPT и т.д.), ни в национальных администрациях связи. Например, в решении ГКРЧ № 17-40-06-3 от 10 марта 2017 г. было отказано всем претендентам, заявившим свои будущие многоспутниковые системы в самом интересном сегодня S-диапазоне частот (1980– 2010/2170–2200 МГц).
Наряду с проектами, отмеченными в табл. 2, идет процесс проектирования подобных российских систем для решения задач M2M/IoT. Окончательные технические параметры этих систем и спутников пока не определены. Идет начальный процесс формирования проектов. В частности, АО РКС заявила о начале проектирования многоспутниковой низкоорбитальной системы гибридного типа, в которой сочетаются все функциональные задачи M2M/IoT, стандартные задачи для спутников ПСС и задачи широкополосного доступа (типа LEO-HTS). По-видимому, постепенно задачи будут уточняться и в конечном итоге проект приобретет свою целевую функцию.
К разработке проекта "Пульсар" на основе микроспутников приступила и ГК "Галактика", в которую входит компания "Спутникс", имеющая собственную апробированную космическую платформу "ТаблетСат-Аврора". Проект предполагает, что целевой функцией системы является M2M/IoT, включая задачи АИС и АЗН-В. В том числе анализируются возможности создания на основе системы "Пульсар" непрерывного поля для контроля и управления движением БПЛА.
Хотя проект "Пульсар" можно рассматривать как российский, но потенциально он должен стать международным, поскольку по своему существу все негеостационарные системы являются глобальными. Их коммерческая эффективность может быть достигнута только при условии выхода на международный рынок. Полная космическая группировка системы должна состоять из сотен небольших спутников (не более 20–40 кг). Чем больше спутников в составе космической группировки, тем больше рабочий угол места абонентского терминала (см. рис. 3), тем более высокую энергетику абонентских радиолиний можно обеспечить и достичь более высокой информационной емкости системы. Оценки, представленные на рис. 3, получены применительно к орбитам с наклонением, близким к 90 град., на основе анализа ряда публикаций [6– 9]. В последующем требуется более углубленное моделирование рабочих зон обслуживания. В том числе не исключается и вариант с применением межспутниковых линий связи.
Естественно, необходим разумный компромисс между параметрами системы, а развертывание космической группировки целесообразно осуществлять по этапам с учетом достижения наилучших показателей технико-экономической эффективности [4].
В отличие от действующих сегодня спутниковых систем (см. табл. 1) предполагается, что в системе "Пульсар" реакция на события M2M/IoT, где это необходимо, будет практически соответствовать режиму реального времени.
Кроме того, реализация космической группировки и наземного сегмента будет отвечать принципу глобально распределенной системы. Этот принцип сводится к тому, что, построив базовую станцию сопряжения в любой стране или регионе Земли, можно будет создать физически обособленную национальную или региональную систему M2M/IoT, в том числе систему контроля и управления БПЛА. Причем такая система может быть физически обособлена и от общедоступных каналов сети Интернет, что существенно повышает ее информационную безопасность.
Анализ развития рынка M2M/IoT показывает, что его емкость активно нарастает [10] и на этом рынке вполне могут быть востребованы спутниковые технологии. Объем спутникового рынка в денежном выражении уже к 2020 г. прогнозируется примерно в $1,85 млрд (для сравнения: мировой рынок услуг спутникового ДЗЗ, по данным организации SIA, в 2016 г. составил примерно $1,8 млрд) с увеличением к 2028 г. до $2,8 млрд (см. рис. 1). В то же время очевидно, что существующие спутниковые системы ПСС (см. табл. 1), которые сегодня предоставляют услуги M2M/IoT, неконкурентоспособны с наземными технологиями, в первую очередь по ценовым параметрам услуг, а существенная задержка при передаче и обработке информации в ряде случаев ограничивает их применение. Кроме того, централизация при обработке информации M2M/IoT создает барьеры для применения их сервиса во многих странах мира, обусловленные геополитическими факторами и национальными нормативными условиями.
Эти обстоятельства стимулируют появление новых проектов многоспутниковых систем, ориентированных целевым образом на рынок M2M/IoT, и дают основание прогнозировать их коммерческую успешность. Развертывание глобальной многоспутниковой системы и наращивание ее космического сегмента целесообразно осуществлять по этапам (см. рис. 3) по мере расширения рабочей зоны обслуживания. По состоянию на 2017 г. все целевые проекты спутникового M2M/IoT (см. табл. 2) еще находятся на начальном этапе и примерно с одинаковыми стартовыми условиями. n
Литература
Автор благодарит за обсуждение материалов,
помощь и замечания при подготовке статьи:
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2017
Посещений: 4246
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
