Комбинированные коммуникационные решения для производственных инфраструктур

Как показывает опыт, телекоммуникационные системы на базе IP-технологий не только помогают решить многие проблемы, связанные с управлением, но и создают наиболее благоприятные условия для автоматизации производства благодаря внедрению современных компьютерных систем обработки информации.

Внедрение конвергентных IР-инфокоммуникационных структур, обеспечивая одновременную передачу данных, голоса и видео, активизирует протекание бизнес-процессов и повышает их эффективность благодаря сокращению затрат. Это подтверждается результатами проведенных в 2005 году международным исследовательским агентством Sage Research исследований [1], в которых участвовали представители ведущих компаний промышленно развитых стран. В ходе опроса 86% респондентов подтвердили, что использование IP-решений значительно повышает производительность труда персонала: в 60% случаев сотрудник экономит в среднем до 3,9 ч в неделю.

Согласно данным, накопленным при построении отечественных телекоммуникаций, затраты на один абонентский номер стационарного телефона составляют в среднем 370 дол. США, а в мобильных системах – 100 дол. [2]. Затраты на решения IP-телефонии значительно ниже – 50-70 дол. Существуют, по-видимому, и некоторые промежуточные приемлемые значения, которые можно получить, используя конвергентные решения.

Исходя из наблюдаемых ныне объективных тенденций, в ближайшем будущем в Украине следует ожидать существенного снижения темпов прироста номерного ресурса стационарной и мобильной телефонии. Активное внедрение сетей NGN [3] приведет к падению объемов голосового трафика, которые в 2007 году снизятся примерно до уровня объема данных. В дальнейшем будет продолжаться стремительное распространение IP-телефонии, поскольку она способствует значительному сокращению телекоммуникационных затрат всех видов. На ее базе могут быть сформированы более эффективные и интеллектуально емкие услуги, отвечающие запросам быстро развивающегося информационного общества.

На начальном этапе IP-телефония рассматривалась просто как дешевая альтернатива обычной и сотовой связи, однако со временем становятся все более очевидными выгоды, обеспечиваемые конвергенцией голоса и данных, которая создает единую платформу доступа клиентов к информации и облегчает работу служащих, в особенности управленцев всех звеньев.

Степень проникновения и использования IP-телефонии, как известно, значительно варьируется в зависимости от специфики отрасли, в которой она внедряется. На данный момент, в соответствии с [4; 5], наиболее перспективными являются следующие сферы:

• финансовый сектор и страхование, а также транспорт и телекоммуникации (коэффициент проникновения указанной технологии более 60%);
• торговые компании, производственные предприятия и учреждения здравоохранения (ожидается применение до 50%).

Сегодня при обеспечении связью пространственно распределенных производственных предприятий (в ситуации, когда имеется потребность как в стационарных, так и в мобильных телефонах) целесообразно использовать гибридные инфраструктуры с применением IP-телефонии, систем видеонаблюдения, «производственных хот-спотов» доступа к Интернету. Очевидно, что, например, при добыче полезных ископаемых карьерным способом применение стационарной телефонии и традиционных кабельных систем для организации связи с цехами переработки и аппаратом управления было бы непозволительной роскошью с точки зрения затрат.

В 2006 году Донецкий филиал ОАО «Укртелеком» получил коммерческое предложение на проектирование и строительство инфраструктуры связи вновь строящегося предприятия фирмы Knauff Donbass LTD в Артемовском районе области. Сложная инфраструктура производства включает в себя карьеры, цеха по переработке мела и глины. На предприятии была построена гибридная распределительная сеть связи, состоящая из цифровой телефонной станции SI-2000 емкостью 288 номеров, которая включена в ОПТС по волоконно-оптическому кабелю потоками PRI. При этом 70 номеров от АТС обеспечивают социальную инфраструктуру рабочего поселка, а 170 используются для связи между подразделениями производства как обычным, так и комбинированным способом. Комбинированная инфраструктура построена на базе радиорешений ЗАО «ДОРИС» [6], выступившего субподрядчиком при реализации проекта.

Комбинированные коммуникации

Среди преимуществ, обеспечиваемых комбинированными коммуникациями, выделим следующие:

• Открывается путь к использованию дополнительных услуг, имеющихся в арсенале всех современных цифровых станций. Наличие конференц-связи, возможность формировать прямые и сокращенные номера, выполнять переадресацию вызовов, организовывать оповещение через громкоговорящую связь – все это способствует совершенствованию организации процессов управления производством.
• Наличие шлюзов MSAN [7] в составе станции позволяет организовывать широкополосный доступ к Интернету и строить локальные вычислительные сети (ЛВС) цехов (кампусов) и всего предприятия в целом, используя возможности технологии VPN-MPLS. Инкапсуляция трафика дает возможность организовывать эффективные системы видеонаблюдения и видеоконференц-связи.
• Использование радиорешений для построения «производственных хот-спотов» в цехах, складских помещениях и Wi-Fi мобильной телефонии с нумерацией станции сокращает издержки на мобильную связь. Через видеокамеры Wi-Fi [8] можно вести эффективное круглосуточное видеонаблюдение.
• Предприятие экономит значительные средства благодаря перераспределению и локализации внутрипроизводственного голосового трафика, используя возможность его инкапсуляции вместе с данными. Предложенные радиорешения на базе Wi-Fi (в том числе системы видеонаблюдения, видеоконференц-связи) позволяют оптимизировать структуру управления и внутрипроизводственные затраты.

Оценочный подсчет объемов внутрикорпоративного голосового трафика и трафика компьютерных сетей и терминалов доступа к радиосети показывает, что при действующих тарифах на услуги мобильной связи затраты предприятия на оплату соответствующих услуг непомерно высоки. Это в конечном счете приводит к существенному увеличению себестоимости выпускаемой продукции. Поэтому было принято компромиссное решение по строительству предприятием Knauff Donbass собственной Wi-Fi инфраструктуры обмена и управления внутрикорпоративным голосовым и документальным трафиком.

Проектирование радиорешений на базе технологии Wi-Fi продиктовано также тем, что строящееся предприятие находится в зоне неуверенного приема мобильных операторов, что обусловлено в значительной степени эффектом электромагнитного экранирования внутрипроизводственных помещений. Строительство дополнительного ретранслятора мобильной связи при небольшом (30-50) количестве мобильных терминалов оказалось экономически непривлекательным для мобильных операторов.

Проведенные экономические расчеты и тщательный выбор (на конкурсной основе, с проведением тендера) подрядчика на строительство сети подтвердили правильность принятых организационных и проектных решений, эффективность применения и окупаемость вложенных средств.

Для проектирования Wi-Fi системы микросотовой радиосвязи (СМР) использовалась методика, позволяющая определить основные требования к размещению и количеству точек доступа при известной численности абонентов СМР.

При этом учитываются следющие факторы:

• зоны покрытия;
• трехэтажный административный корпус – 70 × 20 м;
• цехи по производству строительных материалов – 600 × 100 м;
• количество сотрудников, имеющих беспроводные голосовые терминалы, – 40 чел. в каждом цехе;
• отношение долей (в процентах) голосового трафика и передачи данных – 80/20;
• среднее время использования голосового терминала в течение часа – 10 мин;
• параметры голосового кодека – тип G.729, с двадцатью миллисекундными голосовыми фреймами.

Дальнейшая последовательность действий в соответствии с принятой методикой была такова.

Размер обслуживаемой площади. Для упрощения рассматривается площадь (зона), свободная от препятствий, размером 100 × 100 м; в цехе размером 100 × 600 м можно организовать шесть и более таких зон. Высота перекрытия – 18 м.

Количество сотрудников, работающих внутри обслуживаемой зоны. Вычисляется доля (в процентах) работников, имеющих голосовые мобильные терминалы.

Время использования голосового терминала в СМР. Например, 10 мин в течение часа соответствует интенсивности обработки требований 0,17 эрланга на голосовой терминал.

Параметры голосового кодека. Например, скорость 64 кбит/с с двадцатью миллисекундными голосовыми фреймами.

С использованием алгоритма статистического анализа по методу Монте-Карло вычисляется количество абонентов, находящихся в пределах покрытия одной точки доступа. При этом каждый терминал должен иметь максимальное отношение сигнал/шум принимаемого сигнала от точки доступа (этот параметр определяет скорость доступа терминала к точке доступа, скорость генерации ошибочных фреймов и количество фреймов, посланных повторно данному терминалу).

Определяется время, занимаемое терминалом при обращении к точке доступа:

Т = 2 retry_factor ((phy_overhead + mpdu∙ 8/rate) + sifs + (phy_overhead + ack × 8/rate)),

где коэффициент 2 учитывает передачу как к терминалу, так и к точке доступа;
retry_factor – величина, определяющая дополнительное время, которое необходимо затратить для перепосылки пакетов, если приемник обнаруживает ошибки в принятых данных (значение данного параметра всегда больше единицы);
phy_overhead – параметр, характеризующий количество дополнительных байтов информации, добавленных процессами физического уровня;
mpdu, rate, sifs – параметр, определяющий соответственно количество байтов в пакете данных, которыми обмениваются устройства сети передачи данных на физическом уровне в рамках протокола управления доступом к среде (medium access control ≈ MAC), скорость, с которой идет обмен информацией в рамках работы протокола MAC, и защитный временной интервал между фреймами данных;
ack – размер пакета данных, передаваемых для подтверждения приема сообщения, согласно требованиям стандарта 802.11.

Суммированием значений времени работы каждого из терминалов с точкой доступа рассчитывается общее время загрузки СМР.

Находится доля (в процентах) времени загрузки каждой точки доступа СМР.

Далее уточняется размещение точек доступа в СМР.

Эта процедура начинается с определения минимальной скорости передачи, предоставляемой каждому абоненту в пределах зоны покрытия каждой точки доступа. Если принять требуемое значение равным 36 Мбит/с, то, как видно из рис. 1, a, для заданной минимальной скорости недостаточно одной точки доступа в цехе. Таких точек должно быть шесть или более (в зависимости от распределения персонала в ходе производственного процесса); при их компоновке исходят из реального размещения технологического оборудования, рабочих мест и маршрутов перемещения работников по территории цеха.

Использование трех точек доступа (рис. 1, б) значительно расширяет зону обслуживания СМР с требуемой минимальной скоростью передачи. Поэтому в производственных цехах принято количество точек доступа, равное восьми.

Рис 1, а


Рис 1, б

Рис. 1. Зона покрытия одной (а) и трех (б) точек доступа для мобильных терминалов (зона покрытия 100 × 100 м) при значениях требуемой минимальной скорости 6, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с (участки соответственно 1-7)

В результате расчетов и радиоизмерений с учетом поэтажного расположения и размещения служб в зданиях заводоуправления сформирована предлагаемая гибридная сеть, показанная на рис. 2. Использование такого решения построения сети позволило удовлетворить все коммуникационные потребности предприятия и обеспечить необходимыми решениями инфраструктуру управления. Количество точек радиодоступа в производственной зоне составляет от одной до восьми.

Рис. 2. Схема структуры гибридной сети связи производственного цеха и заводоуправления Knauff Donbass (AP (access point) √ точка доступа)

В настоящее время аналогичное проектное решение реализуется по просьбе Славянского мелового комбината (Донецкая область).

На региональном уровне отмечается постоянно растущая заинтересованность руководства вновь создаваемых и модернизируемых (за счет внешних – иностранных, и внутренних инвестиций) предприятий в построении на них современных систем связи и управления производством с использованием комбинированных коммуникационных решений. Это говорит о все более полном осознании обеспечиваемых подобными решениями выгод, среди которых наиболее важными являются:

• получение конкурентных преимуществ благодаря применению современных телекоммуникационных решений в управлении производственными процессами;
• согласованное распределение инвестиционных затрат на построение телекоммуникационных структур (комбинированных решений) с учетом взаимных интересов предприятия и оператора связи;
• повышение эффективности управления производством и снижение непроизводительных затрат за счет оптимизации численности и роста производительности труда управленческого персонала;
• получение предприятием бонусов и скидок в результате приобретения им статуса VIP-клиента;
• получение оператором дополнительных доходов от предоставления современных технологий и услуг связи.

Сегодня наметились явные тенденции к росту доходов операторов (провайдеров) связи не за счет расширения продаж номерной емкости (портов) стационарной и/или мобильной телефонии, а благодаря ее оптимизации предоставлению дополнительных возможностей, разработке и внедрению комбинированных телекоммуникационных решений, учитывающих не только интересы операторов связи, но и реальные потребности развития предприятий и организаций.

Учитывая конкурентные отношения между операторами связи, при совместной работе по проектированию и внедрению гибридных решений необходимо освоить эффективные методы поиска компромиссных вариантов с учетом взаимных интересов сторон, отдавая при этом приоритет интересам предприятия-заказчика.

Литература

• 1. Семенов А. IP-коммуникации – связь нынешнего дня // http:// www.osp.ru/os/, 5 апреля 2007 г.
  
• 2. Михайлов В. Ф., Хиленко В. В. Фиксированная телефония: социальное обслуживание или бизнес? // Зв'язок.– 2007.– N2.– С. 3-5.
  
• 3. Есауленко А. Доказательства в пользу NGN // Сети.–2003.–N24.
  
• 4. Как сэкономить на телефонии // Computerworld.– 2007.– N14; http://www.osp.ru/cw/2007/14/4114092/
  
• 5. Компании предпочитают разнообразие // http://www.osp.ru/news/2007/0420/4128776/
  
• 6. Официальные сайты: ЗАО «ДОРИС», http://www.doris.ua/, СП ╚MOHИC╩, http:/www.monis.com.ua/
  
• 7. http://dlink.com/products/category.asp?cid=60&sec=0
  
• 8. Robert С. P.; Casella G. Monte Carlo Statistical Methods.– New York: Springer-Verlag, 2004.
  

Авторы
А.Л. Бабосюк, начальник центра технической эксплуатации систем передачи данных Донецкого филиала ОАО «Укртелеком»
О.В. Носов, к.т.н., директор по развитию ЗАО «ДОРИС»
В.В. Сикорский, директор Донецкого филиала ОАО «Укртелеком»
А.Г. Цитрин, к.т.н., генеральный директор ЗАО «ДОРИС»

«Зв'язок» № 4, 2007