Сети связи и пандемия

А.С. Бородин, представитель ПАО «Ростелеком» в МСЭ, к.п.н., к.т.н.; borodin.msk@mail.ru
А.Е. Кучерявый, заведующий кафедрой сетей связи и передачи данных СПбГУТ, д.т.н.; akouch@mail.ru

ВВЕДЕНИЕ

Развернувшаяся в 2019—2020 гг. во всем мире пандемия коронавирусной болезни (COVID-19), вызванной тяжелым острым респираторным синдромом коронавируса 2 (SARS-CoV-2), существенным образом изменила жизнь общества. Из-за требований по самоизоляции населения принципиально увеличилось число людей, работающих в удаленном режиме. В результате, например, известная своими решениями по организации видеоконференций компания ZOOM в десятки раз нарастила объемы продаж [1]. Естественно, это не могло не сказаться на работе операторов связи, которые для обеспечения устойчивости функционирования сетей были вынуждены изменить условия предоставления ряда услуг, снизив скорости доступа и/или качество сервисов, с чем столкнулись потребители как в России, так и за рубежом [2−4]. При этом в настоящее время отсутствуют международные стандарты по изменению требований к сетям связи в условиях длительного воздействия неблагоприятных факторов.
При нынешнем уровне своего развития сети связи не могут внести решающий вклад в борьбу с пандемией. Но новые приложения, планируемые к внедрению к 2030 г., могли бы оказать существенное влияние на медицинское обслуживание в условиях эпидемии, например, путем широкого использования голографических копий врачей и пациентов, а также аватаров. Однако для таких приложений необходимо внедрение сверхвысоконадежных сетей с ультрамалыми задержками — uRLLC [5, 6]. Последнее требует пересмотра как принципов построения сетей связи, так и замены не приспособленных для этой цели протоколов TCP/IP [7], изначально разработанных для надежной передачи данных, но не для обеспечения ультрамалых задержек.

СЕТИ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ,
ОСОБЕННОСТИ ПАНДЕМИИ

Проблемы функционирования сетей связи в чрезвычайных ситуациях (ЧС) изложены в [8, 9]. Существует также ряд фундаментальных работ [10, 11], в которых предлагается во время ЧС использовать в сетях связи современные технологии интернета вещей. Во всех этих трудах рассматриваются в первую очередь ЧС техногенного характера. В таких случаях ЧС локализована на части территории той или иной страны, а ее длительность, как правило, не превышает нескольких суток.
При пандемии сеть связи должна функционировать с заданными требованиями по качеству обслуживания и качеству восприятия в течение существенно более длительного периода, который может исчисляться месяцами, что принципиально меняет стоящие перед операторами проблемы.
Такие задачи в последнее время не рассматривались. Хотя в эпоху развитых телефонных сетей Сектор стандартизации электросвязи Международного Союза Электросвязи (в то время еще Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии — МККТТ) с целью защиты интересов операторов связи в нештатных ситуациях разработал рекомендацию E.500 [12], в которой были приведены требования по определению нормальной нагрузки и перегрузок. В качестве периода нормальной нагрузки выбирались 30 наиболее нагруженных дней за год измерений, а в качестве перегрузки рассматривались пять наиболее нагруженных дней. Для определения наиболее нагруженных дней использовалось понятие часа наибольшей нагрузки [13].
При этом в наблюдениях не учитывались праздники, выходные дни и т. п. Для пяти наиболее нагруженных дней устанавливались более простые требования по качеству обслуживания. Последнее было определено в рекомендации E.520, в соответствии с которой потери для международной связи в период пяти самых нагруженных дней могли превосходить потери для периода нормальной нагрузки в 7 раз [14]. Следует заметить, что, к сожалению, в 1998 г. рекомендация E.500 была модифицирована [15] и вышеуказанные требования были из нее исключены.
На фоне пандемии коронавируса представляется целесообразным создание новой рекомендации МСЭ-Т по определению периода, в течение которого требования к качеству обслуживания могут быть изменены в сторону смягчения, и определению значений показателей качества обслуживания (а, возможно, и качества восприятия) для такого периода. При этом длительность периода может быть согласована со Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).
Важно отметить также, что приходящие на смену существующим сетям сети связи пятого и последующих поколений [16, 17] являются гетерогенными [18, 19]. Поэтому важно, чтобы ограничения по качеству обслуживания не исключили бы из обслуживания те приложения, которые хотя и не являются приоритетными, но в любом случае имеют право на обслуживание.
В теории телетрафика нагрузка таких приложений была названа хрупкой (fragile). Решения, позволяющие обслужить такую нагрузку в моменты перегрузок, можно найти в [20, 21].

РАЗВИТИЕ СЕТЕЙ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ ПАНДЕМИИ

Пандемия коронавируса оказала значительное влияние на все отрасли мировой экономики. Естественно, это относится и к отрасли связи, в которой сейчас сосуществуют три концепции развития сетей: сети связи пятого поколения 5G [22], широкомасштабное внедрение которых намечено на первую половину 20-х годов этого столетия, сети связи шестого поколения 6G [23] и сети связи 2030 [24, 25].
Прежде всего, на основе [23] и [24] рассмотрим отличия между сетями 5G и 6G, а также между сетями 6G и сетями связи 2030. Сети связи 6G имеют следующие основные отличия от сетей 5G:

• по сверхплотности: 100 устройств на кубический метр (5G — 1 устройство на 1 м2);
• по задержкам на радиодоступе: 0,1 мс (5G — единицы мс);
• по пиковой скорости: от 100 Гбит/с до 1 Тбит/с (5G — 10 Гбит/с);
• по точности позиционирования: 10 см внутри помещений, 1 м вне помещений (5G — нет в списке основных параметров);
• по надежности: 1 отказ на 1 миллион соединений (5G — нет таких требований).

В свою очередь сети связи 2030 как целевая задача отрасли на предстоящее десятилетие отличаются от сетей 6G как численно, так и функционально по следующим показателям:

• круговые задержки меньше 1 мс;
• пиковая скорость больше 1 Тбит/с;
• сверхвысокая надежность сети — коэффициент готовности 0,999 999;
• недоступность сети — 4 мс в сутки;
• персонализация сети — одним из самых перспективных приложений для сетей 2030 является широкое использование и распространение аватаров для воспроизведения и осуществления действий человека, который ими управляет (телеприсутствие);
• внедрение наносетей — к 2030 г. должно начаться широкое применение различных приложений наносетей и нановещей, которые еще больше увеличат плотность сетей;
• полновесная реализация концепции Индустрии 4.0 с использованием в сети промышленных гуманоидов;
• использование голографических копий человека (оценка требуемой для подобных приложений скорости составляет 2 Тбит/с [26]).

Среди всех этих характеристик, которые, конечно же, имеют высокую ценность для противостояния пандемии, особо стоит отметить роботы-аватары и голографические копии человека в качестве средств, не подверженных вирусам, но способных выполнять функции людей для удаленного решения задач конкретного человека.
Исходя из сказанного, представляется целесообразным сконцентрировать усилия на работах в области создания сетей связи 2030. Это, конечно, потребует пересмотра концепций построения сети, ее децентрализации [27], замены «медленных» протоколов семейства TCP/IP на новые [28] и решения еще множества научно-технических, экономических и политических задач. Но другого пути просто нет.

ВЫВОДЫ

1. Пандемия коронавируса оказала существенное влияние на все отрасли мировой экономики, в том числе и на отрасль связи. Операторские компании вынуждены для обеспечения устойчивости
функционирования сетей менять условия предоставления ряда услуг с уменьшением скорости и/или ухудшением качества предоставляемых услуг.
2. Во время пандемии сеть связи должна функционировать с заданными требованиями по качеству обслуживания и качеству восприятия в течение существенно более длительного периода, чем при ЧС техногенного характера.
3. Представляется целесообразным с учетом имеющегося в МСЭ-Т опыта по стандартизации режимов перегрузки телефонных сетей связи разработать рекомендацию (рекомендации) по определению периода, в течение которого требования по качеству обслуживания могут быть изменены в сторону смягчения, и определению значений показателей качества обслуживания (а, возможно, и качества восприятия) для такого периода. При этом длительность периода может быть согласована с ВОЗ.
4. Для противостояния пандемии высокую ценность имеют роботы-аватары и голографические копии человека как средства, не подверженные вирусам, но способные выполнять функции конкретных людей. Реализация таких приложений для сетей связи общего пользования предусмотрена в концепции сетей связи 2030.
5. Представляется целесообразным сконцентрировать усилия на работах в области создания сетей связи 2030. Это потребует пересмотра концепций построения сети, ее децентрализации, замены
«медленных» протоколов семейства TCP/IP на новые и решения множества других научно-технических, экономических и политических задач.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сервис для видеоконференций Zoom за неделю подорожал на $14 млрд на фоне массового перехода на удаленную работу. – https://vc.ru/finance/114592-servis-dlya-videokonferenciy-zoom-za-nedelyu-podorozhal-na-14-mlrd-na-fone-massovogo-perehoda-na-udalennuyu-rabotu.
2. Internet overloaded: Switzerland is considering banning streaming video. – https://engnews24h.com/internet-overloaded-switzerland-is-considering-banning-streaming-video/.
3. Can networks cope with millions working from home? So far, yes. – https://ru.reuters.com/article/internetNews/idUSKBN21435U.
4. «Ростелеком» предпринимает меры для повышения устойчивости работы сети. – https://www.company.rt.ru/press/news/d454567/.
5. Кучерявый, А.Е. Сети связи с ультрамалыми задержками / А.Е. Кучерявый // Труды НИИР. – 2019. – № 1. – С. 69-74.
6. Popovski, P. Wireless Access for Ultra-Reliable Low-Latency Communication: Principles and Building Blocks / P. Popovski, J.J. Nielsen, C. Stefanovic et al. // IEEE Network. – 2018. – Vol. 32, Issue 2. – P. 16-23.
7. Network 2030. A Blueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030 and Beyond. Written by FG-NET-2030. – ITU-T, 2019. – https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/net2030/Documents/White_Paper.pdf.
8. Леваков, А.К. Особенности функционирования телекоммуникационных сетей следующего поколения в чрезвычайных ситуациях / А.К. Леваков. – М.: ИРИАС, 2012. – 107 с.
9. Levakov, A. Access to Emerging Services during Overload Traffic Period / A. Levakov, N. Sokolov // LNCS. – 2012. – Vol. 7469. – P. 424-428.
10. Сарьян, В.К. Сенсорные управляющие сети как новое приложение для сетей следующего поколения / В.К. Сарьян, А.С. Лутохин, Н.А. Сущенко // Труды НИИР. – 2011. – № 1. – С. 20-23.
11. Назаренко, А.П. Использование современных инфокоммуникационных технологий для спасения людей при чрезвычайных ситуациях / А.П. Назаренко, В.К. Сарьян, Н.А. Сущенко, А.С. Лутохин // Электросвязь. – 2014. – № 10. – С. 33-36.
12. CCITT Recommendation E.500. Traffic Intensity Measurements Principles. – Geneva: ITU, 1988. – 14 p.
13. Лившиц, Б.С. Теория телетрафика / Б.С. Лившиц, А.П. Пшеничников, А.Д. Харкевич. – М.: Связь, 1979. – 224 с.
14. ITU-T Recommendation E.520. Number of circuits to be provided in automatic and/or semiautomatic operation, without overflow facilities. – Geneva: ITU, 1988. – 3 p.
15. ITU-T Recommendation E.500. Traffic intensity measurements principles. – Geneva: ITU, 1998. – 11 p.
16. Девяткин, Е.Е. 6G на старте / Е.Е. Девяткин, Г.С. Бочечка, В.О. Тихвинский, А.С. Бородин // Электросвязь. – 2020. – № 1. – С. 12-17.
17. Кучерявый, А.Е. Сети связи 2030 / А.Е. Кучерявый, А.С. Бородин, Р.В. Киричек // Электросвязь. – 2018. – № 11. – С. 52-56.
18. Кучерявый, Е.А. Разработка и исследование комплекса моделей и методов распределения ресурсов в беспроводных гетерогенных сетях связи: дис. … докт. тех. наук: 05.12.13 / Кучерявый Евгений Андреевич. – М.: МТУСИ, 2018. – 416 с.
19. Andreev, S. Intelligent Access Network Selection in Converged Multi-Radio Heterogeneous Networks / S. Andreev, M. Gerasimenko, O. Galinina et al. // IEEE Wireless Communications. – 2014. – Vol. 21, № 6. – P. 86-96.
20. Кучерявый, Е.А. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / Е.А. Кучерявый. – СПб.: Наука и Техника, 2004. – 336 с.
21. Кучерявый, А.Е. Сети связи общего пользования. Тенденции развития и методы расчета / А.Е. Кучерявый, А.И. Парамонов, Е.А. Кучерявый. – М.: ФГУП ЦНИИС,2008. – 296 с.
22. Hindia, MHD N. Interference Cancelation for High-Density Fifth-Generation Relaying Network using Stochastic Geometrical Approach / MHD N. Hindia, F. Qamar, T. Abbas et al. // International Journal of Distributed Sensor Networks. – 2019. – Vol. 15, Issue 3. – https://doi.org/10.1177/1550147719855879.
23. Leppanen, K. Key Drivers and Research Challenges for 6G / K. Leppanen, M. Latvaaho // Fifth ITU Workshop on Network 2030. Geneva, Switzerland, 14-16 October, 2019. – https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/2019101416/Pages/programme.aspx.
24. Li, R. Network 2030: Market Drivers and Prospects / R. Li // First ITU Workshop on Network 2030. New York City, US, October 2, 2018. – https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/201810/Pages/Programme.aspx.
25. Yastrebova, A. Future Networks 2030: Architecture and Requirements /
A. Yastrebova, R. Kirichek, Y. Koucheryavy et al. // The 10th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems (ICUMT). – Moscow, 2018.
26. Vega, M.T. Towards Truly Immersive Holographic-Type Communication:
Challenges and Solutions / M.T. Vega // 4th ITU Workshop on Network 2030. S.-Petersburg, Russia, May 21-23, 2019. – https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/201905/Pages/programme.aspx.
27. Бородин, А.С. Сети связи пятого поколения как основа цифровой экономики / А.С. Бородин, А.Е. Кучерявый // Электросвязь. – 2017. – № 5. – С. 45-49.
28. Xiuli, Z. New IP. The Protocol Framework Towards a Fully Connected, Intelligent World / Z. Xiuli // Sixth ITU Workshop on Network 2030. Lisbon, Portugal, January 13-14, 2020. – https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/20200113/Pages/programme.aspx.