февраль 2000 г. Сети и системы связи №1

Вадим Саякин

Содержание:

• Введение
• Практическое применение технологий передачи речи
• Рассмотрение существующей структуры сети передачи данных
• Преимущества использования технологий передачи речи
• Экономические аспекты внедрения новых технологий

Быстрое развитие технологий качественной передачи голоса в мультисервисных сетях все больше и больше способствует тому, что руководители служб автоматизации предприятий начинают серьезно рассматривать вопросы экономической целесообразности модернизации корпоративных сетей. Однако рассмотрение этих вопросов зачастую ставит их в тупик, поскольку, с одной стороны, они интуитивно понимают, что модернизация влечет за собой определенную экономию, а, с другой, - у них нет ясного представления о процессе подготовки обоснованного экономического анализа.

Целью настоящей статьи является знакомство с методикой оценки расчета экономической эффективности модернизации корпоративной сети, которая включает в себя сбор данных о ее качественных характеристиках, а также весь необходимый аппарат математических вычислений.

На начальном этапе оценки неизбежно встает вопрос о выборе конкретной технологии передачи речи. На сегодня их имеется три - это голос через IP (VoIP), через Frame Relay (VoFR) и через ATM (VoATM).

Ниже мы рассмотрим пример внедрения голосовых коммуникаций в сетях Frame Relay, хотя в отношении остальных технологий методика в принципе остается такой же. Выбор данного примера обусловлен в первую очередью фактором предрасположенности к внедрению именно сервиса Frame Relay в общенациональном масштабе. Сегодня эта технология доминирует в России - чтобы убедиться в этом достаточно посмотреть, как строятся корпоративные сети на опорных сетях крупных операторов, покрывающих большую часть территории России. Если же рассматривать сети масштаба города, например такого, как Москва, или любого другого мегаполиса, то, когда стоит задача связать друг с другом разбросанные офисы компании, наиболее удачным выбором является технология IP на выделенных каналах связи.

Рис. 1. Исходная топология сети

Итак, перейдем к конкретному примеру внедрения технологии передачи речи.

Компания имеет центральный офис в Москве и ряд своих филиалов на территории России, а именно: в Липецке, Перми, Краснодаре, Норильске, Хабаровске. Для передачи данных между ними используется сеть Frame Relay, услуги которой предоставляет один или несколько крупных российских операторов. Телефония в каждом из филиалов организована с использованием небольшой УАТС, подключенной к городской сети ТфОП. Схема существующей сети представлена на рис. 1.

Филиалы - это небольшие офисы с численностью работающих 30 (в Краснодаре, Перми, Хабаровске) и 40 человек (в Липецке, Норильске). Телефонные звонки в каждом из них можно поделить на локальные (внутригородские) и междугородные (в центральный офис компании). Вначале необходимо оценить соотношение звонков. Несмотря на то, что звонки в центральный офис составляют от 20 до 35% (в нашем случае) от общего числа, экономия на их стоимости может быть весьма существенной, так как компания платит за каждый междугородный вызов.

Для анализа необходимо получить данные о том, сколько минут каждый сотрудник филиала разговаривает по телефону и использует факс. В дальнейшем для простоты анализа за телефонный разговор будем принимать и передачу факса. Эти данные можно получить с помощью любой биллинговой системы, если таковая существует в компании, или же от городской телефонной сети, если у ее оператора заранее заказать соответствующую услугу. В нашем примере, будем полагать, что продолжительность использования телефонных линий каждым сотрудником колеблется в пределах от 60 до 120 мин в день. Теперь подставим предварительно собранные нами данные в табл. 1.

Таблица 1. Использование телефонной связи сотрудниками филиалов

Филиалы в городах	Численность сотрудников филиала, чел. (Ч)	Длительность телефонных разговоров (включая факсы) на одного человека, мин. (Д)	Процент разговоров с центральным офисом от общего числа звонков, % (П)
Липецк	40	110	35
Пермь	30	95	20
Краснодар	30	60	20
Норильск	40	120	30
Хабаровск	30	90	25

Для расчета длительности телефонных разговоров с центральным офисом в Москве (ДМ) по каждому филиалу в месяц воспользуемся следующей формулой

ДМ = Д х Ч х РДМ х П/ 100,

где РДМ - число рабочих дней в месяце (будем считать его равным 21);
Ч - численность сотрудников;
Д - длительность телефонных переговоров;
П - процент разговоров с центральным офисом от общего числа звонков.

Полученные в результате расчета цифры по каждому из филиалов занесем в табл. 2.

Таблица 2. Расходы на междугородную связь

Филиал в городе	Длительность разговоров с центральным офисом в месяц (ДМ), мин.)	Стоимость одной минуты (СТ) (вкл. НДС), руб.	Стоимость всех телефонных разговоров за месяц (СТМ), руб. (СТМ=ДМ*СТ)
Липецк:	32340
Липецк-Москва	50%	3 руб. 84 коп.	62 092 руб. 80 коп.
Москва-Липецк	50%	4 руб. 57 коп.	73 896 руб. 90 коп.
Пермь	11 970
Пермь-Москва	50%	9 руб. 96 коп.	59 610 руб. 60 коп.
Москва-Пермь	50%	5 руб. 90 коп.	35 311 руб. 50 коп.
Краснодар:	7 560
Краснодар-Москва	50%	5 руб. 60 коп.	21 168 руб.
Москва-Краснодар	50%	7 руб. 27 коп.	27 480 руб. 60 коп.
Норильск:	30 240
Норильск-Москва	50%	15 руб. 80 коп.	238 896 руб.
Москва-Норильск	50%	10 руб. 03 коп.	151 653 руб. 60 коп.
Хабаровск:	14 175
Хабаровск-Москва	50%	13 руб. 68 коп.	96 957руб.
Москва-Хабаровск	50%	12 руб. 31 коп.	87 247 руб. 13 коп.
ИТОГО:	96 285		854 314 руб. 13 коп.

При расчете затрат на телефонную связь между филиалами и центральным офисом важно не упустить тот факт, что стоимость одного междугородного вызова в каждом из городов различна. Предположим также, что число звонков из филиала и в филиал делится поровну, т.е. 50% звонков являются для филиала исходящими и 50% - входящими. В каждом конкретном случае эти величины могут варьироваться. Стоимости одной минуты разговора для каждого филиала были взяты из расценок, действующих для хозрасчетных (не бюджетных) организаций с учетом НДС и местных налогов по состоянию на 1 октября 1999 г.

Общая стоимость всех телефонных разговоров между всеми филиалами и центральным офисом в месяц получилась равной 854 314 руб. 13 коп. Эта цифра в дальнейшем пригодится нам при сопоставлении затрат и подсчете экономии при использовании технологии VoFR.

Теперь вернемся к существующей структуре корпоративной сети передачи данных. Как уже говорилось выше, она представляет собой сеть Frame Relay. В каждом из городов для передачи трафика данных используется единственное постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Circuit - PVC). Необходимо подсчитать ежемесячные затраты по использованию доступа Frame Relay. Результаты этих расчетов представлены в табл. 3. Как видно, ежемесячная стоимость услуг Frame Relay зависит от скорости порта и значения CIR, которые в обязательном порядке оговариваются с оператором. Для московского офиса значение CIR не определяется ввиду организации “чистого” цифрового канала.

Таблица 3. Стоимость услуг Frame Relay

Офис в городе	Скорость порта, Кбит/c	PVC CIR, Кбит/c	Ежемесячная стоимость услуг Frame Relay, руб.
Москва (центральный)	256	Не определяется	24 960
Пермь	64	19,2	14664
Краснодар	64	19,2	22 152
Норильск	64	19,2	27 768
Хабаровск	64	19,2	22 152
ИТОГО:			133 848

Следует также иметь в виду, что указанные в табл. 3 значения стоимости включают в себя ежемесячную плату за поддержание каналов, . образующих, так называемую, “последнюю милю”. Но, учитывая тот факт, что эта плата является фиксированной и не претерпевает при модернизации изменений, можно сделать вывод, что она не влияет на расчет экономической эффективности.

Далее переходим к выбору дизайна новой комбинированной сети передачи речи и данных. При определении дополнительной полосы пропускания для голосового трафика, можно действовать двумя способами. Первый способ заключается в сборе голосового трафика и трафика данных и их графического суммирования. Результирующая кривая покажет, насколько и как часто комбинированный трафик будет “перекрывать” имеющуюся сегодня полосу пропускания сети Frame Relay. Если сложно собрать такую статистическую информацию, то можно выбрать второй способ, который состоит в итерационном наращивании полосы пропускания и последующем наблюдении за изменением качества передачи голоса.

Рассчитав суммарное время внутрикорпоративных звонков по каждому филиалу по формуле ДЛИТВ = Д х Ч х П, где значения Д, Ч, П - взяты из табл. 1, перейдем к рассмотрению вопроса о требуемом числе голосовых каналов для каждого филиала. Допустим, что BHL (Busy Hour Loading Factor), время наибольшей загрузки линий составляет 17% ежедневного суммарного времени всех звонков. Следовательно, время пиковой занятости (cм. табл. 4) можно рассчитать по формуле ПИК = ДЛИТВ х BHL, где ПИК – время пиковой занятости; ДЛИТВ – длительность внутрикорпоративных звонков.

Таблица 4. Расчет требуемого числа голосовых линий

Длительность внутрикорпоративных звонков (ДЛИТВ), мин	Филиал в городе	Время пиковой занятости (ПИК), мин	Значение Эрланга, (А)	Требуемое число линий с коэффициентом блокирования не более P=0,05
Липецк	1540	261,8	4,3631	8
Пермь	570	96,9	1,615	5
Краснодар	360	61,2	1,020	4
Норильск	1440	244,8	4,080	8
Хабаровск	675	114,75	1,913	5

При использовании технологии VoFR с кодеком типа G.729 (сжимающим речевой сигнал до 8 Кбит/с) следует учитывать накладные расходы на формирование голосовых пакетов, которые составляют еще около 3 Кбит/c. Таким образом, для одного голосового канала потребуется полоса пропускания 11 Кбит/c, следовательно один транк 64 Кбит будет способен нести пять голосовых каналов.

При подсчете числа необходимых линий связи для каждого из филиалов воспользуемся математическим аппаратом Эрланга (Erlang Agner Krarup, датский математик, 1878-1929 гг.). Это возможно благодаря тому, что телефонную систему можно рассматривать как n-канальную систему массового обслуживания с отказами, в которую поступает пуассоновский поток требований (звонков). В такой системе интенсивность трафика (приведенная плотность потока заявок) измеряется в эрлангах. С помощью формулы А= ПИКмин. х 1эрланг/60 мин получим значения интенсивностей трафика по каждому филиалу.

Число требуемых каналов - для нас величина неизвестная, ее можно найти по формуле Эрланга, которая выглядит следующим образом:

где P - вероятность отказа (занятость всех линий),
n - число линий,
A - интенсивность трафика.

Из этой формулы нетрудно понять следующее: чем выше значение интенсивности (A), тем выше вероятность блокирования при одинаковом числе линий.

Исходя из полученных значений требуемого числа линий для каждого филиала, мы можем решить вопрос о проведении модернизации каналов доступа в сеть Frame Relay. Итак, если филиалу нужны четыре линии для передачи речевого трафика, то при использовании кодека G.729 (CS-ACELP) потребуется полоса 44 Кбит/с (4 х 11 Кбит/с), а для восьми линий 88 Кбит/c (8 х 11 Кбит/c).

Почему при расчете используется значение 11Кбит/c? Кодек G.729 оцифровывает голос образцами длительностью 10 мс, что занимает 10 байт. Сформированный фрейм содержит по три голосовых образца, которые являются байтами полезной нагрузки. Структура голосового фрейма будет приведена ниже.

Таким образом, при подсчете требуемой полосы пропускания сети Frame Relay, разделив длину фрейма 38 байт на 30 полезных байт, мы получим, что накладные расходы составят около 27%. То есть если один речевой канал требует полосы 8 Кбит/c, то с учетом накладных расходов мы получаем 10,13 Кбит/c. Некоторая поправка делается и на передачу факсов, при этом 9,6 Кбит/c превращаются в 12,19 Кбит/c.

Теперь необходимо решить, какой сервис надо запросить у поставщика услуг. Очевидно скорость порта нужно повысить (ранее она была равна 64 Кбит/c). После модернизации это значение увеличится до 128 Кбит/c для филиалов с требуемым числом линий четыре и пять и до 192 Кбит/c (экономичный вариант), или же оно достигнет 256 Кбит/c (предпочтительный вариант) для филиалов с восемью линиями. Необходимо также внимательно отнестись к выбору значения CIR. В первую очередь оно повлияет на вносимую задержку при передаче голоса. Значение CIR надо увеличить, чтобы в него укладывалась требуемая полоса пропускания для всех голосовых каналов плюс некий минимум полосы на передачу данных. Скорость порта в центральном офисе, как правило, равняется сумме скоростей портов всех филиалов. Полученные результаты расчета представлены в табл. 5, а новый дизайн сети можно увидеть на рис.2.

Таблица 5. Параметры новой комбинированной сети Frame Relay

Офисы в городе	Число линий	Скорость порта, Кбит/c	PVC CIR, Кбит/c	Ежемесячная доплата за новый сервис Frame Relay, руб.
Москва (центральный)		1 024	не определяется	7 800
Липецк	8	192 (256*)	128	35 256
Пермь	5	128	64	19 032
Краснодар	4	128	64	21 528
Норильск	8	192 (256*)	128	60 528
Хабаровск	5	128	64	23 712
ИТОГО:	8			167 856

Примечание. Звездочкой обозначены предпочтительные варианты.

Рис. 2. Топология сети после модернизации

Далее необходимо решить вопрос с модернизацией маршрутизаторов и телефонных станций - в тех местах, где это необходимо. Если до этого вы использовали маршрутизаторы, в которые просто можно вставить платы поддержки голосовых интерфейсов FXS, FXO, E&M или E1, то поставленная задача решается простой покупкой необходимых плат. Если же существующие маршрутизаторы не способны поддерживать передачу голоса, то вам придется купить новые устройства, обсудив при этом с поставщиком оборудования вопрос о компенсации стоимости.

Рис. 3. Структура речевого фрейма

Для подключения телефонных станций в филиалах можно использовать порты FXO маршрутизатора или же цифровые интерфейсы E1. Во втором случае вам необходимо позаботиться о покупке платы E1 для телефонной станции, тогда как для портов FXO этого делать не придется, поскольку их запас в станциях существует практически всегда.

По нашим расчетам стоимость оборудования, которое необходимо приобрести или модернизировать, составит около 65 тыс. долл., включая покупку пяти новых маршрутизаторов для филиалов, цифровой платы для центрального офиса и модернизацию одного центрального маршрутизатора.

Теперь попытаемся подвести некоторые итоги модернизации корпоративной сети (см. табл. 6).

Таблица 6. Стоимость модернизации корпоративной сети

Существующие ежемесячные затраты на телефонные разговоры между центральным офисом и филиалами (по данным табл. 2), руб.	854 314,13
Стоимость внутрикорпоративных разговоров с учетом P=0,05, руб.	811 598,42
Затраты на модернизацию сети Frame Relay (по данным табл. 5), руб.	167 856,00
Ежемесячная экономия, руб.	643 742,42
Стоимость нового оборудования (с учетом маршрутизаторов и плат для УАТС), руб.	1 690 000 руб. или 65 000 долл. (по курсу 26 руб. за 1 долл.)
Стоимость инсталляционных услуг, ввода в эксплуатацию, руб.	169 000 руб. (10 % от стоимости оборудования)
Общие затраты (стоимость нового оборудования плюс стоимость инсталляционных услуг), руб.	1 859 000,00
Период окупаемости (общие затраты, деленные на ежемесячную экономию), мес.	2,9

Ежемесячная экономия от внедрения технологии VoFR вычисляется путем вычитания из стоимости внутрикорпоративных разговоров сумма затрат на модернизацию.

Срок окупаемости можно рассчитать, если сумму общих затрат разделить на сумму ежемесячной экономии. Таким образом, срок окупаемости данного проекта составит около трех месяцев.

Подводя итоги анализа эффективности внедрения мультисервисной сети, обратим внимание на изменение стоимости одной минуты разговора. Ранее ее вычисляли по формуле Смин = СТМ / ДМ, где СТМ - ежемесячная стоимость всех разговоров в рублях, (по данным табл. 2); ДМ - длительность разговоров за месяц в минутах (берется там же).

Таким образом, разделив сумму 854 314 руб. 13 коп. на 96 285 мин. получим 8 руб. 87 коп. за минуту. В результате модификации сетевого взаимодействия в сеть Frame Relay было перенесено 95% голосового трафика, т.е. 91 471 мин. (96 285 мин. x 0,95). Для расчета новой стоимости одной минуты телефонного разговора необходимо 167 856 руб. (сумма, которую ежемесячно придется платить за услуги модернизированной сети Frame Relay) разделить на 91 471 мин. Полученная сумма 1 руб. 84 коп. - и есть новая стоимость одной минуты разговора.

Следует отметить, что вышеприведенная методика не является универсальной с точки зрения конкретной статистики и расценок, поэтому в каждом отдельном случае рассмотрения вопроса о модернизации сети и переходе к ее мультисервисному варианту необходимо внимательно анализировать ситуацию и производить нужные расчеты. Безусловно, умение найти правильный подход к вопросу оценки экономической эффективности от внедрения новой технологии позволит вам решить такую задачу.