Инфокоммуникации в Арктике: новый подход

Александр Герасимов, руководитель направления IT и облачных услуг, J’son & Partners.

Последнее время в России все активнее обсуждается вопрос восстановления полноценного присутствия в Арктике.

Уже в ходе предварительных обсуждений стало понятно, что в отличие от советского периода освоения арктического региона пытаться решать эту задачу прежними экстенсивными методами не только не целесообразно, но и просто невозможно. У государства на это нет и не предвидится ни соответствующих материальных, ни финансовых, ни людских ресурсов, а бизнес обычно не вкладывается в проекты с сомнительными перспективами окупаемости.

Из вышесказанного следует, что восстанавливать присутствие в Арктике нужно таким образом, чтобы максимально эффективно использовать весьма ограниченные ресурсы.

Фактически это многокритериальная оптимизационная задача, поиск решения которой нужно начинать с анализа целей. То есть необходимо ответить на вопрос: восстанавливать присутствие – зачем именно?

Все многообразие решаемых в Арктике задач можно свести всего к трем:

• Добыча полезных ископаемых
• Транзит грузов
• Обеспечение связи и наблюдения

При этом первые две традиционно считаются основными, а третья – вспомогательной.

Основными ограничениями в их решении являются:

• Экстремальные климатические условия
• Чрезвычайно высокая стоимость доставки грузов
• Надежность – критичное требование к оборудованию

То есть для решения поставленных задач в Арктике нужны такие подходы, которые позволили бы значительно снизить потребность в первую очередь в наличии людских ресурсов непосредственно в регионе, что облегчает и задачу снабжения, и использовать такое оборудование и технологии, которые предъявляли бы минимально возможные требования к, объему, весу, дороговизне и сложности элементов, размещаемых «на месте». То есть все сложное и требующее обслуживание нужно оставить на «Большой земле».

Таким образом, эти новые подходы к созданию инфраструктуры в Арктике технологически должны основываться на следующих базовых принципах:

• Преимущественном использовании интеллектуальных систем дистанционного автоматического управления сложными системами логически объединенных в «пулы» объектов
• Кардинальное упрощение аппаратной части размещаемых в регионе объектов, модульность их построения
• Энергоэффективность объектов инфраструктуры, вплоть до их энергетической нейтральности

Следует отметить, что это именно те принципы, на которых строится так называемый «Интернет Сервисов».

На практических примерах уже доказано, что переход на принципы «Интернета Сервисов» позволяет повысить эффективность использования всех видов ресурсов более чем в 10 раз (соответственно, уменьшить потребность в них), а роль персонала при этом трансформируется из непосредственных исполнителей в архитекторов преимущественно автоматически исполняемых процессов.

Но вот проблема – связь. Она остро стоит даже в крупных городах, а уж в Арктике! И уж точно эта задача перемещается из вспомогательной в число основных.

Наиболее доступный вид связи в Арктике сейчас – это спутниковая связь. Но у нее есть ряд критичных недостатков, не позволяющих использовать ее для задач «Интернета Сервисов», а именно:

• Ограниченная пропускная способность и дороговизна ресурса
• Неприемлемо высокая задержка сигнала – более 500 мс
• Высокая стоимость специализированного абонентского оборудования

А для «Интернета Сервисов» нужны:

• Высокая доступность канала (малое время отклика)
• Низкая задержка сигнала

Но самое главное – емкость и другие характеристики сетевого ресурса должны выделяться по требованию, причем динамически и в автоматическом режиме. И требования эти весьма разнообразны, с большими диапазонами изменений:

Одним из возможных решений этой задачи является создание в дополнение к сетям наземной проводной и беспроводной связи постоянно действующих коммуникационных платформ в стратосфере, на высоте около 20 км, обладающих наилучшим соотношением по площади покрытия и задержке сигнала.

Эту задачу пытались реализовать в США на протяжении последних 20 лет путем разработки мега-дирижаблей массой до 150 тонн, объемом до 2 млн. куб. м. и длиной – до 300 м, способных удерживать определенную точку в пространстве или осуществлять патрулирование в ограниченном районе, развивая скорость до 200 км/ч, необходимую для компенсации скорости ветра. Предполагалось, что размещенное на таких платформах оборудование связи и наблюдения обеспечит огромную зону покрытия – до 5,5 млн. кв. морских миль (в 20 раз больше чем у AWACS), а время активной работы платформы без обслуживания будет сопоставимо со спутниками (до 10 лет).

Все попытки создания таких платформ окончились неудачами. Выявились проблемы, решение которых оказалось невозможно на текущем уровне развития технологий. Среди основных из них:

Обеспечить генерацию энергии до 1 МВт в пике за счет собственных источников энергии
Осуществить полностью автоматическое управление нежестким объектом
Создать малогабаритное и легкое оборудование наблюдения с требуемой зоной покрытия

Казалось бы, глухой тупик? Но совсем недавно был предложен принципиально иной подход, базирующийся на отказе от удержания позиции и обеспечении ограниченной управляемости пассивных платформ путем управления изменением высоты полета за счет наличия устойчивых ветров разного направления на разных высотах.

Такой подход позволяет обеспечить энергетическую нейтральность платформы, ее дешевизну и простоту конструкции платформ, массовость их производства и использования. Минусом является чрезвычайно сложная система управления сетью связи, образуемой такими подвижными платформами: в этом случае необходимо осуществлять адаптацию конфигурации сети под местоположение платформ, а не наоборот, как в обычных сетях связи.

Тем не менее, бурное развитие новых технологических концепций программно-определяемых сетей и виртуализации сетевых функций позволяет экономически эффективно решить задачу создания динамически адаптирующейся под нагрузку и конфигурацию узлов сети.

Еще одним плюсом именно такого подхода является возможность качественного имитационного моделирования работы такой сети, включая возможность «измерить» пропускную способность каналов, задержку сигнала, джиттер и другие важные характеристики, а также протестировать работу в такой сети самых разнообразных приложений, включая перспективные системы оптимизационного управления, построенные на принципах Интернета Сервисов, и сервисы информационной безопасности, обеспечивающие требуемый уровень защищенности прикладных систем.

Такие очевидно необходимые для России исследования можно начать именно с имитационного моделирования таких систем. Так, в рамках реализации проекта распределенной сетевой инфраструктуры для проведения научно-исследовательских междисциплинарных проектов в сфере науки и образования (Global Russian Advanced Network Initiative, GRANIT) консорциумом российских вузов планируется создание необходимой для моделирования таких сетей и систем «Интернета Сервисов» среды.

В случае получения положительных результатов создание «в железе» динамически адаптирующейся под нагрузку и конфигурацию узлов сети, размещенных на ограниченно управляемых стратосферных платформах, не представляет особой сложности. Наиболее сложный ее функционал будет реализован на программном (виртуальном) уровне в ходе работ по имитационному моделированию (проектированию) сети. А ее развертывание не потребует существенных финансовых затрат.

/PRO-ARCTIC/