Экономический показатель — основа выбора типа волокон для ВОЛС

В статье рассматриваются вопросы выбора типа оптических волокон при проектировании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) большой протяжённости. К таким линиям в первую очередь относятся магистральные и зоновые ВОЛС. Направляющей средой в современных оптических кабелях (ОК) являются кварцевые оптические волокна (ОВ), которые подразделяются на одномодовые и многомодовые. На волоконно-оптических линиях дальней связи применяются исключительно одномодовые ОВ. В представленной статье предлагается оценить экономическую эффективность применения оптических волокон различных типов в рассматриваемый период времени. Основным параметром ОВ, ограничивающим скорость передачи информации по ВОЛС, является дисперсия. В одномодовых ОВ доминирующей является хроматическая дисперсия, величина которой и определяется типом оптического волокна. В данной статье исследуется возможность применения на ВОЛС большой протяжённости оптических кабелей со стандартными одномодовыми оптическими волокнами по рекомендации G.652 и одномодовыми оптическими волокнами со смещённой ненулевой дисперсией по рекомендациям G.655 и G.656. Предлагается использовать интегральный экономический показатель чистой текущей стоимости при выборе типа волокон для оптических кабелей, предназначенных для междугородных ВОЛС. Рассмотрен конкретный пример выбора типа одномодовых оптических волокон на длине ВОЛС 1000 км.

Современный этап развития общества характеризуется высокими темпами роста объёма передаваемой информации. Поэтому вновь строящиеся линии и сети связи должны создаваться с учётом последующей адаптации к быстрому и порой малопредсказуемому наращиванию пропускной способности. Срок эксплуатации оптических кабелей составляет 25 лет, тогда как систем передачи (СП), работающих по этим кабелям, в несколько раз меньше. Следовательно, ОК будут работать с аппаратурой СП, которая на момент прокладки кабеля и монтажа линии связи ещё не разработана.

Оптические волокна являются главным элементом (направляющей средой) оптических кабелей, а следовательно, и всей сети в целом. Поэтому при проектировании волоконно-оптических линий связи и решении вопросов конкурентоспособности и гибкости сети следует начинать с выбора ОВ.

В настоящее время на российском рынке ОВ можно выделить две основные категории одномодовых световодов [1]:
• стандартные одномодовые ОВ, изготовленные по рекомендации G.652, представлены наиболее широко и присутствуют в производственных программах почти всех известных производителей;
• одномодовые ОВ с ненулевой смещённой дисперсией, изготовленные по рекомендациям G.655 и G.656, производятся ограниченным кругом производителей.

Основополагающее преимущество волокон второй группы состоит в снижении хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм по сравнению с ОВ первой категории.

Наличие волоконных компенсаторов на линии позволяет в значительной степени снизить хроматическую дисперсию для обоих типов ОВ. Однако для первой категории ОВ требуется в несколько раз более длинное компенсирующее волокно в модуле DСМ (Dispersion Compensation Module), чем в соответствующем модуле компенсации для световодов категорий G.655 и G.656. Из-за этой разницы в первом случае требуется дополнительное усиление полезного сигнала, что, в свою очередь, требует дополнительных капитальных вложений. Кроме этого, с применением оптических волокон второй группы можно также существенно снизить уровень поляризационно-модовой дисперсии (РМD) в системе [1].

Таким образом, появляется выбор из двух возможных вариантов использования рассмотренных типов одномодовых оптических волокон:
• использовать оптические кабели с более дешёвыми оптическими волокнами по рекомендации G.652 и тем самым снизить первоначальные капитальные затраты, а при переходе на следующий, более высокий уровень СП, установить более дорогую систему компенсации хроматической дисперсии;
• применять оптические кабели с волокнами по рекомендациям G.655 или G.656 и при смене СП сэкономить на компенсации хроматической дисперсии.

Выбор предлагается осуществить с помощью интегрального экономического показателя чистой текущей стоимости NPV (Net Present Value) [2]. При этом показатель NPV не следует путать с параметром NVP (Nominal Velocity of Propagation) — скоростью распространения сигнала по витым парам, который нормируется в структурированных кабельных системах относительно скорости света в вакууме и указывается в процентах или относительных единицах.

Для простоты дальнейшего изложения предположим, что на момент ввода в строй СП нового поколения, во втором случае, системы компенсации хроматической дисперсии не потребуется.

Определим NPV за n лет при условии, что в j году осуществляется переход на новую, более высокоскоростную систему передачи, требующую применения системы компенсации хроматической дисперсии для ОВ по рекомендации G.652.

В этом случае значение показателя NPV для двух возможных вариантов выбора ОВ можно представить следующим образом.

Для первого варианта:

где: D_i — доходы предприятия в i год;
Э_i — расходы на производство и реализацию услуг (без амортизационных отчислений) в i год;
А_i — амортизационные отчисления за i год для первого варианта;
ΔА_i — приращение амортизационных отчислений после внедрения новой СП в i год для первого варианта;
H_n — ставка налога на прибыль (в относительных единицах); d — норма дисконта;
K_o — капитальные затраты на строительство ВОЛС по первому варианту;
K_j — капитальные затраты на внедрение новой системы передачи в j году;
K_кomn — капитальные затраты на компенсацию хроматической дисперсии ОВ категории G.652;
К_лик — ликвидационные денежные потоки в n период для первого варианта.

Для второго варианта:

где: А_i* — амортизационные отчисления за i год для второго варианта;
ΔА_i* — приращение амортизационных отчислений после внедрения новой СП в i год для второго варианта;
K*_лик — ликвидационные денежные потоки в n период для второго варианта;
ΔK_o — дополнительные капитальные затраты за счёт применения более дорогих оптических волокон.

Для выбора наиболее предпочтительного варианта определим значение ΔNPV = *NPV₁ - NPV₂.

После соответствующих преобразований получаем расчётную формулу:

Значение ΔK_o можно представить следующим образом:

ΔK_o = (m - 1) · V · C_oв · L ,

где: L — длина ВОЛС;
C_oв — стоимость одного километра оптического волокна по рекомендации G.652;
m·C_oв — стоимость одного километра оптического волокна по рекомендациям G.655 или G.656 (m>1);
V — количество ОВ в оптическом кабеле.

Формулы (1) и (2) поясняются соответственно рис. 1 и 2. Здесь качественно представлены основные притоки и оттоки денежных средств за n лет существования проекта, включая ликвидационные денежные потоки.

Значения CF_i и CF_i* (cash flow — движение денежной наличности) определяют сумму чистой прибыли и амортизационных отчислений в i год для первого и второго вариантов проекта соответственно.

Эти параметры можно выделить из формул (1) и (2) соответственно. Для i года имеем:

CF_i = (D_i - Э_i - А_i) (1 - H_n) + A_i

Однако выбор «правильного» ОВ для протяжённых линий является неоднозначной задачей. Производители предлагают несколько типов ОВ, каждое из которых имеет те или иные технические и/или экономические преимущества и особенности. Одним из наиболее эффективных решений в этой области является применение кабельных конструкций с несколькими типами ОВ [3].

На рис. 3 приведены зависимости ΔNPV от стоимости километра оптического волокна по рекомендации G.652 для различного количества и набора ОВ в сердечнике кабеля (V — количество оптических волокон в кабеле; m — коэффициент увеличения стоимости ОВ по рекомендациям G. 655 или G. 656 относительно стоимости стандартного одномодового волокна; V = 8/8 — количество ОВ по рекомендациям G. 652 / G. 655).

При расчётах по формуле (3) длина ВОЛС принималась равной L=1000 км, при этом предполагалось, что компенсация дисперсии осуществляется через каждые 100 км, а стоимость одного компенсирующего устройства составляет К_{комп. устр.} = 10 000 у.е.

Таким образом, можно для рассматриваемого случая определить:

К_комп.= 9 · V · К_{комп.устр.} h ,

где: коэффициент h учитывает затраты на транспортировку и монтаж компенсаторов.

Норма амортизации во всех случаях выбрана Н_а = 0,04; дисконт-фактор d  = 0,1; j = 5 лет; n = 10 лет.

Хотя в заданных условиях экономически выгоднее оказались оптические кабели с однотипными волокнами G.652, кабели с различными типами ОВ (двумя) имеют преимущество по увеличению гибкости решений перехода на более высокоскоростные системы передачи.

Таким образом, предлагается использовать интегральный экономический показатель чистой текущей стоимости при выборе типа волокон для оптических кабелей, предназначенных для междугородных волоконно-оптических линий связи, так как в ряде случаев наиболее эффективно применение оптических кабелей с комбинированным сердечником.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Андреев, В.А. Бурдин. Оптические волокна для оптических сетей связи//Электросвязь, 2003, №11, с. 50—54.
2. К. Уолш. Ключевые показатели менеджмента: как анализировать, сравнивать и контролировать данные, определяющие стоимость компании. Пер. с англ. 2-е изд. — М.: Дело, 2001, 360 с.
3. Д. Маззарез, А.И. Микилев. Выбор оптического волокна для больших расстояний передачи // Фотон-Экспресс, 2010, №8 (88), с. 20—22.
4. А.Л. Зубилевич, В.А. Колесников. К вопросу о выборе оптических волокон // T-Comm, №8, 2010, с. 7—9.