Межотраслевой баланс для цифрового управления радиочастотным спектром

Ноздрин В.В.

МЕЖОТРАСЛЕВОЙ БАЛАНС ДЛЯ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЧАСТОТНЫМ СПЕКТРОМ

Аннотация. В статье определены роль и место эксплуатации радиочастотного спектра (РЧС) в развитии цифровой экономики, и показаны сложные межотраслевые связи между непосредственными и косвенными потребителями ресурса. Предложена модель, основанная на использовании межотраслевого баланса, предложенная для оценки решений по распределению РЧС между основными потребителями - отраслями народного хозяйство, проведен анализ его основных составляющих. Определены основные положения цифрового управления радиочастотным спектром.

Ключевые слова. Межотраслевой баланс, цифровой радиочастотный спектр, эффективность использования ресурсов.

Nozdrin V.V.

INTERINDUSTRY BALANCE FOR DIGITAL SPECTRUM MANAGEMENT

Abstract. Article defines role and status of spectrum use in digital economy evolution and explains complicated interindustry relations between direct and non-direct spectrum customers. Interindustry balance model is proposed to be used for efficient spectrum allocation between main affiliates-industry sectors, analyzing main variables. Concept of digital spectrum management is defined.

Keywords. Interindustry balance, digital economy, digital spectrum, efficiency of resources using.

Введение

Как определено в национальной программе «Цифровая экономика Российской Федерации», к одному из ее базовых направлений относится «нормативное регулирование, формирование новой регулятор-ной среды, обеспечивающей благоприятный правовой режим для возникновения и развития современных технологий», что в значительной мере касается совершенствования системы управления радиочастотным спектром (РЧС). Учитывая особую важность использования РЧС в выполнении вышеупомянутой программы, особое внимание государства должно быть уделено внедрению современных механизмов, стимулирующих эффективное использование этого ценного природного ресурса. Главной задачей в этой связи является разработка экономических критериев и моделей, позволяющих оценивать эффективность принимаемых решений, которые могли быть лечь в основу цифрового управления РЧС.

ГРНТИ 06.71.02 © Ноздрин В.В., 2019

Вадим Викторович Ноздрин - кандидат экономических наук, советник Исследовательских комиссий, Бюро радиосвязи, Международный союз электросвязи.

Контактные данные для связи с автором: CH-1211, Швейцария, Женева, пл. Наций (Switzerland, вепеуа, Place des Nations). Тел.: +41 22 730 60 16. E-mail: vadim.nozdrin@itu.int. Статья поступила в редакцию 21.12.2018.

Мнение автора не является официальной позицией Международного союза электросвязи.

Использование радиочастотного спектра в свете перехода к цифровой экономике

В течение последних нескольких десятилетний использование РЧС является одним из ключевых факторов, стимулирующих повышение производительности труда, снижение производственных затрат, создание новых рабочих мест, рост материального уровня жизни граждан, а также социальное и политическое развитие общества. Как показано автором в таблице 1, эксплуатация этого ресурса является необходимым условием функционирования практически всех без исключения отраслей народного хозяйства, несмотря на то, что упоминаются далеко не все составляющие цифровой экономики.

Таблица 1

Использование РЧС

Основные потребители Используемые радиоэлектронные средства Выполняемые функции Выпуск для конечного потребителя Выпуск для межотраслевого потребления Программы цифровой экономики

Оборона (Минобороны) Системы подвижной связи и спутниковой связи, радиорелейные линии, локаторы, радары Оперативное управление всеми родами войск, обеспечение работы систем ПВО и ВКС Обеспечение национальной безопасности Развитие радиоэлектронной промышленности е-оборона

Силовые ведомства (ФСО, ФСБ, МВД, Росгвардия) Системы подвижной и спутниковой связи, радиорелейные системы Оперативное управление подразделений Обеспечение внутренней безопасности и правопорядка, правительственная связь Развитие радиоэлектронной промышленности е-безопасность

Связь и информатизация (Минкомсвязь) Системы подвижной и спутниковой связи, радиорелеф-ные системы, сенсорные системы Обеспечение доступа к сетям передачи данных (Рунет, Интернет) и сетям связи Услуги связи и информатизации общего пользования Развитие радиоэлектронной промышленности, торговли, социальное развитие е-прави-тельство, образование, демократия

Дистанционное исследование Земли (Роскосмос) Спутники дистанционного зондирования Земли Сбор данных о состоянии природных характеристик Земли Картография, данные о состоянии климата и природных ресурсов Строительство, добыча природных ископаемых е-демократия

Радионавигация (Госстандарт, Глонасс) Системы спутниковой и наземной навигации Распространение сигналов точного времени и локации Точное определение местоположения и скорости объектов Развитие всех отраслей промышленности е-демократия, е-оборона, е-безопасность

Метеорология (Росгидромет) Спутники дистанционного зондирования Земли и сбора данных, радары, метеозонды, сенсоры Сбор метеорологических данных Прогноз погоды и стихийных бедствий; контроль изменения климата Обеспечение обороны, транспорта, сельского и лесного хозяйств е-климат, е-демократия, е-сельское хозяйство

Транспорт (Министерство транспорта) Системы подвижной и спутниковой связи, сенсорные системы Дистанционное управление и контроль за транспортом, широкополосный доступ Повышение безопасности перевозки пассажиров и грузов, оптимизация движения, беспилотный транспорт Развитие торговли, гостиничного бизнеса, туризма е-навигация, безопасность, дороги, коммерция

Окончание табл. 1

Основные потребители Используемые радиоэлектронные средства Выполняемые функции Выпуск для конечного потребителя Выпуск для межотраслевого потребления Программы цифровой экономики

Радиоастрономия (Академия наук) Наземные и космические радиоастрономические станции Сбор данных о состоянии Вселенной Развитие фундаментальной науки Развитие всех отраслей промышленности е-наука

Исследование космоса (Рос-космос) Международная космическая станция, пилотируемые и непилотируемые космические аппараты Изучение околоземного космического пространства и космических объектов Развитие фундаментальной науки, поиск ресурсов, защита от потенциальных угроз Развитие всех отраслей промышленности е-наука

Предприятия промышленности Сети ведомственной связи, сети управления, автоматизации, контроля качества Повышение эффективности и безопасности производства Оптимизация производственных процессов Снижение себестоимости продукции е-медицина, е-промышлен-ность

Потребности в задействовании РЧС многократно возрастают в связи с необходимость скорейшего перехода к устойчивому укладу развития. Помимо уже общепринятых форм цифровизации различных отраслей, таких как е-медицина, е-торговля, е-образование или е-правительство, постепенно формируются направления, которые будут кардинально менять существующие социально-экономические отношения за счет использования инфокоммуникационных технологий. К одной из таких базисных концепций, в частности, относиться цифровая демократия.

Согласно прогнозам ООН, в 2050 году население нашей планеты увеличится на два миллиарда человек и достигнет 9 миллиардов. Задача обеспечения основных необходимых требований жизнедеятельности человечества: вода, пища, приемлемые условия обитания становится критически важной в условиях постепенного истощения природных ресурсов, изменения климата и повышения числа стихийных бедствий. Понимая срочную необходимость выработки мер по преодолению потенциального кризиса, лидеры стран мирового сообщества установили 17 Глобальных целей устойчивого развития (SDGs), для достижения которых следует найти оптимальные механизмы управления, снижая потребление за счет эффективного использования ресурсов и обеспечивая защиту природной экосистемы нашей планеты.

В качестве пути достижения SDGs определена цифровая демократия, которая подразумевает переход от интуитивного, мануального управления к алгоритмическому, основанному на разработке и использовании взаимоувязанных моделей для политического, экономического, технического и поведенческого анализа и принятия решений с помощью цифрового интеллекта. Неотъемлемым требованием жизнедеятельности этой системы является сбор и накопление больших данных (big data), касающихся всех аспектов состояния природной среды, изменения климата и жизнедеятельности человека, начиная от солености морской воды в конкретной точке Мирового океана и заканчивая статистикой объемов продаж мороженого в г. Санкт-Петербург.

С технической точки зрения, инфраструктура цифровой демократии будет выглядеть как создание всемирной сети хранилищ больших данных (Open Data Cube), трансформирующих собранную информацию в форму, которая будет доступна и понятна как для управленцев всех уровней, так и для обычного обывателя [1]. Уже около 10 таких суперкомпьютеров начали свою работу практически во всех регионах мира и более 100 готовятся к вводу в эксплуатацию в ближайшем будущем. Жизнедеятельность этой системы критическим образом зависит от работы мощного комплекса радиосредств, обеспечивающих сбор, доставку и распространение всех видов данных, что предъявляет новые требования к эксплуатации РЧС. Информация, собираемая огромным количеством различных сенсоров, датчиков, приемников, расположенных на спутниках, самолетах, судах, морских буях, животных, поможет человечеству оптимизировать принимаемые решения за счет более глубокого

понимания различных технократических, природных и социально-экономических процессов и их взаимосвязи.

Переход к цифровой демократии кардинально меняет традиционное понимание применений радиосвязи, повышая требования к набору и качеству предоставляемых услуг и расширяя их возможности. В частности, будущий стандарт подвижной связи общего пользования 5-го поколения помимо привычного набора услуг широкополосного доступа уже предусматривает возможности поддержки разветвленных сетей сенсоров и датчиков, обеспечивающих сбор различного типа данных в рамках реализации концепта Интернета вещей. Также разработанные технические спецификации рассматривают использование инфраструктуры 5G для поддержки развития ведомственных и специализированных сетей различного назначения, начиная c управления авиационными дронами и заканчивая автономными комбайнами. Проблемы по передаче многократно повышенной передаваемой нагрузки зачастую можно будет решить только за счет соответствующего повышения пропускной способности радиорелейных и спутниковых систем связи.

В рамках достижения SGDs особая роль отводится системам исследования Земли и метеорологии. Согласно проведенным оценкам, эти системы вносят прямой или косвенный вклад в достижение всех без исключения SGDs. В ряде случаев получаемые данные являются неотъемлемыми для контроля за результатами предпринятых действий. Так, например, около 30 из 232 индикаторов, разработанных для контроля прогресса данной деятельности, можно оценить только за счет данных, полученных со спутника. С точки зрения использования РЧС уместно заметить, что в этом случае необходимо не только обеспечить доступ к ресурсу для соответствующего комплекса радиосредств, но и гарантировать полное радиомолчание в полосах, которые используются во всемирном масштабе для исследования различных характеристик атмосферы и поверхности Земли за счет контроля радиоизлучений природного происхождения.

Балансовая модель оценки эффективности распределения РЧС

Оценка эффективности использования РЧС стоит на повестке дня уже довольно давно [2]. Уже неоднократно технические специалисты соответствующего профиля приходили к заключению, что дефицит ресурса в ряде случаев создает большие проблемы для внедрения новых радиотехнологий на территории России [3, ^ 22-37]. Задача распределения РЧС между основными потребителями решается за счет двухступенчатого подхода. Международные распределение и правила использования РЧС определяются Регламентом радиосвязи, документом обязательного выполнения для стран-членов Международного союза электросвязи. В России за политику распределения РЧС отвечает Государственная Комиссия по радиочастотам (ГКРЧ), межведомственная комиссия поду руководством Министра цифрового развития.

Руководствуясь международным Регламентом радиосвязи, ГКРЧ разрабатывает национальную Таблицу распределения РЧС, определяя соответствующие условия задействования полосы, исходя из ведомственной принадлежности (категорийность полос) и технических характеристики разрешенных радиосредств (радиослужбы). Основная проблема при принятии решений ГКРЧ состоит в том, что процесс принятия решений основан на разработке технических принципов эксплуатации искомой полосы РЧС, при этом приоритет обычно отдаётся существующим потребителям без проведения серьезных экономических оценок. Разрабатываемые технические условия совместного использования полос РЧС зачастую не могут обеспечивать требуемое качество услуги, значительно повышают капитальные и эксплуатационные затраты, а в ряде случаев приводят к задержке или отсутствию возможности реализации новых радиостандартов [4].

Такая ситуация приводит к негативному экономическому эффекту как для потребителей, нуждающихся в дополнительном ресурсе для внедрения новых технологий, так и всей национальной экономики, что, в частности, подтверждается 37 местом России в международной классификации по уровню развития связи и информатики 2017 года [5]. Даная ситуация требует разработки критериев и модели для оценки использования радиочастотного спектра, требуется описать механизмы, которые позволят комплексно оценивать последствия всех решений, принимаемых при управлении радиочастотным спектром и выбирать те или иные решения в зависимости от поставленных целей.

На первый взгляд кажется, что наиболее привлекательным методом достижения Парето-оптимального распределения РЧС является разрешение рынка прав между основными потребителями РЧС - соответствующими ведомствами. Но практическая реализация этого подхода невозможна по двум основным причинам. Во-первых, использование РЧС является сложным технологическим процессом, подпадающим под обязательные технические правила международного регулирования. Во-вторых, большая часть РЧС во всех странах мира занята операторами, решающими некоммерческие, государственные задачи. Анализ технологического процесса эксплуатации РЧС приводит к заключению, что экономическая модель оценки эффективности распределения РЧС должна быть основана на межотраслевом балансе [6, с. 103-110; 7; 8].

В таблице 2 автор представил межотраслевой баланс использования РЧС. Поясним величины, используемые в таблице 2:

п - количество потребителей (отраслей) или радиослужб, использующих РЧС; к - сценарии распределения РЧС;

snk - варианты суммарного распределения РЧС для п-го потребителя (радиослужбы) по к-му сценарию. Здесь следует понимать, что нужно оценивать не только непосредственно доступную для потребителя ширину полосы РЧС, но и другие технические условия и ограничения ее задействования, вызванные совместным использованием. В ряде случаев анализ этой составляющей упрощается благодаря решению Всемирных конференций радиосвязи по всемирной или региональной гармонизации РЧС для развития определенных стандартов;

Sk - суммарные распределения РЧС, доступные для использования по к-му сценарию. Анализ этой величины осложняется возможностью совместного использования РЧС, то есть в большинстве случаев $к^Езпк. Помимо этого, следует учитывать многофакторность задействования РЧС [9, с. 24-30];

рп - планируемый доход п-го потребителя. Очевидно, что для ряда отраслей эта величина будет приниматься нулю, так как они задействуют РЧС для выполнения других, зачастую более важных политических, экономических и социальных задач. Тем не менее, когда идет разговор о коммерческих операторах, учет этой составляющей при планировании очень важен для обеспечения благоприятного инвестиционного климата в соответствующем сегменте рынка услуг радиосвязи;

Утл - экономический эффект от эксплуатации РЧС по к-му сценарию как сумма эффектов производства п-го пользователя РЧС для конечного потребителя;

уехк - экономический эффект от эксплуатации РЧС по к-му сценарию как сумма эффектов производства п-го пользователя РЧС для межотраслевого потребления продукции;

ук=ут&+уехк - общий вклад от использования ресурса в ВВП при к-м сценарии распределения. В связи со сложным характером межотраслевых взаимосвязей и технологических процессов использования, прямых и косвенных характеров экономического эффекта (таблица 1), различных форм выражения (например, создание новых рабочих мест) задача является многоплановой и требующей обработки огромных объёмов данных;

сарп - капитальные затраты п-го пользователя РЧС при к-м сценарии. Как показано, например, в [10, с. 9-18] применительно к системам подвижной связи общего пользования, затраты на производство требуемых услуг при использовании РЧС зависят от ширины и технических условий задействования полосы. Чем шире и «чище» от других радиосистем искомая полоса, тем меньшие капитальные затраты на развитие сети, как с точки зрения покрытия зоны обслуживания, так и стоимости самого оборудования. Таким образом при анализе балансового плана следует исследовать зависимость сарп=:Р^пк);

орп - эксплуатационные затраты / капитальные затраты п-го пользователя РЧС при к-м сценарии. Они также являются функцией от ширины полосы, так как, во-первых, согласно Шеннону, недостаток полосы при заданном качестве услуги можно компенсировать за счет повышения мощности передачи, а, во-вторых, в условиях перегрузки РЧС обеспечение беспомеховых условий работы радиосети требует высококвалифицированного технического персонала и проведения специальных технических мероприятий за счет задействования специального аппаратного и программного обеспечения. Из этих соображений следует принять ор^^л).

Таблица 2

Межотраслевой баланс использования РЧС

Основные потребители РЧС Суммарная полоса при к-м сценарии Экономический эффект Общий эффект при к-м сценарии Общие затраты при к-м сценарии

1 2 п Выпуск для конечного потребителя для к-го сценария Выпуск для межотраслевого потребления для к-го сценария

А « 1 Й й в12 в1п уМ1 уехН W1

К  Г ) 2 ^>21 в22 в2п уМ2 yext2 У2 W2

а « ^ К о о л Я г -1

к вп1 в 2 в пк вк уШк Уextk Ук Wk

Доход Р1 Р2 Рп

Капитальные затраты сар1 сар2 сарп

Эксплуатационные расходы ОР1 ОР2 ОРп

Затраты потребителя РЧС w1 w2 Wn

Общие затраты на производство продукции п-ым пользователем РЧС при к-м сценарии можно выразить следующим образом:

^п=СаРп(Зпк)+ОРп(8пк)+Рп-

Как известно, основа балансового метода состоит в оценке отношения эффекта от затрат, таким образом эффективность использования РЧС п-м пользователем можно выразить:

еп= уп^п.

Совокупность уь у2...уп представляет собой национальный доход в его отраслевой структуре, а их сумма Ук - суммарный национальный доход от использования РЧС при сценарии к.

Предложенный подход предлагает экономический механизм, позволяющий объективно оценить общий эффект от принятого решения по задействованию полосы практически на любом этапе управленческого цикла и сравнивать альтернативные варианты с целью выбора оптимального с точки зрения государственных приоритетов. В том случае, когда на практике не удается объективно определить эффект, в качестве экономического критерия можно использовать коэффициент затрат при к-м сценарии:

ак=8пк^п.

Заключение. Предложения по цифровому управлению радиочастотным спектром

Переход к алгоритмическому способу принятия решений на основе предложенного межотраслевого баланса использования РЧС требует проведения программы по реформированию существующей национальной системы управления, которую можно определить, как концепция «цифровое управление использованием РЧС (е-спектр)». Ответственность за выполнение данной программы должна быть возложена на межотраслевой специализированный плановый орган. К основным положениям е-спектр можно отнести следующее:

• внедрение в практику государственного администратора по принятию решений по эксплуатации РЧС модели межотраслевого баланса;

• создание хранилища больших данных, которое должно включать соответствующие международные и технические регламенты, информацию о загрузке РЧС и геостационарной орбиты, статистические данные об экономических показателях деятельности главных потребителей РЧС, прогнозы развития рынков услуг радиосвязи и радиовещания, статистику об электронном мусоре и затратах на его утилизацию, международные и национальные требования по ограничению электромагнит-

ных полей, производство, экспорт и импорт радиоэлектронного оборудования, расходы государства на управление РЧС, данные систем радиоконтроля, баланс энергетических национальных запасов, количество выпускаемых специалистов по соответствующим специальностям, дистанционные профильные курсы подготовки специалистов и т.д.;

• разработку технико-экономических алгоритмов, описывающих взаимосвязь между различными элементами экономических систем, функционирование которых напрямую или косвенно зависит от использования РЧС, и создающих основу для эффективных государственных решений по условиям использования определенных полос частот на основе больших данных с помощью искусственного интеллекта;

• определение механизма финансирования мероприятий по перераспределению РЧС за счет частных или государственных инвестиций. Для достижения оптимально обоснованного решения по перераспределению РЧС необходимо руководствоваться потенциальным критерием по Парето, то есть исходить из того, что все участники процесса, улучшившие свое благосостояние в результате перераспределения, должны полностью компенсировать потери пострадавших;

• использование индивидуальной и коллективной форм частной собственности на использование РЧС в полосах, используемых коммерческими операторами, работающими в условиях конкуренции, с целью снижения транзакционных затрат на доступ к ресурсу и затрат государства на управление использованием РЧС, а также повышения гибкости при технологических изменениях;

• использование дифференциальной платы за использование РЧС применительно к государственным и коммерческим пользователям РЧС в полосах совместного использования с целью достижения создания стимулов для повышения эффективности использования РЧС в зависимости от установленных государственных целей;

• разработка законодательства, обеспечивающего соответствующую нормативно-правовую базу для проведения перечисленных выше реформ.

Целью реализации концепции е-спектр является переход к устойчивой модели эксплуатации данного ценного природного ресурса, что будет обеспечивать не только эволюцию всех прямых и косвенных потребителей, но и переход всей российской экономики на цифровые рельсы.

Автор выражает глубокую признательность д.э.н. В.В. Макарову, д.э.н. Е.А. Горбашко, д.э.н.

В.В. Щербакову, д.т.н. В.Ф. Минакову и д.т.н. М.О. Колбаневу за помощь и полезные замечания, высказанные при обсуждении его диссертации, которые привели к написанию этой статьи.

ЛИТЕРАТУРА

1. GEO Week-2018. Conference proceedings. Kyoto, Japan, 29 октября-2 ноября 2018.

2. Быховский М.А. Конверсия и совершенствование использованием РЧС // Электросвязь. 2011. № 10. С. 10-14.

3. Макаров В.В., Ноздрин В.В. Экономическая эффективность использования радиочастотного спектра в условиях развития цифровой инновационной экономики // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Экономические науки. 2018. № 5. C. 22-37.

4. XVIII всероссийский форум СПЕКТР. Материалы конференция, 18-19 сентября 2018.

5. ITU. Measuring the information Society Report. Geneva, 2018.

6. Коссов В.В. Возрождение межотраслевого баланса в СССР // Экономическая наука современной России. 2014. № 2. С. 103-110.

7. Леонтьев В.В. Межотраслевая экономика. М.: Экономика, 1997.

8. Ведута Н.И. Социально эффективная экономика. М.: Изд-во РЭА, 1999.

9. Ноздрин В.В. Технико-экономический анализ использования радиочастотного спектра в Российской Федерации // Электросвязь. 2016. № 6. C. 24-30.

10. Быховский М.А., Ноздрин В.В. Экономический анализ эффективности использования радиочастотного спектра в сетях подвижной связи // Мобильные системы. 1998. № 4. C. 9-18.