В настоящий момент перед многими крупными отечественными компаниями стоит задача создания системы мониторинга и управления распределенными инженерными элементами и оборудованием, функционирующими в автоматическом режиме без постоянного присутствия обсуживающего персонала. Примером такого предприятия служит ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть», обеспечивающее эксплуатацию более 5 тысяч наземных объектов сети телерадиовещания (ТРВ), каждый из которых представляет собой сложное инженерное сооружение, объединяющее десятки технических средств и инженерных элементов, работающих в автономном режиме. В этом плане создание и последующее внедрение систем мониторинга нарушения качества телекоммуникационных услуг и параметров работы технического оборудования является не только важной, но и особой в научно-практическом смысле задачей, требующей постоянного совершенствования технических и машинных алгоритмов, поддерживающих постоянную комплексную многопараметрическую самодиагностику объекта и определение его интегрального состояния для принятия оперативных решений, направленных на поддержание работоспособности объекта.
Рис. 1. Схема национальной сети цифрового эфирного вещания (на примере Самарского филиала РТРС)
Цель настоящей работы заключается в разработке теоретической базы, методологических подходов и основанных на них технологических решениях, обеспечивающих автоматическое управление состоянием объекта сети цифрового телевизионного вещания.
Материалы и методы исследования
На территории Российской Федерации доступны для бесплатного приёма 20 каналов цифрового ТВ и три радиоканала, объединенные в два мультиплекса: РТРС-1 и РТРС-2. Перечень этих телерадиоканалов определен Указом Президента РФ от 24 июня 2009 года № 715 «Об общероссийских обязательных общедоступных телеканалах и радиоканалах» и его последующими редакциями: Указом Президента РФ от 17 апреля 2012 года № 456, Указом Президента РФ от 20 апреля 2013 года № 367, Указом Президента РФ от 15 июля 2015 года № 365. Цифровые телеканалы транслируются в стандарте DVB-T2 [1; 2].
Принципиальная логическая схема (топология сети) распространения цифрового эфирного телерадиосигнала по территории РФ представлена на рисунке 1.
В процессе формирования и распространения цифрового телерадиосигнала происходит несколько этапов [3, 4]:
1. Формирование мультиплекса – для каждого из 11 часовых поясов в федеральном центре формирования мультиплексов (ФЦФМ) формируются временные дубли телеканалов, которые с учетом разницы во времени доставляются до всех регионов страны.
2. Спутниковая доставка – трансляция сигнала в региональные ЦФМ (РЦФМ), осуществляемая преимущественно через линии космической связи на всю территорию РФ с помощью космических аппаратов семейства «Экспресс» и «Ямал».
3. Регионализация мультиплексов – врезка в федеральные версии отдельных каналов пакета РТРС-1 программ региональных студий.
4. Трансляция сигнала до объектов ТРВ и его эфирное распространение – спутниковая доставка из РЦФМ до объектов вещания и эфирное распространение сигналов наземными передатчиками.
Рис. 2. Количественное распределение инцидентов по длительности, приводивших в 2022 году к остановке вещания объектов ТРВ
Сопоставление количества инцидентов и их длительности
|
Причина |
% от количества |
% от длительности |
|
Нарушение целостности структуры ТП сигнала MUX |
16,78 |
4,07 |
|
Технический брак – работа передатчика с пониженной мощностью |
15,14 |
3,59 |
|
Неисправность передатчика |
11,36 |
2,54 |
|
Отключение электроэнергии энергоснабжающей организацией |
7,79 |
27,15 |
|
Проведение ППР |
1,02 |
7,22 |
|
Проведение ВПР |
0,67 |
1,23 |
|
Неисправность наземных линий связи MUX |
0,44 |
17,00 |
Объект вещания представляет собой сложное инженерное сооружение, работающее преимущественно в автономном режиме без постоянного присутствия персонала.
В целях подготовки технических требований к разрабатываемой системе автоматического управления состоянием объекта сети ТРВ было проведено исследование причин инцидентов и нештатных ситуаций, приводивших в 2022 году к остановке вещания объектов ТРВ на всей территории страны. Результаты представлены на рисунке 2. В таблице приведено сопоставление количества инцидентов и их длительности.
Полученные результаты свидетельствуют о необходимости разработки и внедрения решений, способных обеспечить не только полноценный мониторинг и обнаружение инцидентов, но и технологии удаленного управления состоянием объекта ТРВ, в том числе автоматическое, реализуемое по заранее заданным сценариям, которые бы работали в рамках системы дистанционного контроля объекта в целом [5-7].
Требования к технологии управления состоянием объекта сети ТРВ
Программное обеспечение должно обеспечивать автоматизацию следующих процессов, функционально сгруппированных по следующим подсистемам:
− «Интеллектуальный анализ» – многопараметрический и многофакторный анализ поступающих с датчиков и управляющих элементов показателей и их динамики, а также построение прогноза развития ситуации. Должны обрабатываться следующие ложно-тревожные ситуации: сбои связи, кратковременные незначительные выходы параметров за допустимые пределы, повторяющиеся события;
− «Администрирование» – управление и настройка системы средствами веб-интерфейса, обеспечивающее конфигурирование компонентов и автоматизированное обновление программного обеспечения вспомогательных модулей;
− «Самодиагностика» – мониторинг доступности и работоспособности вспомогательных модулей, восстановление соединения в случае разрыва, при восстановлении соединения получение данных со вспомогательных модулей за время разрыва;
− «Службы» – синхронизация внутреннего времени всех компонентов с NTP-сервером, при потере связи с NTP-сервером должны использоваться прецизионные часы реального времени головного блока.
Инциденты любого вида не должны приводить к утрате и/или повреждению обрабатываемой информации, за исключением утраты данных, непосредственно вводившихся в момент аварии. Общесистемное программное обеспечение должно отвечать требованиям отнесения целевого программного продукта к отечественному или свободно распространяемому программному обеспечению. Прикладное программное обеспечение должно отвечать требованиям, которые в общепринятой терминологии обозначаются как требования к построению «открытых систем», то есть быть мобильным, расширяемым, интероперабельным и дружественным [8]. Спроектированная архитектура решения приведена на рисунке 3.
Результаты исследования и их обсуждение
По построенной инфологической модели были созданы даталогическая и информационная модели данных, разработана структура машинной информационной базы системы и рабочая версия программного модуля, реализующая следующие функции:
− мониторинг и анализ в реальном масштабе времени потока MPEG2-TS на предмет выявления ошибок первого и второго уровня ETSI TR 101 290;
− визуализация в текстовом и графическом видах всех обрабатываемых данных;
− управление следующими настройками мониторинга и анализа.
Рис. 3. Схема архитектуры основных подсистем, модулей и пакетов проектируемой технологии
Рис. 4. Эхограмма первого мультиплекса в интерфейсе
Рис. 5. Эхограмма второго мультиплекса в интерфейсе
Рис. 6. Пользовательский интерфейс управления наборами сценариев при срабатывании какого-либо правила наблюдения за определенным техническим средством
Ниже, на рисунках 4-6, представлены пользовательские интерфейсы, полученные в результате тестовой отладки программного обеспечения.
При разработке программного обеспечения использовались: язык программирования Java, языки разметки веб-страниц HTML 5.0 и XHTML 1.0, язык стилевых описаний CSS 3.0, интерпретируемый язык программирования (описания сценариев) JavaScript ES2016, язык запросов SQL 92, а также ряд программных средств Java SE, Java EE, Glassfish 4.1.2 SDK, IntelliJ IDEA, GitLab, Maven.
Заключение
В результате проведенной работы были выполнены следующие задачи:
− проведено исследование физического устройства и топологии национальной сети телерадиовещания, образующих ее объектов связи, их инженерной инфраструктуры и составляющих технических средств;
− проведен анализ причин и признаков нарушений нормальной работы объекта ТРВ, исходя из которых обоснована целесообразность разработки и внедрения технологий постоянной самодиагностики состояния объекта ТРВ и автоматического управления его техническими средствами по заданным наборам действий и сценариев;
− сформированы концептуальные требования к технологии и механизмам мониторинга состояния объекта, а также способам управления его инженерными элементами и техническими средствами;
− выполнено проектирование системы дистанционного контроля и автоматического управления состоянием объекта ТРВ;
− реализованы программное и информационное обеспечения системы, в совокупности включающей механизмы мониторинга качества передаваемого эфирного сигнала и интеллектуальные алгоритмы сценарного автоматического управления объектом связи.
Кроме того, разработаны алгоритмы, информационное и программное обеспечение технологии автоматического управления объектом сети ТРВ. В настоящее время проводятся подготовительные работы по тестированию решения на реальных объектах ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть».
Решенные задачи сформировали видение продолжения исследования в области систем дистанционного контроля в части предикативного анализа и больших данных, для разработки цифрового двойника объекта сети ТРВ.