CC BY
12
УДК 62-529
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-150-156
ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ СЕТИ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ
В.К. Чаадаев
В статье рассматриваются вопросы создания технологической и программно-алгоритмической основы системы дистанционного контроля и управления технологическим оборудованием объектов сети цифрового эфирного телерадиовещания, позволяющей повысить ее качественные и эксплуатационные характеристики. Основным результатом работы являются разработанные алгоритмы, информационное и программное обеспечение технологии автоматического управления объектами вещания. Сформулированная цель работы и решенные задачи сформировали видение продолжения исследования в области предиктивного анализа и больших данных области для построения цифровых двойников объектов вещания.
Ключевые слова: дистанционное управление, объект вещания, программное обеспечение, сценарное моделирование, цифровое телевидение, цифровой двойник.
Цифровизация экономики, равно как и глобальная пандемия, вызванная COVID-19, являются факторами, оказывающими наиболее существенное влияние на все, без исключения, бизнес-процессы жизненного цикла производства. Прежде всего это связано с необходимостью повышения производительности труда, сокращения эксплуатационных расходов и требованиями по минимизации ручного труда. В связи с чем, в настоящий момент перед многими компаниями стоит задача по созданию системы эффективного интеллектуального мониторинга и управления удаленными инженерными коммуникациями и оборудованием, функционирующей в автоматическом режиме [4, 9].
В частности, подобная технология является востребованной для организации работы предприятий, имеющими на балансе географически распределенные технологические сети. К предприятиям такого типа, относится, например, «Российская телевизионная и радиовещательная сеть (РТРС)» - российская государственная компания, оператор эфирной теле- и радиопередающей сети страны, обеспечивающий более 98% населения России 20-ю обязательными общедоступными телеканалами и тремя радиостанциями в стандарте DVB-T2. Кроме прочего, поиск и внедрение инноваций, обеспечивающих возможность перехода на цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени, является частью государственной политики России в области социально-экономического и научно-технологического развития.
В этой связи разработка систем мониторинга нарушения качества телекоммуникационных услуг и параметров работы технического оборудования национальной сети телерадиовещания представляет собой важную научно-практическую задачу [7]. Решение означенной задачи требует создания и совершенствования теоретической и технической базы средств вычислительной техники и математических алгоритмов, обеспечивающих многопараметрическую самодиагностику как каждого отдельно объекта вещания, так всей сети в целом. При этом мониторинг состояния контролируемых объектов должен проводится на основе анализа big data работы оборудования, определяющего функции интеллектуального автоматического управления, реализующие автоматическое изменение режимов работы объектов по заданным для различных жизненных ситуаций сценариев.
В соответствии с изложенным, целью научного исследования является разработка методологических подходов и технологических решений для интеллектуального автоматического управления состоянием объекта цифрового телевизионного вещания.
Объектом исследования являются элементы, технические средства, режимы и параметры их функционирования, определяющие нормальную работу объекта цифрового эфирного телерадиовещания.
Предметом научного исследования является техническая, технологическая и программно-алгоритмическая база системы дистанционного контроля и управления технологическим оборудованием, позволяющая существенно повысить качественные и эксплуатационные характеристики объекта цифрового эфирного телерадиовещания.
Теоретической и методологической основой исследования служат научные работы различных авторов:
—разработка и изучение методов интеллектуальной поддержки принятия решений при управлении техническим состоянием оборудования [3, 6];
—исследование методов и способов повышения надежности оборудования [1, 5];
—создание систем автоматического управления сложными техническими системами
[8].
Таким образом, наличие определенного числа теоретических и практических работ подтверждает актуальность темы и характеризует степень ее разработанности. Тем не менее, наблюдается недостаток моделей и алгоритмов диагностики, а также прогнозирования технического состояния оборудования, что в целом определяет необходимость дополнительных исследований в данном направлении.
Принципиальная логическая схема распространения цифрового эфирного цифрового эфирного теле-радиосигнала реализована следующим образом [2]:
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, осуществляемая через линии космической связи на всю территорию страны с помощью космических аппаратов «Экспресс» и «Ямал».
3. Регионализация мультиплексов - врезка в федеральные версии отдельных каналов 1 мультиплекса программ их региональных студий.
4. Трансляция сигнала до объектов чети телерадиовещания и его эфирное распространение - спутниковая доставка из региональных ЦФМ до объектов вещания и эфирное распространение сигналов наземными передатчиками.
Каждый отдельно взятый объект вещания представляет собой сложное инженерное сооружение, состоящее из инженерно-хозяйственной инфраструктуры (энергообеспечение, системы безопасности, противопожарное оборудование, антенно-фидерные устройства, поддержка микроклимата и пр.); средств и систем связи (модемы, терминалы, маршрутизаторы, кабельные линии связи и пр.); группового оборудования вещания (конвертер, шифратор, сплайсер, реплейсер, приемник, передатчик и пр.).
Несмотря на надежность основных элементов и заложенные в сеть телерадиовещания механизмы и технологии резервирования ее особо важных элементов, ежедневно происходит некоторое число инцидентов, снижающее коэффициент исправного действия сети. На рис. 1 представлены графические результаты анализа и количественные показатели инцидентов по категориям причин их возникновения за два года наблюдений.
При этом распределение числа инцидентов по месяцам носит довольно равномерное распределение, что говорит об устойчивости обозначенных проблем в сети телерадиовещания (рис. 2).
Приведенные статистические данные подтверждают необходимость создания систем мониторинга и выявления причин неисправностей с последующим автоматическим управлением техническими средствами по заданным сценариям таким образом, чтобы вернуть объект вещания в состояние нормальной работы или уменьшить негативные эффекты от нахождения объекта в нежелательном состоянии.
Для разработки методологической и технической базы системы дистанционного контроля и управления технологическим оборудованием объекта вещания было проведено отдельное исследование технических элементов и сформирован «цифровой портрет» объекта цифрового эфирного телерадиовещания, представляющий собой не только параметры, характеризующие работу отдельных элементов, но и правила их обработки:
физические элементы (оборудование, датчики, инфраструктура);
параметры, получаемые периодическими измерениями физических элементов в части их характеристик и рабочих показателей;
события, автоматически генерируемые системой мониторинга на основе правил обработки параметров.
При этом для сочетаний значений параметров и правил были заданы пороговые значения и их коридоры, характеризующие для каждого параметра критичность нарушения и признак влияния на вещание (нарушено/не нарушено).
Разработанная в рамках настоящей работы модель управления потоком событий системы дистанционного контроля и автоматического сценарного управления объектом вещания приведена на рис. 3. При обработке информационного потока в модели можно выделить следующие основные этапы ее работы:
1. Сбор измерений и фиксация предупредительных и аварийных событий (в результате сработавших правил обработки измерений) по всем наблюдаемым техническим средствам в составе объекта вещания.
2. Проведение анализа совокупного набора измерений и принятие решения о нахождении объекта в нормальном / предаварийном / аварийном состоянии.
3. Поиск и активация необходимого сценария, произведение необходимых информационных уведомлений внешней среды и запуск на исполнение указанных в сценарии команд для их выполнения конечными устройствами и техническими средствами объекта.
Проведение Проведение
планово- восстановительно-
Рис. 1. Количественное распределение инцидентов по категориям причин их возникновения за два года наблюдений
3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0
Рис. 2. Количественное распределение инцидентов по месяцам года
Работа модели, помимо детализации этапов, требует выделения элементов и сущностей, что было проведено с использованием отдельных положений теории технической кибернетики и теории оптимального управления. В результате были выделены следующие концептуальные единицы, необходимые для дальнейшего исследования и программно-технической реализации модели:
объект управления - логическая совокупность эксплуатируемых на объекте вещания технических средств;
параметр - свойство или показатель объекта управления, которое может быть численно определено и обработано системой контроля и управления;
измерение - численное значение одного параметра в определенный момент времени; правило - закономерность обработки численного значения параметра для определения нормального функционирования объекта управления, необходимости предупреждения аварийной ситуации или нарушения вещания;
диагностическая карта - совокупность параметров и правил обработки их численных значений;
характеристическая карта - совокупность измерений и результата применения к ним
правил;
аварийная карта - часть характеристической карты, содержащая только те измерения, результатом применения правил к которым является определение необходимости предупреждения аварийной ситуации или нарушения вещания;
сообщение - часть характеристической карты, содержащая «человекочитаемое» описание измерения параметра, результатом применения правил к которым является выявление необходимости предупреждения аварийной ситуации или нарушения вещания;
сценарий - исполнение объектовым контроллером ряда команд, задаваемого для конкретного правила;
команда - управляющая информация, состоящая из операции или набором операций для исполнения объектовым контроллером. Команда генерируется автоматически объектовым контроллером или вручную оператором;
действие - результат воздействия на техническое средство управляющей информацией;
режим (статус) - набор правил, отражающий различные рабочие состояния технических средств на объекте управления.
Действие
Рис. 3. Модель управления потоком событий системы дистанционного контроля и автоматического сценарного управления объектом вещания
По результатам имитационного моделирования были построены инфологическая и да-талогическая модели, а также разработана структура машинной информационной базы, являющейся основой для программной и алгоритмической обработки специальным программным обеспечением.
Для программно-алгоритмической реализации разработанной модели мониторинга и управления объектом вещания была заложена следующая функциональность, определяемая как базовая:
1. Сбор и регистрацию измерений в режиме реального времени.
2. Обогащение измерений данными о технических средствах и оказываемых ими услугах вещания.
3. Конструирование в пользовательских интерфейсах правил анализа измерений, управляющих команд и сценариев автоматического управления.
4. Выполнение команд и запуска сценариев.
Важной составляющей программного обеспечения стал интерфейс пользователя, обладающий высокими показателями наглядности и интуитивной понятности, когда речь идет о, по сути, удаленном управлении и программировании поведения сложного инженерного объекта.
Ниже приводится ряд разработанных интерфейсов по настройке команд и демонстрации работы технологии с комментариями к ним.
НАСТРОЙКА КОМАНД ТЕХСРЕДСТВА
Оборудование управления и мониторинга: "POyTEP-Mikrotik-RB951U2hD>-
н/д
0 Перезаг рузка no SNMP Подтверждать □
Перезагрузка устройства □
Пауза, секунд 5 □
0 Перезагрузка по питанию подтверждать Q Q □
Роутер ■ не выключать! выкл □
Пауза, секунд 20 □
Роутер - не выключать! ВКЛ □
0 Название команды □ Подтверждение D 0 ЕЭ О
Рис. 4. Пользовательский интерфейс управления наборами сценариев при срабатывании какого-либо правила наблюдения за определенным техническим средством
С Л гчоП11ог.рпо|пе1.ги/ЕЛ(и..1.':5д"с 1977261 щ О > ^ А- Л
Фильтр сообщении Сообщения (100 из 3776): *у(0 из 65 • 25 из 984 • 14 из 1053 #36 из 715 • 15 из 959
Диапыон дат С 1 э 1 £ техсредство с вещание J* Ф : сообщение z дата, 8РЕМЯ г давность
г» nPM>PvR-ei05-217215 ВГТРК-MUK Новоо»6нрси ф РТРС.Г.'ЛмшОр eOCCTiHOBWU Ci*ib no 202t, 12,24 16:55:41 t4A 22ч 17м
□ Я Остановка мша ним в»жи«т* SNMP с T1PM-PVR-8105-217215*
0 т РТРС, f.SoHuTop восстановив«* связь по SMMPc "РОУТЕР-М1кгсл1*-Ю95Ш2М)' 202 t. ¡2,24 16:55:40 14д 22ч 17м
□ • Информация □ © Пр»дупр»*д»ни» □ • Авария ПРД-Лол*рис ТВЦ-100-19в6&1 PTPC,2 н> • PTPC.f.toMHTop восстановлена связь по SKMPc "ПРД-Полярис ТВЦ-100-198681 РТРС-2" 202 t, 12.24 16:55:40 14Д 22ч 17м
□ • Критическая ошибка О • Восстановление ПРД'ТТи0100-154-437 pTpe.t Н] ВГТРК-MUX Новосибирск • РТРС.Момнтор восстановлена связь па SUMP с "ПРД-TTUDI 00-154437" 202 t, 12.24 16:55:40 14д 22ч «?м
Вещание □ РТРС-1 (И) е • Ail^HKiMH №и>»**Т*Ль "irtWWfrtiiV if> "l92.l6S.t3.94" 2021,12,24 16:55:25 14д 22ч 17м
□ РТРС-2 (И) □ вГТРК.ми* Новое ибирс ГехсрчУдсгво не »иид<мк> © РТРС JitoMiiTOp нет связи no SNMP с "РОУТЕР Mikrolik RB95 IU2hD" 2021.12.24 16:53:26 14д 22ч 19м
Тракт DMUX1 □ WUX2 0 • Автоматически аапущен сценарий ■POyTEPM»retik-RB95 IU2hD" "Перезагрузка по питанию" 2021.12.24 16:53:26 14д22ч 19м
□ Электропитание □ Связь nPM-PVR-ei05-2172l5 ВГТРК-MUX Новосибирск о PTPC./iSoMHTop иет связи по SNVP с TIPM-PVR-S10S-217215- 2021,12.24 16:52:42 14д 22ч 20м
□ Кондиционирование TtXCptACTU © прд-поллрис ren-ioo-i^Beei РТРС-2 И] © РТРС.Г.'лмнтор иет связи по 5NMP с 'ПРД- полярис тециоо- ртро-г 2021.12.24 16:52:36 14д 22ч 20м
ПРД-TTU0100-15443? РТРС-1 И) ВГТРК-MUX Новосибирск ф РТРС J.toMiiTOp нет связи по SHMP с *ПРД-TTUD100-154437* 2021.12.24 16:52:35 Мд 22ч 20м
• Авторизован пользователь 4msadmin* 1р -195.9.156 6" 2021,12,24 12:37:21 15д02ч 35м
Рис. 5. Журнал системы с отметкой об отсутствии связи с маршрутизатором и записью о запуске сценария и выполненных командах: перезагрузкероутера по питанию
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.
В результате проведенной работы достигнута поставленная цель и решены следующие
задачи:
проведено теоретическое исследование технологической базы системы формирования и распространения цифрового эфирного телерадиосигнала;
проведен анализ причин и признаков нарушений нормальной работы объекта вещания, исходя из которых обоснована целесообразность разработки и внедрения технологий самодиагностики объекта вещания;
составлена принципиальная схема модели системы мониторинга и автоматического управления объектом, разработано ее и составляющих ее элементов и теоретическое описание.
Ключевым результатом являются разработанные алгоритмы, информационное и программное обеспечение технологии автоматического управления объектом вещания.
Поставленная в настоящей работе цель и решенные задачи сформировали видение продолжения исследования в области предиктивного анализа и больших данных для построения цифровых двойников объектов вещания.
Список литературы
1. Ермилов В.Т. Перерывы связи в спутниковых каналах на примере передачи сигналов цифрового телевидения // Электросвязь. 2012. № 1. С. 16-20.
2. Карякин В.Л. Технология эксплуатации систем и сетей цифрового телевидения стандарта DVB-T2. 2-е издание, переработанное и дополненное. Москва: Общество с ограниченной ответственностью «СОЛОН-Пресс», 2020. 384 с.
3. Попов В.В. Вопросы цифровой трансформации в телевидении // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2021. № 3. С. 10-16.
4. Чаадаев В.К. «Умное ЖКХ» как сокращение издержек в управлении многоквартирными домами // Экономика и управление народным хозяйством: генезис, современное состояние и перспективы развития: Материалы II Международной научно-практической конференции. В 2-х частях, Воронеж, 15 ноября 2018 года. Воронеж: Воронежский экономико-правовой институт, 2018. С. 211-215.
5. Belozertsev A., Gusev K., Grineko E., Glasman K. A multimodal quality assessment of compressed materials for adaptive bitrate video streaming // 2018 International Symposium on Consumer Technologies, ISCT 2018, St. Petersburg, 11-12 мая 2018 года. St. Petersburg, 2018. P. 29-31. DOI: 10.1109/ISCE.2018.8408910.
6. Cheng J.C.P., Chen W., Chen K., Wang Q. Data-driven predictive maintenance planning framework for MEP components based on BIM and IoT using machine learning algorithms // Automation in Construction. 2020. Vol. 112. P. 103087. DOI: 10.1016/j.autcon.2020.103087.
7. Glasman A., Zelov R., Glasman K. EmotionSpot: Monitoring of user preferences and viewing habits // IEEE International Conference on Consumer Electronics - Berlin, ICCE-Berlin, Berlin, 03-05 сентября 2012 года. Berlin, 2012. P. 52-55. DOI: 10.1109/ICCE-Berlin.2012.6336481.
8. Karyakin V.L. Techniques for IPTV Network Quality Assessment by BER Coefficient without Disabling TV Signal // 2021 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, Conference Proceedings. Moscow, 2021. P. 9416124. DOI: 10.1109/IEEEC0NF51389.2021.9416124.
9. Nikitina N.V., Chaadaeva V.V., Chudaeva A.A. Effective development mechanism of companies in the communal services sector in modern conditions // Contributions to Economics (см. в книгах). 2019. No б/н. P. 335-348. DOI: 10.1007/978-3-030-11754-2_24.
Чаадаев Кирилл Витальевич, специалист, vkchaadaev@gmail.com, Россия, Москва, НИИ Социальных Систем при МГУ имени М.В. Ломоносова
CONSTRUCTION OF A SYSTEM FOR REMOTE MONITORING OF OBJECTS OF A TV AND RADIO BROADCASTING NETWORK
K.V. Chaadaev
The article deals with the creation of a technological and software-algorithmic basis for a system for remote monitoring and control of technological equipment of a digital terrestrial television and radio broadcasting network, which makes it possible to improve its quality and operational characteristics. The main result of the work is the developed algorithms, information and software technology for automatic control of broadcasting objects. The formulated goal of the work and the tasks solved formed a vision of continuing research in the field of predictive analysis and big data in the field for building digital twins of broadcast objects.
Key words: broadcast object, broadcasting network, digital television, digital twin, remote control, scenario modeling, simulation modeling, software.
Chaadaev Kirill Vitalevich, specialist, vkchaadaev@gmail.com, Russia, Moscow, Social systems research institute at Lomonosov Moscow State University
155
