В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Нормирование показателей надежности сетей цифрового телевизионного вещания

Введение

Актуальность выполнения данной работы определяется Федеральным законом “О связи” [1] в части обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации, а также документами Правительства Российской Федерации, касающимися федеральной целевой программы “Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009–2015 годы” [2, 3].

Организационно-техническое обеспечение устойчивого функционирования сети цифрового телевизионного вещания представляет собой совокупность требований и мероприятий, направленных на поддержание:

• целостности сети цифрового телевизионного вещания как способности взаимодействия входящих в состав этой сети технических средств и линий связи с целью обеспечения доступности услуг цифрового телевизионного вещания потребителям в пределах зоны обслуживания сети вещания с качеством, удовлетворяющим требованиям технических норм;
• живучести сети цифрового телевизионного вещания как способности сети выполнять требуемые функции в условиях, создаваемых воздействиями внешних дестабилизирующих факторов;
• устойчивости сети цифрового телевизионного вещания как способности сети сохранять свою целостность в условиях эксплуатации, удовлетворяющих требованиям производителей средств связи, при отказе части элементов сети и возвращаться в исходное состояние (надежность сети).

Надежность сети цифрового телевизионного вещания должна обеспечиваться:

• разработкой мер при проектировании сети, направленных на выполнение требований к показателям надежности этой сети;
• соблюдением условий эксплуатации, установленных в правилах применения соответствующих средств связи и документации производителя;
• выполнением требований к эксплуатации сетей в части технического обслуживания средств связи и линий связи;
• выполнением требований к управлению сетями в части анализа технических неисправностей в сети для определения значений показателей надежности сети в процессе ее эксплуатации (эксплуатационные значения показателей надежности сети).

Расчетные значения показателей надежности сетей наземного эфирного, спутникового и кабельного цифрового телевизионного вещания определяются при проектировании этих сетей, а эксплуатационные значения показателей надежности этих сетей должны соответствовать техническим нормам на показатели надежности, приведенным в “Требованиях”.

При выявлении несоответствия эксплуатационных значений показателей надежности сетей цифрового телевизионного вещания техническим нормам, приведенным в “Требованиях”, должны проводиться мероприятия, направленные на определение причин выявленного несоответствия и их устранение.

Терминология

При формировании требований к показателям надежности сетей цифрового телевизионного вещания прежде всего приводятся основные термины и их определения в применении к вопросам надежного функционирования этих сетей:

• технический брак – нарушение устойчивого функционирования сети цифрового телевизионного вещания продолжительностью до 15 с;
• техническая остановка – нарушение устойчивого функционирования сети цифрового телевизионного вещания продолжительностью от 15 с до 10 мин.;
• авария – нарушение устойчивого функционирования сети цифрового телевизионного вещания продолжительностью свыше 10 мин.;
• нарушение устойчивого функционирования сети цифрового телевизионного вещания – отклонение технических параметров работы сети цифрового телевизионного вещания от установленных норм, ухудшение субъективной оценки качества изображения или звукового сопровождения ниже нормируемой для данной сети величины в одном или нескольких каналах в составе мультиплекса или пропадание сигнала этих каналов или сигнала мультиплекса в целом, приводящие к сокращению зоны обслуживания сети, при отсутствии соответствующих нарушений на входе данной сети;
• зона обслуживания оператора сети цифрового телевизионного вещания – территория, в пределах которой при наземном эфирном вещании обеспечивается прием сигналов телевизионных каналов и/или радиоканалов, соответствующих техническим нормам, или территория, в пределах которой при кабельном и/или непосредственном спутниковом вещании обеспечивается наличие технической возможности доставки сигналов телевизионных каналов и/или радиоканалов.

Приведенные выше термины и их определения были использованы в системных проектах, которые разрабатывались под эгидой ФГУП РТРС для реализации региональных сетей цифрового наземного телевизионного вещания. Исходя из приведенных выше временных критериев (авария, техническая остановка, технический брак), имеющих место при нарушениях функционирования сетей, должна проводиться фиксация реальных значений времени наработки на отказ и восстановления работоспособности сетей вещания.

Интегральный коэффициент готовности

Общим показателем, нормирующим надежность любого оборудования (в том числе сетей связи), является коэффициент готовности [4, 5], который характеризует вероятность того, что данное оборудование в течение отчетного периода (обычно года) в произвольный момент времени окажется в работоспособном состоянии (кроме планируемых периодов, в течение которых применение оборудования по назначению не предусмотрено):

где:

То – среднее время наработки на отказ;
Тв – среднее время восстановления;
Т = Tо + Tв – длительность отчетного периода – сумма среднего времени наработки на отказ и среднего времени восстановления работоспособности сети в течение данного периода времени (например, года);

Коэффициент готовности последовательной цепи подсистем равен произведению коэффициентов готовности этих подсистем.

При использовании схем резервирования с параллельным подключением к резервируемому (основному) элементу сети с коэффициентом готовности Кгосн резервирующего элемента с коэффициентом готовности Кгрез итоговый коэффициент Кгитог рассчитывается по формуле:

При определении технических норм на показатели надежности сетей связи, предназначенных для цифрового вещания телевизионных каналов, должен использоваться подход, позволяющий рассчитать интегральную готовность (вероятность) доставки сигналов этих каналов до всей возможной аудитории потенциальных пользователей конкретной зоны вещания.

Интегральный коэффициент готовности рассчитывается для сетей цифрового телевизионного вещания, начинающихся от выхода федеральной телерадиокомпании и заканчивающихся границей зон обслуживания с нормируемыми параметрами:

• напряженностью поля – для сетей наземного эфирного цифрового телевизионного вещания и сетей непосредственного спутникового цифрового телевизионного вещания;
• уровнем сигнала на кабельной абонентской розетке для сетей кабельного цифрового телевизионного вещания.

При расчете интегрального коэффициента готовности сетей цифрового телевизионного вещания используется формула, аналогичная (1), в которой временные параметры Т заменяются параметрами, характеризующими численность абонентов сети, использующих эту сеть (N) и временно не использующих эту сеть (S). При этом интегральный коэффициент готовности сетей цифрового телевизионного вещания рассчитывается по формуле:

где N – общая численность абонентов сети (для сети наземного эфирного вещания это численность населения, проживающего в зоне обслуживания данной сети);

суммарное сокращение численности абонентов сети из-за временной неготовности отдельных элементов этой сети (для сетей наземного эфирного вещания это численность населения, проживающего в зоне обслуживания данной сети, но лишенного возможности приема сигналов цифрового телевизионного вещания);

m – общее количество элементов сети или отдельных участков сети, задействованных в трансляции каналов цифрового телевизионного вещания в зоне обслуживания (для сети наземного эфирного вещания это число РТПС в региональной сети).

Требования к интегральным коэффициентам готовности сетей цифрового телевизионного вещания приведены в табл. 1.

Сеть вещания первого мультиплекса

Применительно к сетям наземного эфирного телевизионного вещания указанные в табл. 1 требования к интегральному коэффициенту готовности должны быть выполнены для самой сложной сети цифрового телевизионного вещания – сети вещания первого мультиплекса.

На рис. 1 приведены элементы сети первого мультиплекса, используемые при расчете интегральных коэффициентов готовности региональных сетей наземного эфирного цифрового телевизионного вещания в зонах М, Г, В и в зонах А, Б.

На этом рисунке:

• ФТРК – федеральная телерадиокомпания;
• РТРК – региональная телерадиокомпания;
• ЦФФМ – центр формирования федерального мультиплекса;
• ЦФРМ – центр формирования регионального мультиплекса;
• ССП – спутниковая система передачи (состоит из передающей земной станции спутниковой связи, линии “Земля – БР – Земля”, бортового ретранслятора и приемной земной станции спутниковой связи);
• РТПС – радиотелевизионная передающая станция;
• ЦКС – центр космической связи.

В случае необходимости расчет может быть выполнен для менее сложных сетей цифрового телевизионного вещания – сетей вещания других мультиплексов и/или региональных телеканалов. Например, в сети вещания второго мультиплекса не используются элементы ЦФРМ и

ССП2 – элементы второго спутникового скачка. При использовании сетей наземного эфирного цифрового телевизионного вещания, отличающихся конфигурацией от сети на рис. 1 и использующих дополнительные элементы сети, необходимо проведение расчетов интегральных коэффициентов готовности для этих сетей. При этом обязательным требованием является получение значений интегральных коэффициентов готовности сетей, которые должны быть не ниже значений, приведенных в табл. 1.

Другие сети вещания

На рис. 2 приведены схемы цифрового телевизионного вещания с использованием сети кабельного телевидения (СКТВ) и системы коллективного приема телевидения (СКПТ), которые могут использоваться для расчета соответствующих интегральных коэффициентов готовности.

Как показано на этом рисунке, сеть СКТВ в общем виде может состоять из головной станции (ГС), транспортной сети (ТС), магистральной сети (МС) и домовых сетей (ДС). При этом в состав ГС может входить оборудование транскодирования сигналов (DVB-T2 → DVB-C/C2).

На рис. 3 приведена схема вещания сигналов сети непосредственного спутникового телевизионного вещания (СНТВ).

Коэффициенты готовности

В табл. 2 приведены рекомендуемые величины коэффициентов готовности Кг для основных элементов сети цифрового телевизионного вещания, которые могут быть использованы для расчетов интегральных коэффициентов готовности.

В сетях цифрового телевизионного вещания могут использоваться элементы сетей с различными величинами Кг. Для выполнения требований к интегральным коэффициентам готовности сетей цифрового телевизионного вещания необходимо, чтобы в компонентах сети, неготовность которых приведет к перерывам вещания для значительной части населения Российской Федерации, использовались элементы с высокими величинами Кг. Такими компонентами, например, являются центры формирования мультиплексов, спутниковые системы передачи (ССП) и передающие земные станции спутниковой связи в центрах регионов, а также передатчики, обслуживающие региональные центры субъектов Российской Федерации и населенные пункты с большим количеством населения.

Требования к Кг наиболее массовых элементов сети (например, необслуживаемых радиопередающих телевизионных станций с передатчиками малой мощности) могут быть меньшими в связи с тем, что они обслуживают отдельные небольшие населенные пункты.

Пример расчета коэффициента готовности для сети цифрового эфирного вещания

Чтобы получить допустимую величину S – суммарное сокращение числа абонентов в зонах обслуживания различных элементов сети вследствие их неготовности (например, населения в зонах обслуживания РТПС с различными значениями Кг), необходимо предварительно рассчитать допустимое сокращение числа абонентов Si в зоне обслуживания каждой i-той цепи цифрового телевизионного вещания региона (например, зоны М, заканчивающейся соответствующей i-той РТПС). Все такие цепи начинаются с выхода федеральной телерадиокомпании и заканчиваются на границах зон обслуживания различных РТПС. Для расчета допустимого интегрального коэффициента готовности региональной сети эфирного наземного цифрового вещания в какой-либо из зон вещания (например, в зоне М) необходимо:

1. Рассчитать итоговые коэффициенты готовности Кгi для i-тых цепей, заканчивающихся РТПС с разными Кг (см. рис. 1 и табл. 2) по формулам:

где Кг (ССП1) = Кг (ФПерЗССС) • Кг (БР) • Кг (СЛС) • Кг (РПрЗССС);

Кг (ССП2) = Кг (РПерЗССС) • Кг (БР) • Кг (СЛС) • Кг (РПрЗССС).

2. Рассчитать допустимую величину сокращения численности абонентов сети (для сети эфирного вещания это численность обслуживаемого данной сетью населения) из-за временной неготовности для каждой i-той цепи региональной сети по формуле:

где Ni – численность населения в зоне обслуживания i-той РТПС.

3. Рассчитать допустимую величину годового суммарного сокращения численности абонентов (населения) во всех i-тых зонах обслуживания региональной сети вещания по формуле:

где m – число РТПС в региональной сети.

4. Рассчитать интегральный коэффициент готовности для региональной сети вещания по формуле:

5. Полученный результат должен быть не менее требуемого значения, приведенного для вещательной зоны М в табл. 1.

По аналогичной методике рассчитывается величина интегрального коэффициента готовности для сети СНТВ (см. рис. 3).

Пример расчета коэффициента готовности для сети СКТВ

Приведенные выше соотношения могут быть использованы для расчета показателей охвата абонентов других сетей цифрового телевизионного вещания.

Так, например, для сетей кабельного телевидения итоговые коэффициенты готовности Кгi для i-тых распределительных домовых сетей рассчитываются с учетом используемых сетей подачи сигнала и структуры СКТВ (см. рис. 1 и 2). При этом все сети подачи сигнала начинаются с выхода федеральной телерадиокомпании и заканчиваются на выходах абонентских розеток различных домовых распределительных сетей.

1. Применительно к сетям кабельного телевидения интегральный коэффициент готовности Кги рассчитывается как (см. рис. 1 и 2):

Кги = Кг (сети подачи) • Кг (сктв) = Кг (сети подачи) • Кг (гс) • Кг (тс) • Кг (мс) • Кг (дс).

2. Величина Кг (сети подачи) в зависимости от принятой схемы подачи сигналов на вход СКТВ может быть равна (см. табл. 2):

• Кг₁ = Кг (сети наземного эфирного вещания);
• Кг₂ = 1 (для варианта подачи сигнала от ТРК);
• Кг₃ = Кг (сети спутникового вещания) = Кг1/Кг (ртпс);
• Кг₄ = Кг (наземной линии связи).

3. Применительно к сетям кабельного телевидения (см. рис. 2), необходимо, чтобы элементы головной станции, транспортных и магистральных сетей, неготовность которых приведет к перерывам вещания для значительной части населения региона, соответствовали высоким требованиям к величине коэффициентов готовности (например, Кг (гс) = 0,9999, Кг (тс) = 0,9998 и Кг (мс) = 0,9996). В свою очередь, элементы домовых (локальных) распределительных сетей, используемые для оказания услуг относительно небольшому количеству населения, могут обеспечивать меньшие показатели готовности.

Так, например, для сети СКТВ, расположенной в одном из региональных центров вещательной зоны М, коэффициент готовности (см. табл. 1) для варианта подачи сигналов от сети наземного эфирного вещания должен быть не менее:

Кг (сктв) = Кги/Кг (сети подачи) = 0,997/ 0,9987 = 0,9983.

При этом Кг (дс) = Кг (сктв) / Кг (гс) • Кг (тс) • Кг (мс) = 0,9983 / 0,9999 • 0,9998 • 0,9996 = 0,9990.

4. Допустимая величина суммарного годового сокращения численности абонентов сети СКТВ вследствие временной неготовности различных элементов этой сети рассчитывается по формуле: S1 = (1 – Кги) • N.

Для получения истинного значения допустимой величины суммарного сокращения численности абонентов сети СКТВ вследствие временной неготовности данной сети в течение времени Твi = (Т – Тоi) должна использоваться формула, применяющая дополнительные весовые временные параметры:

где: m – общее количество домовых сетей в сети СКТВ;

Si – сокращение численности абонентов i-той домовой сети из-за временной неготовности отдельных элементов этой сети в течение Твi (чел.);

Твi – время неготовности (восстановления работоспособности) конкретной домовой сети или время неустойчивого функционирования этой сети (ч).

Для получения средней оценочной допустимой величины сокращения численности абонентов сети СКТВ вследствие временной неготовности всей сети в течение среднего времени Тв = (Т – То) должна использоваться формула:

Для крупной сети СКТВ, обслуживающей, например, 2•106 чел. (при среднем годовом времени восстановления Твi = Тв = 40 ч и величине m = 1000 домовых сетей) получаем:

51 = (1 – Кги) N = (1 – 0,997) 2•10⁶ = 6000 чел.;

52 = (1 – Кги) N•Т/Тв = (1 – 0,997) 2•10⁶ • 8760/40 = = 1 314 000 чел.;

Sm = S₂ /m = 1314 чел. – среднее оценочное значение для одной из домовых сетей.

Выводы

Проект “Требований к организационно-техническому обеспечению устойчивого функционирования сетей цифрового телевизионного вещания” формулирует требования к техническим нормам на показатели надежности и нормам на показатели функционирования этих сетей. Документ разработан в интересах:

• проектных организаций – разработка комплексных и системных проектов на сети цифрового телевизионного вещания;
• операторов связи – организация технической эксплуатации сетей телевизионного вещания, эксплуатационный контроль параметров функционирования и т.д.;
• органов Роскомнадзора – контроль за состоянием сетей и средств телевизионного вещания, за предоставлением потребителям услуг связи в соответствии с установленными нормативами качества и т.д.

Литература

1. Федеральный закон “О связи” № 126-ФЗ от 7 июля 2003 г.
2. Концепция федеральной целевой программы “Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы”, утв. распоряжением Правительства Российской Федерации № 1349-р от 21 сентября 2009 г.
3. Федеральная целевая программа “Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы”, утв. постановлением Правительства Российской Федерации № 9854 от 3 декабря 2009 года.
4. ГОСТ Р 53111-2008. Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки.
5. http://edu.dvgups.ru/MET-DOC/GDTRAN/YAT/TELECOMM /OPT_SIS_PER/METOD/KURS_P R/2.htm.
6. Системный проект “Сеть цифрового наземного вещания на территории Алтайского края (первый частотный мультиплекс)”. ООО “Телеком-проект-5”. Москва 2010 год.
7. Системный проект “Сеть цифрового наземного вещания на территории Владимирской области (Первый частотный мультиплекс)”. ОАО “НТЦ “КОСМОС”. Москва 2011 год.

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2014
Посещений: 20360

Автор Роман Майзульс НИИР Всего статей:  5

Автор Юрий Шавдия Директор НТЦ телевизионного вещания ФГУП НИИР Всего статей:  4

В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций