автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка технических средств и методов доставки сообщений оповещения о чрезвычайных ситуациях по каналам радиовещания

На правах рукописи

Хайруллин Мансур Ахтямович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ДОСТАВКИ СООБЩЕНИЙ ОПОВЕЩЕНИЯ О ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ ПОДКАНАЛАМ РАДИОВЕЩАНИЯ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005559558

г К ФЕВ 2015

Самара-2015

005559558

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО ПГУТИ)

Научным руководитель:

доктор технических наук, профессор Елисеев Сергеи Николаевич Официальные оппонепты:

Файзуллнн Рашид Робертович, доктор технических наук, профессор, заведующие! кафедрой «Нанотехнологии в электронике» ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет Туполева - КАИ», г. Казань.

Воловач Владимир Иванович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Информационный и электронный сервис» ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет сервиса», г. Тольятти.

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «Воронежский научно-исследовательский институт «Вега». г. Воронеж.

Защита состоится 10 апреля 2015 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 219.003.02 при ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу 443010. г. Самара, ул. Льва Толстого, 23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОБУ ВПО ПГУТИ и на сайте www.psnti.ru

Автореферат разослан « » февраля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 210.003.02 д-р техн., профессор

Тяжев Анатолии Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Для передачи сообщений оповещения (СО) и информирования органов управления единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций Российской Федерации (РСЧС), а также населения, об угрозе возникновения пли о возникновении чрезвычайной ситуации (ЧС) используются различные телекоммуникационные сети, средства массовой информации, специализированные технические средства, в том числе средства оповещения и информирования населения в местах массового пребывания людей.

Передача СО, содержащих информацию о ЧС традиционно использует высокую проникающую способность сети радиовещания (РВ) для оперативной надёжной доставки информации пользователям в зоне покрытия вещанием, обычно охватывающую значительную территорию.

Системы доставки СО по своей природе являются наложенными системами, то есть не создающими отдельные каналы и линии связи, а использующими для передачи существующие сети. Они предназначены для передачи СО, переносящих информацию предупреждения до пользователей, потенциально или фактически рискующих оказаться в зоне ЧС. Основной способ оповещения населения - передача информации и СО по трактам распределения программ телерадиовещания.

Известные способы передачи СО о ЧС по сетям телерадиовещания для донесения информации населению, а также соответствующим службам и организациям. в настоящее время используются не в полной мере и не комплексно.

Под комплексным использованием здесь и далее будем понимать мобилизацию всех возможностей существующих сетей РВ для целей доставки СО и команд управления (КУ) с минимальной задержкой, максимальной надежностью и высокой устойчивостью к колебаниям пикового трафика в сетях связи. При этом предполагается максимальная интеграция средств доставки СО и КУ в существующие сети РВ, функционирующие, в том числе, без прерывания основной звуковой программы (ОЗП).

Комплексное использование каналов РВ в целях оповещения упрощается благодаря существенному отличию СО и КУ от других видов сетевого трафика. Например, этот вид сообщений передаётся весьма редко. Поток СО имеет ярко выраженную неравномерность, н основная масса сообщений передается в моменты пиковой нагрузки в используемых первичных сетях связи. Требования по надёжности и достоверности доставки СО чрезвычайно высоки, так как они переносят информацию по угрозам или фактам возникновения ЧС и возникающих при этом рисках и угрозах для здоровья и жизни.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема повышения эффективности доставки сообщений оповещения о чрезвычайных ситуациях и команд управления средствами оповещения па основе комплексного использования каналов и средств радиовещания.

j

Степень разработанности темы исследования

Современный уровень технологий моделирования и проектирования сетей аналогового и цифрового РВ представлен трудами И.А. Багларова. С.Л. Ми-шенкова. Л.М. Кононовнча. И.Е. Горона. А.П. Ефимова. Ю.Б. Зубарева. С.Г. Рихтера и многих других ученых. В них рассмотрены общие вопросы моделирования и проектирования сетей РВ. даны классификации сетей РВ. Освещены принципы, методы и средства построения телекоммуникационных сетей. Разработаны вопросы формирования и анализа вещательных сигналов, их преобразования, коррекции, регулирования уровней и динамического диапазона, и т.д. Обоснованы требования к параметрам каналов звукового вешания, основные варианты структуры РВ трактов. Проводятся активные исследования в области цифрового вещания. Решаются вопросы проектирования систем и сетей цифрового вещания.

Основные вопросы, связанные с использованием технологий передачи данных по сетям РВ на базе протоколов предоставления дополнительных услуг в рамках применения и развития существующих стандартов рассмотрены в работах В.Д. Горегляда, Д. Копитца, Р. Андерсона, М.Д. Бенедиктова, В. Чеиа и других.

Цель работы — разработка и исследование методов и средств комплексного использования РВ каналов существующих и перспективных сетей РВ. обеспечивающих своевременную н надёжную доставку сообщений оповещения о чрезвычайных ситуациях и команд управления оборудованием оповещения.

Задачи диссертационной работы:

1. Исследование и классификация средств доставки сообщений оповещения и команд управления.

2. Анализ существующих средств массового оповещения в системах радиовещания и определение основных требований предъявляемых к доставке СО.

3. Исследование и разработка методов и средств передачи сообщений оповещения и команд управления для решения задачи массового оповещения.

4. Разработка и исследование методов и средств организации режима избирательного оповещения о ЧС и доставки КУ по сетям РВ.

5. Разработка способов повышения качественных показателей средств оповещения по сетям РВ.

6. Экспериментальные исследования разработанных методов и средств доставки сообщений оповещения и команд управления.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны научно обоснованные предложения по комплексному использованию каналов радиовещания для доставки сообщений оповещения о чрезвычайных ситуациях и команд управления оборудованием оповещения, разработана классификация средств доставки сообщений оповещения, определены области их применения на федеральном, региональном и локальном уровнях. определены общие требования к средствам доставки сообщении оповещения и команд управления.

2. Разработаны решения и получены новые результаты исследовании в области передачи сообщений оповещения и команд управления по каналам радиовещания, в том числе - формируемых на фоне основной звуковой программы радиовещания, включая вывод расчетных соотношений для определения помехоустойчивости и временных характеристик устройств.

3. Разработана многоуровневая структура избирательного оповещения, реализующая комплексный подход к оповещению на базе существующих сетей радиовещания: предложена ее формализация в виде направленного графа; получены расчетные соотношения и результаты исследования надежности доставки сообщений в предлагаемой системе для различных вариантов ее построения: обоснован порядок проектирования структуры, обеспечивающий выбор конфигурации при заданных требованиях к вероятности доставки сообщения и известной вероятности канальной ошибки; получены необходимые аналитические выражения и табулированные результаты расчетов.

4. Разработаны предложения и новые технические решения, обеспечивающие повышение надежности доставки сообщений оповещения и команд управления по каналам радиовещания при чрезвычайной ситуации, включая оперативное перераспределение ресурсов цифрового радиовещания стандарта ОЯМ и организацию доставки сообщений оповещения и команд управления на основе частотного уплотнения радиовещательных каналов.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработанные в диссертации основные положения в виде технических решении открывают пути повышения спектральной эффективности использования частотного ресурса, а также комплексного использования каналов радиовещания и могут быть использованы при создании систем информационного обслуживания и управления различного назначения.

Разработанная многоуровневая структура системы избирательного оповещения ее формализация в виде направленного графа, полученные на этой основе результаты исследования вероятностей доставки сообщений, а также порядок проектирования структуры, обеспечивающий выбор конфигурации при заданных требованиях к вероятности доставки сообщения и известной вероятности канальной ошибки, соответствующие аналитические выражения и табулированные результаты расчетов могут найти применение при создании и анализе многоуровневых телекоммуникационных сетей различного назначения.

Разработанные подходы, пути построения и технические решения по доставке сообщений оповещения и команд управления на основе комплексного использования каналов радиовещания позволяют адресно передавать сообщения оповещения и команды управления без прерывания основной звуковой программы, расширяя те.м самым возможности систем оповещения о чрезвычайных ситуациях и повышая оперативность доставки, что снижает риски и потери при возникновении ЧС и их последствий.

Практическая значимость работы подтверждается результатами внедрения отдельных положений и выводов диссертации:

- при разработке предложений по постановке ОКР по разработке ряда электронных модулей тестового контроля и диагностики сигналов оповещения о чрезвычайных ситуациях и управления средствами оповещения по радиовещательным каналам.

- при проведении работ в интересах соответствующих организации, в частности при оценке перспектив развития систем оповещения в рамках региональной и локальных государственных систем предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций;

- при разработке технических решении для изделия «Универсальный кодер»;

- при разработке новых технических решений, оформленных заявками на патенты (уведомление о рассмотрении ходатайства о проведении экспертизы заявки № 2014132331/07 (052089) на изобретение по существу: уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки № 2014119176/07 (030239)).

¡Методология н методы исследования

При выполнении диссертационной работы использовались методы теоретической и статистической радиотехники, теории помехоустойчивости приема, теории графов, теории цифровой обработки сигналов, теории испей, а также методы и средства радиотехнических измерений в ходе проведения лабораторных и натурных испытаний.

Личный вклад автора

Все результаты получены автором лично и соответствуют п.п. 11 и 12 паспорта специальности 05.12.13.

Пя защиту выносятся следующие основные положения

1. Предложения по комплексному использованию каналов радиовещания для доставки сообщений оповещения о чрезвычайных ситуациях и команд управления оборудованием оповещения: классификация средств доставки сообщений оповещения, определение областей их применения на федеральном, региональном и локальном уровнях, определение общих требований к средствам доставки сообщений оповещения и команд управления.

2. Решения в области передачи сообщений оповещения и команд управления по каналам радиовещания, в том числе - формируемых на фоне основной звуковой программы радиовещания, включая вывод расчетных соотношений для определения помехоустойчивости и временных характеристик устройств.

3. Многоуровневая структура избирательного оповещения, реализующая комплексный подход к оповещению на базе существующих сетей радиовещания; ее формализация в виде направленного графа; результаты исследования надежности доставки сообщений; порядок проектирования структуры, соответствующие аналитические выражения и табулированные результаты расчетов.

4. Предложения и новые технические решения, обеспечивающие повышение надежности доставки сообщений оповещения и команд управления по сетям радиовещания при чрезвычайной ситуации, включая оперативное перераспределение ресурсов цифрового радиовещания стандарта DRM и организацию

доставки сообщений оповещения и команд управления на основе частотного уплотнения радиовещательных каналов.

5. Результаты апробации и внедрения результатов диссертационной работы.

Достоверность результатов работы обеспечивается адекватностью использованных методов, в рамках поставленных задач, и подтверждается результатами выполненных расчетов и экспериментов.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на:

- XI и XIV Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций)^ Уфа. 2010, Самара, 2013);

- XX Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж. 2014);

- 24-ая Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 2014).

- V Всероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, 2011).

- Всероссийская научно-практическая конференция «Безопасность в чрезвычайных ситуациях » (Санкт-Петербург, 2014)

- XVIII. XIX. XX и XXI Российских научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ ( Самара, 2011. 2012. 2013, 2014);

- 52 студенческой научной конференции ПГУТИ (Самара, 2013)

По тематике диссертационных исследований автором опубликовано 17 работ, в их числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикаций результатов исследований на соискание степени доктора и кандидата наук, и 13 публикаций в материалах научно-технических конференций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и списка использованных источников из 114 наименований. Она содержит 157 страниц основного текста и 59 рисунка.

Во введении обоснованы актуальность темы исследования, ее теоретическая и практическая значимость, проведен обзор литературы по теме диссертации, проанализированы и выбраны подходы к решению поставленных задач, определена новизна и обоснована достоверность полученных результатов, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел посвящен исследованию и классификации средств доставки сообщений оповещения и команд управления.

Проанализированы основные концептуальные требования к СО и системам их передачи, а также рассмотрены существующие системы. В частности, Emergency Alert System (EAS), ее дополнение digital EAS, а также, получивший широкое распространение, протокол Common Alerting Protocol (САР) достоинство которого заключается в том. что СО САР может быть одновременно использовано для запуска сирен, EAS, телефонных сетей и, кроме того, для оповещения

людей с дефектами зрения и слуха. Проанализированы достоинства и недостатки существующих систем и. на базе этого, сформулированы требования для системы оповещения, предлагаемом автором.

Отмечено, что трафик СО крайне неравномерный. СО транслируются в различных фазах ЧС: моменты, непосредственно предшествующие возникновению ЧС. в период действия ЧС. в период ликвидации ЧС, после окончания ЧС и в период ликвидации последствий ЧС. В другое время СО передаются только в моменты тренировок и испытаний системы. Из данного обстоятельства вытекает важное требование к системам оповещения: должна быть обеспечена высокая вероятность обнаружения СО в общем информационном потоке телерадиовещания, что. в свою очередь, означает высокую достоверность передачи СО. а также требование к надёжности функционирования средств доставки СО. Возможность воздействия ЧС также должна быть учтена при проектировании средств доставки СО. Также сформулировано требование к своевременности доставки СО, что накладывает ограничения на время доставки и. соответственно, на время задержки СО. Сформулированы требования к протоколу доставки СО:

- деление транслируемых сообщений на два или более потоков: базовый, грубо отображающий содержание сообщения, но обладающий высокой степенью (уровнем) помехозащищённости и принимаемый на всей территории зоны вещания, и расширяющий поток, более полно отображающий, вместе с базовым. детали сообщения, но с меньшей степенью защиты и принимаемый в той части зоны вещания, в которой сигнал имеет достаточный уровень мощности:

- использование для доставки СО вещательных каналов с различной пропускной способностью (в цифровом радиовещании (ЦРВ) с различной скоростью передачи данных):

- передача мультимедиа контента в транслируемых сообщениях:

- для создания доверия к СО должна быть предусмотрена процедура их аутентификации для исключения фальшивых, ложных СО и СО поступающих от сомнительных источников.

При работе по узкополосным аналоговым каналам РВ целесообразно передавать СО многотональным сигналом. В данном случае целесообразным является применение технологии Dual-Tone Multi-Frequency (DTMF). Перспективными также представляются технологии Amplitude modulation signalling system (AMSS) и Radio Data System (RDS).

Помимо передачи CO по существующим каналам необходима передача и КУ. которые можно разделить на:

-КУ исполнительными устройствами, например сиренами или придорожными знаками:

-информация для принятия решения и управления силами Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России).

Команды первого рода не требуют передачи большого объёма информации и могут быть переданы по узкополосным каналам, например, с помощью сиг-

налов ОТМГ. Команды второго рода, точнее сообщения, должны быть унифицированы с протоколами, используемыми системами служебной связи в ЧС.

Определены задачи, стоящие перед средствами доставки СО и КУ.

Предложено применять средства доставки, обеспечивающие комплексное использование каналов РВ. полноту охвата всех слоев населения, задействование специально подготовленных сил и средств РСЧС. экономичность и простоту эксплуатации средств доставки СО и КУ, максимальную надежность и устойчивость к предельному трафику, а так же в возможность быстрого внедрения средств доставки СО и КУ в существующие функционирующие сети РВ.

Разработана классификация средств и методов доставки, по основным классификационным признакам, представленным на рисунке 1.

Рисунок I - Классификация средств и методов доставки сообщений оповеще-

ния и команд управления по сетям радиовещания

Второй раздел посвящен исследованию и разработке методов доставки сообщений массового оповещения.

Режим массового оповещения предназначен для предупреждения населения всех категорий, которые могут оказаться в зоне ЧС и не требует использования каких-либо специализированных терминалов и приемников.

Среди множества сетей массовой коммуникации РВ обладает самой высокой проникающей способностью. По масштабу охвата населения РВ может успешно конкурировать с телевидением и имеет ряд преимуществ.

Применение РВ в режиме массового оповещения обеспечивает гарантированную передачу СО с максимальным охватом территории для всех слоев населения. оказавшихся в зоне ЧС.

На данный момент основным методом для доставки СО в массовом режиме оповещения посредством аналогового РВ является метод замещения 0}Г1 на СО. Для реализации операции «перехвата» РВ каналов, предлагается использование специализированных устройств управления системой оповещения.

При этом передатчики основной РВ станции и станций-ретрансляторов с установленным оборудованием образуют вещательную сеть для доставки СО управляемую из пункта управления ГО ЧС. Для обеспечения более высокой

у

степени помехозащищенности и увеличения зоны покрытия предлагается перевод вещания из режима «стерео» в режим «моно».

Предложен метод замещения основной звуковой программы на сообщения оповещения о чрезвычайных ситуациях в DRM (Digital Radio Mondiale). Преимуществом стандарта DRM является успешная цифровизация радиовещательных длиноволновых (ДВ), средневолновых (СВ) и коротковолновых (KB(-диапазонов. Стандарт DRM поддерживает и предоставляет сервис доставки СО и ранних предупреждений, называемый Сервисом Аварийного Оповещения (EWF - Emergency Warning Functionality).

Для замещения ОЗП на СО предполагается формирование DRM-мультиплекса в Федеральном центре кодирования и мультиплексирования РТРС одновременно двумя независимыми контент-серверами. Ввод СО происходит в контент-серверы от двух независимых источников (диспетчеров основного и запасного пунктов МЧС, либо оператора студии вещания и диспетчера МЧС), при получении СО лишь от одного источника замещение ОЗП на СО не происходит.

Сформированный контент-сервером выходной сигнал доставляется одновременно любому количеству DRM-модуляторов, расположенных у разных передатчиков с поддержкой одночастотной радиовещательной сети. Использование дополнительного контент-сервера в системе DRM позволяет повысить эффективность работы системы оповещения в рамках комплексного использования каналов PB.

Предложены и разработаны решения, обеспечивающие оперативное перераспределение ресурсов цифрового радиовещания стандарта DRM при передаче сообщений оповещения.

Разработанный подход предусматривает:

- наличие запасных частот вещания в полосе 3,95 -7 МГц. выделенных исключительно для осуществления оповещения в ЧС при введении режима «перехвата»;

- включение в состав передающего радиоцентра KB вещания антенны зенитного излучения с возможностью оперативного подключения к ней (по команде, в режиме «перехвата») KB передатчика, осуществляющего вещание в стандарте DRM, средствами антенной коммутации радиоцентра;

- наличие в составе фидерного тракта этой антенны согласующего устройства, обеспечивающего ее согласование с выходом KB передатчика;

- оперативное переключение (по команде, в режиме «перехвата») передатчика DRM на новую рабочую частоту в диапазоне, обеспечивающем возможность зонового вещания зенитным излучением с одновременным оперативным переключением выхода передатчика на работу с антенной зенитного излучения.

Предложена схема перестраиваемого согласующего устройства (СУ), обеспечивающего согласование известной антенны зенитного излучения (АЗИ) с выходом передатчика DRM. Обоснован вариант построения СУ по схеме Т-контура, на основе дискретно перестраиваемых элементов с коммутацией быстродействующими вакуумными реле.

Получены необходимые расчетные соотношения и табулированные результаты расчетов элементов. Как показали расчеты, даже в области относительно высокого естественного КСВН антенны, согласование обеспечивается в достаточно широкой для сигнала DRM полосе частот (рисунок 2)

Проведено исследование и разработка методов и средств передачи СО и КУ на базе протоколов предоставления дополнительных услуг. В PB наиболее известны системы AMSS в диа-1 1.5 5 5.5 6 пазоне ДВ. СВ. К В и системы

Частота, МГц RDS ДЛЯ ЧаСТОТНО-

Рисунок 2 - КСВН на входе АЗИ (естественный и с СУ)

модулированного вещания в диапазоне ультракоротких волн. Сигнал RDS представляет

соОои

1 lepeon

KOMtlI отер

I Ipçoôpn'f

Михро дагпроллер

Прямого цпфрог СШПЧГН1

Т3"

Ф11Ч 'И 14

Ьалансно-амплитудно-модулированный электрический сигнал под-несущей (частота 57 кГц), третьей гармоники сигнала опорной частоты 19 кГц. Сигнал AMSS представляет собой фазово-модулированный сигнал несущего колебания радиоканала, применяющий двухфазное кодирование сигнала данных. Автором предложен универсальный кодер RDS/AMSS. на основе прямого цифрового синтеза (DDS — Direct Digital Synthesizers). Применение универсального кодера (рисунок 3) в рамках задачи комплексного использования каналов PB позволяет осуществлять доставку СО пользователям бытовых и автомобильных радиоприемных устройств в режиме бегущей строки. Также возможно управление режимами работы радиоприемников поддерживающих систему RDS. Радиоприемник. поддерживающий систему RDS. получая код идентификации (PTY -Program Туре), прекращает передачу ОЗП и переключается на прием СО. а тем временем на 8-ми символьном дисплее отображается слова «ALARM».

Определены характеристики помехоустойчивости систем RDS и AMSS в виде вероятности ошибки для соответствующих сигналов:

Рисунок 3 - Структурная схема оповещения с помощью универсального кодера К05/АМ55

PocRDS =\erfc ^]aSNR V Jse

Рош AMSS = \«:fc{x/2 ^ s in 20° ).

¿. An

Ркох - девиация поднесущей ГШБ, N(1 — спектральная плотность шума, егГс - дополнительная функция ошибок.

На рисунке 4 изображены графики зависимости вероятности битовой ошибки в канале от

соотношения сигнал/шум при различных значениях девиации частоты.

Третий раздел посвящен исследованию и разработке методов доставки сообщений избирательного оповещения.

Использование возможностей РВ в режиме избирательного оповещения позволяет осуществлять не только доставку СО выделенной группе лиц. но и передачу КУ сирено-речевым установкам, информационным табло.

Предложен метод передачи СО и КУ в фоне ОЗГ1 аналогового РВ. Реализация данного метода для режима избирательного оповещения возможна лишь при соблюдении условия передачи СО и КУ ниже порога слышимости пользователей ОЗП.

В рамках данного подхода представляется целесообразным использовать тональные сигналы ОТМР, для которых наработаны технические решения и налажен выпуск интегральных микросхем.

Проведенные исследования показали, что на обеспечение скрытности СО и

КУ на фоне ОЗП влияет информационный контент радиостанции. Например, скрытность таким образом передаваемых СО и КУ легко достигается во время звучания музыки. Для обеспечения скрытности СО независимо от контента предлагается применение автоматического регулирования уровня несущей в зависимости от уровня сигнала. В рамках данного подхода для повышения скорости передачи СО и КУ разработан способ передачи двух и более частотно-разделенных ОТМР-сигналов. Повышение коэффициента использования пропускной способности каналов РВ достигается за счет использования преобразователя частоты в виде альтернатора, позволяющего перенести спектр одного из сигналов в область высоких частот.

Сшналтауи. зБ

Рисунок 4 - Зависимость вероятности битовой ошибки в канале RDS от соотношения сигнал/шум при различных значениях девиации частоты.

Рисунок 5 - Петлевой граф произвольной структуры из авторизованных источников. РВ станций, сирено-речевых установок

Предложен метод, позволяющий осуществлять доставку СО и КУ по дополнительным каналам ЦРВ стандарта ЭЯМ. В стандарте БЯМ предусмотрено три канала данных. Для задач доставки СО и КУ целесообразным представляется использование канала БЭС. Для географической селекции предложено разделение сирено-речевых установок, информационных табло на небольшие группы. Группы начинают сеанс оповещения по соответствующей кодовой маске, переданной по каналу описания служб 5ЭС от диспетчеров МЧС через РВ станции.

Для разработанной многоуровневой структуры системы избирательного оповещения, реализующей комплексный подход к оповещению на базе существующих сетей РВ предложена и разработана формализация в виде направленного графа, представленного на рисунке 5. Получены выражения для расчета вероятностных характеристик доставки сообщений. Произведен расчет вероятности ошибки в частном случае организации сети оповещения на муниципальном уровне.

На основе анализа графа получена формула оценки отказа срабатывания сирено-речевых установок.

/Увг( А/, с/) = I - (с, * + ЛЧ1 - )

Q|.{NM,c^) = V ~{\-Ч)Р,ш )'и +М(\(1)

Как видно из (1). вероятность отказа зависит от количества авторизованных источников, количества РВ-станций и вероятности непрохождения сигнала по отдельному каналу (канальной ошибки).

На рисунке 6 приведены графики зависимости вероятности отказа системы от вероятности канальной ошибки для случая двух авторизованных источников (N=2) и различного количества РВ-станций (М=2..Ю). Исходя из заданной канальной ошибки выполнена оценка необходимого соотношения сигнал/шум для различных вариантов передачи СО и КУ. На основе полученных соотношений и оценок разработан порядок проектирования структуры избирательного оповещения на базе действующей сети РВ.

Разработаны способы повышения качественных показателей средств оповещения на основе частотного уплотнения РВ каналов, а также на основе параллельной передачи СО по сетям радиовещательных систем информационного обслуживания (РВ СИО). Предложены схемы организации передачи СО по сетям РВ СИО.

Рисунок б - Зависимость вероятности отказа системы от вероятности канальной ошибки для различного количества РВ станций (М) при N=2

Четвертый раздел посвящен практической реализации результатов диссертационного исследования при разработке средств доставки СО и КУ.

Представлены результаты разработки и экспериментальных исследований универсального кодера 1Ш5/АМ55, обеспечивающего доставку СО и КУ на базе протоколов предоставления дополнительных услуг. Проведенные испытания показали работоспособность разработанного универсального кодера и хорошее совпадение полученных характеристик с расчетными.

Проведены экспериментальные исследования разработанных методов передачи СО и КУ па фоне ОЗП с использованием органолептических экспертных оценок скрытности присутствия сигналов ЭТМР в ОЗП. Результаты эксперимента хорошо согласуются с расчетными данными.

Рассмотрены результаты внедрения диссертационной работы в интересах соответствующих организаций.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках диссертационной работы выполнены исследование и классификация средств доставки СО и КУ.

Сформулированы требования к характеристикам СО, включающие параметры надежности и своевременности доставки в условиях пиковой нагрузки на телекоммуникационные сети.

Проведен анализ требований к средствам доставки СО и КУ. Определена номенклатура, источники, получатели и функции основных видов СО и КУ: па этой основе сформулированы требования к средствам их доставки. Разработана стру ктурная схема передачи СО и КУ посредством РВ.

Обоснована целесообразность комплексного построения и использования средств доставки СО и КУ по каналам РВ на основе современного и перспективного оборудования, обеспечивающего максимальный охват населения и территории.

Разработана классификация средств доставки СО и КУ, основанная на комплексном подходе к использованию каналов РВ на федеральном, региональном и локальном уровнях.

Обоснована перспективность применения диапазона КВ для целей массового оповещения в ЦРВ стандарта ОЯМ. Предложено и разработано решение по оперативному перераспределению ресурсов ЦРВ при ЧС путем перевода радиопередающего оборудования на работу с АЗИ с соответствующим изменением рабочих частот.

Выполнены исследование и разработка методов и средств передачи СО и КУ на базе протоколов предоставления дополнительных услуг. Выполнены расчеты характеристик помехоустойчивости для сигналов и ЛМ85.

Для разработанной многоуровневой структуры системы избирательного оповещения, реализующей комплексный подход к оповещению па базе существующих сетей РВ, предложена и разработана формализация в виде направленного графа, обеспечивающая наглядность представления передачи СО н КУ

и расчет параметров, связанных с надежностью доставки КУ в различные узлы структуры. Получены выражения для расчета вероятностных характеристик доставки сообщений. Обоснован порядок проектирования структур избирательного оповещения по каналам РВ, обеспечивающий выбор конфигурации структуры при заданных требованиях к вероятности доставки сообщения и известной вероятности канальной ошибки. Получены необходимые аналитические выражения и табулированные результаты расчетов.

Разработаны способы повышения качественных показателей средств оповещения на основе многочастотной передачи информационных символов, а также на основе параллельной передачи СО по сетям РВ СИО. Предложены схемы организации передачи СО по сетям РВ СИО.

Рассмотрены вопросы практической реализации результатов диссертационного исследования при разработке средств доставки СО и КУ.

Результаты диссертационной работы при активном участии автора внедрены при разработке предложений по постановке ОКР и использованы при проведении работ в интересах соответствующих организаций. Внедрение результатов диссертационной работы и достигнутый при этом эффект подтверждены актами внедрения.

СПИСОК' ГЛЬОТ, оиупликовапиых ПО ТЕМ!; ДИССЕРТАЦИИ

1. Елисеев С.П.. Хайруллин. М.А.. Универсальный колер для комплексной системы передачи служебной информации по цифровым каналам // Электросвязь. — 2013. — № 3. — С. 46-48.

2. Елисеев С.II. Хайруллин М.А.. Параллельная передача сообщений оповещения но каналам радиовещательных систем информационного обслуживания. // Радиотехника -2014-№4 - с.44-49.

3. Хайруллин М.Л. Комплексное использование канатов радиовещания для целей оповещения о чрезвычайных ситуациях // Радиотехника. - 2014. — № 4. — С. 69-75.

4. Хайруллин. М.А. Организация избирательного оповещения о чрезвычайных ситуациях по сетям радиовещания // Электросвязь. - 2014. -№ 12. - С. 46 - 48.

5. Хайруллин М.Д.. Елисеев С.1!.. Построение систем оповещения о ЧС в цифровом телерадиовещании // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы XI Международной научно-технической конференции. - Уфа. Изд. УГА'ГУ. 2010.

6. Елисеев С.I I.. Хайруллин М.А. Использование ОЯМ в зонах неуверенного приема сигналов чрезвычайных ситуаций // XVIII Российская начиная конференция профессорско-преподавательского состава. научных сотрудников п аспирантов ПГУТИ. Материалы конференции -201 I.

7. Елисеев СП.. Хайруллин М.А. Использование стандартов КОЯ и ЛMSS для оповещения населения в чрезвычайных ситуациях // XIX Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ. Материалы конференции-2012. - С. 145- 146.

<8. Хайруллин М.Л.. Давыдкина О.В.. Разработка курса лабораторных работ по дисциплине «Устройства генерирования и формирования сигналов» в среде МЛТЬЛВ // XIX Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников н аспирантов ПГУТИ. Материалы конференции - Самара. 2012. - С. 158 -159.

9. Хайруллин М.Л. Передача сигналов Г)ТМЕ па фоне основной звуковой программы ДМ вешания // XX Российская научная конференция профессорско-преподавательского

состава, научных сотрудников и аспирантов П1 УТИ. Материалы конференции. - 2013. -С. 136-137.

10. Хайруллпн М.Л.. Елисеев С.Н.. Универсальное устройство для передачи сообще-iinii о ЧС совместно с трансляцией программ вешания // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы XIV Международной научно-технической конференции. -Самара:" И ¡д. ШУТИ, 2013.

11. Хайруллнп М.А.. Елисеев С.П.. Шлеепков М.Д.. Перспективы развития п комплексной использования радиовещательных каналов для передачи сигналов оповещения н управления средствами оповещения // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: материалы XIV Международной научно-технической конференции. - Самара: Изд. Ш УТИ. 2013.

12. Хайруллпн М.Л.. Лагутин М.Н.. Тойметов 1111. Разработка кодера для передачи сообщений о чрезвычайных ситуациях посредством стандарта RDS // 52 студенческая научная конференция 11ГУТ11. - 2013. - С. 37.

13. Хайруллнп М.Л. Разработ ка универсально! о модулятора RDS // XX Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, нау чных сотрудников п аспирантов ПГУГ11. Материалы конференции.-2013.-С. 137.

14. Елисеев С.II.. Хайруллпн М.Л. Использование стандарта DRM для оповещения населения в чрезвычайных ситуациях // XXI Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников н аспирантов ПГУТП. Материалы конференции. - 2014.

15. Елисеев С.П.. Хайруллпн М.Л.. Шлеенков М.Л.. Система комплексного оповещения о чрезвычайных ситуациях посредством использования каналов телерадиовещания // Всероссийская научно-практическая конференция «Безопасность в чрезвычайных стуа-цнях » -2014-С. 50-53.

16. Мннкип М.Л.. Хайруллпн М.Л. Использование технологии DRM для широковещательного массового оповещения в многонациональных регионах //24-я Между народная Крымская конференция «СВЧ-техшжа н телекоммуникационные технологии» (КрыМпКо'2014) (Севастополь. 7-13 сентября 2014 г.): материалы конференции в 2-х томах.-Т. 1.-Севастополь: Вебер. 2014. - С. 261 -262.

17. Хайруллнп М.Л., Шишкин. Д.С.. Разработка устройства для передачи сигналов оповещения и управления средствами оповещения rio дополнительным радиовещательным каналам // XX международная научно-техническая конференция «Радиолокация. навигация, связь» — Воронеж. 2014. — С. 896 — У00.

18. Елисеев С.П.. Песонкий II.В., Хайруллпн М.Л. Способ пакетной передачи цифровой информации но параллельным разнесенным радиоканалам с использованием гибридной модуляции данных // Уведомление о рассмотрении ходатайства о проведении экспертизы заявки № 201413233 1/07 (0520X9) па изобретение по су ществу .

19. Елисеев С.П., Хайруллпн М.Л., Устройство передачи сигналов оповещения и управления по каналам радиовещания посредством скрытной передачи двух частотно-разделенных DTMF-спгналов /'/' Уведомление о положительном результате формальной ■женершзы заявки № 201411У176/07 (030239).

Отпечатано фоюенособом н соответствии с материалами, предоставленными заказчиком

Подписано в печать 28.0Е2015 г. Формат 60.*84м<>Бумага писчая Asi. Гарнитура Тайме.

Заказ 1001105. Печать оперативная. Уел иеч л. 11.94. Тираж 100 m Отпечатано в издательстве учебной и научной литературы Поволжскою государственного университета телекоммуникаций и информатики 443090. т. Самара, Московское шоссе, 77. г.(846) 228-00-44