Журнал "Телекоммуникационное поле регионов" N 2-3' 2006 (34-35)
Оптимизация уровня эксплуатационной
готовности радиочастотного ресурсаДанная публикация затрагивает вопросы терминологии, установления функциональных зависимостей исследуемого параметра от влияющих параметров или функций, решение оптимизационных задач по выбранным критериям.
Эксплуатационное состояние радиочастотного ресурса (РЧР), под которым сейчас понимают функционал трех переменных у (R, F, Т) - пространства, частоты (спектра частот) и времени, то есть тех переменных, которые определяют, в основном, электромагнитную совместимость РЭС, должно иметь на своем «жизненном» цикле несколько этапов:
Эксплуатационная готовность РЧР должна определяться количественно, например, уровнем готовности. Уровень эксплуатационной готовности радиочастотного ресурса может, например, определяться степенью соответствия параметров определенного участка РЧР параметрам аппаратуры оператора связи с учетом ее территориального размещения. Уровнем эксплуатационной готовности выделенного участка РЧР применительно к оператору сети связи может быть выбрана среднестатистическая степень этого соответствия по всему частотно-территориальному плану данного оператора. Вероятно, сюда можно отнести напряженность ЭМП, плотность потока мощности, свойства среды по распространению ЭМ колебаний, занятость радиочастот, временную загрузку анализируемого участка РЧР, мощность несущей частоты, ширину занимаемой полосы частот, уровни внеполосных и побочных излучений, параметры модуляции радиосигналов, чувствительность, помехозащищенность и др.
- Этап формирования условий использования РЧР, включающий как этап проектирования РЭС, так и информационное обеспечение ЭМС РЭС.
- Этап обеспечения использования РЧР при изготовлении РЭС, радиоконтроле параметров электромагнитной обстановки, расчете ЭМС и опытной эксплуатации РЭС.
- Этап поддержания ЭМС РЭС в выделенном РЧР при эксплуатации РЭС с контролем степени соответствия его параметров разрешительной документации.
Уровень эксплуатационной готовности РЧР обеспечивается проведением определенных научно-методических, организационно-технических, технологических, нормативно-правовых мероприятий с учетом временных, экономических и других ограничений.
Аналогичные задачи по оценке текущего и обеспечению необходимого уровня возникают в сфере безопасности дорожного движения, воздушного и железнодорожного сообщений, наверное, и в любой области ответственности Министерства чрезвычайных ситуаций.
До недавнего времени бытовало понятие «обеспечение постоянной эксплуатационной готовности выделенного радиочастотного ресурса».
В некоторых источниках говорится о необходимости «...решения задач по поддержанию постоянной эксплуатационной готовности выделенного радиочастотного ресурса». Внесем ясность в эти определения.
Во-первых, словосочетание «обеспечение постоянной» противоречиво.
Понятие «постоянная» означает неизменность какой-либо величины (свойства, фактора) во времени и независимость от любых обстоятельств.
Постоянной величиной называется величина, которая в изучаемом вопросе сохраняет одно и то же значение. Любые воздействия в связи с этим априори не только не могут, но и не должны изменять эту постоянную величину. Следовательно, обеспечивать «постоянную» величину, и в том числе эксплуатационную готовность, принципиально невозможно. Едва ли кто обеспечивает постоянным, например, отношение длины окружности к ее диаметру или непересекаемость параллельных линий (в Эвклидовом пространстве).
Указанное выше словосочетание вероятно перешло из армейского устава. В нем записано, что в современных армиях предусматривается поддержание постоянной (повседневной) боевой готовности, которая обеспечивается необходимой укомплектованностью войск личным составом, вооружением, техникой, запасами материальных средств, а также высокой выучкой личного состава. Поскольку боевая готовность является функцией многих переменных, а определение некоторых даже нельзя формализовать, то говорить о постоянстве (не в философском, а в математическом смысле слова) нельзя. Постоянное же (повседневное) поддержание определенного уровня боевой готовности или определенного уровня эксплуатационной готовности РЧР имеет смысл и определенное содержание.
Во-вторых, говоря об обеспечении постоянной эксплуатационной готовности, ничего не указывается об уровне этой готовности. Он может находиться в интервале от нуля до 1, исключая границы интервала. Каков он? Равен, например, 0,1 или 0,95? Оператора связи это должно интересовать в первую очередь. Да и обеспечить уровень эксплуатационной готовности 0,95 радиочастотной службе существенно сложнее (а может и просто невозможно), чем, например, 0,1.
В-третьих, обеспечивать постоянную эксплуатационную готовность РЧР априори не только не нужно, но и принципиально нецелесообразно. Она не может и не должна быть постоянной. Эксплуатационная готовность РЧР не может быть постоянной, так как зависит от большого количества внешних случайных факторов (природных, человеческих, показателей надежности аппаратуры связи оператора, погрешности контрольно-измерительной аппаратуры и др.). Эна не должна быть и постоянной, гак как ее уровень зависит от величины затрат радиочастотной службы (РЧС) на его повышение и величины ущерба у оператора при снижении этого уровня. Правомерно говорить не об обеспечении постоянной эксплуатационной готовности, а обебеспечении необходимого уровня эксплуатационной готовности с заданными допусками и в определенных доверительных границах.
Как определить этот уровень? Скорее всего, целесообразно обеспечивать оптимальный уровень эксплуатационной готовности РЧР, например, по критерию минимума суммарных затрат РЧС и оператора связи.
В-четвертых, замена словосочетания «обеспечение постоянной эксплуатационной готовности» на «поддержание эксплуатационной готовности выделенного радиочастотного ресурса» мало что меняет, если не запутывает все. Если радиочастотный ресурс выделен, значит, его состояние готовности было обеспечено (правда, без указания какого-либо числового показателя этой готовности). При этом, вероятно, понимается, что какой-то показатель РЧР превысил какое-то пороговое значение для предполагаемого к эксплуатации какого-то РЭС.
В этом случае РЧР стал готов к эксплуатации. Остается только зафиксировать это состояние эксплуатационной готовности, сдать этот РЧР в эксплуатацию конкретным РЭС и поддерживать ЭМС РЭС, не давая возможности перейти выделенному РЧР в состояние неготовности. Таким образом, целесообразно говорить об обеспечении эксплуатационной готовности (по возможности оптимальной) выделяемого РЧР и поддержании ЭМС РЭС в определенном коридоре её значений выделенного РЧР.
Принимая данное в начале определение уровня эксплуатационной готовности верным, следует признать зависимость его оптимального значения, если оно существует, от изменения параметров аппаратуры оператора связи и, наконец, от степени профессионализма самого оператора. Например, снижение избирательности, стабильности частоты гетеродина связных приемников со временем и ухудшение других его параметров будут эквивалентны по своему воздействию снижению уровня эксплуатационной готовности выделенного участка частот. После приведения в норму параметров связных приемников указанный уровень как бы возрастет или возвращается к своему исходному состоянию. Таким образом, на оптимальный уровень эксплуатационной готовности выделенного участка частот влияет и коэффициент готовности аппаратуры оператора связи Кг=Тн/(Тн+Тв), где Тн - среднее время наработки на отказ, Тв - среднее время восстановления работоспособности аппаратуры.
Оптимизация эксплуатационной готовности РЧР
В качестве критерия оптимизации эксплуатационной готовности РЧР может быть принят критерий минимума суммарных затрат РЧС и оператора связи. Можно принять затраты РЧС и оператора связи экспоненциально зависящими от уровня эксплуатационной готовности выделяемой полосы частот.
Например:
- выражение суммарных затрат РЧС и ущерба оператора связи, в котором:
Х - оптимизируемое значение уровня эксплуатационной готовности,
p=C/S - отношение удельного ущерба оператора связи к удельным затратам РЧС на обеспечение эксплуатационной готовности выделяемой полосы частот.
а, b, m, n - показатели экспоненты.Так как затраты РЧС увеличиваются, а ущерб оператора связи снижается при возрастании уровня эксплуатационной готовности, то суммарные затраты имеют минимум. Этот минимум и будет соответствовать оптимальному значению уровня эксплуатационной готовности. Однако в указанном виде аналитическое решение уравнения (1) получить нельзя. Уравнение трансцендентное. Возможно приближенное графическое его решение. Ниже приведено несколько графиков, полученных с помощью программы Mathcad 8 при подстановке в выражение (1) различных переменных величин.
Из приведенных графиков видно, что:
1. С увеличением ущерба оператора суммарные минимальные затраты повышаются и требуется обеспечивать более высокий уровень эксплуатационной готовности выделяемой полосы частот.
2. Характер зависимости суммарных затрат также влияет на оптимальный уровень эксплуатационной готовности.
Полагая зависимость затрат РЧС прямо пропорциональной, а ущерба оператора связи обратно пропорциональной уровню, можно получить аналитическое выражение для определения оптимального уровня эксплуатационной готовности.
Отсюда,
Подставляя Хорт в (2), можно получить выражение для минимальных суммарных затрат в виде:
Если оптимальный уровень окажется больше уровня эксплуатационной готовности выделяемого участка частот, рассчитанного на момент заключения договора с оператором связи, то последний получит экономический эффект равный:
Соответственно этому экономическому эффекту у оператора связи получает определенную долю от него и РЧС для компенсации своих затрат в виде оплаты за оказываемые услуги по обеспечению этого оптимального уровня.
Выводы
- Соотношения (3) и (4) подтверждают 1-й вывод, сделанный ранее по результатам анализа графиков экспоненциальных зависимостей.
- По полученному от оператора связи значению удельного экономического ущерба С и значению S удельных затрат РЧС определяется оптимальный уровень эксплуатационной готовности выделяемого участка частот.
- Расчитывая уровень эксплуатационной готовности выделяемого участка частот на момент заключения договора с оператором связи и сопоставив его с оптимальным уровнем готовности, можно оценить предполагаемый экономический эффект у оператора связи от снижения его экономического ущерба.
- Определенная доля полученного при этом экономического эффекта должна поступать в РЧС для компенсации его затрат на поддержание оптимального уровня эксплуатационной готовности выделенного оператору участка радиочастотного спектра и получения прибыли.
За пределами этой статьи остаются более важные и более сложные вопросы оценки уровня ЭМС РЭС в процессе эксплуатации РЧР, а также путей и средств обеспечения её оптимального значения (или в определенном коридоре значений).
Логинов Ю.И.
Инж. к.т.н., с.н.с.;Екимов О.Б.
Директор Пермского филиала
ФГУП «РЧЦ ПФО»,
к.т.н.
Журнал "Телекоммуникационное поле регионов" N 2-3' 2006 (34-35)