智能無線電監測平臺的設計研究

寧 夢，高 磊

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

0 引言

無線電網絡的感知監測是無線電技術應用的關鍵環節之一，一方面可以提升城市無線電頻率資源的管理水平，另一方面可以為重大活動中的無線電網絡安全提供監測和保障。隨著信息技術的高速發展，基于云計算的智能化無線電監測網絡系統逐漸成為主流[2]，也是未來無線電監測工具的主要發展方向，因此研究基于云平臺架構的智能無線電監測平臺具備較大研究價值和市場應用空間。

1 系統建設目標

（1）全域監測設施聯合作業能力。無線電網監測的核心關注點之一是通過標準接口和中間件實現標準設備的接入和整合，同時對于非標異構設備則需要進行邊緣側設備協議解耦，通過對于全網監測設備和資源的高度整合，實現全網監測設備的高效利用，滿足異構設備之間聯合聯動的基本需求，并且從操作便利性和友好性角度出發，提供標準化的功能和操作界面。

（2）保障系統可靠運行的智能網絡管理能力。隨著城市通信主管部門對于無線電網絡監測要求的不斷提升，在各類監測設備聯合聯動的基礎上，造成監測網絡的規模和管理復雜度指數性增長。因此，需要借助基于云平臺架構的無線電網絡監測平臺實現檢測站點的網絡拓撲數字孿生，通過遠程數據采集的手段實現站點設備基本信息、流量信息、負載信息的全面匯聚，實現站點設備的遠程控制管理，建立基于自動化、智能化、網格化的無線電監測網絡管理體系。

（3）監測網自動運行能力。充分考慮城市無線電監測任務具體需求條件，除了支持常規的人工手動監測之外，平臺應當支持基于服務自動化運行的自動檢測功能，可以全天候地對各類電磁環境數據、信號特征數據、多模式組合定位數據采集類的監測任務實現無人化監測，自動偵測、傳輸和保存監測數據信息，并且支持移動監測站、可搬移設備、無人升空監測平臺等設備數據的匯聚融合，一方面可以提升城市無線電網絡監測的數據整合能力，另一方面可以減低無線電監測任務執行過程中的人力成本。

（4）海量監測數據存儲能力。無線電監測任務的規模化、復雜化和常態化，監測過程中產生了大量的監測數據，監測數據的存儲和處理方式是無線電監測平臺的關鍵要素。本平臺的設計過程中采用成熟安全的云存儲技術，運用服務器超融合機制建立多服務器融合的虛擬空間，一方面可以實現無線電網絡監測數據的大規模存儲，同時降低數據處理和數據管理方面的壓力。對于數據安全方面，通過定期備份機制、快速恢復機制以及數據加密機制保障數據完整和可信。

（5）監測任務智能化能力。傳統的無線電監測都是以監測設備的現場操作為功能核心，本平臺設計中通過邊緣側計算設備實現監測設備的遠程監控和遠程控制，可以極大地減低監測人員在現場的工作時間和勞動強度，同時可以根據監測場景設置同的監測方案，實現多場景一鍵監測開啟、自動跟蹤記錄和事件應急處置，實現監測任務的智能化管理。

（6）大數據挖掘與頻譜管理輔助決策能力。在海量監測數據云端集中存儲的基礎上，建立全時、全域、全設備的監測數據庫，改變傳統無線電監測系統中異構設備數據單獨存儲造成的數據孤島現象。此基礎上，通過大數據處理技術和深度挖掘技術，實現監測數據的清洗、抽取、處理和深度分析，集成電磁兼容分析技術、空間數據挖掘技術、信號分析技術實現監測數據的隱形價值挖掘，為頻譜資源管理提供更多維度和更科學豐富的決策分析結果。

2 系統網絡拓撲設計

系統網絡拓撲設計如圖1所示。系統整體采用B/S架構模式，基于物聯網技術、遠程通信技術構建感知+傳輸+存儲的三層網絡結構。在感知端，與基站同址部署掛桿式小型監測系統或者部署戶外型小型監測系統，實現邊緣側異構設備的感知解耦，實現數據采集與感知。在通信端，基于4 G/ 無線網絡方式，通過感知監測系統的通信模塊實現感知信息上傳。在存儲端，部署有系統應用服務器（監測一體化平臺及全時頻數據采集系統）、網絡服務器、數據挖掘服務器、地理信息服務器和云數據中心，實現數據存儲。在用戶端，通過瀏覽器訪問智能無線電監測平臺，可實現無線設備實時監測測向、監測設備遠程遙控、設備故障告警分析、監測信號研判處置以及頻譜智能分析管理等應用功能。

3 核心子系統設計

3.1 監測一體化管理子系統

3.1.1 系統概要

本系統針對大量監測設備終端的連接問題，實現邊緣側協議解耦和互聯互通，滿足全網設備統一管理、統一接入、統一采集、統一控制的業務需求。通過邊緣側終端設備，可以實現各類異構監測設備的無關化抽象活動，實現設備監測數據的統一采集和處理，構建監測設備的遠程控制聯動基礎，提供全天候自動工作模式和智能化任務解析處理能力。通過標準化監測數據報表模板和客制化監測數據報表形式，為用戶提供監測數據動態分析。

圖1 系統網絡拓撲圖

3.1.2 系統核心功能

（1）監測任務管理：支持多層級監測任務自定義管理，可以設置任務開始結束時間、指定監測設備、監測區域、執行小組，支持建立普通監測任務和專項監測任務。通過邊緣側監測設備與系統聯動，實現7×24小時無間斷監測。

（2）邊緣側設備信號采集：通過遠程指令控制遠程監測設備下達監測指令，由邊緣側的監測系統實現周邊無線電信息號采集，上傳匯總到監測一體化管理子系統服務器中，可以解析實時的信號監測信息，以圖形化界面顯示監測信息號頻譜圖。

（3）監測統計分析：支持頻段掃描數據統計分析，指定時段內特定頻段掃描數據統計；支持特定頻段占有度分析，以散點圖形式反饋頻段占有率； 監測數據對比分析，對于特定區域、時段、頻段進行多重對比分析。

3.2 全時頻譜數據采集與管理子系統

3.2.1 系統概要

全時頻譜數據采集與管理子系統滿足當前無線電網絡監測任務中全時、全域、全段監測的新要求，通過各類監測設備、無線傳輸模塊以及云存儲技術實現海量監測數據的集中匯總存儲，實現平臺對于無線電數據偵測范圍、偵測頻段和偵測時段全覆蓋，為后續數據分析提供基礎支撐。

3.2.2 系統核心功能

（1）全時頻譜數據管理：基于超融合數據存儲平臺，實現海量電磁采集數據的存儲，云化虛擬存儲實現數據物理位置無關化，建立數據存儲策略自動下發機制，可動態靈活配置數據類型、數據粒度、覆蓋策略和備份方式。

（2）全時頻譜數據分析：基于Ha doop的大數據分析平臺，提供高效的全數據倉庫分布式查詢，對于TB級數據實現百毫秒級查詢響應，為其他子應用系統提供數據分析支撐。

3.3 全網設備管理子系統

3.3.1 系統概要

本系統提供無線電監測設備信息、組網拓撲結構、歸口管理關系的統一化管理，作為無線電監測網絡運行管理的基礎平臺。實現設備基本臺賬信息、設備歸屬等靜態信息管理，同時提供設備運行狀態、設備位置、設備占用等設備動態信息管理。支持通過GIS地圖形式展現設備位置、運行狀態、負載狀態等運行監控管理，通過遠程控制模式實現設備遠程操控、設備聯動以及設備自檢等操作。

3.3.2 系統核心功能

（1）監測網設備運行監測：通過感知層設備傳感數據，實現全監測網絡設備數據信息實時匯總，包括監測站狀態、任務執行狀態和進度、設備運轉負載、傳感網負載等信息，達成監測設備全網一張圖狀態全覽。

（2）監測網設備控制管理：通過全監測網絡設備的物聯網網關，基于設備傳輸控制協議，實現通過遠程方式管理全監測網絡設備控制管理，實現設備開關機控制、設備任務開啟結束控制、設備自檢與初始化控制、設備報警自處置等功能。

（3）監測網設備日志管理：管理全監測網絡設備的運行日志信息，定期上傳設備信息運行日志信息，實現設備健康態勢分析預測。

3.4 監測數據分析子系統

3.4.1系統概要

采用大數據分析技術面向無線電監測領域智能化數據分析，支持基于感知設備的全時段、全區域、全頻段數據綜合分析，可與監測點、站、區域進行多維關聯，提供基于圖形化的分析報表，充分挖掘監測數據的隱形價值，提供簡捷、高效、智慧的分析功能。

3.4.2 系統核心功能

實現無線電設備偵測信號的感知、識別，建立異常信號研判評估機制，實現異常信號的識別預警；基于感知終端實現頻譜資源的智能化評估分析，以可視化圖形界面展現異常信號的實時態勢、歷史態勢以及區域未來態勢預測，在重大活動保障場景下實現各類異常、干擾信息信號，建立重點、可疑、黑名單信號的監測和管理機制，提供特定信號的活動甄別以及規律分析。

3.5 監測數據分析子系統

3.5.1系統概要

監測數據分析子系統通過與GIS地圖結合，實現監測設備資產、監測任務執行、監測區域管理等功能的地圖展現和地圖操作，提供全面的地理信息展示和分析。

3.5.2 系統核心功能

（1）監測站點地圖查詢：基于監測站點屬性數據，通過地圖顯示指定監測站點的地圖位置，可在圖層上疊加顯示監測站點名稱、狀態、負載和任務執行數據。

（2）監測任務地圖查詢：基于監測任務視角，通過地圖顯示指定任務執行的地圖位置，包括任務關聯的監測站點位置，可在圖層上疊加顯示任務執行進度信息。

（3）監測設備地圖查詢：基于監測設備屬性數據，通過地圖顯示指定設備的地圖位置，可在圖層上疊加顯示設備名稱和狀態。

（4）智能化T DOA定位與分析：通過T DOA定位算法在地圖上自動顯示特定點位的監測任務執行設備；同時，在監測信息展示中，通過TDOA定位算法可對指定區域電磁環境進行地圖疊加展現。

4 經濟與社會效益分析

大數據時代的智能監測網系統，可為智慧無線電管理提供諸多有力的支撐，基于物聯網的數據采集模式，可根據監測任務需要，實時動態配置系統工作模式和任務內容，從臨時被動任務執行轉向長時主動數據收集，從手工碎片化轉向自動連續化轉換，在提高設備使用效率和降低設備閑置率的同時，增強監測網管理能力，減輕運維人員工作壓力。基于大數據智能分析，從單維監測數據分析轉向多維頻譜管理決策，滿足干擾處置、考試保障、重大活動保障等的異常預警和全程支持。

5 結束語

綜上所述，基于邊緣感知、多網傳輸、云存儲架構的智能無線電監測平臺，可以實現異構監測設備部署、信息采集、數據存儲和監測應用的區域無線電環境監測，滿足特定場景下的無線電監測設備資源整合、監測任務調度以及數據決策分析需求，具備良好的推廣和應用價值。