基于面向服务的无线电监测考试保障系统的设计

李忠凯，贾　年，高志升

(西华大学　无线电管理技术研究中心，成都　610039)

基于面向服务的无线电监测考试保障系统的设计

李忠凯，贾年*，高志升

(西华大学无线电管理技术研究中心，成都610039)

摘要：为防范考试期间的无线电作弊行为，保障考试公正公平，同时解决传统的无线电监测考试保障系统存在的客户端与服务端没有分离、自动化和智能化不足、系统升级不便等问题，设计一种基于面向服务体系的无线电监测考试保障系统，以提高系统的自动化和智能化，实现客户端与服务端分离，同时服务端程序运行在云平台上，可以提高应用程序的运行效率，系统维护更便捷。

关键词：无线电监测；面向服务体系；考试保障

近年来，在一些国家大型考试中，利用无线电技术作弊的案例越来越多，严重破坏了社会的公平性。面对利用无线电作弊的行为，如何快速发现、定位作弊的无线电信号，以做好考试保障工作，是无线电管理机构面临的挑战[1]。

传统的无线电监测考试保障系统的缺点是：1)客户端和服务端没有分离，监测数据的分析处理、异常信号的分析算法等都在客户端，各种操作耦合交织在一起，使得客户端非常笨重。同时，算法和业务逻辑都运行在客户端，使得客户端运行相对耗时。2)自动化和智能化不足，人工干预操作较多。3)算法或者业务改进时，需要升级每一个客户端应用程序，系统升级会相对不便。本文设计的基于面向服务体系的无线电监测考试保障系统，能够实现客户端与服务端分离，服务端部署在云平台上，服务端以接口的形式向客户端提供服务；云计算能力有效提高了系统的运行速度；具有信号自动解析、协同监测、自动定位、信息自动存储的功能，有效提高了系统的自动化和智能化；系统升级时，只需要变更服务端，客户端无需变更，系统升级方便。

1相关技术概述

1.1面向服务体系SOA

SOA[2-3](Service-Oriented Architecture)是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种这样的系统中的服务能以一种统一和通用的方式进行交互。

SOA本质上是一个分布式的技术和体系结构，是一种思想和理念，它是为解决企业异构系统集成和多变的需求难题而产生的。异构系统通过遵循统一标准或协议的适配器挂接到企业总线上，通过服务注册中心实现信息的有效共享及传递。

SOA通过将系统功能单元组装成合适颗粒度的构件，然后将这些构件应用到不同的业务流程中，再通过服务体现出来就可以满足用户的不同业务需求。业务需求变化或产生新的需求时，可以重新组装这些构件及业务流程，必要时才重新开发功能单元，都不会对原有的功能单元及构件产生影响，从而满足“随需而变”的目的。系统功能单元或构件在企业总线上发布成Web Service[4]服务，实现功能或资源的共享。

Web Service服务反映了一个新的面向服务的编程方法，是SOA的一种重要的实现方式。Web Service完全独立于编程语言和操作系统，依赖已有的传送技术(例如http协议)和标准数据编码技术(例如xml和json)完成自身的实现。

Web Service是通过标准的Web协议，可编程地访问Web组件。在Web Service中通过SOAP定义数据描述和远程访问的标准进行访问，用WSDL发布和请求Web服务，通过UDDI进行目录查找，可以动态改变一个服务的提供方而无需影响客户端的配置，客户端不需要关心访问服务器端的实现。

SOA体系结构(如图1所示)包含服务请求者、服务提供者、服务注册中心3个角色[5]。

服务提供者：负责创建服务描述，将服务和接口契约发布到服务注册中心处，并接收来自服务请求者的服务调用消息，服务请求者利用发现操作从服务注册中心发现和访问服务。

服务请求者：负责查找发布在服务注册中心的服务描述，并负责利用服务描述，绑定或者调用由服务提供者提供的服务。

服务注册中心：服务注册中心的作用就是服务请求者和服务提供者之间的中介。一旦服务代理处完成了匹配，它也就完成了任务，其余的交互是在服务请求者和服务提供者之间。

图1　SOA体系结构模型

1.2无线电监测技术

无线电技术是当代发展最迅速、最引人瞩目的高新技术之一，广泛应用于国民经济的各个领域。无线电监测是维护空中电波秩序的必要技术手段，是无线电技术健康、快速发展的基础保障。无线电监测在考试保障中主要应用了异常信号的发现、测向、定位和干扰压制等无线电监测技术手段。

无线电监测[6]是指探测、搜索、截获无线电管理地域内的无线电信号，并对该无线电信号进行分析、识别、监视并获取其技术参数、工作特征和辐射位置等技术信息的活动，它是有效实施无线电管理的重要手段依据，也是无线电频谱管理的重要分支。采用先进的技术手段和一定的设备对无线电发射频率、功率、发射带宽等进行测量，对模拟调频、调幅等信号进行监听，对频段利用率和频道占用度进行统计，对信号使用情况进行分析，以便全面掌握电磁环境，对非法信号和干扰源测向、定位、逼近查找等。

无线电测向定位[7]是无线电监测的一种重要的技术手段。无线电测向是依据电磁波传播特性，利用无线电测向设备，测出目标信号源的方位。无线电测向系统通常包括测向天线、输入匹配单元、接收机和方位信息处理显示等。无线电定位是在测向的基础上，进一步确定目标信号源的具体位置(经纬度)。为了确定目标信号源的位置，一般需要2个或多个位置不同的测向站进行测向，利用无线电测向技术测定电波，根据其特性获得时延和传播方向参数，利用各监测站提供的方向角等信息，通过定位算法确定信号源的位置信息。

2系统设计

SOA的松耦合特性给应用带来了极大的灵活性。服务使用者和服务提供者在保持接口契约一致性的情况下，可以独立演化。基于SOA 的应用可以看成是一组服务以及服务之间松散耦合的集合。因此，一方面新的服务可以很容易地加入这个松散集合；另一方面也可以根据业务需求重新编排集合内的服务，以生成新的复合服务。所以，基于SOA的应用具有易于改变、易于扩展的特点，从而支持了业务的快速反应和体系结构。

本文设计的面向服务的无线电监测考试保障系统分为客户端、服务端、监测站3部分：客户端发起考试保障任务，并接受服务端返回的考试保障结果；服务端分别向客户端和监测站应用程序提供服务接口，接受客户端发起的保障任务，并自动指派相关监测站执行基本的监测任务，同时对监测站返回的数据进行智能分析。服务端确认作弊信号后，会自动选择相关其他监测站，协同监测、交汇定位，最终确定作弊信号位置；监测站接受服务端发出的任务执行指令，完成数据的采集、预处理、存储，并返回结果到服务端。

整个考试保障系统按照功能逻辑可以分为多个层次(如图2所示)：

任务发起者：用户可以通过PC端或者移动端发起考试保障任务，系统为用户提供一个统一的客户端对应用平台进行访问，是各类用户获取所需服务的主要入口和交互界面，用户通过统一的客户端完成考试保障的相关工作。

服务层：考试保障平台提供多种服务，包括异常信号分析服务、GIS服务、监测数据服务、测向定位服务、任务管理服务，各种服务之间相互协作，保证系统的运行。整个服务端部署在云平台上，利用云平台的云计算能力，可以有效提高系统的运行效率。

资源层：完成数据存储和计算，主要为其他各层提供资源服务。

监测站：无线电监测站是指执行无线电监测任务的技术设备及附属设施，包括固定监测站、移动监测站、可搬移监测站、便携式监测设备。主要配置测量、测向、监听、控制、天馈、视频图像监视、信号分析与识别、信息记录等系统，以及通信、电源、防雷接地、环境监控等辅助系统，如图3所示。监测站应用程序接收服务端下达的任务，利用监测设备完成监测数据的采集，监测站应用程序进行原始数据采集、提取有效信息、存储原始数据，并将预处理后的数据发送到服务端提供的接口。

图3　监测站结构

3系统实现

根据考试保障系统的业务需求，结合面向服务结构体系，采用基于J2EE的软件架构和MVC思想实现整个系统的结构设计，其主要过程为：

1)客户端选择考试保障的具体时间、地点等信息，确认后，发送post请求到后台提供的http协议接口，后台通过Exam Ensure Servlet类实现参数读取，再调用服务层编写的Exam Manager类进行信息存储，Dao类完成数据库操作。考试保障任务的信息存储成功后，调用Task Manager中的select Station方法，选择合适的监测站，通过监测站应用程序提供的接口下达监测任务。

2)监测站应用程序收到服务端的监测任务后，自动给监测设备下达监测任务，本地接收、存储频谱的原始数据，数据预处理后，监测站应用程序通过服务端提供的接口发送数据。Data Task Servlet类主要完成与监测站应用程序数据的交互任务，然后调用Task Manager的save Data方法将样本数据和实时监测数据按不同的类型标识存储，其中接口主要以json格式传输数据。

3)Data Task Servlet在收到实时监测数据时，调用Task Manager类中的analysis Singal方法，这个方法会继续调用已经封装的监测数据分析算法，对接收的频谱数据进行分析，发现异常信号后，服务端通过send Monitor Task方法向监测站应用程序接口发送语音监听任务，监测站应用程序将监听到的语音数据发送到服务端接口，Data Task Servlet类完成语音数据的接收，并调用Task Manager的save Data方法完成语音信息存储。

4)服务端同时将监听到的语音信息推送到客户端，客户端确认此语音信息是作弊信息后，服务端通过Task Manager类中select Station方法，通过封装好的算法自动选择最适合的监测站，进行协同监测，并分别向选择的监测站应用程序接口发送测向任务。参与协同监测任务的监测站分别将测得的方向角等信息发送给服务端接口，Data Task Servlet类完成数据的接收，之后调用Task Manager类中find Position方法，利用封装好的测向定位算法得到作弊信号的经纬度，并调用GIS服务，确定信号位置，并发送至客户端。

5)客户端接收到服务端推送来的作弊信号的具体信息后，就可精确地实施信号干预或信号压制，并可同步执行查处行动。

具体实现的UML类图如图4所示。

图4　考试保障系统UML结构类图

4结语

本文主要设计了基于面向服务的无线电监测考试保障系统，弥补了传统的无线电监测考试保障系统自动化和智能化的不足，实现客户端与服务端的分离，客户端只提供简单的操作界面，服务端完成所有的数据分析、计算，服务端以接口的形式向客户端提供服务，减轻了考试保障人员的负担。同时，服务端部署在云平台上，有效地提高了系统的运行效率，系统的升级也更加便捷。

参考文献：

[1] 沈伟.无线电监测和阻断技术在考试保障中的应用研究[D].杭州:浙江工业大学,2012.

[2] 付更丽,曹宝香.SOA-SSH分层架构的设计与应用[J].计算机技术与发展，2010(1):74-77.

[3] 谭永明,苏斌.面向服务架构的研究[J].计算机技术与发展,2007,17(3):132-134.

[4] 龚小勇,罗军.Web Service技术在开发多层分布式数据库系统中的应用研究[J].计算机应用研究,2004(8):55-57.

[5] 凌晓东.SOA综述[J].计算机应用与软件,2007,24(10):122-124.

[6] 张小飞.基于无线电监测技术的认知无线电频谱检测研究[J].通信技术,2008,41(7):53-56.

[7] 刘伟.无线电监测多站测向定位研究[D].成都:西华大学,2013:17-18.

Radio Monitoring Examination Support System Based on Service Oriented Architecture’s Research and Design

LIZhongkai,JIANian*，GAOZhisheng

(Center for Radio Administration and Technology Development, Xihua University, Chengdu 610039,China)

Abstract:To prevent the cheating behaviors using radio during the examination and ensure the fairness and equality of the examination, it is very important to establish an examination ensuring system monitored by radio. There are many problems of the traditional system, no separation between client and server, lack of automation and intelligence, inconvenience of software update etc. These problems can be solved by an examination ensuring system monitored by radio based on service orientation. Meanwhile, it can improve the efficiency of the application and maintain the convenience of the system because the server programs run on a cloud platform.

Key words:radio monitoring; Service-Oriented Architecture; exam guarantee

DOI:10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2016.02.011

收稿日期：2016-04-21

基金项目：四川省教育厅重点项目“无线电监测电磁环境自动生成与可视化研究”(14ZA0118)

作者简介：李忠凯(1990— )，男(汉族)，山东淄博人，在读硕士研究生，研究方向：智能信息处理。

中图分类号：TP311

文献标志码：A

文章编号：2095-5383(2016)02-0038-04

贾年( 1973— )，男(汉族)，四川眉山人，副教授，硕士，研究方向：智能信息检索、计算机网络，通信作者邮箱: jianian@163.com。