智能无线电监测平台的设计研究

宁 梦，高 磊

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

0 引言

无线电网络的感知监测是无线电技术应用的关键环节之一，一方面可以提升城市无线电频率资源的管理水平，另一方面可以为重大活动中的无线电网络安全提供监测和保障。随着信息技术的高速发展，基于云计算的智能化无线电监测网络系统逐渐成为主流[2]，也是未来无线电监测工具的主要发展方向，因此研究基于云平台架构的智能无线电监测平台具备较大研究价值和市场应用空间。

1 系统建设目标

（1）全域监测设施联合作业能力。无线电网监测的核心关注点之一是通过标准接口和中间件实现标准设备的接入和整合，同时对于非标异构设备则需要进行边缘侧设备协议解耦，通过对于全网监测设备和资源的高度整合，实现全网监测设备的高效利用，满足异构设备之间联合联动的基本需求，并且从操作便利性和友好性角度出发，提供标准化的功能和操作界面。

（2）保障系统可靠运行的智能网络管理能力。随着城市通信主管部门对于无线电网络监测要求的不断提升，在各类监测设备联合联动的基础上，造成监测网络的规模和管理复杂度指数性增长。因此，需要借助基于云平台架构的无线电网络监测平台实现检测站点的网络拓扑数字孪生，通过远程数据采集的手段实现站点设备基本信息、流量信息、负载信息的全面汇聚，实现站点设备的远程控制管理，建立基于自动化、智能化、网格化的无线电监测网络管理体系。

（3）监测网自动运行能力。充分考虑城市无线电监测任务具体需求条件，除了支持常规的人工手动监测之外，平台应当支持基于服务自动化运行的自动检测功能，可以全天候地对各类电磁环境数据、信号特征数据、多模式组合定位数据采集类的监测任务实现无人化监测，自动侦测、传输和保存监测数据信息，并且支持移动监测站、可搬移设备、无人升空监测平台等设备数据的汇聚融合，一方面可以提升城市无线电网络监测的数据整合能力，另一方面可以减低无线电监测任务执行过程中的人力成本。

（4）海量监测数据存储能力。无线电监测任务的规模化、复杂化和常态化，监测过程中产生了大量的监测数据，监测数据的存储和处理方式是无线电监测平台的关键要素。本平台的设计过程中采用成熟安全的云存储技术，运用服务器超融合机制建立多服务器融合的虚拟空间，一方面可以实现无线电网络监测数据的大规模存储，同时降低数据处理和数据管理方面的压力。对于数据安全方面，通过定期备份机制、快速恢复机制以及数据加密机制保障数据完整和可信。

（5）监测任务智能化能力。传统的无线电监测都是以监测设备的现场操作为功能核心，本平台设计中通过边缘侧计算设备实现监测设备的远程监控和远程控制，可以极大地减低监测人员在现场的工作时间和劳动强度，同时可以根据监测场景设置同的监测方案，实现多场景一键监测开启、自动跟踪记录和事件应急处置，实现监测任务的智能化管理。

（6）大数据挖掘与频谱管理辅助决策能力。在海量监测数据云端集中存储的基础上，建立全时、全域、全设备的监测数据库，改变传统无线电监测系统中异构设备数据单独存储造成的数据孤岛现象。此基础上，通过大数据处理技术和深度挖掘技术，实现监测数据的清洗、抽取、处理和深度分析，集成电磁兼容分析技术、空间数据挖掘技术、信号分析技术实现监测数据的隐形价值挖掘，为频谱资源管理提供更多维度和更科学丰富的决策分析结果。

2 系统网络拓扑设计

系统网络拓扑设计如图1所示。系统整体采用B/S架构模式，基于物联网技术、远程通信技术构建感知+传输+存储的三层网络结构。在感知端，与基站同址部署挂杆式小型监测系统或者部署户外型小型监测系统，实现边缘侧异构设备的感知解耦，实现数据采集与感知。在通信端，基于4 G/ 无线网络方式，通过感知监测系统的通信模块实现感知信息上传。在存储端，部署有系统应用服务器（监测一体化平台及全时频数据采集系统）、网络服务器、数据挖掘服务器、地理信息服务器和云数据中心，实现数据存储。在用户端，通过浏览器访问智能无线电监测平台，可实现无线设备实时监测测向、监测设备远程遥控、设备故障告警分析、监测信号研判处置以及频谱智能分析管理等应用功能。

3 核心子系统设计

3.1 监测一体化管理子系统

3.1.1 系统概要

本系统针对大量监测设备终端的连接问题，实现边缘侧协议解耦和互联互通，满足全网设备统一管理、统一接入、统一采集、统一控制的业务需求。通过边缘侧终端设备，可以实现各类异构监测设备的无关化抽象活动，实现设备监测数据的统一采集和处理，构建监测设备的远程控制联动基础，提供全天候自动工作模式和智能化任务解析处理能力。通过标准化监测数据报表模板和客制化监测数据报表形式，为用户提供监测数据动态分析。

图1 系统网络拓扑图

3.1.2 系统核心功能

（1）监测任务管理：支持多层级监测任务自定义管理，可以设置任务开始结束时间、指定监测设备、监测区域、执行小组，支持建立普通监测任务和专项监测任务。通过边缘侧监测设备与系统联动，实现7×24小时无间断监测。

（2）边缘侧设备信号采集：通过远程指令控制远程监测设备下达监测指令，由边缘侧的监测系统实现周边无线电信息号采集，上传汇总到监测一体化管理子系统服务器中，可以解析实时的信号监测信息，以图形化界面显示监测信息号频谱图。

（3）监测统计分析：支持频段扫描数据统计分析，指定时段内特定频段扫描数据统计；支持特定频段占有度分析，以散点图形式反馈频段占有率； 监测数据对比分析，对于特定区域、时段、频段进行多重对比分析。

3.2 全时频谱数据采集与管理子系统

3.2.1 系统概要

全时频谱数据采集与管理子系统满足当前无线电网络监测任务中全时、全域、全段监测的新要求，通过各类监测设备、无线传输模块以及云存储技术实现海量监测数据的集中汇总存储，实现平台对于无线电数据侦测范围、侦测频段和侦测时段全覆盖，为后续数据分析提供基础支撑。

3.2.2 系统核心功能

（1）全时频谱数据管理：基于超融合数据存储平台，实现海量电磁采集数据的存储，云化虚拟存储实现数据物理位置无关化，建立数据存储策略自动下发机制，可动态灵活配置数据类型、数据粒度、覆盖策略和备份方式。

（2）全时频谱数据分析：基于Ha doop的大数据分析平台，提供高效的全数据仓库分布式查询，对于TB级数据实现百毫秒级查询响应，为其他子应用系统提供数据分析支撑。

3.3 全网设备管理子系统

3.3.1 系统概要

本系统提供无线电监测设备信息、组网拓扑结构、归口管理关系的统一化管理，作为无线电监测网络运行管理的基础平台。实现设备基本台账信息、设备归属等静态信息管理，同时提供设备运行状态、设备位置、设备占用等设备动态信息管理。支持通过GIS地图形式展现设备位置、运行状态、负载状态等运行监控管理，通过远程控制模式实现设备远程操控、设备联动以及设备自检等操作。

3.3.2 系统核心功能

（1）监测网设备运行监测：通过感知层设备传感数据，实现全监测网络设备数据信息实时汇总，包括监测站状态、任务执行状态和进度、设备运转负载、传感网负载等信息，达成监测设备全网一张图状态全览。

（2）监测网设备控制管理：通过全监测网络设备的物联网网关，基于设备传输控制协议，实现通过远程方式管理全监测网络设备控制管理，实现设备开关机控制、设备任务开启结束控制、设备自检与初始化控制、设备报警自处置等功能。

（3）监测网设备日志管理：管理全监测网络设备的运行日志信息，定期上传设备信息运行日志信息，实现设备健康态势分析预测。

3.4 监测数据分析子系统

3.4.1系统概要

采用大数据分析技术面向无线电监测领域智能化数据分析，支持基于感知设备的全时段、全区域、全频段数据综合分析，可与监测点、站、区域进行多维关联，提供基于图形化的分析报表，充分挖掘监测数据的隐形价值，提供简捷、高效、智慧的分析功能。

3.4.2 系统核心功能

实现无线电设备侦测信号的感知、识别，建立异常信号研判评估机制，实现异常信号的识别预警；基于感知终端实现频谱资源的智能化评估分析，以可视化图形界面展现异常信号的实时态势、历史态势以及区域未来态势预测，在重大活动保障场景下实现各类异常、干扰信息信号，建立重点、可疑、黑名单信号的监测和管理机制，提供特定信号的活动甄别以及规律分析。

3.5 监测数据分析子系统

3.5.1系统概要

监测数据分析子系统通过与GIS地图结合，实现监测设备资产、监测任务执行、监测区域管理等功能的地图展现和地图操作，提供全面的地理信息展示和分析。

3.5.2 系统核心功能

（1）监测站点地图查询：基于监测站点属性数据，通过地图显示指定监测站点的地图位置，可在图层上叠加显示监测站点名称、状态、负载和任务执行数据。

（2）监测任务地图查询：基于监测任务视角，通过地图显示指定任务执行的地图位置，包括任务关联的监测站点位置，可在图层上叠加显示任务执行进度信息。

（3）监测设备地图查询：基于监测设备属性数据，通过地图显示指定设备的地图位置，可在图层上叠加显示设备名称和状态。

（4）智能化T DOA定位与分析：通过T DOA定位算法在地图上自动显示特定点位的监测任务执行设备；同时，在监测信息展示中，通过TDOA定位算法可对指定区域电磁环境进行地图叠加展现。

4 经济与社会效益分析

大数据时代的智能监测网系统，可为智慧无线电管理提供诸多有力的支撑，基于物联网的数据采集模式，可根据监测任务需要，实时动态配置系统工作模式和任务内容，从临时被动任务执行转向长时主动数据收集，从手工碎片化转向自动连续化转换，在提高设备使用效率和降低设备闲置率的同时，增强监测网管理能力，减轻运维人员工作压力。基于大数据智能分析，从单维监测数据分析转向多维频谱管理决策，满足干扰处置、考试保障、重大活动保障等的异常预警和全程支持。

5 结束语

综上所述，基于边缘感知、多网传输、云存储架构的智能无线电监测平台，可以实现异构监测设备部署、信息采集、数据存储和监测应用的区域无线电环境监测，满足特定场景下的无线电监测设备资源整合、监测任务调度以及数据决策分析需求，具备良好的推广和应用价值。