“互联网+传感器”自动化无线电数据采集平台在无线电频谱监测管理中的应用
杞人忧天是什么意思I管理信息化| Management Informationization
“互联网+传感器”自动化无线电
数据采集平台在无线电频谱监测管理中的应用文I青海省无线电监测站张宸北京小牛奔奔科技有限公司牛刚
摘要：讨论;r“互联网+传感器”r丨动化无线电数抿采集平台的迚设竹设与需求，分硬件设备和软件w络两个方iM介绍了平台设汁思路，w论了平台卞迆技术特点，总结r -期项丨丨迚设成果，对项丨m期逑设可能I丨彳临的问题和风险进行了分析，最后对k一步让设工作进行了展望。
关键浏：K联网传感器监测研究
〇引言
以“互联网+”形式开展信息化建设已经成为当前各 行业部门提升技术设施建设能力的主流方式。通过利用以 “互联网+”为代表的新型技术手段，充分发挥互联网在 生产要素配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果 深度融入无线电频谱管理与应用领域，以提升青海省无线 电频谱监测管理的能力与效率，是近期青海省无线电管理 机构技术设施建设的一个努力方向。我们希望通过在此方 面的有益探索，能够形成更广泛的以互联网为基础设施和 实现工具的无线电频谱管理新形态。
1平台建设应用需求
近年来，青海省无线电监测网功能正在从主要用于无 线电干扰信号查，逐渐向服务资源管理、台站管理、秩 序管理的无线电管理核心职能转变。无线电监测网络不仅 要对用户投诉的无线电干扰进行查，对空中不明信号进 行主动发现和识别，还要对不按照核准要求进行发射的无 线电台进行监测，对无线电频谱资源的使用效率进行评估，对潜在的符合使用条件的频谱资源进行挖掘，对无线电台 使用率进行评估，为高效的频谱资源和台站管理提供强有 力的无线电管理数据支撑。随着无线电通信技术在各行各 业的深入应用，如何快速拓展全省无线电监测网络的监测 覆盖面，提升对微小信号的监测能力，确保重点监管区域 不留监测盲区和死角，有效地从海量空中电波参数中分析 和挖掘出多维度的价值，已成为青海省无线电监测管理的 一项新需求。2主要建设思路
“互联网+传感器”自动化无线电数据采集平台设 计架构分为物理层、数据层、业务层、展示层四个主要层 次。物理层包括机房基础设施和传感器网络。机房基础设 施主要有物理服务器和基础网络。其中物理服务器提供基 础的系统服务运行环境，通过虚拟化技术建立虚拟化层，并在虚拟化层上建设相应的虚拟服务器，以提供各部分服 务所需的操作系统环境和网络环境。传感器网络的作用是 在重点监管区域部署智能无线电监测节点，并通过无线网 络将无线电环境数据回传至服务器，以便进行进一步分析。作为基于云平台的信息交互终端，传感器主要由嵌入式主 板、射频前端模块、数据处理模块、4G网络模块、供电 电源模块组成，采用软件无线电、人工智能和边缘计算等 技术，实现对空中无线
电信号、无线电台和电磁环境的数 据采集、处理、分析与上传等功能。数据层包括系统运行 平台和数据存储环境。系统运行平台负责支撑从数据接收，到数据缓存、数据处理、数据展现的整个过程，基于对数 据传输量、处理量、存储空间占用的分析，提供反向代理、数据缓存、分布式存储和分布式计算功能。业务层包括诸 如智能数据分析弓丨擎、智能无线电数据分析应用系统、数 据接入管理、通用服务等部分。展示层包括前端界面展示、多平台访问和终端适配功能，支持常用的前端框架、电脑 浏览器，A n d r o i d、i O S手机，大屏显示等。系统平台 利用部署的末端传感器终端，采集无线电信号数据并进行 分析、处理、比对，通过互联网将最终分析结果汇聚至顶 层节点，最终为台站频率指配审批和管理决策研判提供全 面、深入的7x24小时实时无线电频率监管信息。
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2.1硬件设备
系统硬件主要由超短波无线电台数据采集系统传感器 终端、短波无线电信号数据采集系统终端、电磁环境数据 采集系统传感器终端、无线电信号管控系统终端以及平台 服务器组成。超短波无线电台数据采集系统传感器终端的 监测频率处在V H F/U H F频段，其功能主要用于对广电、民航、铁路等行业无线电台进行监管和提供干扰保护。短 波无线电信号数据采集系统终端的工作频率为H F频段，其
功能主要用于对广电部门短波台站及重要区域提供无线 电监测和安全保障。电磁环境数据采集系统传感器终端的 监测频率高端扩展到6G H z，可对包括5G频段的无线电 应用实施监测。无线电信号管控系统终端的工作频率为 30-1300M H Z，发射功率为1W，主要用于对教育、人 事部门考试场所无线电作弊信号进行管制，也可用于对非 法台站如“黑广播”、非法模拟对讲机和数字对讲机进行 警示管制。平台服务器建设采用分期建设模式，通过多期 建设实现对全省范围内重点无线电监管场所的无缝隙、无 死角全覆盖。
2.2网络及软件平台
系统软件平台具备四大模块功能：频谱资源监管模 块、无线电台监管模块、电波秩序监管模块和监测网能力 评估模块（详见图1)，具备实时显示传感器监测覆盖范 围内公众移动通信、电视广播、调频广播、民航专用、铁 路专用频谱资源占用态势、无线电台工作态势、电波秩序 异常态势，特别是精细化监测重点区域的无线电安全态势 的能力（详见图2至图7)。其中频谱资源监管模块主要 根据频谱资源的占用状态，自动完成频谱资源使用效率分 析，可实时获得可用频谱资源的情况，绘制频i普资源占用 态势图，服务于频段分配和频率指配工作。无线电台监管 模块主要根据无线电台的发射状态，自动完成无线电台使 用效率分析，及时记录无线电台的违规使用情况，绘制无 线电台发射态势图，服务于无线电台的事前、事中和事后 监管工作。电波秩序监管模块主要根据电波秩序的异常状 态以及异常信号的发射频率、发射功率、占用带宽、调制 参数、发射位置以及电台身份数据，绘制电波秩序水果汤圆
异常态 势图，服务于无线电干扰源的查和消除工作。监测网能 力评估模块主要基于各类无线电台发射数据、监测站数据 以及多种无线电波传播模型，完成对广播业务、水上业务、对讲机基地台以及地面大功率发射源等不同类型无线电通 信系统和无线电业务的监测覆盖分析，绘制无线电监测网 监测覆盖图，服务于监测网规划和监测站选址工作。考虑 到本系统共建共享的工作需要，广电、民航、铁路有无线 电数据需求的部门可以在无线电管理机构的授权下通过内外网网闸共享和本部门相关的统计数据，比如和本部门相 关的无线电台发射状态和无线电干扰数据。
图2频谱资源监管模块界面示意图
图3无线电台监管模块界面示意图
图4电波秩序监管模块界面示意图
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图7平台监测研判登记注册无线电台工作状态信息
3系统的主要技术特点和传统的无线电监测设施相比，该平台具有以下技术 特点和优势：一是建设成本低。作为固定监测的一种新型 手段，采用比较经济的传感器作为数据采集终端，投入同 样的项目经费可以部署更多的数据采集节点。该项目采用 的传感器单价能够控制在3万元以内，价格是传统四类无 线电固定监测站的1/10左右。二是网络费用低。分布式 数据采集节点对传感器采集的原始数据进行边缘计算和信 息提取，可大幅降低传输给云平台的数据量，目前采用的 传感器每年的网络费用仅为100元，是传统有线宽带专
线费用（每年0.5万-1万元）的1/50左右。三是维护 费用低。传感器采用软件无线电技术，可以远程巡检以及 远程升级硬件固件和软件程序；平台采用云平台，服务共 享，运维简单；运行维护采用当地人员驻点维护和专职运 维团队远程指导的方式，能够按照国家的正常运维费标准 完成设备和系统运维。四是选址简单。传感器在室内部署 即可，不需要在室外安装。目前本项目传感器主要与广电、 民航、铁路等台站用户和铁塔合作，合作方提供220V 市 电和一个0.1m 3空间即可。五是功能应用强大。传感器可 以为无线电管理一体化平台提供数据。系统功能不仅仅局 限于频谱监测，通过分布式快速部署还可以解决目前普遍 存在的民航干扰、G
P
S
干扰、中小功率“黑广播”和卫
星广播电视受5G 干扰查困难等实际问题。六是支持即 插即用。传感器的控制模块、网络和存储模块与监测模块 一体化，插电5分钟后传感器采集的数据即可自动上传至 平台。七是保密性高。设备采集的数据通过运营商4G 专 用
A
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N
传输数据，数据安全。八是系统工程特点明显。
本系统将频谱资源、无线电台、电波秩序多维数据深层次 融合和校准，自动化、智能化和一体化程度高。
4主要建设成果
该平台一期项目建设总投资650万元，建设内容为： 配置200余套超短波无线电台数据采集系统传感器终端、 100余套短波无线电信号数据采集系统终端、50余套无 线电信号管控系统和10余台平台服务器，系统运行网络 带宽为20M
b i t
/s ，通过A
P N
(类似于V
P D N
)由360
余个传感器共享传输数据，主要完成对青海省广电、铁路、 民航等重点行业无线电台，有无线电考试保障需求的主 要考点，以及城区精细化无线电管理重要区域的数据采
集和实时监管任务。在传感器终端固定安装方式中，主 要将终端安装在全省各市州广电部门一体化塔箱、广电
中波台机房铁塔机房、公众移动通信运营商铁塔机房以 及无线电管理部门自有铁塔机房内。在300个传感器选 址建设布局上，主要考虑无线电技术应用的广泛程度以 及无线电干扰协调的频率两个因素，西宁市及海东市选 址约占50%，其次为海北藏族自治州占15%，其余站址 按百分比均衡建设在省内其余市州。传感器建设布局详 见图8。一期工程建设目标为：西宁市、海东市和海北州 调频广播和广播电视发射台监测覆盖率达到100%，全省 民航航线航路监测覆盖率达到50% ，全省铁路沿线监测 覆盖率达到15%，教育、人事重点监管场所监测覆盖率 达到10%。规划分期完成监测覆盖率未达100%的地区、
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行业和部门的工作。平台服务器设置在青海省无线电管 理监测指挥控制中心机房。
图8项目一期系统传感器终端部署分布图
5建设风险
在看到“互联网+传感器”模式进行空中电波参数 监测优势的同时，我们也应对此建设方式给项目后期运行 维护可能带来和产生的问题与风险进行充分估计。一是传 感器本身的寿命问题，由于系统设计末
端传感器终端需 要7x24小时长期不间断通电运行，就存在系统建设3-5 年后，末端传感器的退服更新问题。因此在系统建设一定 周期后，要有较为充足的资金淘汰更新末端传感器。二是 网络带宽的瓶颈限制。随着末端传感器部署规模的扩大，其对采集数据的处理传输能力和时限就会存在愈来愈严苛 的要求，因此系统会需要更宽的网络传输带宽。随着项目 建设的推进，带宽需求还会呈现非线性增长。而现实网络 环境可能会产生带宽瓶颈，从而对末端传感器的部署产生 限制，或以降低网络服务质量作为代价。三是网络安全问 题。随着末端传感器部署规模的继续扩大，应当提前对网 络安全存在的隐患和问题进行充分估计，由于数据采集端 采用加密方式传输，主要的安全隐患在于平台中心服务器 端，应当在项目建设初期就预留充足的资金，用于解决配 套网络安全软件及等级保护第三方测评等问题。
6结束语
随着无线通信技术的快速发展，无线通信设备的大 带宽、高速率、泛在化、小型化的趋势愈加明显，运用 传统固定监测站采集空间电磁频谱数据，无论从监测覆 盖面、监测灵敏度还是监测数据信息维度等方面，均已 经无法适应无线技术应用发展的新需求。为了更好地管
Management Informationization 丨管理彳自息化I
理无线频谱资源，有效维护空中电波秩序，利用“互联
网+传感器”方式建设新型自动化频谱数据采集平台，
能够弥补传统监测设施存在的缺点和短板，满足当前及
未来一定阶段内的监测需求。通过以上分析，我们可以
看到“互联网+传感器”自动化无线电数据采集平台，
能够充分发挥当前互联网高速、大带宽、互联互通的优势。
借助大量传感器设备在青海省重点、热点行政区域内的
密集部署，能够有效获取监测覆盖区域内的频谱占用态
势信息。通过密集部署组网，其监测覆盖区域和监测灵
敏度大大优于传统固定监测站，不仅填补了传统大站的
监测盲区，有效拓展了监测覆盖区域，而且其采集到的
多维度监测数据信息内容更为丰富，能够为无线电频率
天涯明月刀职业
资源管理提供更为全面的支撑数据与信息。
项目后期的建设重点主要分为三个方向：一是继续提
升部署于网络内的传感器数量，提高分部门、行业重点监
科创板股票开户有什么条件管对象的监测覆盖率；二是增加传感器解调功能模块，提
高末端传感器对采集到的电波参数的解调解码等深度分析
能力；三是拓展系统平台共建共享的内涵与深度，建设授
权下的分中心平台节点，使相关合作建设单位能够更为便
捷地获取各种监测数据信息。K9
参考义献：
[1]赵建扬，乔轶，秦亮亮，陈昭男.营区环境监测无线传感器网络系统设计[J1工业控制计算机，2020(8)
[2]管文浩.乌鲁木齐市网格化无线电监测网传感器布设方案研究[J].中国无线电，2016(5)
[3 ]郭强，王兆阳.掌握监测设备特点有效查无
线电干扰和非法台站[J].中国无线电，2002(12)
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