基于信息網格的電磁頻譜資源管理研究?

陳自衛

（75731部隊 深圳 518000）

1 引言

電磁頻譜資源如同土地、礦產、石油一樣，既是一種自然資源，又是一種無形的特殊資源。電磁頻譜資源管理，是政府和軍隊的管理部門運用法律、行政、技術和經濟手段，制定電磁頻譜管理政策、制度，劃分、規劃、分配、指配頻率和航天器軌道資源，以及對頻率和軌道資源使用情況的監督、檢查、協調、處理等活動［1］。

未來信息化條件下的聯合作戰，敵我雙方的電子干擾、電子偵察、電子防御、高性能的通信導航裝備、雷達定位等高科技電子產品充滿整個戰場，如不能很好地解決頻譜干擾問題，不僅影響我方每個電子系統的使用效果，還可能受到敵方電子系統的嚴重干擾，甚至可能造成災難性后果［2］。因此，電磁頻譜管理是否高效，直接關系到作戰指揮是否順暢、武器效能能否正常發揮，并最終決定作戰的成敗，對奪取戰爭的勝利具有十分重要作用。研究開發“以監測系統為基礎，以計算機處理為管理手段，以信息網格為體系結構”的電磁頻譜資源管理是當務之急的一件大事，是打贏未來信息化條件下聯合作戰的重要保證。

作為下一代Internet的關鍵技術——信息網格技術可以提供全面的信息資源共享，解決信息孤島問題，能為用戶提供一體化的智能信息服務，能夠很好地解決信息和知識資源的智能共享。在電磁頻譜資源管理中也存在很多的資源共享問題，包括區域中電磁頻譜的使用、分配與顯示等，尤其是多種機動裝備在不同區域對頻率的動態分配問題等，因此本論文運用信息網格理論對建立電磁頻譜資源管理新的體系結構進行探討。

2 信息網格

信息網格是要利用現有的網路平臺，為用戶提供一體化的智能信息平臺，其目標是創建一種架構在操作系統和Web之上的基于網絡的新一代信息平臺和軟件基礎設施［3］。信息網格可以對數據庫和存儲系統進行訪問，并且它支持共享數據以用于處理和大規模的協作。其網格結構如圖1所示，一般分為四個層次：資源層、中間件層、工具環境層和應用層［4］。其中網格資源是構成網格系統的基礎設施。網格中間件是指一系列協議和服務軟件。工具環境網格提供良好的應用開發環境。網格應用是對用戶需求的實現，是對各種應用軟件的設計。

圖1 網格系統的結構

由于信息化條件下作戰涉及的用頻裝備多，分布范圍很廣，可以將其電磁頻譜資源管理看成一個分散型系統和資源的復雜管理問題，同時還存在一些數據訪問、集成、安全和保護等問題。為此，運用網格技術來研究電磁頻譜的資源管理，將整個范圍分成若干區域節點，用信息網格的概念對各區域節點的頻譜資源進行管理并參與整個范圍的資源管理與調配。

3 電磁頻譜資源管理的主要內容

電磁頻譜管理的目的在于靈活、精確地使用電磁頻譜資源，并保證各種用頻設備發揮其最佳效能。電磁頻譜管理既要保證我方各種電磁頻譜業務的正常進行，又要防止我方電子攻擊對己方無線電設備產生的有害干擾，任務極其艱巨，因此，電磁頻譜資源管理必須在充分掌握戰場電磁頻譜資源的基礎上，進行全面地作戰用頻需要分析，最終進行科學有效地頻譜資源分配［5］。電磁頻譜管理的主要內容如圖2所示。主要包括以下三部分。

1）及時掌握戰場電磁頻譜資源情況

要進行電磁頻譜的資源管理，首先要及時、準確地掌握當前區域節點的頻譜資源情況，科學分析區域節點中敵、我和自然條件構成的復雜電磁環境，這也是進行電磁頻譜資源有效管理計劃的基礎。這里提出的電磁頻譜資源情況是由若干子系統完成的，通常包括掌握自然電磁環境子系統、掌握軍用用頻裝備設備子系統、掌握民用用頻設備子系統、掌握電磁頻譜管理力量子系統等。

圖2 電磁頻譜主要管理內容

2）全面分析作戰用頻需求

分析作戰用頻需求，必須根據作戰規模、參戰部隊用頻裝備（網系）數量和性能，以及作戰部署和戰場態勢變化等情況，對頻譜需求量與可用的頻譜資源，各種無線電設備的電磁兼容程度等進行預測分析。為此，各級用戶及管理部門應熟悉作戰預案，對作戰對手、主要行動、區域、空域等情況做到心中有數，并根據作戰任務的輕重緩急，綜合分析作戰頻譜使用需要，擬定作戰用頻需求表，主要明確參戰部隊用頻裝備使用頻率和禁用、保護、監護頻率等。

3）科學分配頻譜資源

為確保作戰電磁頻譜的有序使用，避免各級指揮機構和作戰部隊的用頻裝備之間造成相互干擾，應根據戰場電磁頻譜環境、用頻裝備所處的地理位置以及作戰用頻要求，將戰場頻譜資源進行統一分配。由于作戰戰場電磁態勢具有復雜性、速變性等特點，在進行戰場頻譜資源的分配時必須做到：

（1）在區分頻段和工作頻率時，要做到統籌規劃，嚴防同頻干擾、鄰頻干擾和互調干擾；

（2）要考慮不同設備在不同條件下使用不同頻率所產生的通信效果，應明確區分不同種類的業務工作，不同時間、天候，不同地域中電磁頻譜的使用和電磁兼容，以確保所有用頻設備都能發揮其最大效能，滿足作戰指揮的需要；

（3）隨著作戰進程的推進，部隊擔負作戰任務的重要程度會不斷變化，其對無線電頻率的需求也會隨之變化。因此，戰場電磁頻譜的分配應在統一計劃的基礎上，根據作戰任務、作戰階段、作戰區域的不同和用頻裝備組織運用的實際需求，靈活采用各種頻率分配方法。

4 基于信息網格的電磁頻譜資源管理

基于信息網格的電磁頻譜資源管理區別于一般的電磁頻譜管理主要在于兩個方面，一是整個系統采用了基于信息網格的體系結構，二是在新的體系結構下采用了新的資源管理工作流程。具體介紹如下：

4.1 信息網格的體系結構

用信息網格來研究問題，首先要將整個區域劃分成若干區域節點，每個區域節點對各自區域的頻譜資源、頻譜用戶、各級頻管力量進行管理［6］，同時又可以接收其它區域節點的電磁頻譜數據庫信息，形成統一的共享信息，不僅不會產生電磁頻譜分配與使用上的沖突，而且分成多個區域節點分別對電磁頻譜資源管理大大減少了管理的復雜性。通常運用信息網格技術將一個區域節點分為應用層，服務層和資源層，基于信息網格的電磁頻譜資源管理的系統中的一個區域節點的結構如圖3所示。

1）應用層的設計

該層主要實現信息網格向各級電磁頻譜用戶、電磁頻譜管理力量提供操作界面，以滿足信息網格與用戶在網絡環境下的交互及遠程訪問網格節點的要求。構造一個一體化的智能信息服務平臺模型，該模型以電磁頻譜數據庫為基礎，通過網絡構建電磁頻譜資源管理信息網格，最終用戶通過網格門戶或應用系統訪問所需分布式異構資源，實現各級電磁頻譜用戶、電磁頻譜管理力量等用戶類似“一站式”服務。

2）服務層的設計

服務層位于信息網格的核心位置，主要實現網格內資源管理功能。基于信息網格的電磁頻譜資源管理系統模型包括頻譜登記、頻譜搜索、頻譜顯示、各區域節點管理、各級頻管力量管理和各級用戶管理等功能［7］。

3）資源層的設計

資源層由電磁頻譜數據庫、電磁頻譜探測網、電磁頻譜監測網等模塊組成，每一個模塊負責進行相應頻譜資源的監測，對各自的管轄內容進行管理和控制。并將頻譜資源監測結果上傳給服務層中的頻譜管理模塊，并執行由頻譜分配模塊發過來的命令［8］。

4.2 資源管理的工作流程

基于信息網格的電磁頻譜資源管理是由各級用戶、頻管力量、區域節點組成的網絡，區別于傳統的授權網絡。傳統的靜態頻率分配與指配方式不適用具有此功能的網絡。這是因為由于電磁環境不斷變化各區域節點檢測到的空閑頻譜也不斷在變化；各級頻率用戶的需求也在變化，對空閑頻譜的使用需求也不斷發生改變［9］。

各區域節點根據探測、監測的結果，對頻譜資源進行分析和評價，確定在時間和空間上可用頻譜資源，并根據一定的規則對頻譜資源進行共享和分配，具體的工作流程如圖4所示。

1）區域節點開機及初始化。向系統注冊并開始檢測節點區域內的電磁情況；同時還要通過信息網格掌握當前系統范圍的頻譜使用情況。

2）進行基本的頻譜登記、頻譜顯示、頻譜分配等。將頻譜的使用情況向網絡上報，并按當前的節點區域內的頻譜使用需要進行分配，分配后將其在網絡中進行顯示。

3）各級頻譜用戶根據需要在要求的時間向節點注冊，并申請要使用的頻譜，節點根據當前掌握的頻譜資源情況做出正確的分配，并通知網絡中的其它節點。頻譜用戶任務完成，自動退出。

4）各級頻譜管理力量根據任務的不同向節點注冊，同時通過節點掌握整個系統的電磁頻譜管理及使用情況，必要時根據不同的權限進行一定的資源分配和管理。任務完成后，自動退出。

5）節點的使命完成，自動退出系統及網絡。

整個流程可以由以上1）～5）五個基本的步驟來實現。從提出的信息網格的體系結構和資源管理的工作流程可以總結出這種結構的電磁頻譜資源管理有如下重要特點：

圖4 區域節點頻譜資源管理工作流

1）各級頻譜用戶、各級頻譜管理力量以及各個節點可以根據任務需要隨時隨地地登錄和注銷系統，不對整個系統結構產生任何影響，實現了“即插即用”；

2）各區域節點可以對當前區域的電磁頻譜使用情況進行實時掌握，運用節點及網格的形式將系統管理分成了幾個區域來進行，大大減少了電磁頻譜管理的復雜性；

3）網格是由多用途協議和接口來構建的，該協議將能解決諸如鑒別、授權、資源發現和資源訪問等一些基本問題；

4）信息網格的信息共享，為整個系統及網絡的管理與實現提供了重要保證。

5 結語

隨著我國信息產業的飛速發展，我軍武器裝備信息化和信息系統網絡化進程不斷加快，各類軍、民用電子設備的大量涌現，對戰場電磁頻譜資源管理機動性、靈活性、實時性等提出了更高的要求，這就使得提出的基于信息網絡的電磁頻譜資源管理具有更高的實用性、可行性。當然，電磁頻譜資源管理的自動化、智能化、網絡化研究工作起步不久，還有許多需要深入研究并解決的具體問題。在后期的研究工作中將完善體系結構、細化各級系統設計、提高系統的智能化等，從而進一步提高我軍電磁頻譜資源管理能力。

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［2］陳自衛，陳華東.基于 MAS的分布式戰場電磁頻譜管理系統［J］.兵工自動化，2009，28（6）：35－37.

［3］張滋朋.基于下一代互聯網技術的信息網格技術探析［J］.電腦知識與技術，2008，30（5）：143－147.

［4］應宏.網絡應用計算模型的演變與發展［J］.計算機系統應用，2003，16（3）：76－79.

［5］陳自衛.復雜電磁環境下戰區防衛作戰電磁頻譜管理及效能評估研究［D］.武漢：通信指揮學院，2008.

［6］陳自衛，陳華東.基于 MAS的分布式戰場電磁頻譜管理系統研究［J］.兵工自動化，2009，28（5）：35－37.

［7］秦文甫.戰場無線電頻譜管理綜合運用系統研究［D］.武漢：通信指揮學院，2004.

［8］李小華.校園網在體育網絡教學中的應用研究［J］.科技信息（學術版），2008：7－11.

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