基于信息网格的电磁频谱资源管理研究❋

陈自卫

（75731部队 深圳 518000）

1 引言

电磁频谱资源如同土地、矿产、石油一样，既是一种自然资源，又是一种无形的特殊资源。电磁频谱资源管理，是政府和军队的管理部门运用法律、行政、技术和经济手段，制定电磁频谱管理政策、制度，划分、规划、分配、指配频率和航天器轨道资源，以及对频率和轨道资源使用情况的监督、检查、协调、处理等活动［1］。

未来信息化条件下的联合作战，敌我双方的电子干扰、电子侦察、电子防御、高性能的通信导航装备、雷达定位等高科技电子产品充满整个战场，如不能很好地解决频谱干扰问题，不仅影响我方每个电子系统的使用效果，还可能受到敌方电子系统的严重干扰，甚至可能造成灾难性后果［2］。因此，电磁频谱管理是否高效，直接关系到作战指挥是否顺畅、武器效能能否正常发挥，并最终决定作战的成败，对夺取战争的胜利具有十分重要作用。研究开发“以监测系统为基础，以计算机处理为管理手段，以信息网格为体系结构”的电磁频谱资源管理是当务之急的一件大事，是打赢未来信息化条件下联合作战的重要保证。

作为下一代Internet的关键技术——信息网格技术可以提供全面的信息资源共享，解决信息孤岛问题，能为用户提供一体化的智能信息服务，能够很好地解决信息和知识资源的智能共享。在电磁频谱资源管理中也存在很多的资源共享问题，包括区域中电磁频谱的使用、分配与显示等，尤其是多种机动装备在不同区域对频率的动态分配问题等，因此本论文运用信息网格理论对建立电磁频谱资源管理新的体系结构进行探讨。

2 信息网格

信息网格是要利用现有的网路平台，为用户提供一体化的智能信息平台，其目标是创建一种架构在操作系统和Web之上的基于网络的新一代信息平台和软件基础设施［3］。信息网格可以对数据库和存储系统进行访问，并且它支持共享数据以用于处理和大规模的协作。其网格结构如图1所示，一般分为四个层次：资源层、中间件层、工具环境层和应用层［4］。其中网格资源是构成网格系统的基础设施。网格中间件是指一系列协议和服务软件。工具环境网格提供良好的应用开发环境。网格应用是对用户需求的实现，是对各种应用软件的设计。

图1 网格系统的结构

由于信息化条件下作战涉及的用频装备多，分布范围很广，可以将其电磁频谱资源管理看成一个分散型系统和资源的复杂管理问题，同时还存在一些数据访问、集成、安全和保护等问题。为此，运用网格技术来研究电磁频谱的资源管理，将整个范围分成若干区域节点，用信息网格的概念对各区域节点的频谱资源进行管理并参与整个范围的资源管理与调配。

3 电磁频谱资源管理的主要内容

电磁频谱管理的目的在于灵活、精确地使用电磁频谱资源，并保证各种用频设备发挥其最佳效能。电磁频谱管理既要保证我方各种电磁频谱业务的正常进行，又要防止我方电子攻击对己方无线电设备产生的有害干扰，任务极其艰巨，因此，电磁频谱资源管理必须在充分掌握战场电磁频谱资源的基础上，进行全面地作战用频需要分析，最终进行科学有效地频谱资源分配［5］。电磁频谱管理的主要内容如图2所示。主要包括以下三部分。

1）及时掌握战场电磁频谱资源情况

要进行电磁频谱的资源管理，首先要及时、准确地掌握当前区域节点的频谱资源情况，科学分析区域节点中敌、我和自然条件构成的复杂电磁环境，这也是进行电磁频谱资源有效管理计划的基础。这里提出的电磁频谱资源情况是由若干子系统完成的，通常包括掌握自然电磁环境子系统、掌握军用用频装备设备子系统、掌握民用用频设备子系统、掌握电磁频谱管理力量子系统等。

图2 电磁频谱主要管理内容

2）全面分析作战用频需求

分析作战用频需求，必须根据作战规模、参战部队用频装备（网系）数量和性能，以及作战部署和战场态势变化等情况，对频谱需求量与可用的频谱资源，各种无线电设备的电磁兼容程度等进行预测分析。为此，各级用户及管理部门应熟悉作战预案，对作战对手、主要行动、区域、空域等情况做到心中有数，并根据作战任务的轻重缓急，综合分析作战频谱使用需要，拟定作战用频需求表，主要明确参战部队用频装备使用频率和禁用、保护、监护频率等。

3）科学分配频谱资源

为确保作战电磁频谱的有序使用，避免各级指挥机构和作战部队的用频装备之间造成相互干扰，应根据战场电磁频谱环境、用频装备所处的地理位置以及作战用频要求，将战场频谱资源进行统一分配。由于作战战场电磁态势具有复杂性、速变性等特点，在进行战场频谱资源的分配时必须做到：

（1）在区分频段和工作频率时，要做到统筹规划，严防同频干扰、邻频干扰和互调干扰；

（2）要考虑不同设备在不同条件下使用不同频率所产生的通信效果，应明确区分不同种类的业务工作，不同时间、天候，不同地域中电磁频谱的使用和电磁兼容，以确保所有用频设备都能发挥其最大效能，满足作战指挥的需要；

（3）随着作战进程的推进，部队担负作战任务的重要程度会不断变化，其对无线电频率的需求也会随之变化。因此，战场电磁频谱的分配应在统一计划的基础上，根据作战任务、作战阶段、作战区域的不同和用频装备组织运用的实际需求，灵活采用各种频率分配方法。

4 基于信息网格的电磁频谱资源管理

基于信息网格的电磁频谱资源管理区别于一般的电磁频谱管理主要在于两个方面，一是整个系统采用了基于信息网格的体系结构，二是在新的体系结构下采用了新的资源管理工作流程。具体介绍如下：

4.1 信息网格的体系结构

用信息网格来研究问题，首先要将整个区域划分成若干区域节点，每个区域节点对各自区域的频谱资源、频谱用户、各级频管力量进行管理［6］，同时又可以接收其它区域节点的电磁频谱数据库信息，形成统一的共享信息，不仅不会产生电磁频谱分配与使用上的冲突，而且分成多个区域节点分别对电磁频谱资源管理大大减少了管理的复杂性。通常运用信息网格技术将一个区域节点分为应用层，服务层和资源层，基于信息网格的电磁频谱资源管理的系统中的一个区域节点的结构如图3所示。

1）应用层的设计

该层主要实现信息网格向各级电磁频谱用户、电磁频谱管理力量提供操作界面，以满足信息网格与用户在网络环境下的交互及远程访问网格节点的要求。构造一个一体化的智能信息服务平台模型，该模型以电磁频谱数据库为基础，通过网络构建电磁频谱资源管理信息网格，最终用户通过网格门户或应用系统访问所需分布式异构资源，实现各级电磁频谱用户、电磁频谱管理力量等用户类似“一站式”服务。

2）服务层的设计

服务层位于信息网格的核心位置，主要实现网格内资源管理功能。基于信息网格的电磁频谱资源管理系统模型包括频谱登记、频谱搜索、频谱显示、各区域节点管理、各级频管力量管理和各级用户管理等功能［7］。

3）资源层的设计

资源层由电磁频谱数据库、电磁频谱探测网、电磁频谱监测网等模块组成，每一个模块负责进行相应频谱资源的监测，对各自的管辖内容进行管理和控制。并将频谱资源监测结果上传给服务层中的频谱管理模块，并执行由频谱分配模块发过来的命令［8］。

4.2 资源管理的工作流程

基于信息网格的电磁频谱资源管理是由各级用户、频管力量、区域节点组成的网络，区别于传统的授权网络。传统的静态频率分配与指配方式不适用具有此功能的网络。这是因为由于电磁环境不断变化各区域节点检测到的空闲频谱也不断在变化；各级频率用户的需求也在变化，对空闲频谱的使用需求也不断发生改变［9］。

各区域节点根据探测、监测的结果，对频谱资源进行分析和评价，确定在时间和空间上可用频谱资源，并根据一定的规则对频谱资源进行共享和分配，具体的工作流程如图4所示。

1）区域节点开机及初始化。向系统注册并开始检测节点区域内的电磁情况；同时还要通过信息网格掌握当前系统范围的频谱使用情况。

2）进行基本的频谱登记、频谱显示、频谱分配等。将频谱的使用情况向网络上报，并按当前的节点区域内的频谱使用需要进行分配，分配后将其在网络中进行显示。

3）各级频谱用户根据需要在要求的时间向节点注册，并申请要使用的频谱，节点根据当前掌握的频谱资源情况做出正确的分配，并通知网络中的其它节点。频谱用户任务完成，自动退出。

4）各级频谱管理力量根据任务的不同向节点注册，同时通过节点掌握整个系统的电磁频谱管理及使用情况，必要时根据不同的权限进行一定的资源分配和管理。任务完成后，自动退出。

5）节点的使命完成，自动退出系统及网络。

整个流程可以由以上1）～5）五个基本的步骤来实现。从提出的信息网格的体系结构和资源管理的工作流程可以总结出这种结构的电磁频谱资源管理有如下重要特点：

图4 区域节点频谱资源管理工作流

1）各级频谱用户、各级频谱管理力量以及各个节点可以根据任务需要随时随地地登录和注销系统，不对整个系统结构产生任何影响，实现了“即插即用”；

2）各区域节点可以对当前区域的电磁频谱使用情况进行实时掌握，运用节点及网格的形式将系统管理分成了几个区域来进行，大大减少了电磁频谱管理的复杂性；

3）网格是由多用途协议和接口来构建的，该协议将能解决诸如鉴别、授权、资源发现和资源访问等一些基本问题；

4）信息网格的信息共享，为整个系统及网络的管理与实现提供了重要保证。

5 结语

随着我国信息产业的飞速发展，我军武器装备信息化和信息系统网络化进程不断加快，各类军、民用电子设备的大量涌现，对战场电磁频谱资源管理机动性、灵活性、实时性等提出了更高的要求，这就使得提出的基于信息网络的电磁频谱资源管理具有更高的实用性、可行性。当然，电磁频谱资源管理的自动化、智能化、网络化研究工作起步不久，还有许多需要深入研究并解决的具体问题。在后期的研究工作中将完善体系结构、细化各级系统设计、提高系统的智能化等，从而进一步提高我军电磁频谱资源管理能力。

［1］廖晓光，沈树章，田效宁，等.军事无线电管理概论［M］.北京：解放军出版社，2003.

［2］陈自卫，陈华东.基于 MAS的分布式战场电磁频谱管理系统［J］.兵工自动化，2009，28（6）：35－37.

［3］张滋朋.基于下一代互联网技术的信息网格技术探析［J］.电脑知识与技术，2008，30（5）：143－147.

［4］应宏.网络应用计算模型的演变与发展［J］.计算机系统应用，2003，16（3）：76－79.

［5］陈自卫.复杂电磁环境下战区防卫作战电磁频谱管理及效能评估研究［D］.武汉：通信指挥学院，2008.

［6］陈自卫，陈华东.基于 MAS的分布式战场电磁频谱管理系统研究［J］.兵工自动化，2009，28（5）：35－37.

［7］秦文甫.战场无线电频谱管理综合运用系统研究［D］.武汉：通信指挥学院，2004.

［8］李小华.校园网在体育网络教学中的应用研究［J］.科技信息（学术版），2008：7－11.

［9］刘传伟.认知无线电技术在电磁频谱管理中的应用研究［J］.电子测试，2010：22－25.