云计算技术在无线电监测工作中的应用

2023-12-16普洱市无线电监测站孟宪武

数字技术与应用 2023年9期

普洱市无线电监测站孟宪武

在全球信息化进程明显加快的过程中，大数据、云计算等新技术的应用范围持续扩大，这些技术与传统技术结合后，形成了全新的技术路径。近年来，我国的无线通信技术发展迅速，相关领域的无线电监测中尝试采用了云计算技术，凸显了该技术的优势和巨大潜力，对带动行业发展的意义重大。为此，本文重点分析了无线电监测中的云计算技术，对加速无线通信技术发展、带动通信行业进步具有指导价值。

1 云计算技术相关概述

目前，我国乃至世界的信息化步伐加快，为紧跟信息时代的要求，衍生了很多全新的服务模式，云计算为其中的一种，由于其特殊性，引起了全社会的关注与讨论。云计算这一概念在当前的学术领域并未形成统一的概念，美国NIST 于2011 年综合技术、服务等，将云计算定义为:在网络访问环境下以方便、友好和按需访问的方式配置的计算机资源池，这些资源池可在最小的管理代价下为用户提供高效、优质的服务。

云计算服务就是互联网能给用户提供的IT 资源，包含计算、存储、网络等，用户可根据自身的需求选择服务类型与方式。就现阶段的技术发展现状，服务方式主要为软件即服务、平台即服务、基础设施即服务三种。软件即服务就是用网络提供软件的方式，使用户能租用服务商所提供的云计算服务，用户在享受服务的过程中不仅不需要管理，也不需要控制各类基础设施；平台即服务就是向用户提供服务器平台、开发环境的形式，用户能利用中间商设置开发程序，不需要负责底层的软硬件等设施；基础设施即服务就是为用户提供使用运算基础计算资源能力的形式，在此情况下用户能根据需求来部署、设计和使用自有软件、操作系统[1]。

云计算服务提供的云平台由多台服务器构成，是服务器的集成，是IT 资源的整合，在互联网环境下可以为用户提供一般电脑不具备的计算、存储、数据存储服务。网络资源不论是物理意义的计算机资源，还是数字信息资源，都能在云计算下进一步整合与分配，从而创造更大的经济与社会效益。云计算平台具备动态调整、部署资源的特性，用户只要能连上Internet 就可迅速从云平台中选取和享受自身所需的资源、服务，其享受资源与服务的过程不受云平台提供商的干扰。虚拟技术为云计算中的重要技术，利用该项技术可营造更为独特的计算环境，用户请求的资源来自“云”，并不是固定的有形实体，每个用户只需要在终端上完成操作请求，就能在网络服务下满足需求，不需要思考服务类型、位置、运行模式。

2 目前无线电监测方面面临的问题

2.1 监测数据庞大

现阶段的无线通信领域，针对无线电监测做了大量的工作，由于监测是一个动态的过程，往往会在监测时建立一个监测数据库存储相关数据，通过分析其中的监测数据判定通信状态、信号传输情况。大数据时代下产生了许多智能技术、人工智能等应用于无线电监测后形成了智能化监测模式，该模式下可完成带宽监测与测向，当监测系统进入监测状态后，短时间内就会产生海量的数据，如依旧采用传统的数据存储、处理方式，将影响监测效果[2]。为此，监测数据库设计十分关键，需借助云计算技术优化数据库的服务与功能，但根据当前的无线电监测情况，监测数据庞大，数据库设计存有不足之处，库内存储了大量的冗余数据，影响了数据处理效果。为此，当前及未来的无线电监测中，相关人员需优化数据库设计，构建全新的数据存储与管理模式。

2.2 监测设备功能欠缺

现有的部分无线电监测站在监测过程中仅具备存储功能，在处理监测数据时将关注重点放在结果上，未做好原始监测数据的挖掘与分析，导致无线电监测中难以利用监测数据得到有价值的信息。此外，无线电监测时需借助专业的监测设备，以发挥设备的功能优势，但目前的监测工作中，依旧有使用传统监测设备的情况，这些旧有的监测设备功能缺失、性能不稳，如部分监测设备仅具备模拟解调功能，无法处理数字信号，也不能分析离线数据。

2.3 监测系统种类繁多

无线电监测时需构建功能齐全的监测系统，借助该系统的相关功能来完成全过程监测，及时识别与处理信号中的问题。就现阶段的监测现状来看，在监测中都建立了监测系统，但行业内的监测系统种类繁多，每个系统都有其结构特点与功能特性，监测数据格式不统一，很难达到数据的集成化、标准化。此外，监测过程中也更为关注单设备的任务完成情况，对多设备协同工作的重视度不足，导致设备之间缺乏联动，无法实现全方位监测。

2.4 干扰查找手段薄弱

当前的通信领域出现了各种信息技术，这些技术虽带来了通信领域的变革，但也加大了电磁环境的复杂性，无线电传输中存在诸多的干扰信号源，因为这些信号的产生不具有规律性，且多数情况下出现的时间较短，为排查干扰源等带来了较大的难度。因此，在无线通信技术日渐发展的今天，干扰类型增多、干扰范围也持续扩大，就需要有更为先进的抗干扰技术或者查找手段，但显然，无线电监测中存在干扰查找手段薄弱的情况，无法及时识别且处理干扰信号或者突发情况。

3 无线电监测中云计算技术的应用

3.1 应用模型

无线通信领域应用云计算辅助无线电监测，关键要构建完善的应用模型，将云计算技术应用在应用区、服务区、资源区。无线电监测的应用区中包含应用层与汇聚层，不同层对应的任务有所不同，在应用层负责任务的描述、分解、集成、调度、状态监控，而在汇聚层则需查询、发现、定位、评价和匹配[3]。服务区中主要包含虚拟服务层、服务层和服务构造层，不同部分有各自的任务，相互之间存在工作联动，如虚拟服务层要借助云计算技术来构建多个虚拟计算区域，以用户需求为前提开发虚拟化服务；服务层负责存储、计算与分析信息，并以数据信息的计算结构为基准优化网络服务模式；服务构造层要分析数据资源的特性，遵循互联网协议相关要求来制定服务改造标准。资源区仅包含物理资源层，其中包含了无线电监测中的各种资源，如计算资源、存储资源等。

模型最底层为各个区域的监测站点，监控中心给站点每个设备都分配有监测任务，进入监测模式后，每个设备均按指令执行监测任务，采集无线电信息、环境数据。用户经由终端浏览器登录服务列表，发送服务请求，由会话层验证身份、检验权限，当通过验证后用户上传数据。以云计算的理论部署，主要涉及公共云、私有云、混合云和社区云几个模块，部署层以上为不同的传输模型，如基础设施即服务、平台即服务、软件即服务，这些传输模型为云计算的重要构成，无线传输中根据监测需求可完成各自的任务，从而保障无线电监测的科学性、全面性[4]。

3.2 应用流程

无线电监测涉及了很多监测内容，在不同的监测内容下对应着不同的应用场景。监测过程中不仅有数据监测，也包含数字信号监测，当设备或系统开始监测并获得监测数据后，系统相关模块要将数据信息转换为信号形式，及时反馈给服务管理界面。

3.3 应用实践

当前的无线电监测中，云计算已经成为了不可或缺的技术，为发挥其技术优势，在具体应用时应建构三级星级网络节点，其中包含国家级节点、省级节点、地市级节点，在这些节点下收集和处理各种监测数据，由中心处理器将处理完的数据上传给决策中心的互联网、专网系统。决策中心获得监测数据后结合分析结果制定全新的监测任务，及时将任务分配情况反馈给云服务器，构成虚拟任务模式。云服务提供商在虚拟环境中承担着数字计算的职责，接受了决策中心的指令后执行相应操作。三级星级网络节点情况如下:（1）国家级，与数据中心的地位一致，负责数据备份、查询、解析任务，提供的数据访问流量最大，其中存储有监测设备采集的监测数据。出于数据安全性、网络带宽、数据处理速度等要求，国家级网络节点需配置高性能服务器，不仅要有充足的容量，也需要有极强的运算能力。（2）省级，数据访问不超过国家级节点，承担数据解析、处理、存储功能，对服务器的处理能力、网络带宽等都有严格要求，但略低于国家级服务器。（3）地市级节点，承担数据处理等任务，还需从云平台下载数据，这类型节点的硬件配置要求较低。

无线电监测中的云计算技术应用时，需构建完善的云监测系统实验平台，该平台应具备以下功能:（1）实现云监测系统环境，从硬件与软件方面来分析，硬件部分参考实际需求，由专业设计人员调研网络环境的运行特点，根据有关数据准确计算网络环境中不同工作模式下数据传输所对应的带宽，以此配置高性能路由器、交换机等设备[5]。无线电监测过程中各个阶段需要处理的数据量各有不同，在选配服务器时应考虑服务器的各方面性能、运行参数，设计对应的硬件系统模型。有关人员在搭建软件系统时可参考国内外较为成功的案例，立足自身的情况与需求构建云操作系统，并同步配备后台组件与开发工具。（2）模拟云监测系统运行，所建立的实验平台应能模拟云监测系统的运行状态，整个平台内各级服务器节点负责模拟国家监测站、省级监测站和地方监测站，每个监测站内配备有符合要求的网络设备、监测设备。（3）检验云监测系统实验平台的功能，检验内容较多，如需要检验云监测环境是否符合数据存储、服务获取的标准、不同模块之间的关联性是否达标等。

3.4 应用难点

云计算虽兼具技术与服务优势，在无线电监测中能改变原有的监测模式，进一步保障通信传输质量，但在云计算应用中也存在诸多的难点，特别是安全问题值得关注。云计算环境下为用户构建了一个虚拟服务器，在该服务器中可为用户提供存储、计算等资源，与其他用户能共享资源池中的各种内容，在利用虚拟化技术时用户的存储器等虚拟化资源，并没有固定的存储区域，也不属于某一用户，为此，当某用户用过的存储区被另一用户使用时，将存在信息泄漏风险。因此，云计算技术、云平台的这一特征决定了在无线电监测方面应重视安全问题，实现云安全。要解决云计算无线电监测平台的安全问题，主要可采取以下措施:（1）建立私有云，云平台中的网络连接采用内部专用通信网，对外来用户有访问限制，在网络安全防护中需保持内部专用通信网的安全性，采取各种网络防护技术提升专用网的可靠性。（2）内部用户为账号访问、权限授权方式，与用户访问权限有明显区别，同时在平台内还综合应用了动态口令牌、USBkey、指纹识别等技术，可保障用户账号的安全性。（3）对重要数据采取更为安全的管理方式，如有隔离存储、分片存储方式，有条件的情况下将重要数据单独存放于安全等级更高的区域或者利用云计算存储算法将数据划分为若干部分存储于多个物理地址，即使某一物理存储设备发生了数据丢失等问题，其他物理存储设备内所存储数据的安全性也不受干扰。（4）以云计算为前提构建更为完善的网络安全防护体系，提高网络安全防护系统的安全等级，使该系统有较强的运算能力、防护能力、检测能力。

3.5 应用效能

3.5.1 提高电磁环境感知能力

无线电监测方面科学引入云计算技术，可通过构建动态监测模式使管理部门掌握信号传输、电磁环境、信号处理等情况，将这些监测结果作为部门、岗位人员分配频率、设置参数的依据。此外，云计算技术支持下的无线传输中还能及时监测到干扰信号，使相关人员确定干扰信号类型，提前采取抑制措施，降低干扰源的负面影响，保障监测系统对电磁环境的感知能力。

3.5.2 提升监测数据智能化分析能力

无线电监测中不论采用哪种监测方式，都会产生庞大的数据，原有的人工监测模式下，监测效率较低，且无法获得完整、准确的监测数据，对于采集到的监测数据，也无法利用人工智能、数据挖掘等方式来处理。而云计算技术恰好可以解决这些问题，即使数据具有海量性，用户也能利用云系统、云平台的数据筛选、分析等功能处理信息，提取、识别特征信号、异常数据。因此，云计算下的无线电监测能智能化处理和分析数据。

3.5.3 增强频谱精细化管理能力

无线电监测中应用云计算技术还可进一步增强频谱精细化管理的能力，在云计算监测模式下，可保持资源、数据集成与共享，实现电磁环境监测与分析、信号与干扰源识别的一体化，高效处理监测中获得的电磁环境数据，精准控制频率使用。