陳自衛(wèi)

（75731部隊 深圳 518000）

1 引言

電磁頻譜資源如同土地、礦產(chǎn)、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(shù)和經(jīng)濟手段，制定電磁頻譜管理政策、制度，劃分、規(guī)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(jiān)督、檢查、協(xié)調(diào)、處理等活動［1］。

未來信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)，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(chǎn)品充滿整個戰(zhàn)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(tǒng)的使用效果，還可能受到敵方電子系統(tǒng)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(guān)系到作戰(zhàn)指揮是否順暢、武器效能能否正常發(fā)揮，并最終決定作戰(zhàn)的成敗，對奪取戰(zhàn)爭的勝利具有十分重要作用。研究開發(fā)“以監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以計算機處理為管理手段，以信息網(wǎng)格為體系結(jié)構(gòu)”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(lián)合作戰(zhàn)的重要保證。

作為下一代Internet的關(guān)鍵技術(shù)——信息網(wǎng)格技術(shù)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(qū)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(qū)域?qū)︻l率的動態(tài)分配問題等，因此本論文運用信息網(wǎng)格理論對建立電磁頻譜資源管理新的體系結(jié)構(gòu)進行探討。

2 信息網(wǎng)格

信息網(wǎng)格是要利用現(xiàn)有的網(wǎng)路平臺，為用戶提供一體化的智能信息平臺，其目標是創(chuàng)建一種架構(gòu)在操作系統(tǒng)和Web之上的基于網(wǎng)絡(luò)的新一代信息平臺和軟件基礎(chǔ)設(shè)施［3］。信息網(wǎng)格可以對數(shù)據(jù)庫和存儲系統(tǒng)進行訪問，并且它支持共享數(shù)據(jù)以用于處理和大規(guī)模的協(xié)作。其網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般分為四個層次：資源層、中間件層、工具環(huán)境層和應用層［4］。其中網(wǎng)格資源是構(gòu)成網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)格中間件是指一系列協(xié)議和服務軟件。工具環(huán)境網(wǎng)格提供良好的應用開發(fā)環(huán)境。網(wǎng)格應用是對用戶需求的實現(xiàn)，是對各種應用軟件的設(shè)計。

圖1 網(wǎng)格系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

由于信息化條件下作戰(zhàn)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(tǒng)和資源的復雜管理問題，同時還存在一些數(shù)據(jù)訪問、集成、安全和保護等問題。為此，運用網(wǎng)格技術(shù)來研究電磁頻譜的資源管理，將整個范圍分成若干區(qū)域節(jié)點，用信息網(wǎng)格的概念對各區(qū)域節(jié)點的頻譜資源進行管理并參與整個范圍的資源管理與調(diào)配。

3 電磁頻譜資源管理的主要內(nèi)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(shè)備發(fā)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(yè)務的正常進行，又要防止我方電子攻擊對己方無線電設(shè)備產(chǎn)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(zhàn)場電磁頻譜資源的基礎(chǔ)上，進行全面地作戰(zhàn)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(nèi)容如圖2所示。主要包括以下三部分。

1）及時掌握戰(zhàn)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(qū)域節(jié)點的頻譜資源情況，科學分析區(qū)域節(jié)點中敵、我和自然條件構(gòu)成的復雜電磁環(huán)境，這也是進行電磁頻譜資源有效管理計劃的基礎(chǔ)。這里提出的電磁頻譜資源情況是由若干子系統(tǒng)完成的，通常包括掌握自然電磁環(huán)境子系統(tǒng)、掌握軍用用頻裝備設(shè)備子系統(tǒng)、掌握民用用頻設(shè)備子系統(tǒng)、掌握電磁頻譜管理力量子系統(tǒng)等。

圖2 電磁頻譜主要管理內(nèi)容

2）全面分析作戰(zhàn)用頻需求

分析作戰(zhàn)用頻需求，必須根據(jù)作戰(zhàn)規(guī)模、參戰(zhàn)部隊用頻裝備（網(wǎng)系）數(shù)量和性能，以及作戰(zhàn)部署和戰(zhàn)場態(tài)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(shè)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(zhàn)預案，對作戰(zhàn)對手、主要行動、區(qū)域、空域等情況做到心中有數(shù)，并根據(jù)作戰(zhàn)任務的輕重緩急，綜合分析作戰(zhàn)頻譜使用需要，擬定作戰(zhàn)用頻需求表，主要明確參戰(zhàn)部隊用頻裝備使用頻率和禁用、保護、監(jiān)護頻率等。

3）科學分配頻譜資源

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

（1）在區(qū)分頻段和工作頻率時，要做到統(tǒng)籌規(guī)劃，嚴防同頻干擾、鄰頻干擾和互調(diào)干擾；

（2）要考慮不同設(shè)備在不同條件下使用不同頻率所產(chǎn)生的通信效果，應明確區(qū)分不同種類的業(yè)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(shè)備都能發(fā)揮其最大效能，滿足作戰(zhàn)指揮的需要；

（3）隨著作戰(zhàn)進程的推進，部隊擔負作戰(zhàn)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(zhàn)場電磁頻譜的分配應在統(tǒng)一計劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)階段、作戰(zhàn)區(qū)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(wǎng)格的電磁頻譜資源管理

基于信息網(wǎng)格的電磁頻譜資源管理區(qū)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(tǒng)采用了基于信息網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)，二是在新的體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)

用信息網(wǎng)格來研究問題，首先要將整個區(qū)域劃分成若干區(qū)域節(jié)點，每個區(qū)域節(jié)點對各自區(qū)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(qū)域節(jié)點的電磁頻譜數(shù)據(jù)庫信息，形成統(tǒng)一的共享信息，不僅不會產(chǎn)生電磁頻譜分配與使用上的沖突，而且分成多個區(qū)域節(jié)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(wǎng)格技術(shù)將一個區(qū)域節(jié)點分為應用層，服務層和資源層，基于信息網(wǎng)格的電磁頻譜資源管理的系統(tǒng)中的一個區(qū)域節(jié)點的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1）應用層的設(shè)計

該層主要實現(xiàn)信息網(wǎng)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(wǎng)格與用戶在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的交互及遠程訪問網(wǎng)格節(jié)點的要求。構(gòu)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(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建電磁頻譜資源管理信息網(wǎng)格，最終用戶通過網(wǎng)格門戶或應用系統(tǒng)訪問所需分布式異構(gòu)資源，實現(xiàn)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(shè)計

服務層位于信息網(wǎng)格的核心位置，主要實現(xiàn)網(wǎng)格內(nèi)資源管理功能。基于信息網(wǎng)格的電磁頻譜資源管理系統(tǒng)模型包括頻譜登記、頻譜搜索、頻譜顯示、各區(qū)域節(jié)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(shè)計

資源層由電磁頻譜數(shù)據(jù)庫、電磁頻譜探測網(wǎng)、電磁頻譜監(jiān)測網(wǎng)等模塊組成，每一個模塊負責進行相應頻譜資源的監(jiān)測，對各自的管轄內(nèi)容進行管理和控制。并將頻譜資源監(jiān)測結(jié)果上傳給服務層中的頻譜管理模塊，并執(zhí)行由頻譜分配模塊發(fā)過來的命令［8］。

4.2 資源管理的工作流程

基于信息網(wǎng)格的電磁頻譜資源管理是由各級用戶、頻管力量、區(qū)域節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，區(qū)別于傳統(tǒng)的授權(quán)網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的靜態(tài)頻率分配與指配方式不適用具有此功能的網(wǎng)絡(luò)。這是因為由于電磁環(huán)境不斷變化各區(qū)域節(jié)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(fā)生改變［9］。

各區(qū)域節(jié)點根據(jù)探測、監(jiān)測的結(jié)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(jù)一定的規(guī)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(qū)域節(jié)點開機及初始化。向系統(tǒng)注冊并開始檢測節(jié)點區(qū)域內(nèi)的電磁情況；同時還要通過信息網(wǎng)格掌握當前系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)上報，并按當前的節(jié)點區(qū)域內(nèi)的頻譜使用需要進行分配，分配后將其在網(wǎng)絡(luò)中進行顯示。

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

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

5）節(jié)點的使命完成，自動退出系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)。

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

圖4 區(qū)域節(jié)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(jié)點可以根據(jù)任務需要隨時隨地地登錄和注銷系統(tǒng)，不對整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何影響，實現(xiàn)了“即插即用”；

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

3）網(wǎng)格是由多用途協(xié)議和接口來構(gòu)建的，該協(xié)議將能解決諸如鑒別、授權(quán)、資源發(fā)現(xiàn)和資源訪問等一些基本問題；

4）信息網(wǎng)格的信息共享，為整個系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的管理與實現(xiàn)提供了重要保證。

5 結(jié)語

隨著我國信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我軍武器裝備信息化和信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化進程不斷加快，各類軍、民用電子設(shè)備的大量涌現(xiàn)，對戰(zhàn)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)、細化各級系統(tǒng)設(shè)計、提高系統(tǒng)的智能化等，從而進一步提高我軍電磁頻譜資源管理能力。

［1］廖曉光，沈樹章，田效寧，等.軍事無線電管理概論［M］.北京：解放軍出版社，2003.

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［5］陳自衛(wèi).復雜電磁環(huán)境下戰(zhàn)區(qū)防衛(wèi)作戰(zhàn)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(wèi)，陳華東.基于 MAS的分布式戰(zhàn)場電磁頻譜管理系統(tǒng)研究［J］.兵工自動化，2009，28（5）：35－37.

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