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當前，現代通信技術發(fā)展迅猛，各類無線電臺站的設置和使用數量迅速增加，這給各級無線電管理機構帶來了很大壓力。為了能夠對無線電臺站特別是固定類型無線電臺站實施及時、有效的管理，本文提出了利用中國移動公司的GPRS通信系統進行實時管理的方法。
一般情況下，固定類型無線電臺站管理的重點項目包括：無線電發(fā)射設備的功率、頻率、坐標（經緯度）、天線高度、鄰道功率、雜散功率等。傳統的管理方法是，在收到用戶設臺申請后，無線電管理部門進行設備檢測、電磁環(huán)境監(jiān)測、頻率指配，然后辦理審批設臺手續(xù)。之后，無線電管理部門不定時對該頻率進行監(jiān)測，每隔三年或五年對設備進行核查。核查的手段往往是手工操作，較為先進的方法是二維條形碼或RFID半自動化模式。因此，無線電管理部門的工作量很大，效率較低，后期管理成本高。為了加強后期監(jiān)督、實現實時管理，筆者認為可采用GPRS網絡的實時臺站管理監(jiān)控系統。
1 系統組成
GPRS實時臺站管理監(jiān)控系統框圖見圖1。
圖1 GPRS實時臺站管理監(jiān)控系統
1.1 GPRS控制終端
安裝在固定電臺上的遠程GPRS控制終端（以下簡稱終端），通過信號采集模塊采集數據，經壓縮、加密后通過GPRS數傳模塊對數據進行處理和協議封裝，然后發(fā)送到GSM網絡。
終端的主要功能包括：
（1）信號采集：主要通過電流傳感器對電臺使用的交流（或直流）電實時檢測，判斷是否按照核準功率正常運行。
（2）GPRS實時通信：
＊ 實現與控制中心的數據通信功能。
＊ 獲取與本模塊通信的基站ID數據，以確定一定精度的位置信息。
（3）控制模塊：實現對固定臺站電源的開啟和關閉操作等。
（4）中央處理和分析：
＊ 通過對信號采集模塊的數據分析，實現固定臺站的占用度統計和位置信息的記錄。
＊ 對GPRS實時通信模塊的操作。
＊ 對控制模塊的操作。
＊ 固定臺站的參數記錄、身份標志、數據加密（銀行級安全級別）等。
＊ 與控制中心數據交換。
＊ 在線升級固件，隨時實現功能升級。
＊ 遭遇非法操作的自毀功能等。
＊ 其他擴展功能。
1.2 監(jiān)控中心
服務器申請配置固定IP地址，和中國移動通信公司之間通過DDN (Digital Data Network數字數據網絡)專線與GPRS網絡相連。監(jiān)控中心RADIUS服務器接受GPRS網絡傳來的數據，并對其進行3A認證，傳送到監(jiān)控中心服務器，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。
＊DDN專線：連接到中國移動通信公司，通過GPRS網絡實現與終端的通信功能。
＊RADIUS服務器：對接收到GPRS傳來的數據進行AAA認證，傳送到監(jiān)控中心的應用服務器。
＊應用服務器：以數據庫方式存儲固定無線電臺站的位置、功率、頻率以及歷史占用度等各類信息；通過對終端返回的信息和數據庫的數據進行綜合分析，以確認固定無線電臺的位置、功率等參數是否按照核準要求運行，進而實施遠程監(jiān)督管理和控制。
1.3 GPRS/GSM移動數據傳輸網絡
現場終端采集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊，可以對數據進行編解碼處理，轉換成Internet網絡的數據傳送格式，通過中國移動通信公司的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心。
2 系統方案
各終端使用GPRS透明數據傳輸模塊，通過GPRS網絡與監(jiān)控中心相連。各終端使用中國移動通信公司統一的STK卡，監(jiān)控中心同時對各點進行登記，保存相關資料以便于管理。各終端運行監(jiān)控系統軟件，支持不間斷實時在線，實現信息采集和傳送。
2.1 安全措施
由于實時臺站管理監(jiān)控系統的特殊性，本系統需要較高的系統安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意或無意破環(huán)，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定性要求系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統運行也不能中斷。
一般而言，監(jiān)控中心與終端的通信方式可分為以下三種：
（1）VPN網絡接入
可通過Internet使用VPN（Virtual Private Network虛擬專用網)接入到移動GPRS網。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過RADIUS服務器的認證，整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。VPN方式成本比較低。
（2）APN網絡接入
監(jiān)控中心也可以采用APN方式接入，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種方式成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
（3）APN+VPN混合方式
對安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上加VPN網絡的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。
＊VPN虛擬專網模式：管理機構內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業(yè)內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
＊利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，終端與數據中心采用中國移動分配的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專用APN。
＊對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
＊數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。
＊網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡權限和安全防范功能，保障系統安全。
＊利用終端設備提供的端到端加密算法，對原始數據進行加密處理，增加數據安全性。
3 可行性分析
3.1 需求分析
近年來無線通信事業(yè)迅猛發(fā)展，無線電固定臺站大量設立，而無線電管理機構的人員和設施配備相對落后，面對大量的已設臺站缺乏實時有效的監(jiān)督手段，每三年至五年一次的核查工作往往耗費大量的人力、物力，但效果依然不理想，特別是在遇到突發(fā)事件或緊急情況時，管理機構對電臺的實時控制能力更是缺乏。
基于這種情況，GPRS實時臺站監(jiān)控系統的需求較大。
3.2 成本分析
（1）硬件成本
＊ 終端
終端主要包括了信號采集模塊、GPRS實時通信模塊、控制模塊、中央處理以及分析模塊。目前其價格如表1所示。
表1 終端各模塊價格
由表1可知，一個終端硬件成本約700元，不包含開發(fā)商的利潤和運維成本。
＊ 監(jiān)控中心
監(jiān)控中心的硬件主要包括網絡和服務器，根據應用規(guī)模可以配備20萬元～50萬元的設備。各級無線電管理機構一般有自己的監(jiān)測系統和信息系統，因此可以把監(jiān)控中心與原有的信息系統數據庫合并使用。
（2）軟件成本
終端的軟件部分主要涉及中央處理和分析模塊中的單片機軟件的開發(fā)，其規(guī)模在Mbytes之內。
監(jiān)控中心的軟件需要滿足基于B/S模式的查詢統計功能，能夠融合到（或充分利用）原有的臺站數據庫系統，其規(guī)模相對較大，且涉及原有系統的數據結構等方面。
（3）運行成本
＊ 功耗
終端待機功耗約為0.2W～0.5W，保持在線狀態(tài)時1W～3W，一年的耗能為1×24×365<9kW，費用小于5元。
＊ 通信費用（每個終端）
GPRS通信費按照信息量每k字節(jié)0.01元，按目前的控制信息量分析，終端每次上傳和下載的數據在1k字節(jié)左右，每天傳送次數不超過10次，這樣每天的通信費大概在0.2元以內，一年的費用不超過60元。此外，按照集團用戶方式計費將更加便宜。
＊通信費用（DDN 128kbit/s專線）：租賃費用每年約6000元。
＊系統運行維護費用等。
3.3 方案特點
中國移動公司GPRS系統可提供全面覆蓋的無線IP連接。在其GPRS業(yè)務平臺上構建無線電臺站管理監(jiān)控系統可充分利用現有網絡，建設周期短，建設成本低，而且設備安裝方便、維護簡單。
GPRS無線電臺站管理監(jiān)控系統具備如下特點：
（1）可靠性高
GPRS采用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失現象，保證數據可靠傳輸。監(jiān)控中心可以與多個監(jiān)測點同時進行數據傳輸。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能。
（2）實時性強
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監(jiān)測數據中心可以在多個監(jiān)測點之間快速、實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30kbit/s左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10kbit/s）的要求。
(3)監(jiān)控范圍廣
GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，并且擴容升級和接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。無線電臺數量眾多且地理位置分散，部分位于偏僻地區(qū)，因此，GPRS網絡是實時監(jiān)測系統的理想選擇。
（4）系統建設成本低
由于采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，只需安裝設備即可，建設成本低，也免去了網絡維護費用。
（5）系統運營成本低
采用GPRS公網通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去了昂貴的漫游費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分～3分/1k字節(jié))，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。
（6）可對終端臺站進行控制
通過GPRS數據監(jiān)控中心，可實現對現場臺站的遠程控制，例如：遠程開關控制、遠程復位控制、狀態(tài)查詢、參數配置以及遠程固件升級等。
（7）傳輸擴容性能好
由于終端數量眾多，系統要求能滿足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監(jiān)控中心可支持幾千個終端的通信接入。
（8）傳輸功耗小
終端與數據中心的距離與其通信功率沒有關聯，GPRS傳輸設備在工作時只需與附近的移動基站通信即可，其整體功耗僅為0.2W左右。因此GPRS傳輸方式更節(jié)約能耗，符合國家提倡的節(jié)能要求。
（9）安全性有待加強
由于該平臺建立在Internet環(huán)境下，對系統和數據保障而言，實時監(jiān)測系統的安全性成為必須解決的首要問題。在解決該問題的同時也增加了軟硬件成本和傳輸開銷。
4 總結
上述系統方案設計過程中主要考慮了方案的經濟性，其不足處是定位精度等比較低。目前全球衛(wèi)星定位系統發(fā)展很快，其接收系統整體成本在迅速降低，如果能將定位系統集成到該系統中，則可顯著提高定位和計時精度。
綜上所述，基于GPRS的臺站管理系統對固定臺站具有相當強的監(jiān)督和控制能力，然而，涉及到系統開發(fā)還有很多細節(jié)和環(huán)節(jié)需進一步深入調研和摸索。目前所設想的系統還只能實現監(jiān)控臺站的開關、檢測發(fā)射功率、記錄占用度和核對相對位置功能，對其他參數的監(jiān)控能力還不夠，需要進一步研究和分析。
目前電力、環(huán)保、水利、人防等各行業(yè)對GPRS系統的開發(fā)利用都有成功的案例，GPRS實時臺站管理監(jiān)控系統是可以實現，并值得開發(fā)推廣的具有良好經濟和社會效益的系統。
作者：
常州市無線電管理監(jiān)測站 裴士青
常州市新北區(qū)人防工程建設管理處 方方
