Автоматизированная система радиомониторинга Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

*

2 <.ж

I -:я, '•/ ;

- ЩД|:*

Д" *

•-3 & Ж2вВ&£ с<^Ш. "411

■К

Д "' -.г^'' -* ". ■

ко;

ирович,

доктор технических наук Владимир Алексеевич, кандидат технических наук ОВСКИЙ Анатолий Маркович,

доктор технических

J

СИСТЕМА Р АРМАДА

ИОМОНИТОРИНГА

Активное развитие служб телекоммуникаций требует совершенствования методов управления радиочастотным ресурсом, к важнейшим составляющим которого относится радиомониторинг [1, 2]. В настоящее время все большее применение получают автоматизированные системы радиомониторинга (АСРМ), построенные по технологии клиент-сервер. Использование автоматизированных систем уменьшает время и повышает точность выполнения измерительных задач, освобождает обслуживающий персонал от выполнения рутинных работ, повышает производительность труда. Целью настоящей работы является рассмотрение особенностей отечественной АСРМ АРМАДА.

Назначение, структура и состав системы

Построение АСРМ АРМАДА базируется на рекомендациях Международного Союза электросвязи (МСЭ) [1 — 5]. Она имеет клиент-серверную архитектуру и широко использует web-технологии. Система предназначена для решения задач радиоконтроля (РК) на национальном, региональном, городском и районных уровнях, включая:

♦ предоставление администрации, управляющей использованием электромагнитного спектра, информации о фактическом использовании частот;

♦ измерение технических параметров излучений радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, проверка их соответствия регламентам, сертификатам и лицензиям;

♦ решение оперативных, плановых и фоновых задач радиоконтроля;

♦ обнаружение, идентификацию и локализацию на местности несанкционированных источников радиоизлучения и источников радиопомех, а также источников, запрещенных к эксплуатации;

♦ исследования в области распростра-

нения радиоволн и электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств.

Система имеет следующие основные особенности:

открытую архитектуру, возможность подключения дополнительных

Учетные данные и задания на измерение параметров, поиск помех, проверку лицензий

Автоматизированная система радиомониторинга АРМАДА

Отчеты по результатам выполнения заданий

Рис. 1. Взаимодействие между АСРМ АРМАДА и системой управления спектром

01_2012_8РТ.іпаа 43

Рис. 2. Структурная схема АСРМ АРМАДА

АРМ 1

АРМ видеостены, связи и передачи данных

Центральная БД

Сервер 1 Сервер 2 Подсистема управления

АРМ п

Резерв

/ч /ч

/ч

| Подсистема электропитания |

Рис. 3. Возможная структура центра управления

программных подсистем, блоков и модулей, в том числе разработанных сторонними производителями;

открытый унифицированный протокол управления аппаратурой РК, возможность использования оборудования сторонних производителей;

^3 иерархический принцип построения: каждый нижний уровень системы предоставляет доступ узлам вышестоящего уровня; узлами системы являются центры (пункты) управления и станции радиомониторинга;

^4 использование во всех узлах однотипного программного обеспечения — серверов РК;

^5 возможность модификации перечня и содержания задач радиоконтроля. АСРМ АРМАДА предусматривает интеграцию с произвольной системой управления радиочастотным спектром путем выполнения экспортных и импортных операций, как проиллюстрировано на рис. 1.

В состав АСРМ входят центры и пункты управления, которые организуют

работу системы. Каждый центр обслуживает соответствующий ему регион и обеспечивает согласованную работу подчиненных узлов. Количество уровней иерархии определяется назначением и масштабом системы. На рис. 2 представлена структурная схема трехуровневой системы.

Центр управления

На рис. 3 представлена возможная структура центра управления, включающая несколько технических подсистем, обязательными из которых являются следующие:

♦ управления;

♦ связи и передачи данных;

♦ электропитания.

Подсистема управления обеспечивает управление силами и средствами радиоконтроля, выполняет мониторинг текущего состояния системы, осуществляет диагностику неисправностей в случае их возникновения, постобработку результатов решения задач РК, принятие решений при возникновении нештатных ситуаций, организует обмен данными с взаимодействующими ведомствами.

В состав подсистемы управления входят автоматизированные рабочие места операторов (АРМ), комплект серверного оборудования центральной базы данных (БД). На рис. 3 показаны три сервера, два из которых объединены в кластер и используются для хранения основной БД. Третий сервер предназначен для хранения резервных копий данных системы. АРМы операторов объединены сетью беспроводного доступа.

Подсистема связи и передачи данных обеспечивает обмен данными внутри центра управления и с внешними узлами системы: измерительными и пеленгаторными станциями, а также другими центрами управления. Для голосовой связи имеются телефоны с гарнитурами, подключенные к АТС, а также радиостанции.

Среди других, менее существенных подсистем центра управления, можно указать видеостену, которая делает возможным отображение информации на большом экране, что благоприятно сказывается на качестве анализа информации и принятии адекватных решений при планиро-

13.04.2012 13:55:36

Рис. 4. Структурная схема обслуживаемой стационарной станции

вании и постановке задач радиоконтроля, проверке состояния системы, обработке и анализе результатов работы.

Станции радиомониторинга

В системе может использоваться несколько видов станций РК:

Л стационарные (фиксированные) станции в обслуживаемом и необслуживаемом исполнении;

8 подвижные (мобильные) станции; портативные (носимые) станции. Станции выступают следующими за пунктами управления уровнями иерархии системы, при этом стационарная или мобильная станция может быть совмещена с пунктом управления. Стационарные станции обычно располагаются в густонаселенных местах, крупных городах, промышленных центрах. Необходимое количество станций определяется площадью, рельефом местности, типом используемых РЭС в данном районе. Для определения координат источников любая точка контролируемой территории должна находиться в зоне действия по крайней мере двух пеленгаторных или измерительно-пеленгаторных станций. Однако при таком подходе количество стационарных станций и стоимость системы может существенно вырасти. Поэтому часто более предпочтительна структура, ког-

да стационарные станции дополнены мобильными и необслуживаемыми портативными станциями.

Мобильные станции могут быстро переместиться в район, находящийся вне зоны действия стационарных средств. Они эффективны для проведения операций радиоконтроля, когда малая мощность передатчиков, высокая направленность передающих антенн, удаленность источника радиоизлучения усложняют или делают невозможным проведение измерений стационарными средствами. Возможна одиночная работа мобильной станции по измерению параметров и локализации источников радиоизлучения [7].

Портативные станции не требуют специальных условий для размещения, включая наличие специальных помещений или автомобилей, они могут выноситься в удаленные районы, подлежащие контролю, размещаться в труднодоступных районах, например, на крышах высотных зданий. Портативные станции особенно эффективны, если требуется быстрое разворачивание дополнительных средств радиоконтроля. Рассмотрим несколько примеров построения станций [8].

Обслуживаемая стационарная станция используется для мониторинга и пеленгования РЭС в ВЧ, ОВЧ, УВЧ, СВЧ диапазонах. При этом измерение параметров сигналов и амплитудное

пеленгование осуществляются до частоты 18 ГГц (и выше при наличии соответствующего спектроанализатора), а максимальный диапазон частот автоматического пеленгования составляет

1,5 — 8000 МГц. Структурная схема станции изображена на рис. 4.

Пост 1 осуществляет обнаружение и пеленгование сигналов. Он имеет в своем составе стационарный пеленгаторе АР-ТИКУЛ-С (в базовом варианте рабочий диапазон 25 — 3000 МГц, дополняемым диапазонами 1,5 — 25 МГц и 3000 — 8000 МГц). Малый вес, простота развертывания, размещение многоканального радиоприемного устройства непосредственно в антенной системе пеленгатора, передача по кабелю снижения сигналов на промежуточной частоте или в цифровом виде позволяют использовать кабели снижения длиной до ста метров и размещать пеленгатор, например, на вышках сотовых передающих систем, как показано на фото 1.

В состав поста 2, предназначенного для измерения параметров сигналов, входит панорамный измерительный приемник АРГАМАК-ИС, имеющий в базовом варианте рабочий диапазон частот 0,009 — 3000 МГц. Приемник имеет термо- и влагозащищенный корпус, что делает возможным его размещение вне помещений в непосредственной близости (на расстоянии нескольких метров) от используемых измерительных

01_2012_8РТ.іпаа 45

Фото 1. Антенная система пеленгатора АРТИКУЛ-С на вышке

сотовой связи

антенн. В зависимости от варианта исполнения цифровой обработчик приемника может находиться в отдельном от аналоговой части корпусе или в одном корпусе с аналоговой частью. В первом варианте по кабелю снижения передается аналоговый сигнал ПЧ, во втором варианте — сигнал передается в цифровой форме. И первый, и второй варианты делают возможным применение кабеля снижения длиной до ста метров. Измерительный приемник имеет коммутируемые диапазонные входы и помимо штатной антенны — блока выносного датчика поля (БВДП) — к нему может быть подключено несколько измерительных антенн, например П6-45, П6-65, П6-23М. Если измерительные антенны закреплены на поворотном устройстве АРК-УП1, как показано на фото 2 и 3 то становится возможной смена их ориентации и поляризации. Измерительный приемник АРГАМАК-ИС обеспечивает анализ цифровых сетей GSM, UMTS, CDMA, TETRA, DECT, LTE, DVB.

Все измерительные приемники и автоматические пеленгаторы производства компании ИРКОС, входящие в состав системы, строятся на базе цифровых панорамных приемников семейства АРГАМАК. Конкретные параметры приемников зависят от варианта исполнения. В варианте исполнения «АРГА-

Фото 2. Измерительные антенны на поворотном устройстве. Вертикальная поляризация

Фото 3. Измерительные антенны на поворотном устройстве. Горизонтальная поляризация

МАК ПЛЮС» полоса пропускания приемного тракта имеет ширину до 24 МГц, а скорость панорамного спектрального анализа составляет более 10 ГГц/с, типовая избирательность по побочным каналам 80 дБ, коэффициент шума 12

— 14 дБ, динамический диапазон 75 дБ. Малые масса и габариты приемников делают возможным их размещение в непосредственной близости от антенных систем, что устраняет антенный эффект, повышает чувствительность и динамический диапазон, обеспечивает высокую точность пеленгования (для стационарных пеленгаторов типовое значение инструментальной точности 1,5°, для мобильных 2 — 4°), упрощает калибровку измерительных трактов. Пост 4 используется в качестве геоин-

формационного сервера. С его помощью отображаются информация по задачам радиоконтроля на электронной карте местности, включая местоположение источников радиоизлучения, распределение напряженности электромагнитного поля, зоны электромагнитной доступности.

Состав может дополняться постом 3, используемым, например, для регистрации контента телевизионных передач. На фото 4 показан пример антенных систем стационарной станции АРЧА-И на крыше многоэтажного здания. Необслуживаемая стационарная станция выполняет те же функции, что и обслуживаемая, но для ее работы не требуется непосредственного присутствия операторов, она управляется дистанционно по каналам связи. Оборудование имеет исполнение, не требующее служебных помещений. В состав станции входит необслуживаемые стационарный пеленгатор АР-ТИКУЛ-С (в базовом варианте 25 — 3000 МГц, дополняемым диапазонами

1,5 - 25 МГц и 3000 - 8000 МГц) и панорамный измерительный приемник АРГАМАК-ИС (в базовом варианте 25 - 3000 МГц, дополняемым диапазоном 3000 — 8000 МГц). Структурная схема необслуживаемой станции представлена на рис. 5.

Мобильная станция радиоконтроля АРГУМЕНТ-И предназначена для мониторинга, измерения параметров сигналов и пеленгования РЭС в ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах, при этом диапазон частот автоматического пеленгования составляет 1,5 — 8000 МГц, диапазон частот для измерений параметров сигналов до 18 ГГц. Возможная структурная схема мобильной станции представлена на рис. 6.

Функции постов мобильной аналогичны функциям постов стационарной станции, но мобильная станция способна выполнять задачи радиоконтроля в движении, работать вне зоны действия стационарных станций. При этом обеспечивается анализ цифровых сетей связи GSM, UMTS, CDMA, TETRA, DECT, LTE, DVB, Wi-Fi, WiMax. Для расширения диапазона мониторинга и амплитудного пеленгования в состав станции может входить спектроанализатор, например Advantest U3772, последний позволяет расширить диапазон рабочих

13.04.2012 13:55:37

Фото 4. Антенные системы обслуживаемой станции АРЧА-Ина крыше многоэтажного здания

Фото 5. Мобильная станция радиоконтроля. Антенные системы расположены под обтекателем на всю крышу автомобиля

частот до 43 ГГц.

Транспортной базой мобильной измерительной станции обычно слу-жит микроавтобус, как показано на фото 5, 6. Мобильная пеленгаторная станция АРГУМЕНТ предназначена для обнаружения, мониторинга и пеленгования РЭС в ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах. Она не имеет измерительных приемников, в ее составе имеется только портативный автоматический пеленгатор. Поэтому в качестве тран-

спортной базы достаточно использовать легковой автомобиль повышенной проходимости, как показано на фото 7. В состав станции входит мобильный (носимый) автоматический пеленгатор АРТИКУЛ-Н1 (диапазон 25

— 3000 МГц) с опцией навигации.

В состав станций входит, как правило, носимое оборудование «последней мили»: ручной радиопеленгатор АРК-РП3М (базовый рабочий диапазон частот 0,3 — 3000 МГц, опционально до 8

или 18 ГГц) или носимый измерительный комплекс АРК-НК4И (АРК-НК5И). Аппаратной базой для данной аппаратуры является цифровой панорамный измерительный приемник АРГАМАК-М и двухканальный цифровой панорамный приемник АРГАМАК-2К [8].

Ручной радиопеленгатор АРК-РП3М может управляться от портативного ноутбука с операционной системой Шіп^^мз 7 или Шіп^шб ХР, от планшетного компьютера или смартфона-ком-

Рис. 5. Структурная схема необслуживаемой стационарной станции

01_2012_8РТ.іпаа 47

Рис. 6. Структурная схема мобильной измерительной станции

муникатора с операционной системой Android. Используя беспроводной интерфейс, возможна работа непосредственно в составе АСРМ АРМАДА.

Как пример, на рис. 7 приведен вероятностный спектр сигнала CDMA, полученный от носимого пеленгатора АРК-РП3М, находящегося под управлением ПЭВМ. В полосе сигнала видна узкополосная составляющая, источник которой при наличии направленной антенны можно запеленговать и локализовать как на открытой местности, так и внутри помещений.

В состав ручного пеленгатора, помимо антенн для открытого пеленгования, могут входить антенны для скрытной работы, это особенно важно в случаях, когда привлечение внимания к работе оператора нежелательно, например, во время публичных мероприятий с большим скоплением людей.

Программное обеспечение системы

АСРМ АРМАДА представляет собой совокупность узлов, объединенных VPN-

сетью и способных к дистанционно управляемому и автономному функционированию в соответствии с поставленными задачами.

Для упрощения развертывания, сопровождения и обучения персонала в узлах АСРМ АРМАДА используется унифицированное программное обеспечение, которое имеет однотипную структуру на всех узлах системы. Отличие программного обеспечения друг от друга состоит только в объемах баз данных и возможностях по управлению. Чем выше уровень узла в системе,

Рис. 7. Вероятностный спектр CDMA на экране ПЭВМ

тем больше информации имеется в его базе данных, тем больше нижестоящих узлов ему подчиняется. Узел системы, расположенный на более высоком уровне, имеет возможность получения информации, хранящейся на подконтрольных узлах радиоконтроля, а также оперативный доступ к аппаратуре радиоконтроля. При этом для обеспечения быстрого реагирования на местные условия сохраняется возможность выпол-

нения задач радиоконтроля, инициированных на нижних уровнях иерархии, с возможностью контроля результатов их выполнения на верхнем уровне. Программное обеспечение сервера РК представлено пакетом программ СМО АРМАДА, структурная схема которого представлена на рис. 8.

Как видно из рис. 8, СМО АРМАДА состоит из следующих функциональных подсистем:

♦ хранения данных;

♦ ввода, редактирования и просмотра данных УБД;

♦ оперативного радиоконтроля;

♦ планового радиоконтроля;

♦ мониторинга состояния системы. Работа каждой из подсистем обеспечивается соответствующими программными модулями, отвечающими за ее функционирование. Поскольку система имеет открытую архитектуру, то разработка новых модулей, расширяющих функциональность системы, может осуществляться сторонними производителями программного обеспечения. Программное обеспечение системы предоставляет пользовательский интерфейс для работы в следующих режимах:

♦ администрирование;

♦ основной режим работы (оперативный и плановый режим);

♦ контроль состояния системы. Особенностью подсистем редактирования и просмотра данных УБД, планового радиоконтроля и мониторинга состояния системы является возможность выполнения функций через '№еЬ-браузер, что упрощает развертывание программного обеспечения, обеспечивает возможность удаленной работы с системой независимо от местонахожде-

Подсистема оперативного радиоконтроля

Модуль связи с аппаратурой Модуль поддержки оперативного подрежима

СМО-ЦТ СМО-ПА

Модуль связи СМО-БС йБМ

СМО-БС ТЕТКА СМО-БС CDMA

СМО-БС БЕСТ СМО-БС Wi-Fi

СМО-БС ’ММАХ СМО-БС UMTS

СМО-ПВП СМО-КН «Сталкер»

Модуль

нхропизац]

данных

Подсистема редактирования и просмотра данных УБД

Модуль экспорта/ импорта данных

Модуль

редактирования

Модуль синхронизации данных

Модуль

формирования

отчетов

Модуль

администрирования

Модуль связи

л

V

Подсистема хранения данных

СУБД Рсиі§гс$С)І.

Модуль

резервирования

Л

Подсистема мониторинга состояния системы

Модуль мониторинга сети Модуль мониторинга задач

Модуль картографии Модуль связи

Подсистема планового радиоконтроля

Модуль постановки заданий РКП Модуль связи с аппаратурой

Модуль картографии Модуль экспорта/ импорта данных

Модуль синхронизации данных Модуль редактирования данных

Модуль контроля времени Модуль связи

Рис. 8. Программные подсистемы СМО АРМАДА

ния оператора и используемои им программной и аппаратной платформы.

Использование оборудования других производителей

Типовой проблемой, препятствующей созданию масштабной территориально-распределенной автоматизированной системы радиоконтроля, является использование радиочастотной службой оборудования разных производителей, которое не только различается по своим техническим и метрологическим характеристикам, но и имеет различные протоколы управления. Программное обеспечение, поставляемое производителем аппаратуры, как правило, позволяет решать задачи радиоконтроля применительно только к «своему» виду оборудования. Однако в радиочастотных службах в настоящее время имеется парк вполне работоспособных приборов, приобретенных у различных производителей, следовательно, необходима интеграция разнотипных средств измерений в структуре автоматизированной системы. Кроме того, подобная интеграция дает возможность использования сильных сторон той или иной аппаратуры, снижает опасность монополизма конкретного производителя.

В АСРМ АРМАДА для интеграции разнотипной аппаратуры реализован метод, основанный на разделении процессов работы с аппаратурой и с БД радиоконтроля [7]. Работой аппаратуры управляет специальное программное обеспечение — драйвер аппаратуры, а взаимодействие с БД осуществляет другое программное обеспечение — модуль связи с аппаратурой. При этом, учитывая территориально распределенный характер системы, модуль связи с аппаратурой передает запросы в драйвер аппаратуры и получает результаты измерения по открытому унифицированному сетевому протоколу. Производитель драйвера аппаратуры обеспечивает работу своего модуля по этому протоколу, который не привязан непосредственно к структуре БД, а зависит только от измерительных задач. По сути, драйвер аппаратуры в этом случае исполняет роль конвертора команд, переводящего запросы модуля связи во внутренние команды обмена с аппаратурой по протоколу производителя.

Открытый унифицированный протокол имеет формат записей, который позволяет варьировать длину команды в зависимости от ее содержимого. В зависимости от кода команды байты данных могут содержать как непосредственно данные (к примеру, уровень сигнала), так и вложенные (подчиненные) записи. Заголовок команды однозначно определяет длину команды, соответственно последовательность команд может быть просмотрена любой версией драйвера аппаратуры с игнорированием неизвестных параметров. Это позволяет не модифицировать драйвер уже используемой конкретной аппаратуры, даже если в протокол будут внесены дополнительные команды.

Метрологическое обеспечение системы

Измерительные средства производства ЗАО «ИРКОС», используемые в системе, имеют государственные сертификаты Российской Федерации на тип средства измерений. Измерения соответствуют рекомендациям ГТи-Я SM.328, ГШ-Я SM.377, ГШ-Я SM.378, ГШ-Я SM.443, ГШ-Я SM 1268, ГШ-Я SM.182, ГТи-Я SM.1536, ГШ-Я SM.1793, государственным стандартам Российской Федерации ГОСТ Р 52536-2006, ГОСТ Р 53373-2009.

В число типовых измерений входят: пиковое, квазипиковое, среднеквадратическое и среднее значения напряженности поля и плотности потока мощности;

12 частота радиоизлучений (смодулированных сигналов, сигналов с аналоговой амплитудной и частотной модуляцией, сигналов с цифровыми видами модуляции);

13 ширина полосы радиосигналов по методам X дБ и р/2;

14 коэффициент амплитудной модуляции;

^5 девиация частоты сигналов с частотной модуляцией;

^6 разнос частот сигналов с частотной манипуляцией;

/7 скорость модуляции сигналов с цифровыми видами модуляции;

^8 частота поднесущей для стереофонического радиовещания с ЧМ;

занятость частотных каналов. Аттестованная методика измерений регламентирует выполнение измерений на основе унифицированного протокола управления аппаратурой радиоконтроля с удаленным управлением по сети с протоколом TCP/IP.

Заключение

АСРМ АРМАДА построена на основе рекомендаций МСЭ и имеет особенности, упрощающие ее использование: открытую архитектуру с

возможностью расширения функциональности, поддержку измерительной аппаратуры разных производителей, гибкую систему формирования содержания задач радиоконтроля, возможность интеграции с автоматизированной системой управления спектром ■

Литература

1. Справочник по управлению использованием спектра на национальном уровне. МСЭ 2005. — Женева, 2005. — 329 с.

2. Справочник по компьютерным технологиям управления использованием радиочастотного спектра. МСЭ 2005, — 160 с.

3. Handbook SPECTRUM MONITORING. ITU Radiocommunication Bureau. Edition 2010. — Geneva, 2011. — 678 p.

4. RECOMMENDATION ITU-R SM.1537. Automation and integration of spectrum monitoring systems with automated spectrum management.

5. RECOMMENDATION ITU-R SM.1370. Design guidelines for developing advanced automated spectrum management systems.

6. RECOMMENDATION ITU-R SM.1139. International monitoring system.

7. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства/ Под редакцией А.М. Рембовского. — Изд. 2. — М: Горячая линия — Телеком, 2010. — 624 с.

8. Каталог компании ИРКОС, 2012.

II

I

13.04.2012 13:55:37