一种分布式的无线电监测网络及监测方法
【专利摘要】一种分布式的无线电监测网络，包括小型化接收机模块集群、管理站、客户端和网络连接设备，所述小型化接收机模块集群用于信号感知，所述管理站用于网络管理，所述客户端用于执行监测任务。所述监测网络基于TCP/IP协议族实现通信，所述客户端和接收机采用TCP协议传送指令和数据，所述管理站采用UDP协议和多播搜索接收机。本发明采用分布式的监测网络，使得接收机在地理位置上能够更靠近信号发射源，这样减小了信号在被接收之前发生反射的可能性，监测设备也不再需要很高的性能，降低了成本。
【专利说明】一种分布式的无线电监测网络及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线电监测领域，具体是一种分布式的无线电监测网络及监测方法。
【背景技术】
[0002]为了保证无线通信的电磁环境不受干扰和破坏，需要对空间中传播的无线电信号进行监测。一般而言，监测站点是一个由接收天线、接收机、工控机和监测软件组成的监测系统，采用固定本振或扫频的方式对特定频段的电磁信号进行持续观测，一旦发现非法和干扰信号，即使用由测向天线和测向仪器组成的测向系统对信号进行测向和定位，找出非法电台或发射源。
[0003]目前一般采用固定站加移动站的监测方式。固定站监测范围广，设备精度高，造价昂贵，通常还搭配专用测向设备。固定站全天候的对目标区域电磁环境进行监测，一旦发现可疑信号，可通过测向设备确定信号源的大体位置。移动站顾名思义，是可移动的监测站，可以是一辆装载监测设备的特制机动车辆，也可以是携带手持式仪器的专业人员。移动站用于在干扰源所处大致区域内进一步锁定干扰源的准确位置。
[0004]无线电监测目前正面临以下问题:现代化的大城市已是高楼林立，造成信号的多径和反射效应明显，监测站无法对信号进行定位；每个监测站自成系统，站与站之间缺乏数据共享，成为“信息孤岛”，无法为管理和决策提供有效的数据支撑。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是针对目前无线电监测面临的问题，提供了一种分布式的无线电监测网络及监测方法。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]—种分布式的无线电监测网络，由小型化接收机模块集群、管理站、客户端和网络互连设备组成，所述监测网络基于TCP/IP协议族实现通信，所述客户端和接收机采用TCP协议传送指令和数据，所述管理站采用UDP协议和多播来搜索接收机。
[0008]优选地，所述小型化接收机模块集群由若干小型化接收机组成。
[0009]优选地，所述小型化接收机采用基于ARM Cortex_A8核的片上系统,使用WindowsEmbedded Compact 7 操作系统。
[0010]优选地，小型化接收机的网络通信模块采用了基于Windows消息的异步传输方法。
[0011]优选地，所述小型化接收机的网络通信模块分为TCP通信单元和UDP通信单元两部分。
[0012]优选地，所述TCP通信单元由监听器、控制通道和数据通道组成。
[0013]优选地，所述UDP通信单元由多播组成员和UDP回送器组成。
[0014]一种分布式的无线电监测方法，包括:
[0015]客户端运行监测应用软件；
[0016]管理站运行网络管理服务例程；
[0017]客户端访问管理站获取监测网络内接收机信息；
[0018]客户端与相应的接收机直接建立TCP连接，通过控制通道发送指令，控制接收机执行特定的测量任务，并通过数据通道获取测量结果。
[0019]优选地，所述管理站通过发现表和任务表为客户端提供网络管理服务和接收机别名服务。
[0020]优选地，本发明为所述客户端提供了动态链接库形式的应用程序编程接口，该库对程控指令进行了封装，采用基于重叠模型的异步传输方法。
[0021]本发明的有益效果是:本发明采用分布式的监测网络，使得接收机在地理位置上能够更靠近信号发射源。这样就减小了信号在被接收之前发生反射的可能性，监测设备也不再需要很高的性能，降低了成本；该网络内的测量数据全部汇集到中心节点进行数据比对融合，实现了信息共享，使得无线电监测更加精细与智慧。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为监测网络框图；
[0023]图2为指令的帧格式；
[0024]图3为基于多播的接收机发现方法。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步说明:
[0026]专用名词介绍:
[0027]TCP/IP:传输控制协议/网际协议，UDP协议:用户数据报协议。
[0028]如图1所示，一种分布式的无线电监测网络，由小型化接收机模块集群、管理站、客户端和网络互连设备组成，所述监测网络基于TCP/IP协议族实现通信，所述客户端和接收机采用TCP协议传送指令和数据，所述管理站采用UDP协议和多播来搜索接收机，所有的指令使用如图2所示的帧格式。其中，起始符是“EI41”的4字节ASCII码，代表帧的开始；命令段为16字节的ASCII码，代表不同的控制指令；顺序号为4字节的无符号整数，代表当前帧的序号；数据段分为三部分，开始的4字节无符号整数代表数据长度，随后I字节代表数据类型，剩余部分是数据；结束符是“\0\0”的2字节ASCII码。
[0029]所述小型化接收机模块集群由若干小型化接收机组成，所述小型化接收机采用基于ARM Cortex-A8核的片上系统，该片上系统的CPU主频达800MHz，具有百兆LAN网口，非常适用于作为频谱监测的高速数据传输，接收机采用Windows Embedded Compact 7操作系统，具备功能丰富的Windows Socket 2编程接口，支持多种同步和异步的传输模型,并支持多播。
[0030]小型化接收机的网络通信模块采用了基于Windows消息的异步传输方法，该方法借助Windows窗口的消息通知机制，通过主线程的消息分发对数据的网络传输过程进行控制。
[0031]所述小型化接收机的网络通信模块分为TCP通信单元和UDP通信单元两部分。所述TCP通信单元由监听器、控制通道和数据通道组成，监听器对8080端口进行监听，有连接请求到来后建立控制或数据通道；控制通道用于接收远程主机的控制命令，并回传响应结果；数据通道总是隶属于某一控制通道，专门用于向远程主机发送测量数据。接收机只开放8080端口，因此只有一个监听器，但可以有多个控制通道，可同时响应多个远程主机的控制；一个控制通道也可以拥有多个数据通道，可同时向同一台远程主机传输不同类型的测量数据。所述UDP通信单元由多播组成员和UDP回送器组成，多播组成员使得接收机可以加入多播组，接收管理站发往多播组的搜索指令，UDP回送器基于UDP协议向管理站回送响应，让管理站得知该接收机的存在。
[0032]一种分布式的无线电监测方法，包括:
[0033]客户端运行监测应用软件。
[0034]管理站运行网络管理服务例程。
[0035]客户端访问管理站获取监测网络内接收机信息，客户端与相应的接收机直接建立TCP连接，通过命令通道发送指令，控制接收机执行特定的测量任务，并通过数据通道获取测量结果。
[0036]管理站的主要作用是管理监测网络，发现网络内的接收机，为客户端提供网络管理服务和接收机别名服务。管理站的服务例程是由.net开发的Windows服务，可以运行于现在主流的微软桌面操作系统如XP或Win7。
[0037]如图3所示，管理站通过基于多播和UDP协议发现网络内的接收机，管理站每隔120秒就向多播组发送一条搜索指令，多播组中的接收机成员在收到搜索指令后，会向该管理站的4041端口发送包含接收机信息的UDP数据报。多播功能比广播功能更加强大,能够跨越路由器发现局域网之外的主机，因而使得监测网络可以扩展到多个局域网，甚至可以借助VPN在Internet上构建监测网络。
[0038]管理站拥有发现表和任务表两个数据表格，其中发现表记录目前网络内发现的所有接收机信息，这些信息由接收机回传的UDP数据报解析获得；任务表记录当前测试任务中的接收机别名和IP的对应关系，任务表由客户端负责管理，客户端可通过向管理站发送程控指令来增删和更名任务表中的接收机。为客户端提供别名服务的功能类似域名服务器，利用该服务，客户端可以使用一个易于理解的名字来访问接收机，接收机的IP和主机名对客户端是透明的。
[0039]接收机在加电初始化时，首先创建一个绑定于4040端口的UDP套接字，然后让该套接字加入一个多播组。当管理站往该多播组发送搜索指令时，所有的多播组成员都可以收到该指令，并且同时可得到管理站主机的IP地址，接收机于是通过UDP回送器将自己的网络信息和状态信息以数据报的形式发送回管理站，如此管理站就知道了所有属于这个多播组的接收机的网络位置和状态。
[0040]对每一个接收机而言，它相当于一个服务器，并不对客户端和管理站这两种远程主机加以区分，任何主机只要按照格式要求往接收机发送指令，都可以得到响应。在实际中，管理站的服务例程和客户端监测软件有时会运行在同一台PC中，此时尽管IP地址只有一个，但端口是不同的，这并不会对接收机的程控和数据传输造成任何影响。
[0041 ] 本发明为所述客户端提供了动态链接库形式的应用程序编程接口，该库对程控指令进行了封装。为开发者提供最基本的管理和测量功能，主要分为网络管理、接收机管理、频域测量、时域测量四部分，在该库的基础上开发者可以只专注于自己的业务领域而不必花费精力考虑这些基本功能的实现细节，从而快速开发专用的监测软件。下面对API函数库实现的关键点进行说明。
[0042]由于不能过多假设客户端的运行环境，所以客户端的库函数应尽可能的高效。基于此客户端的网络模型选用了基于重叠模型的异步传输方法。在该方法下，数据可直接在用户缓冲区与远程主机通信，不再经过系统缓冲区，由此减少了分层带来的数据复制的开销。
[0043]客户端在组建临时监测子网络时，向管理站的8080端口发送“发现”指令，管理站就会把发现表的内容发送给客户端，客户端可以从中挑选某个接收机，然后以该接收机的IP和别名为参数，再次向管理站的8080端口发送“添加”指令，管理站就会在任务表中添加一行，记录该接收机别名与IP的映射关系。同理，客户端也可以用接收机的别名为参数发送“删除”指令，让管理站把接收机从任务表中删除。
[0044]客户端在发起测量任务时，首先以接收机别名为参数，向管理站查询到接收机的IP地址，然后就尝试与该IP的8080端口建立TCP连接。此时接收机收到连接请求，为该请求创建一个控制通道，调用Acc印t()函数与客户端建立起连接。这样客户端就可以向接收机发送配置测量参数的控制指令了。
[0045]当配置完测量参数，客户端应该可以让接收机启动测量，接收测量数据了。但由于监测数据的数据量较大，并且持续时间较长，为了数据传输期间仍可以接收指令，就需要为传输数据建立另外一条逻辑上独立的数据通道。为了建立数据通道，客户端先通过控制通道向接收机发送一条“端口 ”指令，该指令携带一个端口号信息，意在通知接收机将要建立的数据通道的端口号。接收机在收到这条指令后，就创建一条准数据通道，并设置其归属于控制通道，然后向客户端发送应答，客户端在收到应答之后，就尝试以该端口与接收机的8080端口建立TCP连接。接收机收到连接请求后，可通过IP和端口信息找到与之对应的准数据通道，调用Accept O函数为准数据通道打开通路。这样接收机就可以通过该数据通道向客户端发送数据了。
[0046]当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种分布式的无线电监测网络，其特征是，包括小型化接收机模块集群、管理站、客户端和网络互连设备，所述监测网络基于TCP/IP协议族实现通信，所述客户端和接收机采用TCP协议传送指令和数据，所述管理站采用UDP协议和多播来搜索接收机。
2.如权利要求1所述的一种分布式的无线电监测网络，其特征是，所述小型化接收机模块集群由若干小型化接收机组成。
3.如权利要求2所述的一种分布式的无线电监测网络，其特征是，所述小型化接收机采用基于ARM Cortex_A8核的片上系统,使用Windows Embedded Compact7操作系统。
4.如权利要求2所述的一种分布式的无线电监测网络，其特征是，小型化接收机的网络通信模块采用了基于Windows消息的异步传输方法。
5.如权利要求2所述的一种分布式的无线电监测设备，其特征是，所述小型化接收机的网络通信模块分为TCP通信单元和UDP通信单元两部分。
6.如权利要求5所述的一种分布式的无线电监测网络，其特征是，所述TCP通信单元由监听器、控制通道和数据通道组成。
7.如权利要求5所述的一种分布式的无线电监测网络，其特征是，所述UDP通信单元由多播组成员和UDP回送器组成。
8.一种分布式的无线电监测方法，其特征是，包括: 客户端运行监测应用软件； 管理站运行网络管理服务例程； 客户端访问管理站获取监测网络内接收机信息； 客户端与相应的接收机直接建立TCP连接，通过控制通道发送指令，控制接收机执行特定的测量任务，并通过数据通道获取测量结果。
9.如权利要求8所述的一种分布式的无线电监测方法，其特征是，所述管理站通过发现表和任务表为客户端提供网络管理服务和接收机别名服务。
10.如权利要求8所述的一种分布式的无线电监测方法，其特征是，本发明为所述客户端提供了动态链接库形式的应用程序编程接口，该库对程控指令进行了封装，采用基于重叠模型的异步传输方法。
【文档编号】H04W24/00GK104301913SQ201410528985
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】杨青, 黄丙志, 裴广超, 牛大胜 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所