CN111416677A - 一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空间复杂电磁频谱监测技术领域，具体涉及一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统。选用空白电视频段作为通信频段。采用自组织网络作为组网架构。每个监测节点都采用嵌入式设备作为主控模块，具有功能独立、灵活高效等的特点，搭建的多个监测节点能感知多维频谱空间的资源情况，多监测节点组成的分布式无线Mesh网络，能高效地进行电磁频谱监测、数据存储、频谱占用度计算、信号源定位。电磁频谱监测终端通过WIFI或者以太网接入监测网络，既可以点对点实时访问监测节点的数据，也可以通过无线Mesh网络实时获取目标监测区域的频谱信息，电磁频谱监测终端友好的显示界面，将频谱资源的特征以更加简单易懂的方式呈现，实现空间频谱可视化。
Description
技术领域
本发明涉及空间复杂电磁频谱监测技术领域，更具体的说，是一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统。
背景技术
在作为无线宽带通信技术核心的无线频谱资源是一种不可再生的稀缺资源，如何高效地分配和利用，一直是影响无线通信技术效能发挥的重要因素。随着无线射频技术的快速发展，无线频谱资源越来越少。各式各样的无线电设备占用了不同的频段，频谱使用情况变得复杂，这对相关监管部门带来了很大的不便。目前，大多监管部门均派遣相关人员使用昂贵的手持式频谱分析仪对目标地区目标频段进行一次性移动监测。这种方式人力成本较大，且测得的数据具有一定的时效性，后期数据处理的意义不大。当前市面上的频谱分析仪多种多样，功能也大相径庭，一部普通手持式频谱分析仪根据性能差异，价格在几万元甚至十几万元不等，而价格比较低廉的设备往往功能比较单一且性能得不到保证。一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，其低成本和高灵活性可以实现大规模大范围的分布式多节点的电磁频谱监测网络，具有十分可观的性价比优势。
发明内容
本发明通过下述技术方案实现：
一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，包括：
主干网、多个监测节点和固定电磁频谱监测终端和移动电磁频谱监测终端。
所述的主干网采用自组织网络，相比传统的蜂窝移动通信网络中的中心节点，自组织网络中的节点之间不需要经过基站或其它网络设施，就可以任何时刻任何地点快速展开并自动组网，直接实现点对点的通信，各个节点地位是平等的。当某一节点崩溃时，根据自身的算法，网络会很快建立新的通信联络，从而使得网络不受影响。满足了电磁频谱监测在各个应用场景上对快速组网的需求。
所述的监测节点包括主控模块、软件无线电模块和传感器模块。主控模块为嵌入式设备，搭载嵌入式操作系统，通过指令控住软件无线电模块进行电磁频谱监测，并将收集的数据存储到数据库中。主控模块通过I/O总线与传感器连接，获取并记录当前时刻监测节点的GPS、温度、湿度、光照强度等环境参数，使频谱数据能更准确、更高效的分析。每个监测节点功能独立，搭建多个监测节点，多个监测节点能感知多维频谱空间的资源情况，其低成本和高灵活性使得大范围的分布式电磁频谱监测网络能有效的搭建。使用优化的协作频谱感知算法对信道的占用情况、频谱使用规律等进行数据融合。
所述的电磁频谱监测终端包括固定电磁频谱监测终端和移动电磁频谱监测终端，两者均采用C/S架构，实现和主控设备之间的交互。主控模块作为服务端，电磁频谱监测终端作为客户端，电磁频谱监测终端以通过连接主控设备的热点接入系统，也可以通过TCP/IP协议访问主控模块，电磁频谱监测终端向主控模块发送控制指令，主控模块接收到指令后，通过指令驱动软件无线电模块进行频谱监测，将获取的频谱数据存储到本地数据库，并将数据反馈给电磁终端处理，电磁频谱监测终端能实时绘制显示节点的频谱图，实现空间频谱可视化。
所述电磁频谱监测流程包括：
为实现大范围的分布式电磁频谱监测节点网络的搭建，需要对个监测节点进行多任务信号的采集，主控模块分发指令，实行多进程任务启动，多个软件无线电模块同时进行频谱监测，各个监测节点将监测的频谱数据实时存储到数据库，保证频谱监测数据访问的实效性和频谱数据库的完整性。用户访问电磁频谱数据，需要以软件无线电模块的序列号作为唯一识别码，确认序列号通过后用户可进行电磁频谱数据的访问。
所述的移动电磁频谱监测终端的监测包括：
移动电磁频谱监测终端界面左上方显示该监测节点的频谱图，左下方显示RSS-MAX频率、通信带宽及频点标记捕获等功能，右上方为雷达图，通过天线阵列用来判断信号源的来波方向，实时标记信号源的方位。右下方的显示监测节点的经纬度、水平高度，温度、湿度、光照强度以及指北的角度。移动终端能够实时监测单点的数据，并能够做出相应的处理。
所述的固定电磁频谱监测终端的监测包括：
固定电磁频谱监测终端界面左上方显示自上向下分别是三维瀑布图、实时频谱图，左下方显示当前节点目标频段的信道占用度。右上方显示自上而下分别是测试频段设置按钮、采样率设置按钮、起始频率设置按钮、终止频率设置按钮、监测设备切换按钮。右中部显示监测节点的经纬度、水平高度，温度、湿度、光照强度。右下方为雷达图，通过天线阵列用来判断信号源的来波方向，实时标记信号源的方位。
本发明的有益效果在于：
分布式计算对比传统的集中式计算，将繁琐的数据处理过程分配给多个节点，以提高数据处理效率，使得监测的频谱数据能高效的、有序的处理。
频谱可视化是结合时域、频域、空间域等多维度的电磁频谱监测信息，将频谱资源的特征以更加简单易懂的方式呈现，使用户容易甄别频谱数据中的有效信息。
多监测节点的分布式计算结合嵌入式系统设备与自组织网络架构，成本低，源耗少，时效高，可实现大范围实时电磁频谱监测，适合在各种监测环境中搭建。
附图说明
图1分布式电磁频谱监测嵌入式控制系统总体框架示意图。
图2移动终端电磁频谱监测步骤示意图。
图3固定终端电磁频谱监测步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：
如图1所示，一种分布式电磁频谱监测嵌入式控制系统，选用空白电视频段作为电磁频谱监测网络主干网的通信频段，搭建基于自组织网络的电磁频谱检测系统。自组织网络中的节点之间不需要经过基站或其它网络设施，就可以任何时刻任何地点快速展开并自动组网，直接实现点对点的通信，各个节点地位是平等的。当某一节点崩溃时，根据自身的算法，网络会很快建立新的通信联络，从而使得网络不受影响。电磁频谱监测系统采用传感器网络模式，在监测点对目标频段进行长时间的电磁能量监测，并同时记录监测点的温度、湿度、光照度等环境参数，作为分析电磁环境的辅助参数。多个监测节点组成分布式无线Mesh网络。每个监测节点功能独立，能够实现电磁频谱监测、数据存储、频谱占用度计算、信号源定位等功能。电磁频谱监测终端通过无线网或者以太网接入监测网络，既可以点对点实时访问监测节点的数据，也可以通过无线Mesh网络实时获取目标监测区域的频谱占用度信息，实现空间频谱可视化。所述方法包括移动终端监测步骤和固定终端监测步骤。
如图2所述的移动终端监测步骤包括：
S1:初始化步骤，启动监测软件、包括检查网络和外设是否连接正常；
S2:监测多区域电磁频谱数据步骤，包括：
(1)建立显示节点列表，对各监测节点进行序列号识别管理；
(2)设置起始频率、终止频率和采样率；
(3)自动监测频谱使用频率；
(4)实时绘制节点的频谱图，显示节点GPS、高度、温度、湿度、光照强度等环境参数；
(5)通过天线阵列用来判断信号源的来波方向，实时显示测试点的方位。
如图3所述的固定终端监测步骤包括：
S3:初始化步骤，包括检查网络和外设是否连接正常、打开PC机、启动监测软件、启动服务模块、启动地图服务模块和进入系统；
S4:监测多区域电磁频谱数据步骤，包括：
(1)建立节点网络列表，对各监测节点进行序列号识别管理；
(2)通过列表显示节点IP、MAC地址、GPS的参数信息、高度、温度、湿度、光照强度；
(3)设置起始频率、终止频率和采样率；
(4)获取数据实时绘制三维瀑布图（时域，频域，空间域）、频谱图及当前节点目标频段的信道占用度；
(5)通过天线阵列用来判断信号源的来波方向，实时显示测试点的方位。
Claims (5)
1.本发明一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，包括主干网、监测节点、电磁频谱监测终端；其中监测节点由主控模块、软件无线电模块和传感器模块组成；选用空白电视频段的自组织网络作为监测节点通信网络的主干网，便于监测终端的动态接入以及数据的共享；选取嵌入式设备作为监测节点的主控核心，有利于实现大范围的分布式电磁频谱监测网络的搭建；电磁频谱监测终端包括固定电磁频谱监测终端和移动电磁频谱监测终端，有利于实现空间频谱可视化。
2.根据权利要求1所述的一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，其特征在于：
选用空白电视频段作为电磁频谱监测网络主干网的通信频段，采用自组织网络中的节点之间不需要经过基站或其它网络设施，就可以任何时刻任何地点快速展开并自动组网，直接实现点对点的通信，各个节点地位是平等的；当某一节点崩溃时，根据自身的算法，网络会很快建立新的通信联络，从而使得网络不受影响。
3.根据权利要求1所述的一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，其特征在于：
每个监测节点功能独立，搭建多个监测节点，多个监测节点能感知多维频谱空间的资源情况，其高灵活性实现大范围的分布式电磁频谱监测网络的搭建；使用优化的协作频谱感知算法对信道的占用情况、频谱使用规律等进行数据融合。
4.根据权利要求1所述的一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，其特征在于：
监测节点包括主控模块、软件无线电模块和传感器模块；选用搭建嵌入式操作系统的嵌入式设备作为主控模块，操作性强、灵活性高；选用软件无线电模块作为射频收发器，稳定性好、时效性强；选用传感器模块对监测节点周边环境参数的监控，能有效地实现电磁频谱监测、数据存储、频谱占用度计算、信号源定位等功能；上位机通过WIFI或者以太网接入监测网络，既可以点对点实时访问监测节点的数据，也可以通过无线Mesh网络实时获取目标监测区域的频谱信息。
5.根据权利要求1所述的一种分布式电磁频谱监测嵌入式系统，其特征在于：
固定电磁频谱监测终端和移动电磁频谱监测终端的设计，两者均采用C/S架构，实现和主控设备之间的交互；固定电磁频谱监测终端主界面包括显示在线节点的IP、MAC地址、GPS的参数，传感器监测的环境参数和软件无线电设备序列号，获取数据实时绘制三维瀑布图（时域，频域，空间域）、频谱图及当前节点目标频段的信道占用度，实时显示信号源的方位；移动电磁频谱监测终端主界面包括显示IP地址、登录的用户名、GPS的参数、传感器监测的环境参数、连接的网络热点和软件无线电设备序列号，实时绘制显示节点的频谱图，实现空间频谱可视化。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112526222A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-19 | 成都九华圆通科技发展有限公司 | 一种基于电磁环境监测的手持式终端系统及监测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102905289A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-01-30 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法 |
| CN103018553A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-04-03 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 基于浏览器/服务器软件架构的无线传感器网络频谱监测展示方法 |
| CN103179696A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-26 | 北京邮电大学 | 智能电网中基于认知无线电的通信网系统和组网方法 |
| CN103634060A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-03-12 | 云南大学 | 一种实时无线电协同监测、检测与定位方法 |
| US20150080044A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Shared Spectrum Company | Distributed spectrum monitor |
| US20180313796A1 (en) * | 2015-11-03 | 2018-11-01 | Waters Technologies Corporation | Dmd based uv absorption detector for liquid chromatography |
-
2019
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102905289A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-01-30 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法 |
| CN103018553A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-04-03 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 基于浏览器/服务器软件架构的无线传感器网络频谱监测展示方法 |
| CN103179696A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-26 | 北京邮电大学 | 智能电网中基于认知无线电的通信网系统和组网方法 |
| US20150080044A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Shared Spectrum Company | Distributed spectrum monitor |
| CN103634060A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-03-12 | 云南大学 | 一种实时无线电协同监测、检测与定位方法 |
| US20180313796A1 (en) * | 2015-11-03 | 2018-11-01 | Waters Technologies Corporation | Dmd based uv absorption detector for liquid chromatography |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| XIA GUO ET AL.: "Distributed Electromagnetic Spectrum Detection System Based on Self-organizing Network" * |
| 刘伟等: "基于软件无线电与数据库的频谱分析系统", 《计算机工程与设计》 * |
| 刘红飞等: "分布式电磁频谱自动监测系统研制", 《计算机测量与控制》 * |
| 姜美雷等: "分布式频谱检测系统研究", 《现代电子技术》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112526222A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-19 | 成都九华圆通科技发展有限公司 | 一种基于电磁环境监测的手持式终端系统及监测方法 |
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