重庆通信学院

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2012年第04期，第45卷通信技术Vol.45，No.04,2012

总第244期CommunicationsTechnologyNo.244,Totally

电磁频谱管理仿真系统体系结构设计研究

袁誉红①，周宁②，罗瑞评①，赵华维②

（①重庆通信学院，重庆400035；②61226部队，北京100079）

【摘要】体系结构对指导系统建设，保证系统满足应用需求，降低系统研制风险有着重大意义。在首

次系统提出在建立电磁频谱管理仿真系统的基础上，针对仿真系统的多功能化和复杂化要求，创造性地提

出运用体系结构设计方法完成电磁频谱管理仿真系统的顶层设计。进而在全面比较分析各国体系结构设计

方法后，提出运用全视图、作战视图、系统视图、信息视图和技术标准视图五大视图的体系结构设计方法，

完成了电磁频谱管理仿真系统的体系结构设计与描绘，为仿真系统的实现提供了参考。

【关键词】电磁频谱管理；体系结构框架；体系结构设计

【中图分类号】TP391.9；TN014【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2012)04-0102-03

SystemArchitectureDesignforSimulationSystemofSpectrumManagement

YUANYu-hong①，ZHOUNing②，LUORui-ping①，ZHAOHua-wei②

(①ChongqingCommunicationInstitute,Chongqing,400035,China;

②61226Army,Beijing100079,China)

【Abstract】Systemarchitectureisofgreatsignificanceinguidingthesystemconstruction,

andrednthe

proposedinestablishingSSSM(SimulationSystemofSpectrumManagement)andforitsmultifunction

andcomplexity,thetop-leveldesignofSSSMisimplementedbythecreativeapplicationof

,throughcomparisonofvariousmethodsforarchitecturedesignfrom

abroad,thispaperproposesthearchitecturedesignbasedonfivemodelsofarchitectureviews,

includingoverallview,operationview,systemview,

modelsshowthe

methodcouldprovideareferencefortherealizationofsimulationsystem

【Keywords】spectrummanagement;systemarchitectureframework;systemarchitecturedesign

0引言

随着无线电技术的广泛应用和新业务的不断涌

现，传统的技术分析手段已难于满足当前复杂电磁

环境下电磁频谱管理的需求。高效、精确的仿真技

术成为支援电磁频谱管理的一种新型的技术分析手

段[1]。美国、英国、瑞典等发达国家对电磁频谱管

理仿真技术[2]的研究应用已有二十余年，中国在《国

家无线电管理“十二五”规划》中也明确提出建立频

谱分析预测仿真系统以提高电磁兼容分析能力。

技术发展驱动管理变革，建立电磁频谱管理仿

真系统是电磁频谱管理仿真（以下简称“频管仿真”）

技术的有效实现方式。文献[1-3]对频管仿真系统的

重要性、仿真内容作了初步探索。然而频管仿真系

统构成要素众多、内部结构复杂，为了能准确描述

系统的军事需求、总体结构，迫切需要运用科学的

方法进行顶层设计。体系结构设计能够使系统的顶

层设计“画出来”、“说清楚”、“看明白”[4]。

1频管仿真系统体系结构概述

体系结构是用来明确系统组成单元的结构及其

收稿日期：2011-12-22。

基金项目：国防基金资助项目（No.51406020105JB8103）。

作者简介：袁誉红（1985-），男，硕士研究生，主要研究方

向为电磁频谱管理、电磁频谱管理仿真；周宁

（1981-），男，博士，工程师，主要研究方向为

电磁频谱管理、数字仿真、数据挖掘；罗瑞评

（1985-），女，硕士研究生，主要研究方向为电

磁频谱管理；赵华维（1982-），男，硕士，工程

师，主要研究方向为基于HLA的仿真系统设计。

103

关系，以及指导系统设计和演进的原则与指南，涵

盖了系统组成单元的结构，组成单元之间的交互关

系、约束、行为，以及系统的设计、演化原则等方

面的内容[4]。它由组成单元的结构、组成单元之间

的关系、制约组成单元的原则与指南这3个要素构

成。体系结构设计是系统早期设计决策的体现，比

后续的详细设计、实现、维护更为重要，对系统生

命周期的影响范围最大，是整个系统开发成败的

关键。

频管仿真系统的体系结构是在电磁频谱管理

者、系统设计者和系统维护者就系统建设达成共识

的基础上，依据体系结构框架理论，采用多视图模

型，对顶层设计中系统的组织构成和相互关系的描

述。频管仿真系统的体系结构是系统详细设计的依

据规范，是系统集成或深化的依据和指南。

2频管仿真系统体系结构设计方法

美国、英国、北约等军事强国（集团）对体系

结构设计和开发的基础方法、遵循规则做了专门研

究，形成了各种体系结构框架以指导体系结构的设

计与应用。目前，较为成熟的体系结构框架有美国

国防部体系结构框架（DODArchitecture

Framework）、英国国防部体系结构框架（UK

MinistryofDefenseArchitecturalFramework）、北约

体系结构框架。美国国防部体系结构框架共经历了

C4ISR1.0、C4ISR2.0、DODAF1.0、DODAF1.5

和DODAF2.0这5个发展阶段[5]。2009年8月发

布的DODAF2.0[6]体系结构框架，在前几个版本的

基础上，由以产品为中心转变为以信息为中心，并

更注重对国防部网络中心战略的支持。但DODAF

2.0共含有50多个体系结构产品，在实际应用中原

则性和操作性太强。英国国防部在借鉴美国体系结

构框架的基础之上，融入本国的实际和新的思维，

提出相应的MODAF1.0、1.2，相比于DODAF1.5，

MODAF1.2[7]新增了一个服务视图，服务视图由专

门体现面向服务思想的产品组建而成，但其缺乏对

服务视图描述产品的底层数据元素之间的关系描

述。北约组织在DODAF和MODAF研究基础上结

合北约各国家在未来“网络化使能作战(Network

EnableOperation)”中的联合作战需求提出了北约

体系结构框架NATOAF1.0、2.0、3.0。NATOAF3.0

借鉴了MODAF中的服务视图的描述方法，但北约

体系结构在视图产品之间的关系描述存在不足，特

别是缺乏服务视图与作战视图、系统视图等其他视

图产品之间的关系描述。

经过多年的研究实践，在借鉴国外研究成果的

基础上，我军提出了“作战—系统—信息—技术”

军事信息系统体系结构框架[8]。与其他体系结构框

架相比，我军的体系结构框架在克服上述框架不足

的基础上，对体系结构产品进行了精简，对各视图

的内容作了针对性的丰富，突出信息资源管理与规

划的重要作用，突出视图间的结构关系和体系结构

验证评估的作用，结构模型的表现形式更符合我军

表达习惯，并已得到一定的普及和推广。综上考虑，

我军军事信息系统体系结构框架更能清晰、有效地

指导频管仿真系统体系结构的设计。

3频管仿真系统体系结构设计

基于频管仿真系统的设计需求，结合我军军事

信息系统体系结构框架的设计方法和规则，频管仿

真系统的体系结构模型主要由全视图、作战视图、

系统视图、信息视图和技术标准视图5大视图组成，

其结构关系如图1所示，具体内容如下[8-10]。

图1电磁频谱管理仿真系统的体系结构视图模型

3.1全视图

频管仿真系统的全视图（AllView）提供与整个

体系结构描述有关的信息，限定开发该仿真系统的

目的、意义、背景、目标、产出对象、建设系统的

规则等。频管仿真系统的建设背景是频管在国民经

济建设和国防军事应用中的重要地位日益突出，而

传统的实测分析技术又难于实现频管的目标——抑

制用频冲突的出现，因此亟需建立频管仿真系统以

革新技术分析手段。建设频管仿真系统的目的就是

尽可能地用仿真技术解决频管中的技术分析问题，

以提高频管技术分析的能力和效率。频管仿真系统

的建设目标是能够完成频谱资源规划中新型用频体

制、用频设备和用频业务之间频谱特性的兼容共用

性问题分析；完成预设台站部署、用频计划的兼容

性分析；完成用频预案、电磁频谱管制预案的兼容

性分析；具有网络运行、融合多源信息、开放与共

享、重构和扩展的能力，为用频设备研制、使用，

频管计划的分析论证以及其他频管实验室提供权威

一致的仿真数据支持与服务。

3.2作战视图

作战视图（OperationView）是从系统完成的任

104

务、行动、环节出发，清楚、完整地描述频管任务

对系统的需求，为系统总体设计奠定基础。作战视

图包括作战构想图、作战活动模型、作战转换图等。

作战视图的描述便于系统视图明确系统的功能模块

组成，便于信息视图明确作战体系与信息的关系。

频管仿真系统的作战视图模型是从支援用频全过程

管理控制和完成对应技术分析能力的视角对频管仿

真系统进行的分析描述。系统的功能任务是面向用

频设备的频谱资源规划和面向用频设备使用的用频

筹划，对应的任务环节分别为频谱资源规划分析、

设备频谱特性参数共用性分析、设备频谱特性参数

检测、监测数据的态势分析、用频台站间电磁兼容

性分析、用频计划频率冲突分析、电磁频谱管制计

划效果分析、用频干扰综合分析等。每一任务环节

的完成又有相应的信息要素支撑。

3.3系统视图

系统视图（SystemView）是对支持作战或业务

活动的系统、系统功能及其相互关系的描述。系统

视图描述是整个体系结构描述的核心，是根据作战

视图的任务需求，设计实现这些需求的系统结构，

并描述在这个体系结构中的特定系统的内部结构和

操作。系统视图包括系统功能分析图、系统组成结

构图、系统通信实现方案、系统性能参数等。根据

任务需求，频管仿真系统应由一个综合管理控制系

统和频谱资源规划仿真分系统、空间卫星频率/轨道

指配仿真分系统、用频设备频谱特性参数仿真分析

分系统、用频台站电磁兼容仿真分析分系统和用频

筹划仿真分析分系统5大应用分系统组成。支撑应

用分系统运行的共用模块有建模模块、电波传播模

型模块、电磁环境构建模块、仿真评估模块、电磁

兼容计算模块、辅助决策模块和结果数据显示模块

等，支撑系统运行和模块工作的资源应有频谱资源

使用数据、设备频谱特性参数数据、电磁环境数据、

地理信息数据、辅助决策经验数据和评估指标数据

等。综合主控系统和仿真应用分系统都基于高层体

系结构（HLA，HighLevelArchitecture）的规则进

行开发，以联邦成员的形式进行聚成便于提高系统

的可重用性、可扩展性和互联性[2]。

3.4信息视图

信息视图（InformationView）主要描述系统各类

信息资源的交换关系，通常由信息交换矩阵、信息表

示模型和信息存储模型等组成。信息视图基于作战任

务需求和系统的组织结构完成系统信息存储格式和交

流细节的描述以指导后续设计。频管仿真系统的信息

视图主要描述频管仿真系统的内部交流信息和频管仿

真系统与其他系统的外部交流信息。频管仿真系统内

部交流信息主要有分系统间的交流信息、分系统与模

块，以及分系统、模块与基础资源数据的交流。频管

仿真系统的外部交流信息包括外部系统为仿真系统提

供的电磁环境监测数据、装备的用频参数等，和仿真

系统为外部系统提供的仿真结果数据。在信息交流中，

对于底层的初始化参数、共用的非交互数据可直接由

读取数据库的方式实现，而动态变化的生成数据、交

互命令等则依托于HLA的运行支撑环境（RTI，Run

TimeInfrastructure）进行传递。

3.5技术标准视图

技术视图（TechnologyView）是决定系统部件

或元素配置、相互作用和相互依存的一组最小的规

则集，提供系统实现的技术方针和指南。它通过一

批技术标准、实现协议、标准选项、惯例、规则准

则来决定系统视图的系统服务、接口和相互关系。

技术视图的表现形式为一系列的技术标准列表。频

管仿真系统主要涉及分布式仿真技术、用频设备建

模技术、视景仿真技术、效能评估技术、电波传播

计算等，频管仿真系统的技术标准涉及HLA标准规

范、系统开发标准、网络接口标准、数据库设计标

准、视景显示标准、信息安全标准等。

频管仿真系统的5个视图在逻辑上构成一个整

体，共同描绘出频管仿真系统的整体结构。作战视

图清楚地描述频管任务对仿真系统的需求，为系统

总体设计奠定基础；系统视图说明多个分系统、模

块如何连接、运行，并描述了系统的内部结构和运

行原理；信息视图是系统的“脉搏”，根据系统视

图导引系统的信息流向；技术标准视图描述了系统

部件或要素的配置、交互作用和相互依存的最低限

度的规则要求。频管仿真系统的每一个视图描述体

系结构的某几个特征，视图的集成为体系结构的设

计提供了完整性、一致性、连贯性支持。

4结语

频管仿真系统是一个多功能的复杂大型系统[11]。

在其设计过程中，依据我军军事信息系统体系结构框

架理论，由5个视图模型分别从系统建设背景目标、

频管任务需求、系统结构组成、系统信息交流和技术

标准支持等方面完整有序地勾勒出频管仿真系统的

体系结构，很好地解决了系统设计中各方人员的交流

问题，有效地指导系统的设计、实现、演进和使用。

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76-80.

（下转第107页）

107

（4）校核当前风管风速

新加的风管内的空气流速不能太大，要满足机

房环境噪音控制要求，一般应小于2m/s。

（5）新加的风管应设保温

新加的风管应设保温，保温材料一般选用难燃

B级发泡橡胶材料保温，厚度一般为19mm，防止

结露及冷量损失。

4工程实例应用

图2为某通信机房精确送风改造前后机柜排风

的实测温度值对比。

6182022

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

温

度

（

℃

）

改造前

改造后

机柜

图2精确送风改造前后机柜排风温度对比

从图2可以看出，经精确送风改造后的机架的

排风温度明显比改造前低了，不同机柜的排风温度

比原来平均低2℃以上，说明精确送风改造效果理

想，取得了良好的节能效果。该技术目前已经在部

分运营商的通信机房和互联网数据中心（IDC）机

房采用，有效地解决了原有上送风空调送风的产生

局部过热的难点，提高了制冷效率，降低了空调负

荷，产生了良好的节能效益[6]。

5结语

精确送风技术是一项对现有的上送风通信机房

改造后能取得显著节能效益的实用节能技术。上送

风通信机房经过精确送风改造后，可以更有效地进

行气流组织[7-8]，将冷风直接送到机柜内，对通信设

备直接冷却，提高冷却率，达到节能降耗的效果。

文中对精确送风技术进行了介绍与分析，并主要简

述了精确送风节能改造应用的查勘和设计要点，最

后通过一个工程实例，对精确送风改造前后的实测

机架排风温度值进行对比分析，说明了精确送风技

术的可行性与节能性。

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温

度/

(

°

C)