4G电子围栏产品方案设计

概述

什么是4G电子围栏？

电子围栏也叫无线热点采集设备，实际为采集手机SIM卡的IMSI 码，在城市关键卡口和人员密集场所车站医院等地方安装设备，设备收集到IMSI码信息后上传到后台服务器，管理平台软件进行大数据分析，碰撞分析、伴随分析、车牌和IMSI码碰撞分析等，实现流动人员实时监控。而4G电子围栏就是主要采集4G手机IMSI码的电子围栏，当然也可以实现兼容2G，3G。

具体的设备大概是这样的。

4G电子围栏应用现状

目前4G电子围栏采集系统已经在多个省、市、地区公安系统使用。它以其优越直观的性能，为公安机关办理案件提供了强有力的辅助，得到了公安系统的广泛认可。

传统的4G电子围栏体积大、重量沉，一般依附于红绿灯杆、监控抓拍杆、高速卡口等，普遍采用抱杆式安装，对安装环境有一定的要求，考虑到杆体的承重系数和围栏自重，抱杆直径过细时无法承载。例如街头巷尾、车站码头的治安监控杆，直径一般在10cm左右，杆体底部填埋较浅，承重系数低，安装围栏容易发生侧倾危险。因此，传统的4G电子围栏组网、布控存在局限性。

传统的4G电子围栏功耗大，覆盖范围广，价格昂贵，而实际应用中，常常需要范围小而精确的覆盖，比如小区门口，公共通道口，在这些卡口布控监控即可实现人员监控。

针对传统4G电子围栏的不足，我们团队自主研发了 “4G微热点”，微热点体积小、重量轻、低成本，与传统4G电子围栏功能相近，不受安装环境的限制，适应性更强。微热点采用双载波设计，支持4G全制式采集，双频点同时广播，可准确采集覆盖范围内的4G手机信息，并且不影响手机正常上网、通话。

4G组网方案分为“同频方案”和“异频方案”。“同频方案”是模拟公网的频点设臵，广播相同频率的无线信号，从而诱使手机重选至电子围栏的网络中，实现信息采集；“异频方案”是和三大运营协商一段话务量较小的频率，供电子围栏使用，并由运营商执行优先级的设置，从而诱使手机重选至电子围栏的网络中，实现信息采集。

针对行业内这两种不同的组网方案，我们率先实行了同频、异频方案的融合设计，单台电子围栏同时支持同频、异频方案，通过服务器后台远程即可实现同频、异频的切换，省却了因为方案变更，导致设备换型的一切烦恼。

产品开发

技术原理

4G电子围栏系统的IMSI提取方法，主要包括以下步骤：

1.解析当前区域内4G系统消息(System Information Block,SIB)，提取主服务小区和邻区的频点号(ARFCN)、小区参考信号接收功率Qrxlevmeas值以及物理小区号(PCI)等信息；

2.根据步骤1得到的系统信息，选择Qrxlevmeas值较高的多个小区为模板，分别构造下行同步诱导信号，包括物理层主同步PSS信号和辅同步SSS信号以及包含SIB1信息的物理下行共享信道；同时在Linux系统上利用软无平台搭建虚拟基站下发该诱导信号，并适当调整虚拟基站的Tx_gain，使其Qrxlevmeas值高于区域内其它小区，诱导虚拟基站信号覆盖范围内的4G用户重新发起小区搜索流程接入虚拟基站；

3.在虚拟基站SIB1信息中修改跟踪区域码参数为360，使其有区别于公网基站跟踪区域码参数，迫使4G用户经过小区搜索流程接入小区后触发跟踪区域更新请求流程；

4.构造TAU reject信令并通过虚拟基站下发用户，迫使用户重新发起附着流程在网络端注册并上报IMSI信息；

5.解析来自用户的Attach request信令提取IMSI，同时构造Attach reject信令下发迫使用户返回公网基站，从而在用户无感知的情况下获取IMSI信息。

IMSI：国际移动用户识别码（IMSI：International Mobile Subscriber Identification Number）是区别移动用户的标志，储存在SIM卡中，可用于区别移动用户的有效信息。

产品组成

本产品包括2个部分：前端设备和后端服务器。

前端设备就是采集IMSI信息的4G电子围栏，后端服务器是接收前端设备上传的数据。设备作为客户端定时的向服务器上传数据，上传时间间隔可调。

4G电子围栏

产品实物图如下：

接口

电源接口：12V3A，可见功率很小。

天线接口：采用内置天线，也可天线外置，外置天线的话，信号会好一点。

技术特点

1.提供TDD/FDD全制式4G-LTE 覆盖，Band1、Band3、Band5、Band7、Band8、Band38、Band39、Band40、Band41等以及其他定制频段，兼容2G，3G；

2.发射功率可以控制调整，对用户正常通话和运营商网络几无影响；

3.获取移动终端用户标识码，即IMSI等信息，该码具有全球唯一性；

4.支持推送GSM网络或者4G网络功能；

5.支持黑白名单，区分后续上报与跟踪行为；

6.支持无线同步（与宏网络）或GPS同步；

7.支持本地WEB管理；

8.开放式远程管理接口，提供LTE信息采集与管理终端软件的演示版本，支持客户开发综合的信息采集与管理系统。

设备构成

整个设备主要有3个部分组成：基带板、控制板和4G路由器模块,当然也可以根据功能扩展一下模块，以下是结构框图。

本产品采用的是最小模块，即：基带板+控制板+4G路由器。而核心的部分就是基带板和控制版，4G路由器可以任意买一个，或者如果不需要4G功能时，可以不用。

设备内部结构图

基带板

规格性能

 支持双模式小区，主路和辅路同时工作。

 提供两个以太网接口

 主路提供 USB 接口，支持无线数据卡和无线网卡连接

 两路各提供 2 路射频收发支路，提供 2x2MIMO 或者收发分集通道

 支持 FDD/TDD 两种工作模式

 提供收发同步信道控制支持 TDD 功放的打开与关断

 提供最大接收增益： 70db

 发射功率 17dBm(单音)，不同制式下发射功率见各系统指标

 CPU 为 Intel Tarnsder2200*2：

ARM 双核（Cortex A9 1G）

DSP 双核（Ceva-XC323）

专有通信协处理器阵列（One MAP array, or FFT accelerator）

双 FEC 加速器（One for Up Link for 3G and 4G， One for Down Link for 3G and 4G）

3基站信道板 UNI-B2-6000 规格书 2019-04-28

安全协议加速器和安全加密引擎（SPA &SEE）等

 内存： 2G Byte DDR3 SDRAM*2

 Nor Flash： 64M Byte*2

 RF 接口：

支持单收单发和 2X2MIMO

频率 650MHz～2.7GHz（可升级到 70MHz～6GHz）

带宽 200KHz～20MHz

 1pps 秒脉冲输入接口

 工作状态指示： LEDX4 *2

 板卡尺寸： 120*90mm

 功耗： 16W

控制板

其中AM3352是TI公司的工业级控制板。

限于篇幅，本文不详细列出模块的规格性能，详细请参见具体的规格书。感兴趣的同学可以找我要各模块的规格书。

服务器

本服务器是作为4G电子围栏的演示版本，仅仅是采集使用，没有集成数据分析，数据碰撞等功能，实际上集成的意义也不是很大，当然对于我们而言也是一个很大的挑战，因为我们是专业的设备提供商，具体的应用需求还是视客户而定的。

当然我们可以提供完整的Json数据接口，以及采集Demo服务器的源码。

查看数据

我们的服务器地址是：http://49.232.44.113:8080/index/imsi，当然也可以布局本地服务器，那样就不用购买服务器了。

以下是我们调试的时候采集的数据，灵敏度很高，采集覆盖范围可调，通常在10~50米。

服务器开发

本服务器很简单，就是基于 Node.js 平台，快速、开放、极简的 Web 开发框架express。整个服务器代码量不超过200行，以下是部分代码截图。

感兴趣的同学可以到这里下载整个服务器的源码。weilanServer：https://download.csdn.net/download/wuxinyou1991/12503978

总结

本产品整体性能上基本满足需求，也实现了我们的设计预期。不过目前还没有产品化，因为产品化需要市场的需求反馈，然后做出一些改变。