智慧监狱是司法部建设数字法治与智慧司法信息化体系中不可或缺的重要组成部分,其主要内容在监管场所信息化建设基础上,充分运用人工智能、物联网、大数据等现代科技手段,将信息技术与监管场所各项业务融合,最大限度地汇聚整合、感测分析监管改造信息资源和社会信息资源。而无线通信违禁品一直是监管场所安全管理的难题。目前监管场所大多使用以警用数字集群系统为代表的窄带集群通信系统和模拟集群通信系统,其带宽和传输速率不足以支持智慧监狱建设的海量及高速的视频、图片等数据传输通信需求。长期演进(Long Term Evolution,LTE)技术具有高速率、大带宽和可靠的安全机制等特点,可提供高效可靠的语音、数据和视频通信,基本满足监管场所信息化建设网络需求,实现监管场所物理安全隔离、数字开放可控的目标。然而现今第四代无线通信系统网络为面向公网通信的网络架构,采用通信设备商的专用硬件,架构封闭且扩展困难。相对于无线专网建设架构复杂,建网成本与维护成本高。监管场所在设施维护及技术保障上力量薄弱、缺乏通信专业人员。软件定义无线电(Software Defined Radio,SDR)的出现和发展推动了通信系统的开放化、通用化、模块化和标准化。软件无线电系统相比传统的通信系统具有开发成本低、灵活选择组网频段和带宽、系统易调试和易升级等特点。本论文通过分析SDR不同软硬件平台的优劣,研究了基于通用处理器的软件无线电系统实现方法和基于开源平台OpenAirlnterface(OAI)的LTE开发技术。针对监管场所无线环境和实地调研需求,设计并实现了无线屏蔽环境下的LTE专网独立安全部署方案。论文的主要工作和贡献如下:1.针对监管场所的无线通信问题,研究分析无线专网需求,进行方案设计和软硬件选型。分析对比现有专网使用的各技术标准、LTE专网的部署方式和不同方案的优劣势,研究了基于通用处理器(General Purpose Processor,GPP)的SDR的系统基本结构与实现方法。2.针对监管场所的安全通信需求,设计并实现了基于SDR的LTE专网无线通信系统。通过OAI与通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)搭建LTE专网软硬件开发平台。对模块化、小型化和轻量化的LTE核心网络进行优化设计,设计并实现了符合专网精简架构的S1接口功能子模块。通过对专网各模块间消息传递的层间接口进行优化,提升了系统运行效率。同时针对监管场所干警的操作需求,编写自动化脚本,降低监管场所干警的操作难度与工作量。最后在实验室环境搭建了无线专网原型系统,并进行了性能和安全性测试验证。结果表明,设计达到了监管场所专网数字开放可控、物理安全隔离的目标。3.针对基于SDR的监管场所无线专网可靠运行需求,研究并设计了基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和多维高斯分布的专网运行异常检测系统。若采用的传统通信技术运维方式,专网运维对于监管场所使用者干警的专业性要求过高。本论文基于搭建的无线专网平台和SDR通用设备,结合干警实际运维需求,研究了基于信息技术运维的异常检测方法。利用设计的专网原型系统,模拟监管场所各类使用场景采集构建正常样本数据集并进行标注,利用SVM分类模型时加入遗传算法进行训练获得超参数全局寻优。最后通过模拟各类异常情况下,采集异常样本与未经训练的正常样本组成测试集,检测本文设计系统的准确率,实验结果表明异常检测准确率显著提高。