一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)設(shè)計

譚云月

摘 要：隨著近年來移動通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)逐漸興起，使得人們對移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求越來越高，由此對新時期的移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提出了更高的要求。為了解決網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化費用高、支撐手段匱乏、優(yōu)化分析效率低下等問題，更好服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于智能終端與云平臺構(gòu)成，可以實現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的態(tài)勢智能感知，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策提供幫助，且終端具有體積小、易拓展、低功耗、部署簡單等優(yōu)點。該系統(tǒng)能夠為運營商提供新的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路，實現(xiàn)降本增效。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)感知;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;GPRS;LTE;NB-IoT

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）06-00-02

0 引 言

當前，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展，我國已經(jīng)進入了信息化時代。人們對移動網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量要求和業(yè)務(wù)需求越來越高，這對移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量優(yōu)化提出了更高的要求，為了解決網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化費用高、支撐手段匱乏、優(yōu)化分析效率低下的問題[1-2]，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托移動網(wǎng)絡(luò)感知智能終端采集GPRS，LTE，NB-IoT這三種目前使用較多的網(wǎng)絡(luò)制式的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括基站信息、信號強度、鄰區(qū)信息等，通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺，再由云端進行數(shù)據(jù)分析與處理，配合告警和工單系統(tǒng)，以大幅提升網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化管理和信息化水平，對實現(xiàn)降本增效具有深遠的現(xiàn)實意義[3-4]。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)、無線通信等技術(shù)，通過移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量檢測模塊進行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量感知，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)控，當移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)生持續(xù)性波動甚至信號質(zhì)量滑坡時，可以及時通知相關(guān)人員進行實地現(xiàn)場查看，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策提供幫助。終端具有體積小、易拓展、低功耗、部署簡單等優(yōu)點，能夠為運營商提供新的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路。移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)整體分為兩大部分，包括移動網(wǎng)絡(luò)感知智能終端和移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺，其中移動網(wǎng)絡(luò)感知智能終端包括主控核心板模塊、GPRS檢測模塊、LTE檢測模塊、NB-IoT檢測模塊、電源模塊、LED燈和溫濕度傳感器等;移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺由設(shè)備管理平臺和業(yè)務(wù)平臺組成，其中設(shè)備管理平臺包括設(shè)備接入、設(shè)備信息與狀態(tài)查詢、命令收發(fā)、數(shù)據(jù)查詢等功能，而業(yè)務(wù)平臺包括設(shè)備監(jiān)控、基礎(chǔ)管理、人員管理、工單業(yè)務(wù)管理、系統(tǒng)管理、大屏展示等功能。

系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)通過云平臺進行遠程管理，移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺可以查詢每一個智能終端的工作狀態(tài)和上報數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)生成圖表或者熱點圖來對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進行量化描述，使運營商可以完全掌握移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的歷史狀態(tài)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的波動大小輔助網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策。同時移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要，通過云平臺設(shè)定狀態(tài)上報周期，做到重點時間重點照顧[5]。

2 移動網(wǎng)絡(luò)感知智能終端設(shè)計

移動網(wǎng)絡(luò)感知智能終端作為移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)的感知層，根據(jù)后端云平臺的設(shè)置負責為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)信息。它包括主控核心板模塊、GPRS檢測模塊、LTE檢測模塊、NB-IoT檢測模塊、電源模塊、LED燈和溫濕度傳感器等。

移動網(wǎng)絡(luò)感知智能終端拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

主控核心板模塊采用STM32L系列低功耗MCU，既能滿足終端運行的性能需求，也能滿足成本和低功耗需求，延長終端使用壽命。

GPRS檢測模塊、LTE檢測模塊、NB-IoT檢測模塊分別用于對GPRS網(wǎng)絡(luò)、LTE網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進行檢測。檢測方法：檢測模塊采集與對應(yīng)基站間的通信質(zhì)量和鄰區(qū)信息，通過終端與基站間的信號連接質(zhì)量來反映終端部署區(qū)域移動網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量。目前這三種網(wǎng)絡(luò)制式使用較多，故而選擇此三種模塊分別對相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進行檢測，主要檢測參數(shù)包括CellId，RxLev（RSSI），LAC（TAC），BSIC，PCI，RSRP，RSRQ，SINR，鄰區(qū)信息等[6-8]。

電源模塊為終端提供電源，主要由一塊鋰亞電池和對應(yīng)的DC-DC電路構(gòu)成，能夠滿足至少1年無需更換電池的低功耗需求，LED燈用于指示設(shè)備運行狀態(tài)，溫濕度傳感器用于采集設(shè)備周圍環(huán)境的溫濕度信息。

終端運行流程如下：

（1）設(shè)備啟動后連接云平臺獲取命令和檢測任務(wù)，下發(fā)的命令只包括運行參數(shù)配置，例如設(shè)置上報平臺IP、LED燈亮滅和遠程升級指令，檢測任務(wù)包含檢測不同制式網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量與數(shù)據(jù)上傳周期;

（2）在完成獲取命令和檢測任務(wù)后采集溫濕度信息，隨后分別對GPRS，LTE，NB-IoT三種網(wǎng)絡(luò)制式的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進行檢測;

（3）將數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺并進入休眠模式，直至下一次運行時間的到來。

3 移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺設(shè)計

移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺作為系統(tǒng)的重要組成部分，由設(shè)備管理平臺和業(yè)務(wù)平臺組成，分別負責設(shè)備管理和業(yè)務(wù)管理兩大部分。移動網(wǎng)絡(luò)感知管理云平臺基本框架如圖3所示。

3.1 設(shè)備管理平臺

設(shè)備管理平臺主要具有設(shè)備接入、設(shè)備信息與狀態(tài)查詢、命令收發(fā)、數(shù)據(jù)查詢功能。作為云平臺的設(shè)備接入層，將業(yè)務(wù)交互與終端設(shè)備進行隔離，有助于保障平臺的安全和可拓展性，在必要時還可以提供接口供第三方平臺調(diào)用數(shù)據(jù)信息[9]。

設(shè)備接入部分負責終端設(shè)備的接入，保證設(shè)備可以在正常或非正常情況下連接平臺進行通信，保證業(yè)務(wù)流程順利進行。

設(shè)備狀態(tài)查詢功能可以查看設(shè)備的鑒權(quán)信息、部署安裝位置等。

命令收發(fā)功能的作用是對設(shè)備下發(fā)各類命令并接收來自設(shè)備的回復(fù)。

數(shù)據(jù)查詢功能可以查看設(shè)備上傳的全部數(shù)據(jù)，最長可保存一年。

3.2 業(yè)務(wù)平臺

業(yè)務(wù)平臺包括設(shè)備監(jiān)控、基礎(chǔ)管理、人員管理、工單業(yè)務(wù)管理、系統(tǒng)管理、大屏展示。

設(shè)備監(jiān)控是針對設(shè)備管理平臺的設(shè)備狀態(tài)和上傳數(shù)據(jù)進行分析，展示給用戶，方便用戶查看設(shè)備是否運行正常，數(shù)據(jù)是否正常，命令是否執(zhí)行。

人員管理可以進行終端設(shè)備運維人員信息的各項管理和查詢工作。

工單業(yè)務(wù)管理分成終端故障工單管理和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量工單管理兩部分，使得云平臺可以進行工單自動化管理。終端故障工單管理是在終端發(fā)生故障時自動派發(fā)工單到指定運維人員處，以進行現(xiàn)場檢查;網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量工單管理是移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量在一定時間內(nèi)持續(xù)處于較低水平時，自動發(fā)出通知，提醒相關(guān)單位到現(xiàn)場進行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量查勘。

系統(tǒng)管理包括用戶賬號管理、權(quán)限管理、短信報警管理等。

大屏展示功能則是以大屏幕配合GIS展示移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)的各項狀態(tài)指標，如移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量態(tài)勢熱力圖、終端故障情況、移動信號質(zhì)量告警情況、終端整體部署情況以及終端部署位置的溫濕度等[10]。

4 結(jié) 語

本文提出的一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)采用多模組多網(wǎng)絡(luò)感知形式，利用MQTT協(xié)議傳輸移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)，實現(xiàn)了對GPRS，LTE和NB-IoT三種網(wǎng)絡(luò)制式的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)控，方便用戶實時了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化趨勢，對特定時間段的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進行針對性跟蹤，輔助網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，還可根據(jù)需要自動生成和派發(fā)工單，未來還可以接入5G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量探測，系統(tǒng)具有很強的可拓展性。通過該系統(tǒng)可以提高運營商的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效率，輔助進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，實現(xiàn)降本增效。

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