基于GIS和大數(shù)據(jù)的智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)

方長鐘，萬鵬

（中國移動通信集團江西有限公司信息技術(shù)部，江西南昌 331000）

當前信息化與網(wǎng)絡(luò)化成為現(xiàn)代人日常生活應(yīng)用的主要趨勢，人們對小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)的需求性與寬帶業(yè)務(wù)功能的類別日益提升[1-2]。在此條件下，寬帶業(yè)務(wù)供應(yīng)商處會生成海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的海量性與類別差異性提高了寬帶業(yè)務(wù)運營管理的困難程度[4]。基于此，將地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）功能與大數(shù)據(jù)技術(shù)引入寬帶業(yè)務(wù)運營管理過程中，設(shè)計基于GIS 與大數(shù)據(jù)的智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)，實現(xiàn)有效的寬帶業(yè)務(wù)運營管理，提升供應(yīng)商經(jīng)濟效益。

1 寬帶業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于GIS 與大數(shù)據(jù)的智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)內(nèi)綜合了寬帶業(yè)務(wù)信息采集、分析處理與運營管理等功能，其由3 種模塊組成，包括小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)用戶GIS 訂單管理模塊、運營管理模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)用戶管理模塊內(nèi)包含小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)用戶的全部信息[7]。GIS 訂單管理模塊基于用戶管理模塊內(nèi)的信息，通過熱力圖等形式直觀地向?qū)拵I(yè)務(wù)運營商呈現(xiàn)區(qū)域內(nèi)小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單分布情況；運營管理模塊的主要功能是針對不同小區(qū)實際情況針對性地選取寬帶業(yè)務(wù)接入方式以及依照大數(shù)據(jù)技術(shù)對當前訂單情況的分析結(jié)果，制定相應(yīng)的運營策略等；數(shù)據(jù)管理模塊作為系統(tǒng)支撐，歸類整理全部小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單。在整體上統(tǒng)計寬帶業(yè)務(wù)套餐劃分與應(yīng)用情況、業(yè)務(wù)單元占比以及收入與發(fā)展趨勢等信息；在細微處標記小區(qū)所處區(qū)域、充值與消費情況以及當前寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用情況等信息，針對寬帶業(yè)務(wù)內(nèi)較為敏感的申辦人身份證號碼等信息進行實時隱藏處理。大數(shù)據(jù)展示功能采用信息統(tǒng)計模式，在數(shù)據(jù)展示過程中由信息統(tǒng)計表內(nèi)直接讀取數(shù)據(jù)，在保障數(shù)據(jù)安全的基礎(chǔ)上，最大限度提升展示效率。

1.2 GIS訂單管理模塊

GIS 訂單管理模塊引入地圖程序調(diào)度接口，其作為封裝GIS 底層邏輯的應(yīng)用接口[8]，可實現(xiàn)小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單信息與地圖間的有效融合。通過應(yīng)用程序接口對寬帶業(yè)務(wù)進行處理時能夠?qū)⒌刂窐俗R出來，并在地圖上顯示寬帶業(yè)務(wù)訂單標識的詳細情況，構(gòu)建訂單位置及訂單內(nèi)包含的套餐、充值與消費情況等鏈接，并通過熱力圖形式展現(xiàn)給寬帶業(yè)務(wù)運營商[9]。GIS 訂單管理功能的實現(xiàn)以地圖程序調(diào)度接口設(shè)計為核心，通過寬帶業(yè)務(wù)訂單地址信息轉(zhuǎn)換與相關(guān)信息聯(lián)系，實現(xiàn)界面展示。

在地圖程序調(diào)度接口設(shè)計過程中，依照所需生成的密鑰與接口標準，連接百度地圖接口庫；通過My Eclipse 軟件引用地圖信息。在大數(shù)據(jù)庫內(nèi)獲取地址信息，通過相關(guān)軟件轉(zhuǎn)換地址經(jīng)緯度后，將所獲取的信息再次存儲至大數(shù)據(jù)庫內(nèi)，構(gòu)建寬帶業(yè)務(wù)小區(qū)、地址信息以及地圖間的相關(guān)性。以此為基礎(chǔ)，利用熱力圖形式展示寬帶業(yè)務(wù)與訂單信息。

1.3 運營管理模塊

運營管理模塊可劃分為兩個部分，分別是向小區(qū)提供寬帶接入等智能化業(yè)務(wù)服務(wù)，以及依照當前訂單情況制定相應(yīng)的運營策略等。

網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的成熟度、經(jīng)濟度與國際化是智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)的接入方式選擇的依據(jù)，同時還需參考不同小區(qū)的分布位置與詳細環(huán)境[10]。寬帶業(yè)務(wù)接入方式主要包括兩種，分別是光纖到樓與局域網(wǎng)相結(jié)合的方式和高速數(shù)字用戶環(huán)路方式，這兩種方式分別適用于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較差和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較好的小區(qū)。

光纖到樓與局域網(wǎng)相結(jié)合的寬帶業(yè)務(wù)接入方式由寬帶網(wǎng)絡(luò)中心布設(shè)單模光纜，將光纜拓展到不同小區(qū)內(nèi)的匯聚交換機，以此為中轉(zhuǎn)站，布設(shè)多模光纜至不同建筑層交換機，由此通過雙絞線將寬帶網(wǎng)絡(luò)接入到小區(qū)各層各戶。

高速數(shù)字用戶環(huán)路寬帶業(yè)務(wù)接入方式利用交換機聚集高速數(shù)字用戶環(huán)路線路，利用中心交換機與電話程控交換機分別傳輸語音信號與數(shù)據(jù)信號；利用分頻器區(qū)分兩種信號，以分別進入電話機和調(diào)制解調(diào)器中，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為傳輸碼，實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸。寬帶網(wǎng)絡(luò)接入方式如圖2所示。

圖2 寬帶網(wǎng)絡(luò)接入方式

1.4 數(shù)據(jù)管理模塊

依照數(shù)據(jù)與技術(shù)標準劃分數(shù)據(jù)管理模塊，可將其劃分為生命周期與應(yīng)用平臺兩部分。

大數(shù)據(jù)生命周期的主要功能是數(shù)據(jù)價值轉(zhuǎn)換[11]，由寬帶業(yè)務(wù)運行數(shù)據(jù)采集、存儲、統(tǒng)計、應(yīng)用與清除等不同階段組成。寬帶業(yè)務(wù)運行數(shù)據(jù)的采集功能，主要是將采集到的寬帶業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)存儲于應(yīng)用平臺中，通過大數(shù)據(jù)分類技術(shù)實現(xiàn)信息類別的劃分，對于劃分后的不同類別數(shù)據(jù)，實施數(shù)據(jù)共享與分析等流程，目的只在應(yīng)用過程中挖掘數(shù)據(jù)隱藏價值，清除冗余信息。

應(yīng)用平臺作為大數(shù)據(jù)架構(gòu)的技術(shù)支撐，中包含生命周期內(nèi)不同過程所屬的基礎(chǔ)設(shè)施，存儲與數(shù)據(jù)類別劃分與分析的算法等[12]。

寬帶運營商處每日生成海量業(yè)務(wù)訂單信息，構(gòu)建訂單信息的相關(guān)鏈接，并進行系統(tǒng)展示。大數(shù)據(jù)技術(shù)下，數(shù)據(jù)處理邏輯架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理邏輯架構(gòu)

數(shù)據(jù)處理流程詳細過程如下：在完成地址信息轉(zhuǎn)換后的寬帶業(yè)務(wù)訂單數(shù)據(jù)內(nèi)提取訂單地址，由此獲取小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)用戶地址與套餐等信息，構(gòu)建小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)用戶信息表；構(gòu)建小區(qū)地址同派送員間的相關(guān)性，構(gòu)建派送員調(diào)查表；同時構(gòu)建小區(qū)發(fā)展監(jiān)控報表，基于各類報表生成訂單統(tǒng)計信息表。

針對寬帶運營商處海量業(yè)務(wù)訂單信息，為提升數(shù)據(jù)分析與管理的效率，數(shù)據(jù)管理模塊中采用聚類算法，該算法以聚類中心點同其他各點間的距離為標準，分析數(shù)據(jù)類別的一致性[13]。將兩組寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同聚類中心點間的距離與預(yù)先設(shè)定的閾值相對比，確定兩組寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)均同聚類中心點屬于同一類別。聚類算法實施過程中，寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同聚類中心點間的距離難以直接獲取[14]，這是聚類算法實施的核心與難點。在分析數(shù)據(jù)類別一致性過程中選取高斯函數(shù)，基于高斯分布函數(shù)圖分析寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類別的聚集程度和同類別內(nèi)寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)點的分布情況。

設(shè)定zi表示寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聚類中心點，其與其他寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)點間的一致性可通過式（1）獲取：

式中，zj∈N(zi)表示N個寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)樣本中除zi的所有節(jié)點，σ表示寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類別。寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聚類過程中，基于式（2）所示的優(yōu)化函數(shù)，以保障對所有訓(xùn)練數(shù)據(jù)均能完成準確類別劃分，并確保寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類別劃分后所有寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)點與不同類別寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聚類中心點間的距離為最小值[15]：

由此可利用式（3）取代式（2）：

其中，zk表示第k個節(jié)點。為了優(yōu)化式（3），使得：

將式（4）代入式（3）內(nèi)，可得：

在上述過程基礎(chǔ)上，可利用對式（6）的求解過程取代寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聚類優(yōu)化的過程：

基于Wij的求解可獲取一致性矩陣，依照一致性矩陣確定zi與zj是否屬于同一類別，由此完成寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聚類過程[16]。

2 實驗分析

為驗證該文設(shè)計的基于GIS 與大數(shù)據(jù)的智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)在實際小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理中的應(yīng)用效果，以我國某市某寬帶業(yè)務(wù)供應(yīng)商為實驗對象，在其管理部門搭建該文系統(tǒng)，利用該文系統(tǒng)管理其寬帶業(yè)務(wù)運營情況，所得結(jié)果如下。

2.1 系統(tǒng)功能測試

以驗證該文系統(tǒng)功能應(yīng)用性為目的，在實驗對象管理部門內(nèi)部成功加減該文系統(tǒng)后，檢測該文系統(tǒng)功能，結(jié)果如表1 所示。

表1 該文系統(tǒng)功能性檢測結(jié)果

分析表1 中的數(shù)據(jù)得到，采用該文系統(tǒng)進行智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)營銷管理過程中，各項功能性檢測的實際輸出結(jié)果與預(yù)計輸出結(jié)果一致，由此驗證了該文系統(tǒng)的可應(yīng)用性。

2.2 熱力圖展示效果

該文系統(tǒng)中GIS 訂單管理模塊引入地圖程序調(diào)度接口，可在地圖上顯示寬帶業(yè)務(wù)訂單標識的詳細情況，并通過熱力圖形式展現(xiàn)給寬帶業(yè)務(wù)供應(yīng)商。利用該文系統(tǒng)針對實驗對象所承接的某區(qū)域小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)進行管理，生成該區(qū)域?qū)拵I(yè)務(wù)訂單熱力圖，如圖4 所示。

由圖4 可知，通過該文系統(tǒng)可在宏觀上把控寬帶業(yè)務(wù)訂單分布情況，同時，利用該文系統(tǒng)中訂單位置、訂單套餐、充值、消費等情況的鏈接，從細微角度獲取不同小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單的詳細情況，便于實驗對象中相關(guān)工作人員對于業(yè)務(wù)的管理。

圖4 熱力圖展示

2.3 性能測試

為測試該文系統(tǒng)對小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理的性能，以標準差作為判斷小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單信息管理性能的指標，兩者之間表現(xiàn)為反比例相關(guān)。在該文系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)隨機選取300 組小區(qū)寬帶物業(yè)訂單數(shù)據(jù)，利用該文系統(tǒng)對所選訂單數(shù)據(jù)實施分析與處理，圖5 所示為該文系統(tǒng)訂單信息分析與管理的標準差情況。

圖5 寬帶業(yè)務(wù)訂單信息管理結(jié)果標準差

分析圖5 可知，利用該文系統(tǒng)對小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營信息實施分析與管理過程中的標準差基本控制在0.15%以下，通過計算300 組數(shù)據(jù)的標準差，可得到其均值僅為0.08%。由此可充分說明采用該文系統(tǒng)管理小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析與管理精度較高，有利于對實驗對象當前業(yè)務(wù)承載情況進行分析，制定有效的運營管理策略。

2.4 疲勞強度測試

測試系統(tǒng)疲勞強度是系統(tǒng)應(yīng)用性能檢測的關(guān)鍵指標之一，能夠確定系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中因硬件設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)資源缺陷導(dǎo)致的系統(tǒng)響應(yīng)時間下降等問題。測試該文系統(tǒng)疲勞強度時，設(shè)置20 人同時進行小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單信息上傳、處理與查詢，并將此作為測試項，測試在不同功能下該文系統(tǒng)的響應(yīng)時間，測試結(jié)果如圖6 所示。

圖6 疲勞強度檢測結(jié)果

分析圖6 內(nèi)疲勞強度測試結(jié)果可知，隨著系統(tǒng)同時使用人數(shù)的提升，該文系統(tǒng)訂單信息上傳、處理與查詢功能的響應(yīng)時間均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢。在系統(tǒng)同時使用人數(shù)低于12 人時，訂單信息上傳、處理與查詢功能的響應(yīng)時間均控制在0.6 s 以內(nèi)。當人數(shù)高于12 人后，系統(tǒng)響應(yīng)時間均呈現(xiàn)顯著上升，均達到1 s 以上。隨著人數(shù)的增多，系統(tǒng)響應(yīng)時間更長。測試結(jié)果說明，該文系統(tǒng)可在同時使用人數(shù)低于12 人的條件下保障系統(tǒng)響應(yīng)時間。針對實驗對象的自身情況，可通過優(yōu)化系統(tǒng)硬件、提升并發(fā)用戶的閾值調(diào)整的方式優(yōu)化該文系統(tǒng)的疲勞強度功能，以此保障該文系統(tǒng)的應(yīng)用性能。

3 結(jié)論

1）該文設(shè)計基于GIS 與大數(shù)據(jù)的智能化小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)，通過引入地圖程序調(diào)度接口，以熱力圖形式顯示訂單情況，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)中的聚類算法完成業(yè)務(wù)訂單數(shù)據(jù)處理。

2）實驗結(jié)果表明，該文系統(tǒng)可直觀顯示小區(qū)寬帶業(yè)務(wù)訂單情況，準確分析訂單數(shù)據(jù)，并制定有效的運營管理策略。