一种基于物联网技术的移动网络感知系统设计
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摘 要：随着近年来移动通信网络的飞速发展，移动互联网逐渐兴起，使得人们对移动网络质量的要求越来越高，由此对新时期的移动网络优化提出了更高的要求。为了解决网络优化费用高、支撑手段匮乏、优化分析效率低下等问题，更好服务于网络优化，提出一种基于物联网技术的移动网络感知系统。该系统基于智能终端与云平台构成，可以实现移动网络质量的态势智能感知，为网络优化决策提供帮助，且终端具有体积小、易拓展、低功耗、部署简单等优点。该系统能够为运营商提供新的网络优化思路，实现降本增效。
关键词：物联网;网络感知;网络优化;GPRS;LTE;NB-IoT
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）06-00-02
0 引 言
当前，随着移动互联网、物联网应用的快速发展，我国已经进入了信息化时代。人们对移动网络的质量要求和业务需求越来越高，这对移动网络质量优化提出了更高的要求，为了解决网络优化费用高、支撑手段匮乏、优化分析效率低下的问题[1-2]，本文提出了一种基于物联网技术的移动网络感知系统。该系统依托移动网络感知智能终端采集GPRS，LTE，NB-IoT这三种目前使用较多的网络制式的网络质量数据，包括基站信息、信号强度、邻区信息等，通过MQTT协议将数据上传至移动网络感知管理云平台，再由云端进行数据分析与处理，配合告警和工单系统，以大幅提升网络优化管理和信息化水平，对实现降本增效具有深远的现实意义[3-4]。
1 系统总体架构
移动网络感知系统采用物联网、无线通信等技术，通过移动网络质量检测模块进行网络质量感知，实现网络质量监控，当移动网络发生持续性波动甚至信号质量滑坡时，可以及时通知相關人员进行实地现场查看，为网络优化决策提供帮助。终端具有体积小、易拓展、低功耗、部署简单等优点，能够为运营商提供新的网络优化思路。移动网络感知系统整体分为两大部分，包括移动网络感知智能终端和移动网络感知管理云平台，其中移动网络感知智能终端包括主控核心板模块、GPRS检测模块、LTE检测模块、NB-IoT检测模块、电源模块、LED灯和温湿度传感器等;移动网络感知管理云平台由设备管理平台和业务平台组成，其中设备管理平台包括设备接入、设备信息与状态查询、命令收发、数据查询等功能，而业务平台包括设备监控、基础管理、人员管理、工单业务管理、系统管理、大屏展示等功能。
系统总体框架如图1所示。
移动网络感知系统通过云平台进行远程管理，移动网络感知管理云平台可以查询每一个智能终端的工作状态和上报数据，并且根据数据生成图表或者热点图来对网络质量进行量化描述，使运营商可以完全掌握移动网络质量的历史状态，并根据网络质量的波动大小辅助网络优化决策。同时移动网络感知系统可以根据实际需要，通过云平台设定状态上报周期，做到重点时间重点照顾[5]。
2 移动网络感知智能终端设计
移动网络感知智能终端作为移动网络感知系统的感知层，根据后端云平台的设置负责为物联网系统提供移动网络质量的原始数据信息。它包括主控核心板模块、GPRS检测模块、LTE检测模块、NB-IoT检测模块、电源模块、LED灯和温湿度传感器等。
移动网络感知智能终端拓扑结构如图2所示。
主控核心板模块采用STM32L系列低功耗MCU，既能满足终端运行的性能需求，也能满足成本和低功耗需求，延长终端使用寿命。
GPRS检测模块、LTE检测模块、NB-IoT检测模块分别用于对GPRS网络、LTE网络和NB-IoT网络质量进行检测。检测方法：检测模块采集与对应基站间的通信质量和邻区信息，通过终端与基站间的信号连接质量来反映终端部署区域移动网络信号质量。目前这三种网络制式使用较多，故而选择此三种模块分别对相应的网络进行检测，主要检测参数包括CellId，RxLev（RSSI），LAC（TAC），BSIC，PCI，RSRP，RSRQ，SINR，邻区信息等[6-8]。
电源模块为终端提供电源，主要由一块锂亚电池和对应的DC-DC电路构成，能够满足至少1年无需更换电池的低功耗需求，LED灯用于指示设备运行状态，温湿度传感器用于采集设备周围环境的温湿度信息。
终端运行流程如下：
（1）设备启动后连接云平台获取命令和检测任务，下发的命令只包括运行参数配置，例如设置上报平台IP、LED灯亮灭和远程升级指令，检测任务包含检测不同制式网络的信号质量与数据上传周期;
（2）在完成获取命令和检测任务后采集温湿度信息，随后分别对GPRS，LTE，NB-IoT三种网络制式的网络质量进行检测;
（3）将数据发送至云平台并进入休眠模式，直至下一次运行时间的到来。
3 移动网络感知管理云平台设计
移动网络感知管理云平台作为系统的重要组成部分，由设备管理平台和业务平台组成，分别负责设备管理和业务管理两大部分。移动网络感知管理云平台基本框架如图3所示。
3.1 设备管理平台
设备管理平台主要具有设备接入、设备信息与状态查询、命令收发、数据查询功能。作为云平台的设备接入层，将业务交互与终端设备进行隔离，有助于保障平台的安全和可拓展性，在必要时还可以提供接口供第三方平台调用数据信息[9]。
设备接入部分负责终端设备的接入，保证设备可以在正常或非正常情况下连接平台进行通信，保证业务流程顺利进行。
设备状态查询功能可以查看设备的鉴权信息、部署安装位置等。
命令收发功能的作用是对设备下发各类命令并接收来自设备的回复。
数据查询功能可以查看设备上传的全部数据，最长可保存一年。
3.2 业务平台 业务平台包括设备监控、基础管理、人员管理、工单业务管理、系统管理、大屏展示。
设备监控是针对设备管理平台的设备状态和上传数据进行分析，展示给用户，方便用户查看设备是否运行正常，数据是否正常，命令是否执行。
人员管理可以进行终端设备运维人员信息的各项管理和查询工作。
工单业务管理分成终端故障工单管理和网络质量工单管理两部分，使得云平臺可以进行工单自动化管理。终端故障工单管理是在终端发生故障时自动派发工单到指定运维人员处，以进行现场检查;网络质量工单管理是移动网络质量在一定时间内持续处于较低水平时，自动发出通知，提醒相关单位到现场进行网络质量查勘。
系统管理包括用户账号管理、权限管理、短信报警管理等。
大屏展示功能则是以大屏幕配合GIS展示移动网络感知系统的各项状态指标，如移动网络质量态势热力图、终端故障情况、移动信号质量告警情况、终端整体部署情况以及终端部署位置的温湿度等[10]。
4 结 语
本文提出的一种基于物联网技术的移动网络感知系统采用多模组多网络感知形式，利用MQTT协议传输移动网络质量参数，实现了对GPRS，LTE和NB-IoT三种网络制式的网络质量监控，方便用户实时了解网络状态的变化趋势，对特定时间段的网络质量进行针对性跟踪，辅助网络优化策略，还可根据需要自动生成和派发工单，未来还可以接入5G网络质量探测，系统具有很强的可拓展性。通过该系统可以提高运营商的网络优化效率，辅助进行网络优化策略，实现降本增效。
参考文献
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