基于NB-IOT技術(shù)的移動(dòng)通信基站設(shè)備管理系統(tǒng)研發(fā)

劉玉潔，唐 升

（珠海城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東珠海519090）

近年以來，隨著我國(guó)通信技術(shù)的快速發(fā)展，3G和4G等通信網(wǎng)絡(luò)已在全國(guó)范圍內(nèi)得到普及。以移動(dòng)、聯(lián)通、電信為代表的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商為了保證移動(dòng)通信服務(wù)的質(zhì)量，確保移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率廣、信號(hào)穩(wěn)定，建設(shè)了大量的移動(dòng)通信基站。通信移動(dòng)基站一般分布范圍較廣，為了確保通信覆蓋率，大量通信基站興建在山地上等偏僻地點(diǎn)，給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的基站設(shè)備管理工作帶來了挑戰(zhàn)[1-4]。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信基站管理方式采用人工巡查的方式對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行管理，其靠巡檢人員在特定時(shí)間對(duì)移動(dòng)基站進(jìn)行巡查，不僅無法對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，且增加了巡檢人員的工作量，同時(shí)也增大了運(yùn)營(yíng)商的基站設(shè)備管理成本。

為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信基站管理的信息化、自動(dòng)化，提高移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)移動(dòng)基站的管理能力，降低基站故障率，從而提高移動(dòng)通信的穩(wěn)定性，本文開發(fā)了基于NB-IOT技術(shù)的移動(dòng)通信基站設(shè)備管理系統(tǒng)。其運(yùn)用NB-IOT技術(shù)將移動(dòng)基站相關(guān)參數(shù)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，管理人員通過后臺(tái)管理系統(tǒng)即可遠(yuǎn)程監(jiān)控移動(dòng)基站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障進(jìn)行搶修，為維護(hù)移動(dòng)基站的正常運(yùn)行，確保移動(dòng)通信穩(wěn)定性提供了保障。

1 NB-IoT技術(shù)

NB-IoT[5-7]（Narrow Band Internet of Things，NBIoT）網(wǎng)絡(luò)是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)，其是傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版，可由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商直接在現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)上部署。與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)容量更大（1個(gè)NB-IoT基站即能滿足100 000個(gè)設(shè)備的使用需求）。其次，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋率更廣，其覆蓋率比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)大將近100倍，能夠覆蓋農(nóng)村、工廠、河流、山地等較為偏僻的地區(qū)。此外，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)功耗低，使得傳感器設(shè)備能夠在偏遠(yuǎn)地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，適用于在大范圍的偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸。

一個(gè)完整的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)主要由NB-IoT基站、核心網(wǎng)、終端、云平臺(tái)以及垂直行業(yè)中心組成[8]，如圖1所示。終端包括移動(dòng)設(shè)備和傳感器芯片等能夠接入網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過基站傳輸至核心網(wǎng)，并通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理等操作，最后傳送至垂直行業(yè)中心。與此同時(shí)，垂直行業(yè)中心的數(shù)據(jù)經(jīng)云平臺(tái)處理后傳輸至核心網(wǎng)，再通過基站最終傳輸至終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的遠(yuǎn)程控制。

圖1 NB-loT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本移動(dòng)通信基站設(shè)備管理系統(tǒng)[9-11]主要由應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及硬件支撐平臺(tái)組成，如圖2所示。硬件支撐平臺(tái)主要由各種傳感器模塊，包括溫濕度模塊、煙霧傳感模塊、報(bào)警模塊等組成，其產(chǎn)生基站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。應(yīng)用軟件則完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與管理；數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與后臺(tái)應(yīng)用軟件之間的數(shù)據(jù)交換。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

針對(duì)應(yīng)用軟件平臺(tái)，其包含WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、接口服務(wù)器、前置服務(wù)器集群、磁盤陣列以及工作站等，同時(shí)還包含其他應(yīng)用系統(tǒng)。前置服務(wù)器集群用于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和WEB服務(wù)器為提供應(yīng)用軟件提供專業(yè)服務(wù)，接口服務(wù)器用于系統(tǒng)與其他應(yīng)用系統(tǒng)相連接。工作站用于工作人員登錄應(yīng)用軟件平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用前文所介紹的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用軟件平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及接口服務(wù)器與其他應(yīng)用系統(tǒng)之間，設(shè)置了防火墻以防止網(wǎng)絡(luò)入侵造成系統(tǒng)損壞或數(shù)據(jù)外泄。硬件支撐平臺(tái)通過電器傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等對(duì)移動(dòng)通信基站及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸至應(yīng)用軟件。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為5個(gè)功能模塊，分別為用戶權(quán)限管理、基站信息管理、區(qū)域信息管理、設(shè)備信息管理以及設(shè)備缺陷管理模塊。用戶權(quán)限管理用于對(duì)系統(tǒng)不同的用戶訪問權(quán)限進(jìn)行管理，在此通過將用戶與訪問權(quán)限分開，便于進(jìn)行權(quán)限管理。不同的用戶對(duì)系統(tǒng)有不同的訪問權(quán)限，當(dāng)用戶身份發(fā)送變化時(shí)，其訪問權(quán)限也隨之發(fā)生變化?；拘畔⒐芾碛糜趯?duì)基站的基本信息進(jìn)行登記管理，包括基站類型、名稱、編號(hào)、載波數(shù)量、頻率類型等信息。區(qū)域信息管理即是以地理位置為條件，將運(yùn)營(yíng)商所管理的地區(qū)劃分為不同的區(qū)域，按區(qū)域?qū)^(qū)域內(nèi)的工作人員和基站設(shè)備等信息進(jìn)行管理。設(shè)備信息管理即是對(duì)基站的設(shè)備信息進(jìn)行管理，其包括設(shè)備屬性及運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備缺陷管理用于對(duì)設(shè)備的缺陷情況以及修復(fù)記錄進(jìn)行管理。

圖4 系統(tǒng)功能模塊

2.3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)采用了MVC的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。其將系統(tǒng)分為模型層、邏輯層及視圖層。視圖層為系統(tǒng)提供人機(jī)交互界面，使用戶可以通過顯示器觀看系統(tǒng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入。模型層負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理，邏輯層用于對(duì)系統(tǒng)邏輯功能進(jìn)行分析。系統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)有更高的可修改性，不同層次之間相對(duì)獨(dú)立，開發(fā)人員可根據(jù)要求對(duì)特定層次進(jìn)行改進(jìn)，而不影響其他層次[12-15]。

2.4 設(shè)備管理GIS顯示

為了顯示移動(dòng)通信基站的區(qū)域布局，本文利用百度地圖實(shí)現(xiàn)通信基站的GIS顯示，其步驟如圖6所示。

為了在地圖上顯示基站信息，需先輸入基站名稱，然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索基站的信息從而獲取基站位置的經(jīng)緯度。隨后在地圖中輸入經(jīng)緯度，并重新定位地圖，最終在地圖上顯示基站的信息，過程如圖7所示。

圖5 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

圖6 GIS服務(wù)調(diào)用流程圖

圖7 GIS定位調(diào)用流程

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的功能，本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。在瀏覽器中輸入系統(tǒng)網(wǎng)址，打開系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)登錄界面，如圖8所示。

輸入用戶名和密碼登錄系統(tǒng)后，進(jìn)入系統(tǒng)主頁(yè)面，如圖9所示。頁(yè)面左邊為功能導(dǎo)航頁(yè)面，頁(yè)面右邊為歡迎界面，同時(shí)也是各個(gè)功能的操作頁(yè)面。

圖8 系統(tǒng)登錄界面

圖9 系統(tǒng)主頁(yè)面

用戶登錄系統(tǒng)后，根據(jù)不同的權(quán)限會(huì)顯示不同的功能導(dǎo)航列表。如圖10所示為系統(tǒng)超級(jí)用戶，其擁有最高的系統(tǒng)權(quán)限，因而能夠使用所有的功能，包括基站、設(shè)備管理、人員管理、系統(tǒng)管理等。

點(diǎn)擊基站管理模塊可以看到其擁有3個(gè)子模塊，分別為基站信息查詢、創(chuàng)建基站信息、更新基站信息。點(diǎn)擊基站信息查詢，界面如圖11所示。在搜索框輸入所要查詢的基站名稱，點(diǎn)擊搜索即能從數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索相關(guān)基站，并在地圖上顯示該基站的位置信息。

點(diǎn)擊基站管理模塊可以看到其擁有4個(gè)子模塊，分別為設(shè)備信息查詢、登記設(shè)備信息、更新設(shè)備信息和刪除設(shè)備信息。在搜索框輸入所要查詢的基站名稱，點(diǎn)擊搜索即能從數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索相關(guān)基站并顯示該基站的設(shè)備信息，包括編號(hào)、型號(hào)、生產(chǎn)地以及保修期限等。

經(jīng)多次測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)各項(xiàng)功能均可得到正確相應(yīng)，系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，且運(yùn)行穩(wěn)定。

圖10 基站設(shè)備管理系統(tǒng)的功能樹形

圖11 基站信息查詢頁(yè)面

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的移動(dòng)通信基站管理方式，采用人工巡查的方式對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行管理。其靠巡檢人員在特定時(shí)間對(duì)移動(dòng)基站進(jìn)行巡查，不僅無法對(duì)移動(dòng)基站設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，且增加了巡檢人員的工作量，增大了運(yùn)營(yíng)商的基站設(shè)備管理成本。為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信基站管理的信息化和自動(dòng)化，提高移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)移動(dòng)基站的管理能力，并降低基站故障率，從而提高移動(dòng)通信的穩(wěn)定性，本文開發(fā)了基于NB-IOT技術(shù)的移動(dòng)通信基站設(shè)備管理系統(tǒng)，其運(yùn)用NB-IOT技術(shù)將移動(dòng)基站相關(guān)參數(shù)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，管理人員只需通過后臺(tái)管理系統(tǒng)即可遠(yuǎn)程監(jiān)控移動(dòng)基站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障進(jìn)行搶修。從而為維護(hù)移動(dòng)基站的正常運(yùn)行，確保移動(dòng)通信穩(wěn)定性提供了保障。