基于真實信號強度的覆蓋分析

曾江波

（臺州市消防救援支隊信息通信科，臺州 318000）

1 我國警用數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)

2008年8月起，公安部科技信息化局聯(lián)合國內(nèi)廠家和業(yè)界技術(shù)專家開始著手制定適合中國警用的數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)。2013年4月，公開發(fā)布的警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范標(biāo)志著PDT 集群技術(shù)在中國成熟了。在公安信息化建設(shè)的目標(biāo)指引下，各地公安單位經(jīng)過5年多時間的積極努力，PDT 系統(tǒng)的建設(shè)完成率約為85%，并且這一數(shù)字還在繼續(xù)增長。PDT 系統(tǒng)作為公安的主要移動通信手段已經(jīng)在公安的日常及應(yīng)急通信中發(fā)揮了重要作用，數(shù)字集群系統(tǒng)部署上線后，用戶不僅會面臨復(fù)雜的通信環(huán)境而且隨著外界環(huán)境的變化，需要適時對信號弱區(qū)盲區(qū)進(jìn)行甄別以提高信號覆蓋率。目前，常用的一種方案是進(jìn)行人工拉距測試，該方法不僅耗費人力成本且效率不高，如何高效檢測PDT 系統(tǒng)的信號覆蓋成為提高PDT 系統(tǒng)業(yè)務(wù)保障能力重要影響因素。

2 PDT 信號覆蓋檢測系統(tǒng)需求分析

我國的PDT 數(shù)字集群系統(tǒng)采用大區(qū)制技術(shù)，通常情況下較少的基站可以覆蓋較大的范圍。公安部全國聯(lián)網(wǎng)《警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作方案》要求地級市重點任務(wù)區(qū)域PDT 基站信號覆蓋達(dá)到100%，但是隨著城市的發(fā)展，部分區(qū)域集群系統(tǒng)信號覆蓋不夠理想，形成部分信號弱區(qū)甚至是信號盲區(qū)，影響了警務(wù)通信的暢通。作為數(shù)字集群系統(tǒng)的使用人員，迫切的需要掌握數(shù)字集群系統(tǒng)信號覆蓋情況并甄別保障區(qū)域是否存在信號盲區(qū)。

為有效甄別通信系統(tǒng)的覆蓋弱區(qū)及盲區(qū)需掌握信號覆蓋整體狀況。目前，場強測評是評價與衡量場強評測是評價與衡量無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況的主要手段，場強的強弱是無線通信網(wǎng)建設(shè)和使用中重點關(guān)注的指標(biāo)之一。PDT 系統(tǒng)中為了提供更好，更方便，更直接的場強評測，要求PDT 無線終端在使用過程中實時對實際環(huán)境的場強（RSSI）進(jìn)行上報，以便達(dá)到場強評測的目的。

傳統(tǒng)的場強評測是通過人員手持終端并在通信車內(nèi)，以通信車圍繞待測試區(qū)域來實地測量下行場強的情況。該測試方法測試效果不佳，且單次測試耗費人力。如何為使用人員有效反應(yīng)專網(wǎng)通信系統(tǒng)的場強現(xiàn)況成為急需解決的問題。

3 覆蓋檢測系統(tǒng)技術(shù)分析

覆蓋檢測系統(tǒng)是專網(wǎng)通信領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂谠u估信號覆蓋的管理系統(tǒng)。其主要功能是對專網(wǎng)系統(tǒng)的歷史場強信息進(jìn)行分析，能通過圖形顯示場強的強弱情況，為信號補盲，基站布置提供支撐。覆蓋檢測系統(tǒng)對接集群系統(tǒng)的組網(wǎng)方式如圖1所示：

圖1 整體組網(wǎng)架構(gòu)

覆蓋檢測系統(tǒng)隨智能應(yīng)用平臺部署在一臺單獨的PC 服務(wù)器。一套覆蓋檢測系統(tǒng)配套一套數(shù)字集群系統(tǒng)。覆蓋檢測系統(tǒng)是一個BS 結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，分為三大部分：前端系統(tǒng)、后臺系統(tǒng)、數(shù)據(jù)平臺。前端主要完成數(shù)據(jù)的可視化：點圖圖層、熱力圖圖層的展示，電量圖表的生成，繪制安保路線變化，顯示場強優(yōu)化的動態(tài)效果等，同時前端提供友好的用戶與系統(tǒng)交互的界面：提供場強圖數(shù)據(jù)的篩選條件的選擇、提供安保路徑的選定。覆蓋檢測業(yè)務(wù)功能系統(tǒng)主要完成覆蓋檢測系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的計算，完成點圖、場強覆蓋圖、活動熱力圖這三大類渲染圖的生成，完成安保路線場強的分布的計算、基站布置算法的實現(xiàn)等，主要完成較復(fù)雜的或者耗時較長的數(shù)據(jù)的分析。數(shù)據(jù)中心：覆蓋檢測系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的主要來源。數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)會做初步的加工，對增量的數(shù)據(jù)會過濾和統(tǒng)計，提取出基本的屬性信息。數(shù)據(jù)中心支持和PDT 專網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫對接，獲取歷史的場強電量數(shù)據(jù)，并支持訂閱的中端定位數(shù)據(jù)上報數(shù)據(jù)的存儲。地圖服務(wù)：地圖服務(wù)獨立于系統(tǒng)的業(yè)務(wù)服務(wù)部分。地圖服務(wù)器可以跟數(shù)據(jù)中心部署在一塊，或者是在線的第三方服務(wù)器。地圖服務(wù)器的地址信息需要用戶配置，默認(rèn)使用的是本地服務(wù)器，部署在數(shù)據(jù)中心。覆蓋檢測系統(tǒng)典型交互組網(wǎng)方式如圖2所示：

圖2 覆蓋檢測系統(tǒng)

其中，數(shù)據(jù)中心平臺主要完成覆蓋檢測系統(tǒng)需要的場強數(shù)據(jù)進(jìn)行收集及篩選。支持和AVL/PUC 的數(shù)據(jù)庫對接，獲取歷史的場強數(shù)據(jù)，并支持訂閱的終端定位數(shù)據(jù)的存儲。數(shù)據(jù)平臺對覆蓋檢測的數(shù)據(jù)增量的完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，并生成合適的統(tǒng)計表，提供快速的查詢接口。

因此，獲取正確有效的場強數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

3.1 覆蓋檢測系統(tǒng)場強數(shù)據(jù)獲取

由于場強會隨位置的變化而變化，終端上報的場強信息與其地理位置包括外界環(huán)境息息相關(guān)，故此把PDT 無線終端上報的場強信息和定位信息綁定一起攜帶，所以要求PDT 無線終端在上報的定位數(shù)據(jù)中攜帶PDT 信號場強信息，場強上報的周期也與終端定位數(shù)據(jù)上報的周期一致。終端通過空口上報的場強信息中只包括下行場強，基站接收終端上傳的信息會補充上行場強信息，并將數(shù)據(jù)上報到調(diào)度臺。終端上報的場強數(shù)據(jù)傳輸流程如圖3所示：

圖3 場強數(shù)據(jù)上報流程

其中，涉及到調(diào)度下發(fā)周期訂閱終端定位數(shù)據(jù)、場強數(shù)據(jù)攜帶、空口上報信息、上下行場強數(shù)據(jù)上傳等步驟。場強數(shù)據(jù)上報遵循流程將獲取的場強數(shù)據(jù)上報給調(diào)度臺，并通過數(shù)據(jù)中心向調(diào)度臺數(shù)據(jù)庫獲取原始數(shù)據(jù)，推送給覆蓋檢測系統(tǒng)后臺，由后臺處理后在前端進(jìn)行展示。

周期訂閱是指按照上拉周期要求自動周期性向目標(biāo)終端下發(fā)上拉指令，上拉目標(biāo)終端定位數(shù)據(jù)，直至授權(quán)終端取消定閱才停止周期性上拉。周期性定位數(shù)據(jù)上拉模式，定位數(shù)據(jù)上拉指令在控輔助控制信道下發(fā)，因此，系統(tǒng)和終端都必須保存輔助控制信道激活狀態(tài)。調(diào)度臺獲取場強信息流程如圖4所示：

圖4 場強上報流程

上行場強數(shù)據(jù)則由信道機接收后顯示，在網(wǎng)管上對信道機接收場強的上傳周期進(jìn)行配置，并且只有語音業(yè)務(wù)信道需要顯示信道機接收場強信息，控制信道和輔助控制信道用于定位時不需要顯示信道機接收場強信息，輔助控制信道用于語音業(yè)務(wù)時，需要顯示信道機接收場強信息，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道不需要顯示信道機接收場強信息。信道機接收的上行場強數(shù)據(jù)通過中控一并傳輸給調(diào)度臺的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，核心網(wǎng)僅存儲定量的場強及定位數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)整合處理

覆蓋檢測系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)中心完成對多類數(shù)據(jù)的整合，對數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度動態(tài)與靜態(tài)分析，可提供高級數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計報表功能，采集的數(shù)據(jù)種類包括且不限于終端定位數(shù)據(jù)、終端當(dāng)前位置的上行場強和下行場強信號。

通過接入服務(wù)進(jìn)程接收來自專網(wǎng)通信系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為內(nèi)部JSON 格式后，根據(jù)配置投遞到對應(yīng)的MQ 隊列中。同時作為獨立的業(yè)務(wù)作業(yè)進(jìn)程，用于定時訪問下級子系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)庫表。再通過作業(yè)調(diào)度服務(wù)進(jìn)程，由預(yù)先注冊的jar包/Java類，實時進(jìn)行的消息處理與入庫操作。同時，通過配置定時運行后臺作業(yè)，完成定期數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)維護(hù)工作。整個數(shù)據(jù)中心的運行由運維服務(wù)進(jìn)程監(jiān)控，對整個平臺進(jìn)行鑒權(quán)與狀態(tài)監(jiān)控，維護(hù)必要的配置信息，進(jìn)行運維監(jiān)控管理。

3.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用及展示

覆蓋檢測系統(tǒng)前臺從用戶層面業(yè)務(wù)涉及到以下幾個流程：初始進(jìn)入系統(tǒng)；系統(tǒng)個性化配置；地圖服務(wù)；獲取基站信息；獲取場強數(shù)據(jù)并展示場強圖及場強熱力圖。

其中，登錄過程主要完成用戶身份的識別、驗證，該部分由公共平臺模塊完成。覆蓋檢測系統(tǒng)內(nèi)部不需做身份的合法性校驗。對于初次訪問系統(tǒng)，前端會需要先獲取基本的用戶數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的配置信息并存在數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)個性化配置是覆蓋檢測系統(tǒng)中用戶可以動態(tài)修改的配置。此類配置需前端提供配置的界面，配置的信息按不同的用戶保存在后臺的數(shù)據(jù)庫中。用戶通過進(jìn)入配置頁面調(diào)用接口set_user_config 來進(jìn)行設(shè)置的變更操作。

地圖服務(wù)獨立于系統(tǒng)的業(yè)務(wù)服務(wù)部分。地圖服務(wù)器可以跟數(shù)據(jù)中心部署在一塊，或者是在線的第三方服務(wù)器。地圖服務(wù)器的地址信息需要用戶配置，默認(rèn)使用的是本地服務(wù)器，部署在數(shù)據(jù)中心。地圖的交互是在前端和地圖服務(wù)器之間完成，不經(jīng)過系統(tǒng)后臺。后臺僅存儲地圖服務(wù)器的地址信息，初始運行時，前端從后臺獲取地圖服務(wù)器的配置信息，用于后面地圖服務(wù)器的訪問。

場強覆蓋的初始展示界面，需要在地圖上顯示基站的圖標(biāo)。鼠標(biāo)放在圖標(biāo)上面，需要顯示基站的ID、名稱、經(jīng)緯度信息。用戶登錄成功后，進(jìn)入覆蓋系統(tǒng)，獲取基本配置信息后，就觸發(fā)獲取基站的信息。其交互流程如圖5所示：

圖5 數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)流程

前臺WCLI 使用tsc_info 向后臺查詢基站信息，后臺向數(shù)據(jù)中心使用query_tsc_info 接口查詢數(shù)據(jù)庫，后臺獲取數(shù)據(jù)后，根據(jù)初始配置的基站列表過濾沒有配置的基站的信息，前端獲取數(shù)據(jù)后，在地圖對應(yīng)位置會相應(yīng)標(biāo)出基站圖標(biāo)。

場強點圖是根據(jù)上報的場強信息，在地圖上相應(yīng)的位置標(biāo)示有顏色的小圓點形成的圖。圓點的不同顏色標(biāo)示不同的場強值。圓點的位置為上報此場強手臺所處于的位置。通過顯示一個較長時間的上報的場強信息，累積的點逐漸形成一個區(qū)域覆蓋的圖形，點的顏色會標(biāo)示場強的強弱變化。原始的場強數(shù)據(jù)必須在數(shù)據(jù)平臺完成最基礎(chǔ)的去重及統(tǒng)計。為了避免需要渲染點的數(shù)量過大，數(shù)據(jù)中心的去重及統(tǒng)計要根據(jù)縮放級別進(jìn)行。比例尺越大的去重的單位區(qū)域越大，從而使更多的點的數(shù)據(jù)合并呈現(xiàn)。前端界面繪制點圖存在效率問題，所以渲染點圖是在后臺完成。后臺定時從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)，定期生成場強的點圖，當(dāng)前端請求過來時，后臺以圖片的形式返回數(shù)據(jù)；而對于按條件篩選的點圖，因為沒辦法提前準(zhǔn)備好對應(yīng)數(shù)據(jù)的圖片，所以需要在請求過來時生成（圖6）。此類請求后臺可根據(jù)請求的頻率做一些動態(tài)的熱數(shù)據(jù)緩存，優(yōu)化多用戶同條件的篩選查詢的性能。圖6是場強查詢的流程圖：

圖6 點圖查詢業(yè)務(wù)流程

前端在用戶點擊選擇點圖后，要根據(jù)顯示器可見的地圖的范圍，縮放級別，分段的向后臺請求對應(yīng)的點圖的圖片。并在用戶縮放地圖，拖動地圖時，觸發(fā)新的請求。場強的熱力圖是點圖的一種擴(kuò)展。場強熱力圖和點圖的區(qū)別主要是在渲染的方式，點圖是真實的展示，熱力圖則會在局部會做一定的分析和插值，讓場強分布的過度會比較平滑。

其他功能大多基于歷史場強數(shù)據(jù)所做的二次計算，通過前端整合的輸入的條件構(gòu)造請求，

由后臺根據(jù)篩選的條件從數(shù)據(jù)中心獲取新的場強數(shù)據(jù)，并根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)生成計算后的結(jié)果。

4 實際應(yīng)用分析

通過對用戶的信息化建設(shè)和運維管理現(xiàn)狀的調(diào)研并深入分析，了解目前PDT 系統(tǒng)運維發(fā)展現(xiàn)狀：隨著系統(tǒng)規(guī)模增加大，業(yè)務(wù)復(fù)雜性的提高，越來越多的應(yīng)用和業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上運行，核心網(wǎng)側(cè)的運維壓力增大，且缺乏一套統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)，無法了解系統(tǒng)的運行以及故障定位，故障處理效率低。業(yè)務(wù)服務(wù)規(guī)模增大，規(guī)劃、維護(hù)、安全、管理等人員分工更加細(xì)致，缺乏對系統(tǒng)運行情況的監(jiān)控，無法判斷現(xiàn)有系統(tǒng)是否存在運維瓶頸、是否需要擴(kuò)容或網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)。覆蓋檢測系統(tǒng)其底層基礎(chǔ)核心是數(shù)據(jù)中心，支持?jǐn)?shù)據(jù)多維度動態(tài)與靜態(tài)分析，通過集成海量系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為支撐，以實時監(jiān)測系統(tǒng)運行為驅(qū)動，對資源信息進(jìn)行實時解析和動態(tài)展示。通過分析終端上報的測量信息對系統(tǒng)的信號覆蓋情況進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析并協(xié)助制定相應(yīng)優(yōu)化方案，降低網(wǎng)絡(luò)檢測優(yōu)化過程中人為因素的干擾，縮短檢測和優(yōu)化周期，實現(xiàn)覆蓋檢測優(yōu)化的自動化。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用可實現(xiàn)：

（1） 縮短網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化周期，提高運維效率。面對復(fù)雜的地理環(huán)境，基站信號難以全面覆蓋管轄區(qū)域，不可避免存在信號盲區(qū)。通過實地測量信號強度來找到信號盲區(qū)，評估信號盲區(qū)對巡邏調(diào)度活動的影響，費時費力，并且結(jié)果可能會存在較大的偏差。覆蓋檢測系統(tǒng)通過收集并分析移動終端發(fā)回的場強信息，基于真實場強數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，全面評估信號的覆蓋范圍，迅速鎖定信號盲區(qū)，節(jié)約人力，為迅速調(diào)整基站信號或基站擴(kuò)容提供科學(xué)依據(jù)。從發(fā)現(xiàn)問題到提供基站調(diào)整建議大幅減少時間投入，運維效率得到極大的提高。

（2）保障重點區(qū)域的信號覆蓋。在執(zhí)行任務(wù)前，通過覆蓋檢測系統(tǒng)對轄區(qū)范圍內(nèi)的信號覆蓋進(jìn)行全面評估，根據(jù)移動終端的活動熱力圖找到需要重點保障區(qū)域，對信號偏弱地區(qū)基站進(jìn)行調(diào)整，在信號盲區(qū)部署新基站增加信號覆蓋率，減少信號盲區(qū)，提升移動終端用戶滿意度。

（3）優(yōu)化對比分析。隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大需實時了解優(yōu)化前后系統(tǒng)的覆蓋情況，覆蓋檢測系統(tǒng)通過實時覆蓋與歷史數(shù)據(jù)對比分析，得到直觀的優(yōu)化效果分析，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策提供依據(jù)。

（4）輔助優(yōu)化方案的制定。減少信號盲區(qū)會涉及數(shù)字集群系統(tǒng)基站的擴(kuò)容。在確定基站的擴(kuò)容方案前，通過基站信號覆蓋圖、信號場強點分布圖、移動終端的活動熱力圖、自定義路徑沿途信號覆蓋圖等可視化手段，覆蓋檢測系統(tǒng)可評估并找到信號弱區(qū)域和信號盲區(qū)，以輔助網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的制定。

5 規(guī)劃及展望

目前，全國PDT 系統(tǒng)建設(shè)已趨于完備，但是仍有許多問題需要解決。PDT 全國一張網(wǎng)（部省，省省，省內(nèi)）聯(lián)網(wǎng)工作正在緊鑼密鼓的開展，后續(xù)需要實現(xiàn)覆蓋檢測系統(tǒng)更大規(guī)模的使用，需要考慮和異廠商系統(tǒng)的對接以及不同制式的系統(tǒng)對接。此外，在現(xiàn)有實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對室內(nèi)覆蓋等無衛(wèi)星信號覆蓋區(qū)域的場強信號檢測也是需要攻關(guān)的技術(shù)難題。

6 結(jié)束語

我國公安PDT 系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入深化建設(shè)階段，當(dāng)前已經(jīng)為各種重大賽事、安保活動提供了重要保障，同時利用終端實時定位技術(shù)實現(xiàn)可視化指揮調(diào)度，大大提高了接處警效率。但同時，網(wǎng)格化指揮調(diào)度對基站信號覆蓋提出了更高的要求，大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展更離不開良好的無線信號覆蓋。實時進(jìn)行監(jiān)控區(qū)域的真實信號強度的分析必然成為公安信息化發(fā)展的基礎(chǔ)需求，傳統(tǒng)的仿真和電測無法再滿足日益復(fù)雜的建筑環(huán)境和時效要求。本文從公安實戰(zhàn)化需求出發(fā)，深入分析了PDT 系統(tǒng)與指揮中心業(yè)務(wù)平臺對接后的實戰(zhàn)化應(yīng)用，對公安專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和未來發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。