蔣湘濤，陳曉雷

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 計算機與通信工程學(xué)院，湖南 長沙410004；2.中國移動通信集團湖南有限公司 湘潭分公司，湖南 湘潭411100）

0 引 言

路測是移動通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量優(yōu)化中必須要做的日常工作，主要通過路測及相關(guān)分析來主動發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中所存在的問題，并基于分析結(jié)果定制出改進通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的優(yōu)化方案，其中優(yōu)化方案的成效直接依賴于對路測數(shù)據(jù)的分析和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的評估?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量采集及分析系統(tǒng) （路測軟件）只能提供二維地圖信息，工作人員主要依靠路測數(shù)據(jù)和基站分布平面圖進行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析。由于缺少所測試網(wǎng)絡(luò)的地理環(huán)境信息支持，其分析結(jié)果常常有較大的誤差，特別是當(dāng)測試和分析工作由不同的人員獨立進行時，問題更加顯著，嚴(yán)重影響其優(yōu)化方案的實際成效。

全球地理信息搜索軟件Google Earth能夠方便快速地定位到地球上任一點、并返回其地理環(huán)境信息，其提供的全球地貌影像能生成三維視圖、并可任意旋轉(zhuǎn)以提供不同視角［1］。影像的有效分辨率通常為30m左右，針對大城市、著名風(fēng)景區(qū)能提供分辨率為1m和0.6m左右的高精度影像，而為國內(nèi)地市級城市以及重要縣城提供的影像精度均在5m左右?？紤]到Google Earth所具有的高精度、開放性特點，本文利用它來獲取通信網(wǎng)絡(luò)所在地的地理環(huán)境信息，并將其與現(xiàn)有常規(guī)路測軟件所能提供的路測數(shù)據(jù)進行信息融合，同時還整合了通信質(zhì)量投訴數(shù)據(jù)等其他與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析相關(guān)的信息，最終提供集成式的可視化通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)

利用Google Earth系統(tǒng)所提供的嵌入式控件 （為了方便起見，下文采用Google Earth作為該控件的簡稱），將地理環(huán)境信息的瀏覽功能集成到本系統(tǒng)中；并利用API注入和Hook技術(shù)實現(xiàn)與現(xiàn)有路測軟件交互、以及兩者的信息融合。從而構(gòu)造出可視化的網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量分析系統(tǒng)。

本系統(tǒng)基于Google Earth的開發(fā)主要包括兩部分：使用基于KML （keyhole markup language）模型［2］的無線網(wǎng)絡(luò)、基站的地理環(huán)境信息表示與查詢，包括各種影像和三維地貌圖要素，且實時更新數(shù)據(jù)；基于Google Earth提供的COM API［3］接口來實現(xiàn)對地理環(huán)境信息的瀏覽操作以及路測數(shù)據(jù)在三維地形環(huán)境中的回放，并且支持回放過程中進行視角、縮放、視距等參數(shù)調(diào)整。

1.1 無線網(wǎng)絡(luò)及基站的地理信息定義

客觀世界各種復(fù)雜的地理對象可以抽象成為點、線、多邊形 （面）等空間幾何類型。在Google Earth的KML模型中，采用Geometry抽象元素定義了幾種基本的幾何形元素，分別提供點 （Point）、線 （LineString）、環(huán) （Linear－Ring）、多邊形 （Polygon）、三維模型 （Model）等基本幾何圖形，同時還可以通過MultiGeometry聚合不同形態(tài)的基本幾何圖形，以便定義出復(fù)雜的幾何實體。

本系統(tǒng)主要使用了 KML模型中的下列定義元素［2，4－6］：（1）Placemark元素表示定義了一個地理對象；

（2）Point元素定義點對象，每個Point元素其中僅包括一個Coordinates元素。

（3）Polygon定義多邊形對象，表示連接的平面。按面域之間的包含關(guān)系可分為無島面域和有島面域兩種，每個多邊形對象的外邊界由outerBoundaryIs元素定義，其內(nèi)邊界由innerBoundaryIs元素定義。

（4）LinearRing定義環(huán)對象，表示線形閉合環(huán)，由一序列坐標(biāo)對所組成的直線段連接起來而組成。

（5）Coordinates定義坐標(biāo)序列對，一個地理坐標(biāo)對包括經(jīng)度、緯度和高度3個值。

此外，在KML模型中，還可以通過Style元素來指定實現(xiàn)地理對象的外在樣式表示；altitudeMode元素定義高度模式，設(shè)置為clampToGround模式時點對象將緊貼地面，忽略coordinates元素中所設(shè)置的高度值，設(shè)置為relativeToGround模式時，coordinates元素中的高度值為相對地面的高度值，指定為absolute模式時coordinates元素中的高度值此時為點對象相對海平面的高度值。extrude元素用于定義在relativeToGround、absolute等高度模式下的空間點是否通過線擴展延伸到相應(yīng)的地表面。tessellate元素用于指定地理對象是否隨地形起伏而產(chǎn)生相應(yīng)變化。

在本系統(tǒng)中，使用點對象來標(biāo)識所有的基站分布信息以及用戶對通信質(zhì)量投訴數(shù)據(jù)，同時使用多邊形對象來表示基站信號覆蓋范圍。其中信號覆蓋范圍的計算法采用了通用的大地主題解正算法，可以得到基站信號覆蓋范圍的扇形圖。在計算過程中，當(dāng)下傾角不等于0°時，表示覆蓋范圍的扇形圖半徑值設(shè)為 （站點高度）／TAN （下傾角），而計算全向站的信號覆蓋范圍時設(shè)定基站的半功率角為360°。

圖1中的實例定義了位置點 （湘潭縣雙江）以及一個基站雙江－33771，并描述了其網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍，由＜coordinates＞標(biāo)簽中的一系列的三元組值指示出其具體的邊界。

圖1 地理環(huán)境信息定義實例

1.2 信息融合機制及其過程

信息融合過程中主要是通過GPS數(shù)據(jù)值來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量路測數(shù)據(jù)和Google Earth能提供的地理環(huán)境數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。其中在Google Earth地理環(huán)境數(shù)據(jù)的所包含的GPS數(shù)據(jù)值是通過預(yù)先計算、自定義生成的，而路測數(shù)據(jù)的所包含GPS數(shù)據(jù)值是動態(tài)提取的，依照路測軟件定義的數(shù)據(jù)格式以及 NMEA－0183協(xié)議［7－8］計算出 GPS數(shù)據(jù)的經(jīng)、緯度值。下面將介紹系統(tǒng)中信息融合機制的具體實現(xiàn)。

為了遵循用戶對現(xiàn)有分析系統(tǒng)的操作習(xí)慣，在信息融合實現(xiàn)機制中，主要使用了 API注入［9－12］和 Hook技術(shù)［13－14］，不需要修改現(xiàn)有路測軟件，也無需用戶增加額外的操作步驟。其中API注入是通過對系統(tǒng)動態(tài)鏈接庫com32dlg.dll中GetOpenFileNameA函數(shù)調(diào)用的攔截，獲取路測軟件當(dāng)前正要加載進行分析的路測數(shù)據(jù)文件名；一旦獲取文件名后，則讀取其數(shù)據(jù)內(nèi)容，并按NMEA－0183協(xié)議從中提取相應(yīng)的GPS記錄值，主要包括經(jīng)、緯度以及高度值，最終據(jù)此生成相應(yīng)的KML文件，導(dǎo)入Google Earth實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，緩存所有位置的相關(guān)衛(wèi)星影像資料。

Hook技術(shù)則主要用于記錄現(xiàn)有路測軟件中鼠標(biāo)操作事件 （主要記錄開始、暫時、回到最初以及跳到結(jié)尾等操作），以獲取用戶對路測軟件的操作，并由此生成對Google Earth的瀏覽操作控制，完成在Google Earth中的地理位置變化和地理環(huán)境信息顯示。

整個過程如圖2所示，當(dāng)路測軟件導(dǎo)入路測數(shù)據(jù)時，本系統(tǒng)將得到該數(shù)據(jù)文件名，自將其導(dǎo)入，并從中即時提取相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)值，與系統(tǒng)預(yù)先基于KML模型定義的地理環(huán)境信息相結(jié)合，形成當(dāng)前分析網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)地理信息定義文件，使用該文件驅(qū)動Google Earth即時讀取相應(yīng)的地理環(huán)境信息，并在系統(tǒng)的主窗口顯示出來；同時當(dāng)用戶操縱路測軟件時，將由截取到的事件驅(qū)動本系統(tǒng)完成信息的即時更新。

圖2 路測數(shù)據(jù)與地理環(huán)境信息的融合過程

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的可視化分析

從圖3中可以看到，本系統(tǒng)不僅可以查看到所有的實際路測數(shù)據(jù)值，還可以同時從主窗口GE VIEW中看到由三維圖形展示的網(wǎng)絡(luò)地理環(huán)境信息，不僅可以看到實際地理地貌，同時還可清楚地看到路測軌跡信息，由三維圖中的紅色線形表示，線上方塊圖形表示當(dāng)前的測量位置。

2.2 基站可視化管理

基于Google Earth的標(biāo)簽功能［3］支持實現(xiàn)對所轄境內(nèi)所以基站數(shù)據(jù)進行實時修改、顯示、分析。

圖4顯示如何在系統(tǒng)中對用戶投訴數(shù)據(jù)進行可視化管理，并最終集成到網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)；圖5顯示在系統(tǒng)中查看基站的基本信息。在分析過程中，隨時查看當(dāng)前基站所轄網(wǎng)絡(luò)的所有相關(guān)信息，并自動接收數(shù)據(jù)執(zhí)行更新操作。

2.3 應(yīng)用實例

應(yīng)用了該系統(tǒng)對湘潭河西區(qū)域進行通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，路測以及相關(guān)分析工作貫徹整個優(yōu)化工作的始終，不僅通過路測發(fā)現(xiàn)問題，同時還通過路測驗證各種優(yōu)化手段的實際效果，在此分析過程中除了路測數(shù)據(jù)值，主要利用了本系統(tǒng)所提供的基站周邊環(huán)境地貌信息以及所轄網(wǎng)絡(luò)的故障報告以及其他相關(guān)信息。

通過對比河西區(qū)域在優(yōu)化前后一周的整體指標(biāo)，表明該區(qū)域性能有很大的改善。表1是優(yōu)化過程中網(wǎng)絡(luò)載頻性能的日統(tǒng)計結(jié)果表，可以比較明顯地看出網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升的趨勢。

表1 載頻性能統(tǒng)計

3 結(jié)束語

基于API注入和Hook技術(shù)，構(gòu)造了集成式的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析應(yīng)用系統(tǒng)，將Google Earth的地理環(huán)境信息瀏覽功能以及現(xiàn)有路測軟件回放功能集成到本系統(tǒng)中，并且實現(xiàn)了兩者的信息融合以及在本系統(tǒng)中與路測軟件的交互操作。主要解決了以下3個問題：在不需要更改現(xiàn)有路測軟件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)路測數(shù)據(jù)與Google Earth的地理環(huán)境數(shù)據(jù)兩者的信息融合；提供了可視化的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析系統(tǒng)；實現(xiàn)了移動通信基站數(shù)據(jù)的可視化管理。系統(tǒng)在中國移動通信集團湖南有限公司湘潭分公司的實際應(yīng)用情況表明，能有效地提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化工作的質(zhì)量和效率，具有比較顯著的應(yīng)用參考價值。

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