基于无线传感器网络的移动业务监测系统的研究与设计

摘要：随着移动用户数及移动业务量的日渐增长，以改善用户感知为导向的网络优化已成为运营商的主要工作。传统的话音质量测试、路测、拨打测试等都需要大量的人力、物力，且会产生延时。提出一种基于无线传感器网络的移动业务自动监测系统，该系统利用目前发展成熟的无线传感器技术，自动完成话音质量测试、拨打测试等需要重复很多次的测试任务。测试表明，该系统能够完成所设计的任务。

近年来，随着社会经济的日益增长，通信技术特别是移动通信技术得到了长足的发展。包括中国在内的世界各国,不管是移动用户数还是移动业务量都已远远超过了有线网络。随着移动业务的日渐普及、壮大，用户对移动网络的性能要求也越来越高。网络运行质量的好坏成为影响移动运营商收入的重要因素。在移动网络覆盖基本完成之后，以客户感知度为导向的网络优化，从而为用户提供更高质量的服务成为运营商的主要工作。

一个地区级的移动网络一般由数百甚至上千个基站、直放站等网元组成，无线信道的多径、多普勒频移、衰落等特征，使得移动通信系统的空中接口成为网络中最容易出问题的环节。包括话音质量测试仪( MOS Test) ，路测( DT:Driver Test) 和拨打测试( CQT: Call Quality Test) 等传统的网络测试和优化方式需要较复杂的设备、大量的人力和车辆，且需要一段时间才能得到相应的数据。因此，传统的网络优化数据采集会有不同程度的时间延后，难以及时复现用户投诉的现象，网络隐患得不到及时排除。

目前，随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注。这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络分布区域内各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的数据，并根据需要将其传送到服务器节点。无线传感器的这种特点，符合目前移动通信系统自动监测、收集无线信号的要求。可见，可以应用无线传感器网络来解决传统网络优化不能即时采集数据的问题。

1.系统结构设计

GSM网络由移动台、基站子系统、网络子系统三部分组成，相应的网络优划分为无线侧的网络优化与核心侧网络优化。其中，核心侧的网络优化主要与网络运行参数的设置有关，而本文涉及的则是无线侧的网络优化。

无线信道是参数随时变化的随参信道，无线信号的运行环境复杂多变; 因此，移动网络无线侧优化与无线信号及无线信道的特点有很强的关联。在这种情况下，无线信号在传播过程中的任何阶段都有可能因为不可预知的原因导致接收端的信号变差，产生掉话、单通、切换失败等用户敏感的故障。当产生上述故障时，若无自动检测故障的方法，就需要专门的网络优化与维护人员进行现场大量的DT 与CQT 测试，收集到足够多的无线与呼叫数据，才能准确定位故障。这一过程耗时耗力，结果还可能不尽如人意。而采用无线传感器网络概念的无线监测技术能够完成简单的数据采集及信息处理功能，而且，现代大规模及超大规模集成电路(VLSI)技术已发展成熟，我们能够花费很少的费用即可实现具有GSM/GPRS 信号采集与处理的传感器。

基于无线传感器网络的移动业务监测系统设计由监测器、监控服务器、服务器端监控终端、监控终端软件等几部分构成。包括监控用户、短信监控用户和VIP 用户共三种角色，其中监测器是基于GSM/GPRS 的通信模块，它和监控用户手机一样，完成监测点信号强度的测试并将测试结果汇报给服务器监控终端，由监控服务器分析测试结果并给出分析建议。系统结构如图1 所示。

基于无线传感器网络的移动业务监测系统软件部分主要分为客户端与服务器端两部分，其中客户端负责任务定制以及执行结果的显示、告警等功能。服务器端主要负责任务调度、MTR ( Mobile TrafficRecording) 测试、短信收发、监控终端控制、告警检测等功能。

考虑到网络营运的安全性和封闭性, 本监测系统的软件部分采用经典的C/S 架构, 均使用微软公司的.NET 开发平台; 同时, 数据库采用SQLSERVER，操作系统采用Window2003 Server, 保证了系统的兼容性。客户端和服务器端各司其职, 协同工作。

软件部分的工作流程大致描述如下( 图2) :

·网络优化人员通过操作客户端软件可以定制测试任务, 或者通过短信发起测试任务, 并将待测试任务添加到数据库中。

·任务调度子系统的任务是扫描数据库, 当它发现有需要执行的任务时, 在规定的时间调用相应的测试模块执行测试任务。

·根据任务类型, 调用终端控制器拨打被测监测器, 或者通过短信通知测试用户:"测试任务已开始,开始测试", 或通过短信通知检测器对其他检测器进行拨打测试。

·测试结束时调用报警检测子系统对测试文件进行导入/ 分析, 根据分析结果产生相应的报警信息或正常报告。

·对于短信监控任务, 报警检测子系统通过短信收发子系统发送测试结果给测试用户。

·短信子系统收到检测点检测器的状态报告短信时, 调用报警检测子系统更新监控器的活动状态。

·短信子系统收到短信测试要求时, 通过任务调度子系统启动一个即时测试任务。

2.硬件结构设计

基于无线传感器网络的移动业务监测系统监测器分为两种: 一种是与服务器连接的服务器端监测器, 另一种是安装于远端的监测器。其中远端的监测器无数量限制, 可以为若干套, 分别放置于不同地点。为达到快速更换升级的目的, 采用了模块化设计的思想。两者的基本结构分别如图3 和图4 所示。

服务器端监测器包括兼容GSM/GPRS 通信模块。无线通信模块采用标准RS232 接口与数据模块相连, 这样便于日后升级更换。通信模块被服务器端应用程序控制向远端监测器发送命令, 并接收来自远端监测器的确认信息和来自远端监测器的数据,由服务器端软件对数据进行分析并自动生成相关报表或修改数据库资料。

远端监测器包括通信模块、中央控制模块。无线通信模块负责接收来自服务器的指令, 传送给中央控制模块后, 由中央控制模块根据指令进行相应的操作, 如拨号、发送短信、发送测试数据等。远端监测器需要交流供电, 可置于任意测试地点独立工作。既可以放置一处长期测试, 也可以根据测试需要, 随时迁移。

3.小结

本文设计的基于无线传感器网络的移动业务监测系统主要是针对目前移动通信网络中用户投诉单通、数据传输速率低、无信号、掉话等故障。统计及经验表明, 这些故障大部分与移动网络的空中接口故障有关。因此, 将具有通信功能的远端监测器放置到易出故障点, 一旦用户发现或投诉故障时, 网络维护人员即可以在控制端发送指令, 立即获取故障现场的数据及分析, 发现故障原因, 提出解决方案。本系统提供面向业务的及时监控能力, 并预留了相应的接口以支持未来可能出现的新型业务, 满足运营商推广增值业务的需求。本系统大大方便了网络优化人员的工作, 既节省人力物力, 又提高了对市场的反应速度, 为运营商构建提供优质服务的移动网络提供一种简单、快速的解决方案。