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中文摘要 摘要 路测工作是无线网络优化的主要组成部分,常规路测方法需要占用优化技术 人员很多时间和精力体力去获取测试数据,而不能集中于问题的发现和深入分析, 以及提出解决措施。实时监测系统是将小型化专用路测单元放置在社会车辆上, 通过无线数据传输方式,实时将测试数据传送到后台系统,进入海量数据库。网 络优化人员利用后台系统及相应分析软件工具,对无线网络状况进行显示和分析, 节省了技术人员的大量重复性工作,极大的提高了网络优化工作的效率。 本文以实时监测系统的核心部分一车载测试终端的功能、硬件和软件的设 计与实现为主。按照实际需求对系统中的车载测试终端的功能进行了详细的分析, 并根据实际情况确定硬件组成和软件工作流程,最终完成了车载测试终端的设计 与实现。结合设计方案详细阐述了软、硬件设计和实现过程。对无线数据传输的 实现方法做出详尽说明。针对开发过程中的典型问题,给出了解决方法。 对几种无线数据传输方式比较之后,设计方案选用c d m a 网络作为数据通信 平台,发挥了c d m a 数据传输的优点,提高了数据传输率,增强了实时性,增大 了传输流量,降低了通信费用。设计中采用功能强大的控制器r a b b i t 2 0 0 0 ,其具有 丰富的串行端口、通用i o 脚和库函数,降低了软硬件开发难度。中兴( z t e ) 的 c d m a 模块m g 8 1 5 + 作为无线m o d e m ,同时负责采集c d m a 网络质量参数。g s m 网络质量参数由s i m 3 0 0 c 采集。另外,还配以g p s 数据采集模块e 5 3 1 及液晶模 块等。 除车载测试终端外,实时监测系统还包括功能强大的后台管理、分析系统, 其工作包括数据的接收,大量数据的清洗、归纳、抽样、统计分析,地理化显示 等。 网络优化是一项复杂而长期的工作,实时监测系统在其发展中必将发挥越来越 重要的作用。 关键词:无线网络实时监测系统;车载终端;无线数据传输; 英文摘要 r e a l t i m ew i r e l e s sn e t w o r k m o n i t o r i n gs y s t e m - d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f v e h i c l et e r m i n a l a b s t r a c t d ti sac o m p o s i t i o ni m p o r t a n t l yi no p t i m i z a t i o no fm o b i l en e t w o r k t h er e g u l a r w a y so fd tm a k et h et e c h n i c i a n st os p e n dm u c hm o r et i m ea n de n e r g yt og e tt h et e s t i n g d a t a , b u tn o tb ea b l et of o c u so nf i n d i n go u tt h ep r o b l e m si nn e t w o r k ,a n da n a l y s i si t d e e p l y w i t hp r o v i d i n gt h ew a yo fr e s o l v i n g r e a l - t i m em o n i t o r i n gs y s t e mi ss u c ha s y s t e mt h a tt h em i n i a t u r i z a t i o ns p e c i a ld t u n i ti sp l a c e di nt h es o c i a lv e h i c l et ot r a n s m i t t h et e s t i n gd a t at ot h eb a c k g r o u n ds y s t e mt oe n t e ri n t oam a s s i v ed a t a b a s eb yw i r e l e s s d a t at r a n s m i s s i o n i tg r e a t l ys a v e sr e p e t i t i v ew o r ko ft h et e c h n i c i a n sa n di m p r o v e st h e e f f i c i e n c yo fn e t w o r ko p t i m i z a t i o nb yd i s p l a y i n ga n da n a l y s i st h es t a t u so fw i r e l e s s n e t w o r ku s i n gb a c k g r o u n ds y s t e ma n dc o r r e s p o n d i n ga n a l y s i ss o f t w a r et o o l s t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ec o r ep a r to ft h er e a l - t i m em o n i t o r i n gs y s t e m - - t h e f u n c t i o n sa n dt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n i n ga n di m p l e m e n t a t i o no ft h ev e h i c l e t e r m i n a l r e g a r d i n gp r a c t i c a ld e m a n da n ds i t u a t i o n ,ad e t a i la n a l y s i si sc a r r i e do u to n t h ef u n c t i o n so ft h e c l et e r m i n a la n dh a r d w a r ea n ds o f t w a r ef l o wc h a r ta r e d e t e r m i n e da n dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fv e h i c l et e r m i n a la r ef i n i s h e dp e r f e c t l y t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s sa r ee x p o u n d e di n d e t a i l e d t h ei m p l e m e n t a t i o no fw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o ni si l l u s t r a t e di nd e t a i l f i n a l l y , t h et y p i c a lp r o b l e m sa n dt h es o l u t i o n sa r ep r e s e n t e d a f t e rt h ec o m p a r i s o no ft h ew i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o nm e t h o d s ,o u rd e s i g na d o p t s c d m an e t w o r ka st h ed a t ac o m m u n i c a t i o np l a t f o r mw h i c ht a k e sf u l la d v a n t a g e so f c d m a s u c ha si n c r e a s i n gt h ed a t at r a n s f e rr a t e s ,e n h a n c i n gt h ec a p a c i t yo fr e a lt i m e , i n c r e a s i n gt h et r a n s m i s s i o nf l u x ,a n dr e d u c i n gt h ec o m m u n i c a t i o nc h a r g e t h eb s eo f m i g h t yf u n c t i o nm o d u l er a b b i t 2 0 0 0w h i c hp r o v i d e sr i c hs e r i a lp o r t s ,g e n e r a li op o r t s , a n dl i bf u n c t i o nm a k e st h ew o r ko ft h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ee a s y z t e sc d m a m o d u l em g 815 + w o r k sa st h ew i r e l e s sm o d e m i ta l s oc o l l e c t st h ec d m an e t w o r k q u a l i t yp a r a m e t e r s t h eg s m n e t w o r kq u a l i t yp a r a m e t e r sa r ec o l l e c t e db ys i m 3 0 0 c m o d u l e t h es y s t e ma l s oi n c l u d e sg p sd a t ac o l l e c t i o nm o d u l ee 5 31a n dl c dm o d u l e 英文摘要 e t c e x c e p tt h ev e h i c l et e r m i n a l ,i ta l s oi n c l u d e sap o w e r f u lb a c k g r o u n dm a n a g e m e n t a n da n a l y s i ss y s t e mi nt h er e a l - t i m em o n i t o r i n gs y s t e n l i t sf u n c t i o ni n c l u d e sd a t a r e c e p t i o n , m a s s i v ed a t ad e a n i n g , s u m m a r i z i n g , s a m p l i n g , s t a t i s t i c a la n a l y s i s ,a n d g o o g r a p h i cd i s p l a y i n g o p t i m i z a t i o no fm o b i l en e t w o r ki s ac o m p l e xa n dl a s t i n gw o r k r e a l - t u n e m o n i t o r i n gs y s t e mi sp l a y i n ga ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l ei n i t sd e v e l o p m e n t k e yw o r d s :r e a l - t i m ew i r e l e s sn e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e m ; v e h i c l et e r m i n a l ;w i r e l e s sd a t ac o m m u n i c a f i o n 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明:本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,撰写 成硕士学位论文 = = 玉线圈终塞盟堕测丕统= = 奎戴终端煎遮让墨塞丑:。除论文中 已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确 方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开 发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名:旅,郾加衫年,月z z e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、版权使 用管理办法”,同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件 和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 学位论文。 保密口,在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于:保密口 不保密眵缸以上方框内打“”) 论文作者签名:致协 导师签名:华z 以 日期:z 印矿年,月暑。日 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 第1 章绪论 1 1 课题背景 加强网络优化,搞好运行维护是运营商提高无线网络服务质量的关键,形成 一个完善的网络必须经历网络规划、网络建设、网络优化的全过程。网络优化是 对正在运行的网络进行参数采集、数据分析、找出影响网络运行质量的原因并通 过参数调整和采取某些技术手段,使网络达到最佳运行状态,使现有的网络资源 达到效益最大化【l 】。 运营商识别和诊断的网络问题是各种各样的,一般来说大部分网络问题是由 用户投诉而不是由网管系统发现的。传统的移动网络问题需要工程师或者技术人 员携带仪表驾车路测来发现,有时能立即解决问题,而大多数是带回办公室进一 步分析才得以解决。 虽然便携式测试方法在以往的网络优化测试中已采用多年,但已达到它的限 度。便携式测试方法也称d t 路测,即借助测试软件、测试手机、电子地图、g p s 及测试车辆等工具,沿特定路线对无线网络参数和话音质量的测试,重点显示重 选、切换、掉话的地点及事件发生前后的各种测量参数( 包括各种事件发生前后 服务小区和邻近小区的接收电平、话音质量、小区i d 、b s i c 、c i 等) ,并显示l a y e r 3 信息及解码后信息、网络总体覆盖情况、平均通话质量、切换次数、通话情况等f 2 1 。 但系统的复杂性、人员管理、效率的低下都有问题。每个技术人员或工程师的工 作量将不可能负责更多的基站小区的优化工作和问题分析,加快测试周期、定制 报告、内部沟通和关心整个网络的性能更是变得不可能。 便携式测试方法的不足之处: ( 1 ) 人均维护的小区较少 ( 2 ) 完成常规任务所花费的时间较多 ( 3 ) 发现和解决问题的周期较长 ( 4 ) 人工或半人工地生成网络性能报告 ( 5 ) 需要路测设备的维护和升级费用 ( 6 ) 搜集的数据分散和零乱 第1 章绪论 ( 7 ) 改善网络问题主要来自投诉 ( 8 ) 不能完成网络同步对比测试功能,且测试次数受到极大限制,只能在少数 几个时间段上得到网络状况数据,不能连续采集网络数据【3 l 。 以上是早期采用便携式路测系统存在的一些问题,现在已经从针对性很强的 故障诊断为目的的测试,转向主要以无线网络质量监测和以海量测试统计为目的 的无线测试。如何减员增效,早于用户投诉前对问题进行定位逐渐成为主要问题。 为此,开始建立无线网络质量实时监测系统,该系统不仅为了无线网络优化使用, 而且更重要的是扩展到市场管理和增值服务领域。 无线网络质量实时监测系统是将具有g p s 定位功能的移动测试终端大量部署 在出租车等营运车辆上,使这些移动测试终端在计算机的控制下,按照预先设定 的测试计划对网络进行测试,并将测试的数据通过无线方式实时传回控制中心进 行处理,那么当移动测试终端的数量足够多时,就能够获取海量数据,节省大量 的人力,达到对移动网络进行持续、全面的监测,并将网络质量问题进行准确地 理定位和初步分析。这些移动测试终端由于在测试过程中不需要人工操作,且实 时反映网络状态,因此将这些移动测试终端所组成的系统称为无线网络实时监测 系统。 基于以上原则,无线网络实时监测系统应该具备:能够自动地监测最终用户 能够感受到的,并且与地理位置和无线环境有一定联系的网络质量事件和参数; 能够载入电子地图,将网络质量、问题进行直观的、地理化显示;能够自动生成 网络质量指标的统计报表及附图;能够提供用户自定义的统计、查询并生成报表 等功能。另外,为了能够对问题进行初步的定位,无线网络实时监测系统还需要 提供问题发生前后的无线环境参数,通过导入基站数据库并提供回放功能,从而 在回放时将无线环境参数与小区在地理上相联系。 图1 1 为无线网络实时监测系统与便携式路测系统的比较,仅以一套车载终 端便代替了测试车辆、设备和测试人员,可见实时监测系统克服了便携式路测的 缺点。 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 d t 测试: 蜜雅簸测 系统; 铡试硷备 一 涌试结柬 屯会飘西瓣 龟璇 遴试人员_ z 撼试数据 实时处理, 分辑翁撰 图1 i 实时监测系统与便携式路测系统比较 f i g 1 1c o m p a r i s o no fr e a l - t i m em o n i t o r i n gs y s t e ma n dd t t e s t 1 2 无线网络实时监测系统在无线网络管理中的意义 ( 1 ) 预测网络发展; ( 2 ) 自动考核、评估网络质量; ( 3 ) 了解竞争对手网络状况、制定竞争投资策略; ( 4 ) 提高工作效率、提高资源利用率; ( 5 ) 验证网络客户投诉、主动掌握网络运行状况【3 1 。 1 3 无线网络实时监测系统发展现状 无线网络实时监测系统的概念提出已久,但是目前应用不是十分广泛,有部 分省市开始推广应用4 1 。爱立信、大唐移动等移动设备提供商提供该系统服务,但 因其价格昂贵而不能实现终端的大量部署以获取海量测试数据。 1 4 本人主要工作及论文内容安排 该课题是本人在大连维深自动识别技术有限公司实习期间参与研发的项目。该 项目的任务包括车载数据终端的设计和后台控制管理软件的设计。本人主要负责 车载数据终端的软件设计和硬件调试工作,硬件电路板的设计工作由该公司硬件 工程师负责。最终完成了该系统的设计、调试工作,经大量测试证明,车载数据 终端工作稳定,实现了预计的设计要求。 本文主要进行以下几个方面的工作: 第1 章绪论 第一部分:绪论。主要阐述了本课题的工程背景、目的和意义。 第二部分:无线网络实时监测系统概述及主要应用技术。根据实际需求对车 载测试终端的功能进行了详细的分析,确定实现方案。并针对本系统所涉及到的 各个先进技术做了简要介绍。 第三部分:车载数据终端硬件设计。对系统中的各个模块做了详尽说明,并 给出其硬件接口电路。 第四部分:车载数据终端软件设计。给出系统软件流程,详细介绍了系统软 件的实现方案。 第五部分:结论与展望。总结全文内容,讨论了实时监测系统的发展方向。 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 第2 章无线网络实时监测系统概述及主要应用技术 2 1 无线网络实时监控系统概述 2 1 1 工作原理和性能 无线网络实时监测系统的工作原理是将移动测试单元( m n7 ) 放置在出租车 上,由控制中心向m t u 发送测试指令,m t u 按测试指令进行测试并记录测试数 据,然后定期或时实的向监控中心传送测试数据,监控中心收集到测试数据后便 可进行处理并产生各种报表嗍,系统结构如图2 1 所示。 实时监测系统具有如下方面的特点1 5 j : ( 1 ) 由于出租车在市区内不间断地随机行使,与传统的路测方法相比,这种测 试方法能够获取海量数据,节省大量的人力; ( 2 ) 通过对海量数据进行统计分析,可以得到每个月、每个星期或者每天的全 网络接通率、掉话率、单通率、覆盖率、无线质量等等。这使得网络优化人员能 够对整个网络的质量状况有一个比较客观的评估,观察网络质量的走势,并且有 针对性的实施网络改善; ( 3 ) 可以通过统计指标发现工程实施对无线网络质量的影响,如割接、新开站 之后网络质量是否有变化,进行频率重新规划或者网络整改后,网络质量是否有 第2 章无线网络实时监测系统概述及主要应用技术 提高。这种反馈信息可以有助于网优人员评估工程对网络质量的影响; ( 4 ) 由于出租车的行动路线是随机的,因而可能会经过一些路测死角,发现 一些我们平常难以发现的问题。比如某些非干线道路上信号覆盖不好,干扰较大, 容易掉话等等问题。当在地图上显示所有路线的接受信号强度时,很容易通过颜 色发现有问题的地方; ( 5 ) 实时监测系统能够记录很多偶发事件,通过对这些记录文件的事后分 析,我们能够发现网络中的一些隐患,如邻小区关系不当、同频干扰和邻频干扰 左盘 守。 实时监测系统的要求: ( 1 ) 设备稳定性要求,由于实时监测系统的工作思路是通过很少的人力成本获 得较丰富的数据,所以设备的稳定性及其重要。设备的稳定性包括硬件的稳定性 和软件的稳定性,首先是m t u 的稳定性,由于m t u 通常安装在出租车的尾箱内, 且是不间断的工作,所以对其稳定性要求较高。要求其耐高温,抗震动性能好。 然后是软件的稳定性,要求在使用过程中,各功能模块不能出现异常情况; ( 2 ) 保证收集数据的准确性,即能真实地反映网络的质量,不能因为测试系统 本身的原因而造成测试数据有偏差; ( 3 ) 保证统计结果的准确性,具有较强的分析功能和较好的工作界面,具有较 强的报表功能。 2 1 2 系统功能 无线网络实时监测系统应该具备下列功能【5 】: ( 1 ) 具有可安置在公共交通工具上的遥控遥测多网络数据采集装置。 ( 2 ) 具有实时自动通过移动互联网技术数据回传功能。 ( 3 ) 具有t c p i p 协议的数据收集服务器。 ( 4 ) 具有大量数据清洗、归纳、抽样、统计分析的处理功能数据库。 ( 5 ) 具有地理化、专题化无线网络数据分析功能。 该系统所涉及的技术包括移动通信技术、无线网络优化技术、计算机网络技 术、g p s 卫星定位技术以及g i s 系统、数据库技术。本文主要完成车载数据终端 的设计,将针对所涉及的移动通信技术、无线网络优化技术、计算机网络技术、 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 g p s 卫星定位技术做简要介绍。 2 1 3 车载终端的实现方案 在2 1 2 的系统功能中,( 1 ) ( 2 ) 主要由车载终端来实现。 ( 1 ) 多网数据采集功能: 以往用于网络评估和优化的d t 测试设备均采用专用测试手机,其功能虽然很 强,但价格昂贵,至少比商用手机价格高一个数量级;商用手机模块成本很低, 均可以通过a t 指令来进行控制,使其完成某项操作( 如呼叫、摘机、挂机、发送 接收短信、a t t a c h d e t a c h 、p d p 激活去活等) 。另外,商用手机模块可以提供 基本的无线环境参数,例如g s m 无线环境参数:l a c 、c i 、b s i c 、b c c hf r e q 、 r x l e v 、r x q u a l 、t a 以及最多六个邻区的b s i c 、b c c hf r e q 、r x l e v 和 c d m a 无线环境参数:c h a n n e ln u m b e r 、s i d 、n i d 、p i l o tp no f f - s e t 、b a s es t a t i o n i d ,e c i o ,r x p o w e r ,t xp o w e r ,t x - v o c r a t e ,r x v o c r a t e ,f e r ,a c t i v ep n c o u n t , 通过对这些无线环境参数的统计,系统可以对无线网络的覆盖状况和通话质量进 行监测【6 】。这样,采用商用手机模块设计的车载终端因其低廉价格可以实现出租车 上的大量部署以实现海量数据的获取。 可以看出,基于商用手机模块的设计方案是完全能够满足无线网络实时监测 系统的各项要求的。 ( 2 ) 数据回传功能: 目前,移动无线传输数据的方式主要有3 种:g s m 短消息、g p r s 和c d m a 。 它们的特点比较如下【7 j : 移动通信网g s m 短消息方式:服务费用低,传输延时不固定,其缺点是数 据传输速率低、具有延时性且时间不定。 ( 查) g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) ,即通用分组无线业务:按流量计费, 理论传输速率可达1 7 1 2 k b p s ,实际传输速率大约在4 0 k b p s 。在车载g p s 中采用 g p r s 的数据传输比g s m 方式更满足实时监控的时效性要求【8 1 。 c d m a1 x 指c d m a2 0 0 0 的第一阶段,理论传输速率可达3 0 0k b p s ,目前 的实际传输速率大约在1 0 0k b p s 左右,可以用于i n t e r n e t 连接、数据传输等应用。 c d m a1 x 无线数据通信系统的特点是按流量计费,即一直在线,按照接收和发送 第2 章无线网络实时监测系统概述及主要应用技术 数据包的数量来收取费用,没有数据流量时不收费用【l o l 。 本系统的数据传输采用了c d m a 的数据业务。c d m a 无线d d n ( d i g i t a ld a t a n e t w o r k ) 特别适合应用于工业、商业和其他诸多领域的移动数据传输、多点分散 的数据传输,例如,物流系统的车辆调度管理,停车场所和交通监测数据的传输, 金融系统p o s 联网,气象站数据采集,电力、水文、供暖、供气、供水的分布式 遥测遥控系统等【l l 】。 2 2 移动通信系统概述 移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为迅速的领域之一,也是将在 新世纪对人类生活和社会发展有重大影响的科学领域之一【9 1 。所谓移动通信,是指 通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换的通信方式。移动通信系统包括 无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。移动通信几乎集中 了有线和无线通信的最新技术成就,其所能交换的信息,已不仅局限于语音,一 些非语音服务也已逐步纳入移动通信的服务范畴【1 2 1 。 2 2 1 移动通信的发展 移动通信网络最早产生于2 0 世纪7 0 年代,移动通信系统的发展如图2 2 所 示。依次经历了以频分多址( f d m a ) 为接入技术的第一代移动通信系统、以时 分多址( ) m a ) 和码分多址( c d m a ) 为接入技术的第二代移动通信系统,正 在向第三代移动通信系统演进,以实现全球无线覆盖。第一代移动通信的典型系 统有美国的模拟电话系统( a m p s ) 、北欧的移动电话系统( n m t ) 、英国的全接 入通信系统( t a c s ) 等。第二代移动通信系统的典型系统有欧洲的全球移动通信 系统( g s m ) 、北美的数字增强型系统i s 1 3 6 、c d m ao n e 、i s 9 5 a 、i s 9 5 b 、日 本的个人数字蜂窝系统( p d c ) 等。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟 ( 1 1 r u ) 于1 9 8 5 年提出,1 9 9 6 年更名为i m t - 2 0 0 0 。i m t - 2 0 0 0 共接纳了五个标准, 其中主流的三个标准是欧洲的u m t s ( w c d m a ) 、北美的c d m a 2 0 0 0 和中国的 t d s c d m a t l 3 1 。 移动通信的大趋势和i n t e m e t 网络的迅猛成长必将成为通信界的主流。移动 通信的统一和i n t e m e t 网络的移动化应用是大势所趋。移动通信的发展将主要受 经济、技术的发展趋势和用户需求所主导。这些趋势和需求正在影响着超3 g 移 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 动通信系统的未来1 4 】。从技术角度看,超3 g 移动通信系统包括多个关键技术, 分别是:o f d m ( 多载波) 技术、m i m o ( 多输入多输出) 技术、高峰值传输速 率、控制峰均比等【1 5 1 。 1 g 模拟通信 2 0 世纪8 0 年代 2 g 数字通信 2 0 世纪9 0 年代 3 gi m t - 2 0 0 0 2 0 0 0 年 b 3 g 膳g 2 0 1 0 年以后 以宽带、接 入因特网、 具有多种 综合功能 的形态出 现,采用 o f d m 等 技术 f d m a t d m a 为主,c d m ac d m a 为主,t d m a 预计采用o f d m a 4 5 0 8 0 0 9 0 0 m h z8 0 0 9 0 0 18 0 0 19 0 0 m h z2 g h z 扩展频段等接入技术 图2 2 移动通信系统的发展 f i g 2 2d e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m 2 2 2 移动通信中的多址接入技术 蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的,一个信道只容纳一个用户进行通话, 许多同时通话的用户互相以信道来区分,这就是多址。移动通信系统是一个多信 道同时工作的系统,具有广播信道和大面积覆盖的特点。在无线通信环境的电波 覆盖区内,如何建立用户之间的无线信道的连接,是多址接入方式的问题。解决 多址接入问题的方法叫多址接入技术【1 2 】。 从移动通信网的构成可以看出,大部分移动通信系统都有一个或几个基站和 若干个移动台。基站要与许多个移动台同时通信,因而基站通常是多路的,有多 个信道;而每个移动台只提供一个用户使用,是单路的。许多用户同时通话,以 不同的信道分隔,防止互相干扰,各用户通过在射频波道上的复用,从而建立各 自的信道,以实现双边通信的连接,称为多址连接。 多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时 问、频率和码型的函数,即可以写作 第2 章无线网络实时监测系统概述及主要应用技术 s ( c ,f ,f ) = c ( t ) s ( f ,f ) 式中,c ( f ) 是码型函数;j 优f ) 是时间t 和频率,的函数【1 2 1 。因此,可以按频率、 时间和码字对无线接入方式进行基本分类,以此为基础,目前在移动通信系统中 应用的有如下几种基本的模式及它们的混合应用方式等【9 】。 ( 1 ) 频分多址( f d m a ,f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ,以传输信号的载 波频谱不同来区分信道建立多址接入。 ( 2 ) 时分多址( t d m a ,t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ,以传输信号存在的时 间不同来区分信道建立多址接入。 ( 3 ) 码分多址( c d m a ,c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ,以传输信号的码型不 同来区分信道建立多址接入。 图2 3 分别给出了n 信道的f d m a 、t d m a 和c d m a 的示意图。 f ( a ) f d m a ( b ) t d m a ( c ) c d m a 图2 3f d m a 、t d m a 和c d m a 的示意图 f i g 2 3a b r i d g e dg e n e r a lv i e wo ff d m a ,t d m a ,c d m a 2 2 3g s m 移动通信系统 g s m 是基于t d m a 的数字蜂窝移动通信系统,采用分级控制,一个g s m 网 分为如下三个子系统:网络交换子系统( n s s ) 、基站子系统( b s s ) ( 移动台m s 也是一个子系统,但通常被认为是基站的一部分) 、网络管理子系统( n m s ) 【1 0 】。其 结构如图2 4 所示。 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 匠厨厨 o & m 厨 图2 4 g 酬的三个子系统及其接口 f i g 2 4t h r e es u b s y s t e m so fg s m a n dt h e i ri n t e r f a c e 在图中所示的网络结构中,m s 与b s s 间的接口称为空中接口;在b s s 与n s s 问的接口称为a 接口;b s s 、n s s 与n m s 间的接口称为操作维护( 0 & m ) 接口。 2 2 4c d m a 技术 ( 1 ) c d m a 系统简介 c d m a 是码分多址的英文缩写( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ,它是在数字 技术上的分支扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。c d m a 技 术的原理是基于扩频技术,即将需传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个带 宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经 载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相 关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现数据传输【m 】。 ( 2 ) c d m a 的组网方式 c d m a 的组网方式与其他移动通信网的组网相同,其组网结构见图2 5 。 图2 5c d m a 组网结构图 f i g 2 5t h es t r u c t u r eo fc d m a n e t w o r k 第2 章无线网络实时监测系统概述及主要应用技术 c d m a 移动网的工作方式与g s m 移动网一样,手机寻呼由b t s 与b s c 建立通 信 b s c 再同交换机中心建立通信来完成一次寻呼。而数据业务的完成是通过b s c 中的p c f 单元与p d s n 建立通信,从而进入i p 网【1 7 1 。 ( 3 ) i m t - 2 0 0 0 候选标准方案1 8 】 表2 1i m t - 2 0 0 0 候选标准方案 l a b 2 1i m t 2 0 0 0c a n d i d a t es t a n d a r d s m dd sf d d m ct d d 候选方案 w c d m a ( f d d )c d m a 2 0 0 0 ( m c ) u t r a t d dt d s c d m a 提交方案欧洲、日本美国欧洲 中国 基本码片速率 3 8 41 2 2 8 83 8 4 1 2 8 ( m c h i p s ) 网络层协议 g s m m b pa n s i - 4 lg s m m a pg s m m a p 与2 g 兼容与g s m 兼容与i s 9 5 兼容与g s m 兼容与g s m 兼容 ( 4 ) 无线i p 体系结构和分组数据业务 c d m a 2 0 0 0l x 分组数据网可以向移动用户提供以下业务【1 9 】: 基于简单i p 的公网接入业务,如w w w 浏览、f t p 、电子邮件和电子商 务等; 基于简单口的专网接入业务,如某企业的无线专用数据网等; 基于移动i p 的公网接入业务; 基于移动i p 的专网接入业务等。 本系统通过简单i p 技术实现车载终端和监控中心的数据通信,这里仅对简单 口介绍。 当用户使用简单i p 接入时,网络体系结构如图2 6 所示。m s 将会从服务p d s n 那里被分配一个d h c p ( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) i p 地址,并利用此 地址建立与p d s n 的p p p 连接。每次给m s 分配的i p 地址是动态可变的,因此它 只能实现主叫方式的数据通信。处于激活或静止状态的m s ,在整个分组会话期间 必须处于同一p d s n 网络内,一旦m s 进入另一p d s n 所连接的b s c b t s 覆盖区 域时,m s 必须与新的p d s n 协商以获得一个新的p 地址,这就导致当前的分组 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 会话中断。必须重新发起才能继续进行,即简单口不能支持跨p d s n 的切换,但 简单口协议不需要实现f a ( 外地代理) 和h a ( 归属代理) 功能,另外,p d s n 必须支持c h a p ( c h a l l e n g eh a n d s h a k ea u t h e n t i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 和p a p ( p a s s w o r d a u t h e n t i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议【1 9 1 。 图2 6 基于简单i p 的c d m a 2 0 0 0l x 网络体系结构模型 f i g 2 6m o d e l o fc d m a 2 0 0 0i xn e t w o r ka r c h i t e c t u r eb a s e do ns i m p l ei p p d s n ( 分组数据节点) :p d s n 负责为每一个用户终端建立和终止p p p 连接, 以向用户提供分组数据业务。 m s :移动终端,主要负责建立、保持和终止到p d s n 的数据链路协议,支持 简单i p 和移动i p ,并向网络请求提供适当的无线资源以便用于分组数据交换,保 持用于分组会话的无线资源状态信息( 如激活、休眠等) ,支持空中接口道r r c 的加密。 p c f ( 分组控制功能) :p c f 主要负责建立、保持和终止至p d s n 的层2 的连 接、映射移动终端i d 和连接参考到唯一的层2 连接标识符,以便与p d s n 进行通 信。p c f 需要也r r c 进行通信,请求和管理无线资源,以便传送来自或发送到移 动终端的数据。同时,p c f 还需要保持无线资源状态信息,缓存由p d s n 传来的 数据包,并收集和发送与计费相关的空中链路信息到p d s n 。 r r c ( 无线资源控制) :r r c 主要负责移动终端和p c f 之间进行分组数据交 第2 章无线网络实时监测系统概述及主要应用技术 换的无线资源的建立、保持和终止,保持无线资源状态信息、移动终端无线接入 的鉴权和认证以及空中接口到移动终端的加密等功能。 a a a ( 认证、授权、计费) 服务器:在c d m a 2 0 0 0 分组数据网中,按照提供 业务网络与用户注册地网络的关系划分,有在业务提供者网内的a 从服务器、在 归属网内的a a a 服务器和在代理网( b r o k e r n e t w o r k ) 内的a 从服务器3 种凡认 服务器。在业务网内的a a a 服务器主要负责接收来自p d s n 的鉴权请求和计费信 息,将其转发到代理丸a 服务器或归属a a a 服务器,并向p d s n 发送确认信息; 为m s 存储来自p d s n 的记账信息,并可选的传送给一个h a 或本地p 网络。在 归属网络内的a a a 服务器主要负责为本地用户提供认证、授权和计费服务。 2 3 无线网络优化技术概述 目前移动通信网络的规模已相当庞大,网络已维持在一个比较稳定的规模, 今后网络服务质量的提高将主要依赖于细致、系统的网络优化工程。利用现有的 网络设备、资源和容量,通过参数调控、硬件优化等优化手段最大限度地提高网 络的服务质量,提高效益1 2 0 - 2 1 1 网络优化重要的工作就是通过现有的网络资源及工具,找出网络问题点( 包 括硬件设备) ,分析找出相应的解决方案1 2 0 1 。 网络优化是一项长期的、系统化要求极高的工作,通常,网络优化工作应包 括以下几个方面的主要内科2 2 之3 】: ( 1 ) 设备排障:发现并排除一些影响网络性能的设备故障。 ( 2 ) 提高网络运行指标:无线接通率、阻塞率、切换成功率、话音接通率等。 ( 3 ) 提高话音服务质量。 ( 4 ) 话务均衡:g 网和c 网之间、g 网内各小区之间、c 网内各小区之间的话 务均衡。 ( 5 ) 网络负荷均衡:信令负荷均衡、设备负荷均衡、链路负荷均衡等。 ( 6 ) 合理调整网络资源,疏通网络中的一些瓶颈,增加网络容量( 包括对突发 性大话务量的支持) 。 ( 7 ) 提高设备利用率:提高频普利用率、每信道话务量等。 ( 8 ) 减少路线投资:合理安排有线链路,路由调整等。 无线网络实时监测系统车载终端的设计与实现 ( 9 ) 建立和维护长期的网络优化工作平台,建立和维护网络优化档案。 2 4 计算机网络技术概述 计算机网络是计算机技术和通信技术高度发展、紧密结合的产物。计算机网 络从形成到发展大致经历了近4 0 年时间,大致可以将它划分为四个阶段。2 0 世纪 5 0 年代,计算机技术与通信技术的结合,完成了数据通信技术与计算机通信网络 的研究,为计算机网络奠定了理论基础。从2 0 世纪6 0 年代美国的a r p a n e t 与 分组交换技术为i n t e r a c t 的形成奠定了基础。2 0 世纪7 0 年代中期,国际标准化组 织在推动开放系统参考模型和网络协议的研究方面年做了大量工作,对网络理论 体系的形成和网络技术的发展起到了重要作用。2 0 世纪9 0 年代,i m c m c t 与a t m 技术的兴起,计算机网络进入了新的时代1 2 4 1 。 为了解决不同厂商、不同结构的网络产品之间的互连时遇到的不兼容问题, i s o ( 国际标准化组织) 提出了o s i 网络参考模型。o

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