（计算机软件与理论专业论文）移动通信网络优化中voronoi图的应用研究及实现.pdf

移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 摘要 在移动通信组网方式中，目前最好的陆地移动通信网是蜂窝制移 动通信系统。蜂窝制移动通信系统的正六角形覆盖区域的划分图实际 上就是以基站为母点，且当母点均匀分布情形下的v o r o n o i 图。然而 传统的计算几何v o r o n o i 图的画法，在实际应用中存在一定的缺陷： 忽略了外围基站的边界 - 覆盖区域划分是基于全向天线方式的，而不是以扇区为单位 本文首先对v o r o n o i 图的对偶图d e l a u n a y 网的传统算法进行了改 进，继而通过间接法实现v o r o n o i 图算法。在实际应用中又对v o r o n o i 图算法作了适当的改进，实现了v o r o n o i 图在移动通信网络优化中的 五个应用： 一蜂窝制移动通信的基站覆盖范围的划分 _ 无线电信号场强实测点选择 _ 小区容量估算 一增设基站 一基站场强预测等值线 并从工程的角度出发，结合m a p l n f o 地理信息系统、m y s q l 数据 库系统，采用面向对象的技术，将v o r o n o i 图在移动通信网络优化方 面的应用封装成模块，开发了“g s m g p r s 无线网络优化智能决策 支持系统 的子模块v o r o n o i 子系统。 关键词网络优化v o r o n o i 图d e l a u n a y 三角网 g s m t h er e s e a ra n di m p l e m e n t a t i o n so nv o r o n o i d i a g r a m t h e r o yi nc e l l u l a rr a d i oc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a b s t r a c t c e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sa na d v a n c e da n dt h eb e s t f r a m e w o r ki nc u r r e n tc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，a n d i tn o wt a k e s p r e d o m i n a n tp o s i t i o n s i nf a c t ，d e l i m i t a t i o n o ft h er e g u l a rh e x a g o ni n c e l l u l a rr a d i oc o m m u n i c a t i o ni ss p e c i a lk i n do fv o r o n o id i a g r a mw i t hi t s s i t e sd i s t r i b u t e de v e n l y m a n yd r a w i n gm e t h o d so fv o r o n o id i a g r a me x i s t i n s u b j e c to fc o m p u t a t i o n a l g e o m e t r y , h o w e v e r , t h e y s t i l lh a v e s h o r t c o m i n gi nr e a lp r a c t i c e ，s u c ha s ： t h eb o u n d a r yd e t e r m i n a t i o no fb o r d e rs i t e s d e l i m i t a t i o no fs i t en o te e l l t h i s p a p e ri m p r o v e s d e l a u n a ya l g o r i t h m s t oa c h i e v ev o r o n o i a l g o r i t h mi n d i r e c t l y , a n di m p r o v e ss u c ht r a d i t i o n a la l g o r i t h m st oa d a p tt o r e a lp r a c t i c e ，d e s c r i b e st h ea p p l i c a t i o n so fv o r o n o id i a g r a mf o rm o b i l e n e t w o r ko p t i m i z i n ga sf o l l o w i n g ： t h ei n i t i a ld i s p l a yo fb a s es t a t i o n c l h o i c eo f w i r e l e s se l e c t r i cs i g n a lt e s tp o i n t c a p a c i t ye s t i m a t i o n a d d i n gn e w s i t e s c o n t o u rl i n eo fb a s es t a t i o ne l e c t r o m a g n e t i s me s t i m a t i o nd e n s i t y b a s i n g o nt h ev i e wo fp r o j e c ta n du s i n gt h eo b j e c t 。o r i e n t e d t e c h n o l o g y , e n c a p s u l a t e s t h e a p p l i c a t i o n s o fv o r o n o i d i a g r a m i n t o f u n c t i o nm o d u l e ，a n dd e v e l o p s t h ev o r o n o i s u b s y s t e m o fi d s s c o m b i n i n gw i t ht h em a p l n f og e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ma n dt h e m y s q l d a t a b a s es y s t e m k e yw o r d s ：n e t w o r ko p t i m i z i n g ，v o r o n o id i a g r a m ，d e l a u n a y t r i a n g u l a t i o n ，g s m i l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 期 期 日 日 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 1 1 课题背景 第一章绪论 自从1 8 9 7 年马可尼实验室证明了运动中无线通信的可应用性，人们便开 始了对移动通信狂热的兴趣和锲而不舍的追求。由于移动通信的便利，其发展 迅猛，时至今天，移动通信已经遍布全球的每一个角落，在人们的日常生活和 工作中，扮演着不可或缺的作用，人与人之间的距离越来越短，地球村从梦想 成为现实。我国的移动通信事业紧跟世界移动通信的步伐，据信息产业部的数 据显示【1 1 ，截止到2 0 0 5 年1 1 月，移动电话用户数达3 8 8 亿，其中8 5 以上为 g s m 用户。 中国通信事业迅猛发展，网络规模不断壮大，移动用户不断增加，网络扩 容此起彼伏，无线收发信基站由发展初期的大区制演变为遍布大街小巷、乡村 角落的蜂窝网络，这就使得无线网的优化工作同趋复杂、艰巨。同时，移动用 户对无线网服务质量的敏感程度不断增加，移动通信竞争机制的引入，使无线 网的服务质量更为运营商所关注并成为经营成败的重要筹码。发展较早、规模 较大的无线网络存在诸如工程遗留问题、网络结构复杂等因素，要在市场竞争 中独占鳌头，网络的优化显得尤为重要。 目前2 g 网络建设已进入了尾声，先前的规划和网络实际情况相差甚大， 网络需要优化而使其合理化。网络优化是指在网络运营阶段，对投入的网络进 行参数采集、数据分析找出影响网络质量的原因，并且通过参数调整和某些技 术手段，使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源达到最佳效益，同时也对 今后网络的规划和维护提出合理建议。事实上，中国移动、中国联通等移动运 营企业在努力扩大网络覆盖范围、提高用户数量的同时，已将提高网络服务质 量作为今后的一个工作重点，以提高网络运营效益。因此，作为网络运营管理 的一个重要内容，网络优化已成为今后中国移动、中国联通移动运营管理的一 个工作重点。 在网络规划和优化过程中，网络优化辅助软件的使用，大大提高了工作效 率和准确性，然而目前国内的g s m g p r s 网络优化现状却并不乐观： 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 1 ) 网络优化内容已由简单的硬件调整逐步发展到对网络参数的调整。在一 些起步早、网络规模较大的省会城市，网络优化工作己发展到一定规模 和水平，但是在中小城市，受限于软件、硬件设备不足，受制于人员和 技术力量，网络优化工作还不完善。 2 ) 网络优化过程中的数据采集与统计分析( 包括路测、信令分析等) 、频 率规划和优化已经借助于各种测试仪器和软件。但网络优化的关键步骤 故障分析与定位、优化方案制定等仍主要依靠网络优化工程师完 成。经验丰富的网络优化工程师严重不足是困扰各地移动运营商的一大 难题。 3 ) 现有网络优化产品主要是：路测仪、信令分析仪、网络优化数据统计分 析软件、频率优化规划软件，并且国外产品的市场份额占有率极高， 价格昂贵，缺乏具有自主知识产权的无线网络规划和优化软件产品。 本项目即是在这样的背景下，面向国内移动通信运营市场，为中国移动、 中国联通的g s m g p r s 网络建设、规划、运行及维护等方面提供多方支持，为 改善现有网络优化效果，提高网络优化工作效率，从而提升网络运营效益等当 前迫切需要解决的问题，而开发的具有自主知识产权的网络优化和网络规划产 品。 在网络优化工作中，基站网络拓扑管理是其一个很重要的内容，在移动通 信组网方式中，目前最好的陆地移动通信网是蜂窝制移动通信系统。蜂窝制移动 通信系统的正六角形覆盖区域的划分图实际上就是以基站为母点，且当母点均 匀分布情形下的v o r o n o i 图。v o r o n o i 图是计算几何中一个很成熟的理论，是一 个关于空间划分的基本数据结构。1 0 0 年来，它被应用在与几何信息相关的各 个领域。随着计算机技术的普及和发展，v o r o n o id i a g r a m 的应用范围也在不断 扩大，本论文把v o r o n o id i a g r a m 应用到网络优化中来解决实际问题。 1 2 工作内容及成果 本课题的目标是从网络优化的目标出发，采用移动通信、计算机、智能决 策支持系统等原理和技术，研制开发基于微机平台的具有数据分析一故障定位 2 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 一优化分案推导等功能的网络优化软件，给初级或者有经验的网络优化人提供 学习、指导的功能，同时扩充、推广网络优化经验知识。 围绕这一目标，本论文作了以下几个方面的工作： 调研：考察目前网络优化软件提供的功能和实际网络优化全过程，搜集总 结网络优化经验知识，以及考察国内外流行的专家系统开发工具。 理论研究：学习了计算几何的v o r o n o id i a g r a m 和d e l a u n a yt r i a n g u l a t i o n 的理论，研究了v o r o n o id i a g r a m 和d e l a u n a yt r i a n g u l a t i o n 的实现算法。 设计和实现：参与设计和实现了g s m g p r s 无线网络优化智能决策支持系 统，针对设计方案，着重研究了v o r o n o id i a g r a m 和d e l a u n a yt r i a n g u l a t i o n 在 无线网络优化方面的应用，并结合地理信息系统在项目中实现子模块一一 v o r o n o i 子系统。 在基本完成上述工作内容的基础上，获得的主要理论结果是给出了适合 g s m g p r s 无线网络优化智能决策支持系统的基于v o r o n o id i a g r a m 的理论的 新增基站策略，以及用c + + 语言实现了v o r o n o id i a g r a m 和d e l a u n a y t r i a n g u l a t i o n 算法。 1 3 论文结构 本论文从以下几个部分进行介绍： 第一章是绪论，介绍课题背景、工作内容及成果。 第二章介绍涉及的理论的基础概念和知识，包括v o r o n o id i a g r a m 和 d e l a u n a yt r i a n g u l a t i o n 的基本概念、性质，以及v o r o n o id i a g r a m 的应用范围。 地理信息系统理论、地理信息系统软件m a p l n f o ，以及如果使用m a p l n f o 进行 二次开发。 第三章从实际的网络优化流程出发，介绍了g s m g p r s 无线网络优化智能 决策支持系统的体系结构，对各个模块进行了功能性介绍。 第四章对v o r o n o id i a g r a m 和d e l a u n a yt r i a n g u l a t i o n 的算法进行的面向对 象的c + + 语言的实现。并结合地理信息系统m a p l n f o 进行了v o r o n o id i a g r a m 和 d e l a u n a yt r i a n g u l a t i o n 的算法实现的仿真。 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 第五章详细论述了v o r o n o id i a g r a m 在g s m g p r s 无线网络优化智能决策 支持系统中的应用和实现。 最后一章结束语，总结全文，提出进一步研究方向。 4 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 第二章v o r o n o i 理论基础知识 2 1v o r o n o i 图理论 v o r o n o i 图可以说是一种非常重要的图形。它不仅在计算几何学的领域上占 有举足轻重的地位，并且对于人类很多地方也是相当具有关联性的。例如在一 个城市里面如果有许多邮局，当人们要去邮局寄信的时候，就会考虑离自己最 近的邮局去( 假设各个邮局没有什么特别的不同) 。而换个角度来想，你现在负 责在一个城市里筹备一个新的邮局，你不会把邮局开设在已经有很多邮局的区 域，而会想要开设在最需要这个邮局的地方。而可以把这个观念推广到建设便 利店、学校、消防局、医院、运动场所等等。 2 1 1v o r o n o i 图的基本概念 设p i ( i = 1 ，2 ，n ) 为二维欧氏空间( 平面) 上的n 个点，将由 v ( p i ) = pd ( p ，p i ) d ( p ，p j ) j i ( i = 1 ，2 ，n ) v ( p ) = v ( p 1 ) ，v ( p 2 ) v ( p 。) 给出的对平面的分割，称为以p i ( i = 1 ，2 ，n ) 为母点的v o r o n o id i a g r a m ，如 图2 1 所示。 图2 - 1v o r o n o i 图 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 2 2 2v o r o n o i 图的相关性质 影响范围特性：每一个空间顶点( 母点) 唯一地对应一个v o r o n o i 多边形。相对 其他顶点来说，凡落在其v o r o n o i 多边形内的任一空间点与本顶点的距离为最小。 空圆特性：每个v o r o n o i 结点至少是3 条v o r o n o i 边的交点。若过v o r o n o i 图中 的任意结点q i 作一圆c i ，且使c i 过结点q i 所在的v o r o n o i 边所对应的所有顶点( 3 个 或更多) ，则c i 内不包含点集p 中的任何其他顶点，是一个空圆。其中，半径最大 的空圆c k ( c k c i ) 称为最大空圆，如图2 2 所示。 局部动态特性：删除或增加一个顶点，一般只影响6 个左右的相邻空间目标。 2 2d e l a u n a y 三角网 图2 - 2v o r o n o i 图的空圆特性 t i n ( t r i a n g u l a t e di r r e g u l a rn e t ) 即不规则三角网是面区域的一种划分方 式，假设平面上给定n 个点p l ，p 2 ，p 。，用互不相交的直线段连接p i p i ，1 i ， j n ，i j ，并使区域中的每一个小区域是一个三角形。 d e l a u n a y - - 网的定义具备以下两个特有的性质的t i n ： 1 ) 空外接圆性质：每个d e l a u n a y - 一角形的外接圆不包含面内的其他任何点， 称之为d e l a u n a y - 一角网的空外接圆性质，这个特征已经作为创建d e l a u n a y 三角网 的一项判别标准； 2 ) 最大最小角性质：在点集所能形成的三角网中，d e l a u n a y 三角网中三角形 的最小角度是最大的。 6 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的心用研究及实现 d e l a u l l a y 三角网是v o r o n o i l 羽的几何对偶，即每对v o r o n o i 边做过点集当中的某 两点的中垂线，便得至t d e l a u n a y 网。 i， 图2 - 3v o r o n o i 图与d e l a u n a y 三角网的对偶图 2 3v o r o n o i 图在网络优化中的应用 1 v o r o n o i 图在基站覆盖区域划分方面的应用 任何移动通信网均有一定的服务区域，无线辐射信号必须覆盖整个区域。 假设整个服务区为平坦大地且地物基本相同，基站的无线辐射信号覆盖半径为 r ，则相邻两基站之间的最大距离为2r c o s 3 0 。 相邻两基站之间最大距离示意图如图2 - 4 所示。 图2 - 4相邻基站间距离示意图 基站的选定：在建立蜂窝制移动通信系统时，首要工作是在服务区域内确 定基站的位置。具体做法是：首先，在服务区域内选定一个基站位置，设为基 站1 ；以基站1 为圆心，2r c o s 3 0 。为半径画圆，设为圆l ；然后在圆l 上选 定一点作为基站2 ；再以基站2 为圆心，2r c o s 3 0 。为半径画圆2 ；与圆l 相交 于两点，这两点也是基站点，设为基站3 和基站4 ，再以已有基站为圆心，2 r c o s 3 0 。为半径画圆，与已有圆相交的点均为基站点。以此类推，直到将整个 服务区域内所有可作为基站的点都画出为止。基站1 、基站2 的位置和r 的 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 值对其他基站的位置起着决定性的作用。事实上按上述做法，当基站l 、基站 2 和r 的值确定后，其他各基站的位置便均一确定。 覆盖区域的划分：画出所有基站后，以这些基站为母点画出v o r o n o i 图，便 得到各基站的覆盖区域。至次，完成了基站的初始布局工作。 注意事项：具体操作过程中还需注意，理论上计算得到的基站位置，有相当 一部分在具体实施过程中，因地形、地物等原因不能建设基站，这时只能建在 其附近。于是，圆半径2r c o s 3 0 。这个理论值，在实际操作过程中，还应根据具体 情况将该值乘以一个小于1 的比例因子后作为圆的半径，比例因子的大小将视 服务区域内地形、地物等因素对无线辐射信号的影响情况确剧2 1 。 2 v o r o n o i 图在无线电信号场强实测点选择方面的应用 蜂窝通信网的设计过程是一个多次反复的过程。它不仅需要专业技术人员进 行网络参数、系统参数、无线覆盖区范围的理论设计，还需要理论设计与实际测 试相结合。在工程项目的实施中，理论设计的结果往往需要通过实际测试予以证 实。通常采用对无线电信号场强作现场实测的方法，来确认理论设计参数的正确 性。此外，对那些地形起伏相当不规则的区域或者地面物体分布结构的衰减特性 不明的情况，现场测试结果还可用来修正预测的理论模型。利用v o r o n o i 图可以 较科学地确定实测点的位置。 具体做法是：以基站点为母点作v o r o n o i 图，图 v o r o n o i 边的交点( 节点) 即 为首选实测点。这是因为这些点和距其最近的基站之间的距离最大，无线电信号 场强最弱( 信号盲点或区切换点) 。如果这些点经测试合格，一般情况下便可认 为整个服务区的无线电信号场强是合格的，除非服务区域内有地形起伏相当不规 则的区域，或者地面物体分布结构造成场强信号急剧衰减的区域，对这些区域的 再测试，则另当别论。 3 v o r o n o i 图在基站容量估算方面的应用3 】 在蜂窝移动通信的网络优化过程中，网优工程师经常会遇到某个基站的容 量不够造成用户拨打过程中的掉线等问题，而有些基站的容量过大造成资源的 浪费。在网络优化中，一个有用的经验是改变小区的覆盖面积，使每一个小区 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 承载的话务量不变。这个优化方法可以通过改变基站的发射功率、天线安装位 置和下倾角、上下链路平衡参数来达到。 具体做法是： 1 通过每个区域的地理面积和用户总数。区域的地理面积，可以容易得用 v o r o n o i 图来实现。 2 根据用户预测情况、现有运行网络的话务测量结果( 如话务量报表、交换机 用户统计表) ，得到当地的每用户忙时话务量。 3 根据要达到的服务等级，查找爱尔兰b 表，可得到本区域需要的信道数目。 4 v o r o n o i 图在新增基站方面的应用 随着用户数量的日益增长和用户密度的增加，使得通信量增加，这时就会出 现蜂窝内的信道不能服务增多的呼叫现象。解决的办法就是增设基站，以增大系 统的用户容量。为了达到既扩容，又保持原有的基站不动，不浪费原来投资的目 的，增设基站的常用办法之一是小区分裂法【4 】【5 1 。 下面介绍利用v o r o n o i 图确定增设基站的位置，进行逐个增设基站的方法。这种 方法更灵活，使用更方便。具体做法如下： ( 1 ) 确定增设基站的大致范围d ，如图2 5 所示( 图中表示基站位置) 。 ( 2 ) 以现有基站为母点画出v o r o n o i 图，如图2 6 所示。 i l竺。 2 - 5 现有基站和增设基站的范围d2 - 6 以现有基站位置为母点的v o r o n o i 图 ( 3 ) v o r o n o i l 訇中，d 内所有节点即为应增设基站的首选点，如图2 - 5 和图2 6 所示， ( 图2 7 a 代表增设基站首选点位置) 。根据地形、地物等客观因素从中选定一 点增设基站。 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 一 图2 7 增设基站首选点位置图 ( 4 ) 如果满足要求，结束；否则，将原有基站加上新增设的基站作为现有基站， 转( 2 ) ，重复上述过程，直到满足要求为止。 2 4 地理信息系统和m a p l n f o 本项目使用m a p l n f o 地理信息系统来形象地表示数据，以及用它来表达地 理信息，基站布局，表现v o r o n o i 图等，在这一节做一下简单论述。 2 4 1 地理信息系统的基本概念 地理信息系统阳1 ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是一种采集、 处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系 统，是分析、处理和挖掘海量地理数据的通用技术。g i s 是一种基于计算机的 工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。g i s 技术 把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作( 例如查询 和统计分析等) 集成在一起。这种能力使g i s 与其他信息系统相区别，它主要 包括计算机硬件、软件、地理数据和用户等几个部分。 g i s 就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在 一起的所有主题层集合。地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬 度坐标，或者是国家网格坐标。也可以包含间接的地理参照系统，例如地址、 邮政编码、路名等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统， 如地址描述，转变成明确的地理参照系统，如多重定位。 地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式矢量模式和栅格模式。 1 0 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的戍用研究及实现 在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x 、y 坐标形式储存。一 个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x 、y 坐标所描述。线特征， 例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域 或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于 描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等， 就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图像包含有网格单元，有 点像扫描的地图或照片。不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据， 都有优点和缺陷。现代的g i s 都可以处理这两种模式。 对于小的g i s 项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数 据量很大而且数据用户很多时，最好使用一个数据库管理系统( d b m s ) ，来帮助 存储、组织和管理数据。有许多不同的d b m s 设计，但在g i s 中，关系数据库管 理系统的设计是最有用的。 2 4 2m a p l n f o 地理信息系统 m a p l n f op r o f e s s i o n a l t 7 】是目前世界上最为完备、功能强大、全面而直观的 桌面地图信息系统，为在c 1 i e n t s e r v e r 环境下解决问题提供了一种全新的方 案。它复杂而深层次的可视化地理分析功能可以帮助用户在数据库中不同的数 据之间建立关联，在同一个环境下显示，并迅速揭示数据之间的关系以及易被 忽视的数据模式，从而做出快速有效的决策，提高运作效率，加强竞争能力。 m a p l n f op r o f e s s i o n a l 不仅实现了电子地图的显示、管理、建立和修改功 能，更重要的是实现了在电子地图上的地图对象与关系数据库中的记录的自动 联接。通过m a p l n f o 可实现地图与数据库的双向查询，并能使地图上的对象( 如 建筑物、道路等) 与数据库中的相关数据联接，以数据库中的数据来动态改变 地图对象的可视属性，自动生成生动易用的专题地图( 线路流量负载图、各分 支机构营业收入图、机线设备利用率统计图等) ，以供管理、分析、决策。对数 据库的查询结果，可以直接反映在地图上，也可直接在地图上选择对象，以查 询相应数据库信息，可为数据库查询结果自动地建立一张结果地图或为地图上 的选择结果自动建立数据表，这就为系统的管理、使用提供了极大的方便，尤 其适合管理人员进行宏观查询，综合分析。 移动通信网络优化中v o m n o i 图的应用研究及实现 2 4 3g i s 软件二次开发实现方式8 】 g i s 软件按功能和内容可以分为工具型g i s 和应用型g i s ，前者是一种通 用型软件。具有g i s 的一般特点但没有地理空间实体，典型的如m a p l n f o ， a r c i n f o 等。后者是在g i s 开发平台的基础上，经过二次开发得到的适用于特 定目的的系统。对于大多数用户来说，并不需要功能复杂、难于掌握的工具型 g i s ，而是需要满足一定工作需要的应用型g i s 。应用合适的开发工具对工具型 g i s 进行二次开发，是得到既能满足需要又具有方便美观界面的应用型g i s 的 重要途径。 宏语言开发：当今流行的g i s 软件大多提供了用于系统二次开发的宏语言。 m a p l n f o 公司的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言。系统开发者以g i s 工具软件为开发平台，利用宏语言开发针对不同应用对象的应用程序。这类宏 语言通常提供较强的地理分析功能，但在用户界面开发和多媒体集成方面仍强 差人意，作为编程语言，与传统的通用编程语言相比有较大差距。 集成控件开发：一些g i s 软件生产厂家也提供建立在o c x 技术基础上的g i s 功能控件如m a p l n f o 公司的m a p x 等。在v i s u a lb a s i c 等编程环境下。可直接 将g i s 功能嵌入至应用程序中，从而实现g i s 的各种功能。目前可供选择的开 发环境很多：除v i s u a lb a s i c 外，还有v i s u a lc + + 、v i s u a lf o x p r o 、b o r l a n dc + + 、 d e l p h i 、c + + b u i l d e r 、p o w e rb u i l d e r 等等集成控件开发枝术。开发者不需要 掌握g i s 宏语言而是利用自己熟悉的编程语言进行系统开发。但g i s 控件往往 只包括原系统平台的部分功能，一些复杂的地理分析难以实现。 o l e d d e 集成开发：o l ea u t o m a t o n ( 也称o l e 自动化) 技术是整个a c t i v e x 技术的核心。该技术能使对象在应用程序间方便地共享。目前大多数的g i s 软 件对外界提供a u t o m a t i o n 对象。d d e ( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e 动态数据交换) 是一种通过应用程序共享的公共内存空间实现其相互通信的手段，它允许支持 d d e 的应用程序之间通过连续自动地交换数据进行会话。o l ea u t o m a t i o n 与 d d e 枝术原理相似，在应用型g i s 开发中，o l ea u t o m a t i o n 与d d e 方式语 法很接近。 采用o l ea u t o m a t i o n d d e 技术，利用软件开发工具开发前台可执行应用 程序，启动g i s 工具软件在后台执行，g i s 工具软件作为一个后台服务器。软 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的戍用研究及实现 件开发工具向后台的g i s 工具软件发送命令。并利用回调技术动态获取其返回 信息。开发者可以使用自己熟悉的编程工具如v i s u a lc + + 、v i s u a lf o x p r o 、 b o r l a n dc + + 、d e l p h i 、c + + b u i l d e r 、p o w e rb u i l d e r 等实现应用程序中的地 理信息处理功能利用o l e f d d e 集成歼发。几乎可以实现g i s 工具软件的所 有功能并可以利用可视化编程工具的强大功能实现精彩的操作界面。采用这种 方式。开发周期短难度小，是g i s 二次开发的理想方式。 综上所述，项目中采用o l ea u t o m a t o n 技术来实现网络优化工程g i s 软件 的二次开发。 2 4 4v c 中调用m a p b a s i c 编程的方法9 】 m a p b a s i c 一共提供四种方法供v c + + 调用对m a p l n f o 环境进行编程操作。 它们分别是d o 、e v a l 、r u n c o m m a n d 、r i n m e n u c o m m a n d 。其中 d o 、e v a l 、r u n c o m m a n d 调用的参数是m a p b a s i c 命令语句形式，具有灵 活的编程功能；r u n m e n u c o m m a n d 采用标准菜单命令形式，即调用 m a p b a s i c h 中定义的m a p b a s i c 菜单命令的i d 号。使用示例如下： ( 1 ) d o 方法。 在类d m a p i n f o 定义如下： v o i dd m a p l n f o ：d o ( l p c t s t rc o m m a n d ) ； 下列例句实现使当前打开的表有图层操作功能。 c s t r i n gt e m p s t r ； t e m p s t r f o r m a t ( ”c r e a t em a pf o rd z x _ l a y ”) ； m a p i n f o d o ( t e m p s t r ) ； ( 2 ) e v a l 方法 在类d m a p i n f o 定义如下： c s t r i n gd m a p l n f o ：e v a l ( l p c t s t re x p r e s s i o n ) ； 下列例句实现取得当前打开图层窗体序列号的功能。 c s t r i n gt e m p s t r ； t e m p s t r f o r m a t ( ”w i n d o w l d ( 0 ) ”) ； 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 c s t r i n gt e m p s t r l ； t e m p s t r l = m a p i n f o e v a l ( t e m p s t r ) ； i n tw i d = a t o i ( t e m p s t r l ) ； ( 3 ) r u n c o m m a n d 方法。 在类d m a p i n f o 定义如下： v o i dd m a p l n f o ：r u n c o m m a n d ( l p c t s t rc o m m a n d ) ； 使用方法同d o 方法。 ( 4 ) r u n m e n u c o m m a n d 方法。 在类d m a p i n f o 定义如下： v o i dd m a p l n f o ：r u n m e n u c o m m a n d ( s h o r ti d ) ； 下列例句实现设定区域范围的功能。 m a p i n f o r u n m e n u c o m m a n d ( 17 0 2 ) ； 1 4 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 第三章g s m g p r s 网络优化智能决策支持系统 3 1g s m g p r s 网络优化智能决策支持系统体系结构 “g s m g p r s 网络优化智能决策支持系统( i d s s ) 是一套g s m g p r s 无 线网络优化软件，具有数据分析、基于知识的网络故障诊断与优化方案制定等 功能，采用了移动通信、计算机、人工智能、决策支持系统和地理信息系统等 技术，可以为网络优化工作提供全程支持，辅助网络优化人员完成网络优化工 作。i d s s 包括模型库、频率优化、知识库、数据库和v o r o n o i 、人机交互六个 子系统，其具体的体系结构如图3 1 所示。 数据库位于整个系统的最底层，其它子系统的功能都是基于数据库子系统。 数据库分为两部分：m y s q l 关系数据库和m a p i n f o 空间数据库。关系数据库 存储网络基本配置信息以及知识库实施推理的规则。空间数据库存储网络的地 理信息数据，分无线网络拓扑数据和地形地貌数据两大类，主要是供模型库使 用。数据库提供两套接口：数据导入导出接口，数据库访问操作接口。数据 导入导出接口负责将网络基本配置数据导入m y s q l 数据库，以及将网络优化 方案导出数据库。需要导入的数据主要是基站系统配置数据、o m c r 上的数 据和路测数据，在工程实践中一般以e x c e l 文件形式存储。 通过导入导出接口将e x c e l 文件中的数据，分别导入到m y s q l 数据库的 相应表格之中，例如小区信息表( t b lc e l l f ) 、天线表( t b la n t e n n a ) 、邻区关系 表( t b la d j c e l l ) 、业务频点配置表( t b lc e l l t r x ) 、基站信息表( t b lg s m b t s ) 等。 这些表格称为存储表，保存系统原始数据。每次系统运行之前，需要将存储表 中的数据导入到相应的工作表中，其它子系统对数据库的操作都是针对工作表， 当需要保存当前的优化方案时，才把工作表中的数据导入存储表之中。这样设 置数据库的表格结构，是为了备份网络基本配置数据，防止系统在计算网络优 化方案过程中修改了网络原始数据而不能恢复。最终的网络优化方案可以通过 数据导入导出接口导出数据库，保存在e x c e l 文件中，方便网络优化人员使用。 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 图3 1g s m g p r s 网络优化智能决策支持系统体系结构图 数据库访问操作接口为模型库、知识库和频率优化子系统提供了访问数据 库的基本操作接口，并提供了相应的安全控制机制。其它子系统只能通过此接 1 6 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 口访问数据库，不允许直接调用数据库中的数据，对于其它四个子系统数据库 是透明的。设置数据库访问操作接口，既简化了对数据库的操作，防止了对数 据库的误操作，又便于数据库数据的集中管理。 网络优化模型库子系统是一个应用于不同制式、不同地形的移动通信系统 的辅助优化工具。它可以用作场强和干扰预测工具，同时可以为网络故障诊断 和频率优化子系统提供计算支持。系统进一步支持外部计算；支持场强分析、 干扰分析、频率优化。干扰分析模块提供了各种情况的干扰计算，频率优化子 系统调用其干扰分析模块进行干扰预测，干扰计算结果存储到数据库干扰表 ( t b li m e r f e r e ) ，频率优化子系统再访问数据库取得干扰预测数据。容量预算模 块提供各种情况的容量计算。场强计算模块分别为用户提供覆盖和场强计算。 切换分析模块主要是处理小区切换时相关计算和验证。传播模型修正用于方便 的修改无线传播模型，使模型更符合当地的实际情况。天线调整模块是用于对 天线参数修改。 知识库子系统提供对网络优化的全程支持，辅助( 或部分替代) 网络优化 人员完成整个网络优化过程，知识库子系统利用专家系统开发工具实现，是网 络优化决策支持系统的核心所在。系统通过与用户的交互，获得网络故障信息， 使用模糊推理树，一步步地推导出最终的故障原因。然后调用模型库和频率优 化子系统的相应模块，制定网络优化方案。由于网络优化经验还在不断增加， 每个地区的经验也不尽相同，所以知识库还提供了知识编辑功能，使系统具有 了学习能力，可不断增加优化经验，增加系统决策推理的准确性。 频率优化子系统负责频率优化方案制定。由于g s m 蜂窝移动通信系统是 频分多址( f d m a ) 和时分多址( t d m a ) 的混合制式，频点的配置对于系统 容量、性能的影响都十分巨大，所以频率优化工作在整个网络优化工作中占有 极其重要的地位。当知识库经过推理确认网络故障原因是由于频点的配置问题 引起，则调用频率优化子系统制定频率优化方案。在制定频率优化方案的过程 中，不断访问关系数据库，调用模型库干扰分析模块计算小区之间的干扰，使 用启发式频率分配算法，计算频率优化方案。 v o r o n o i 子系统的核心功能是基于v o r o n o i 图的基站扩充功能，把计算几何 中的v o r o n o i 图理论引入到项目中，进行基站覆盖区域的划分、小区覆盖区域 的划分、容量估算、单点场强估算、新增基站等。 人机交互子系统的功能是提供友好的人机界面，结合g s m g p r s 网络的 g i s 地理数据，以图形、报表形式显示输出各类网络性能统计数据、网络结构 和配置参数等。 移动通信网络优化中v o r o n o i 图的应用研究及实现 3 2g s m g p r s 网络优化智能决策支持系统核心模块设计 3 2 1 模型库子系统 模型库子系统是网络优化的辅助工具，提供容量预算，场强预算，覆盖预 算，天线参数调整和o h 模型修