【毕业学位论文】（Word原稿）一种病毒式移动通信网无线覆盖系统

兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 1 第一章 绪论 究的背景 内网络覆盖差 随着城市建设的推进，大批的农民工涌进城市，农民工为了给自己解决住宿问题就会到小区内租赁小区内的仓库或者地下作为自己的住所，但是由于这些建筑改建的速度太快，移动运营商没能跟上网络覆盖的脚步，业主就会为了盈利在自己的仓库或者地下室私自安装直放站来满足租客的需求。 对于为了接收到手机信号业主私自安装手机直放站，移动网络覆盖优化部门的工作人员表示理解，据他们分析，出现这种情况主要是由于两点原因： 1）业主对建筑的利用有所改变，比如由之前的仓库变为出租 房，地下室变为小型娱乐场所，移动运营商一直在对这些地区进行网络的补充覆盖，但是由于数量众多，网络补充覆盖没有能够及时做到，业主为了自身更多的利益，私自安装大功率的手机直放站； 2）部分地区由于近几年的快速发展，建筑不断加高加大，原来铺设完整的覆盖网络遭到破坏，大量盲区重新出现，居民为了接收到信号就会私自安装手机直放站，并且由于这种私自安装的直放站对基站有很大的影响，使得其他居民接收到网络信号就会变差，这样一种恶性的循环就这样产生了 1。 室内的移动通信业务量是全部移动通信业务的一个很重要的组成部分，室内移 动通信覆盖网络的质量是决定移动用户用户体验的决定性因素，电信运营商为了给自己的用户提供更高的通话质量、占有市场，会对室内的网络覆盖进行大量的投入，因此城市内的大型写字楼、超级市场、娱乐场所等人口密集区域的信号基本上得到了全面覆盖，但是由于在网络建设初期，由于资金等各方面原因，基站数量少，城区内的一些小型的建筑。停车场和地下室等人口稀疏的地带尚未得到全面覆盖，覆盖网络的盲区依然存在，但在这些地区架设基站成本太高，而且基础设施非常复杂 1018。 前室内网络覆盖的方法及不足 室内网络覆盖问题 包括室内盲区的覆盖、室内移动通信质量的提高、系统容量的改善 。 通常是使用以下几种方法来实现 2G/321： 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 2 1） 建筑室外宏基站 22覆盖室内 。 通过建筑室外宏基站覆盖室内时，由于信号经过墙壁等障碍时会发生损 耗，因此在建筑密集地区的需要预留从 15 20 等的余量，以保证信号在建筑密集地区的深层次覆盖。但是当减少 1区覆盖的区域面积只能达到未衰减之前覆盖面积的 93%，相应站点数量也需要增加 15 个百分点。因此，在建筑室外宏基站覆盖室内的方案中为达到深层次的覆盖必然会导致小区覆盖 面积减少，站点数量的增加。即便如此，由于市区室内的建筑的复杂性，大量的盲区角落还是不能得到覆盖，需要高速数据的业务有时还是得不到充分的使用体验。因此这种方案只适用于建筑物构造稀疏简单的低话务地区。 2） 微蜂窝 +室内分布系统 这种方案中采用微蜂窝 23作为信号源（例如我们在宿舍楼和实验楼上常见的白色小凸起），由于微蜂窝是采用独立的基站，因此可以独立承载话务量。这种方案比较适合建立在人口密集的大型建筑物室内，这种方案不但具有信号稳定可靠的优点，还可以增加系统的容量，分担小区的宏基站的话务量。但是这种方案需要进行专 线铺设，因此建设周期比较长，而且一次性的投资较大。 3） 直放站 +室内分布系统 这种方案是采用直放站作为信号源，由于直放站只是将小区宏基站的信号引入到室内进行放大，因此这种方案不能增加系统的话务容量 20。但是在人口密集程度较低的地区，比如城市建筑室内的盲区、地下室和农村郊外等地，采用直放站 +室内分布系统这种方式不但会达到解决盲区覆盖，实现高质量通话的效果，而且还由于这种方案的建设简单，投入较少可以解决减少大笔投入资金的问题。但是直放站你通过定向天线来取得信号的，这种方式取得的信号的纯净度不高，相对于微蜂窝的方 式，通话质量有所下降，并且会对周围的其他基站造成干扰。基站的接受灵敏度、接入和切换等性能都会由于大量直放站的引入而下降。在城市的密集区域不能大量使用直放站，由于光纤直放站可以减少导频污染，因此能用光纤直放站代替的尽量用其代替之，在农村和郊外等稀疏人群地区，可以使用直放站来扩大业务范围，这样可以减少前期的投资，便于业务的发展。 针对不同的室内环境，运营商选择的室内覆盖解决方案是不同的。其中信号源、覆盖单元和信号分布式系统是组成室内覆盖解决方案的主要部分。 信号源可以是 以是射频远端，还可以为直放 站。三种信号源的应用场景是不同的：宏站 如大型商场和购物中心，宏站 入多块基带处理板之后可以解决大话务量的需求；微蜂窝可以应对中等话务量的需求，比如学生实验楼等中等人群密集度地区；而直放站作为第三种信号源主要用于人口稀疏的场所，比如地下停车场等地区。 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 3 室内分布系统 24的主要功能就是将基站、微蜂窝或者是直放站等信号源的信号通过安装在室内的天线等发射器件均匀发射到室内的每个角落。室内分布系统可以使用分布天线的覆盖方式，可以通过泄露电缆达到均匀覆盖的目的，还可以 将两种方式混合使用。分布天线一般是由主干和支路构成，由于分布天线方式的辐射特点，其主要用于人口密集的宽阔区域；泄漏电缆由于其环形辐射特点主要用于地下通道等长条形区域，泄漏电缆的信号覆盖强度比较均匀，覆盖半径可以从 2是泄漏电缆的成本较高 219。 信号室内分布系统根据所采用的设备类型的不同可以分为有源、无源和混合分布系统。无源分布式系统主要是由 同轴电缆、功分器、合路器、耦合器 等无源器材组合而成。无源分布系统是通过同轴电缆依据功分器的分路将信号分配到各个小区内的天线上来达到室内分布的效果。 但是由于信号经过无源器件之后的衰减不尽相同，因此信号覆盖强度也有所差别。有源分布系统可以解决无源分布系统信号覆盖强度不同的弊端，信号在末端经由放大器的放大可以达到强度和均匀程度的要求，但是有源器件需要电源支持，其安装和维护的复杂度大大增加，此外，有源分布式系统的安全性和稳定性也不如无缘分布式系统。 现有技术的缺点及本课题要解决的技术问题 由于基站的性能，比如接受灵敏度、接入和切换等都会由于大量直放站的引入而下降 。 因此在城市的密集区域不能大量使用直放站，由于光纤直放站可以减少导频污染，因此能用光纤直放站代替的 尽量用其代替之，但是光纤直放站的成本较高。 现在城市的高速发展，密集建筑群拔地而起，从而给移动覆盖网络带来不小的障碍，建筑复杂的角落不可避免的成为了网络覆盖的盲区。 业务的需要大量的传统直放站，但是大量使用又会对整个网络的安全性和稳定性造成影响，因此开发一种全新的价格低廉的直放站是非常有必要的。 目前移动运营商在覆盖移动网络的过程中主要面临下面的问题 1、 人们对于健康重要性的认识的提高，使得他们不愿意在自己周围建设基 站天线，这是最主要的问题； 2、 由于基站、直放站等设备都需要供电，在通信网络运行的后期，用电费 用 是运营商的主要成本费之一； 3、如果网络铺设不好，使用的用户就会减少，这样造成一个恶心循环。 种新型的病毒式网络覆盖系统 通过开发一套全新功耗在 1右的智能化病毒式无线网络信号放大器 ,兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 4 来降低施工设备投入费用和难度 . 并建立一套全新病毒式室内分布无线覆盖网络。 计算机病毒都有超强的自我复制能力，如果程序设计的合理，它可以从一台电脑迅速的传遍整个网络，发展的速度和规模都超乎我们的想象。我们此方案的设计就是利用计算机病毒的这种特性，一种可以自己进行网络建设的建设方案。 无线电磁波是一种可以穿透障 碍物的波，利用无线电磁波作为信号的载体，可以将信号传射在一定范围之内，因此如果在住宅楼中楼 围的其他家庭也会得到益处。本方案设计的新型直放站采用交流供电，利用一定的优惠政策，可以推广到用户家中，这样可以不仅可以使移动运营商在通信市场上占有一定的优势，而且还会由于用户体验得到提高而形成一个良性循环。 究思路 本学位论文的主要工作分为两部分内容： (1) 对放大器设计的基础研究和话音质量分析调整党法的研究 (2)可视化系统的设计。研究课题主要来源于一种病毒式移动通信网无线 覆盖装置与系统项目。 文目录结构 本论文共分为 5章： 第 1章 介绍了本学位论文的研究背景，目前研究的状态以及本论文对问题的提出。 第 2章 介绍新型放大器的研究工作，更好的了解整个系统。 第 3章介绍了基于此系统的话音质量分析调整方法。 第 4章是本文的工作重点，对可视化系统进行设计与开发。 第 5章是本文的总结，主要是对全文的工作进行总结，并把论文的不足进行阐述，以及对未来的工作进行展望。 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 5 第二章：放大器的设计 毒式无线网络覆盖装置与系统组成工作原理说明 传统室内分布目前大量采用微功率直放站将不可避免地对施主基 站接收灵敏度、接入、切换等无线性能造成影响。所以本方案的主要技术核心是在原直放站 /干线放大器基础上重新设计而形成一种全新无线网络信号放大器 , 由数字干线放大器模块 . 无线发功率输出调整系统模块、无线锁频控制系统模块、无线网络环境蓝牙传输系统模块、无线网络环境自动监测系统模块五部分组成。智能化病毒式无线网络信号放大器在原有的干线放大器 /直放站设备的基础上根据以上蓝牙的特性重新设计：主从设备发射功率为 1置增加 4 套工业远距离牙收发模块、增加一套自适应控制发射功率放大模块、增加一套无线网 络环境监测模块、增加一套自偶式锁频模块。图 2病毒式无线网络信号放大器硬件设计系统结构图。 系统的核心采用双 嵌入式处理器 合组成双信道、经优化能同时处理主路径和分集接收路径的收发放大器。 嵌入式处理器 现相关模块接口设计并且负责完成 A 和高速串并转换及各模块数据传输等内容。嵌入式处理器作为整个系统的核心提供无线发功率输出调整系统、无线锁频控制系统、无线网络环境蓝牙传输系统、无线网络环境自动监测系统等模块工作时建立各项所需数据传输的通道和链接的作用。 嵌入式 处理器 现两套 两路 A D 转换器、 D A 转换器、时钟等功能模块的配置和通信控制。 从对称性和成本的角度考虑， A/D 模块采用 片， D/A 模块采用两个芯片都是双通道集成芯片；数字滤波是由芯片 现的。下面对这两个芯片做简单介绍： 片的分辨率为 14样率为可调节（ 80MS/S/s）， 以提供大于 75信噪比和大于 81且此芯片还可以为载波系统提供更高的输出功率； 有很低的功耗，提高了系统的可靠性 37。 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 6 图 2病毒式无线网络信号放大器硬件电路逻辑图 牙模块的工作原理说明 下面对病毒式无线网络信号放大器的工业远距离 牙收发模块设计及工作原理说明 . 本方案采用的是 实现对无线网络信号放大器主从设备的监测与控制。硬件电路逻辑说明如下： 图 2蓝牙收发模块逻辑图 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 7 理器的外围拓展了 64 64 置了步通信芯片 4 路 据通信接口接入蓝牙模块，以便在蓝牙通信模块中实现通信协议并通过蓝牙模块发送测试数据或接收控制命令等。 由于 牙模块的串口已经通过驱动程序以“文件”的形式进行了封装，所以我们无需编写底层的驱动代码，只要对上层的应用程序进行开发即可。在本方案中，蓝牙传输程序是在采用面向对象的设计思想通过 在 +集成开发环境上开发的。前面已经提到，系统的串口已经通过驱动程序以“文件”的形式进行了封装，因此我们可以直接使用系统提供的 数来操作这些接口， 数包括：打开串口 操作（ 读取串口操作（ 和串口写操作（ 40。 蓝牙传输模块中， 理器的主要工作是采集数据并将采集到的数据通过蓝牙串口发送给主模块的数据处理中心，因此实现蓝牙端到端的通信是这一模块的另一重要组成部分。单片机程序设计的主要包括以下步骤： 1、配置串口；2、设计单片机和蓝牙之间的通讯程序，这部分需要串口中断程序的支持； 3、规定通信帧格式。 当 理器和数据中心建立连接后，主要通过串口中断程序来控制通信，由于此处数据传输具有透明 性，因此这两端之间通信必须要制定一个通信协议，规定通信帧数据的各个字段，只有这样，两端才能正常安全的进行数据通信，下面是对通信帧的设计规定： 图 2帧数据格式定义 设置主从工作模式： ： 功能描述 ; 通过 高低电平设置模块的工作模式； 主模块：上电后主动搜索从模块，并尝试建立连接； 从模块：上电后等待主模块的连接； 头 帧长度 命令 要读的目标对象 和校验 尾 头 帧长度 命令 要写的目标对象 要写入的参数 尾 和校验 头 帧长度 被读的对象 数据 和校验 尾 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 8 主从模块建立连接后，即可进行数据传输。 主从模式设置对应表： 表 2从模式设置对应表 电平为 1，低电平为 0） 工作模式 1 主模块 0 从模块 本蓝牙串口模块可以用一个共阳极双色 示灯来指示模块的工作状态，根据模块的主从工作模式具有不同的状态含义： 主模块的工作状态包括：搜索从模块状态、尝试连接从模块状态、与从模块成功建立连接状态。 通过主模块指示灯的颜色及闪烁频率可知主模块处于什么状态，如果指示灯的颜色为红色并且间隔 100烁一次，则模块处于搜索从模块的状态，即此时主模块还没有搜索到从模块。如果指示灯的颜色为红色并且间隔 700烁一次，则说明主模块已经搜索到了从模块，并在尝试建立连接。如果指示灯的颜色为绿色，则说明 主从模块已经成功的建立连接，可以进行数据的传输了。 从模块的工作状态包括：等待主模快的连接状态、与主模块成功建立连接状态。 通过从模块指示灯的颜色及闪烁频率可知从模块处于什么状态，如果指示灯的颜色为红色并且间隔 100烁一次，则说明该模块正在等待主模块的连接请求。如果指示灯的颜色为绿色，则说明主从模块已经成功的建立连接，可以进行数据的传输了。 境监测 模块的工作原理说明 下面对病毒式无线网络信号放大器的无线网络环境监测模块设计及工作原理做一下说明： 本方案采用的是 理器与 模转换器。该方案主要利用部包含的检测模块。并通过嵌入式处理器 对功率、增益、电平、驻波自动监控通信任务。 (硬件设计说明本方案已前面做全面的介绍 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 9 图 2无线网络环境监测模块逻辑图 无线网络信号输入天线，无线网络环境监测模块自动记录各谱线的频率点和电平。和信号最强的位置，其接收的信号电平应比同一位置手机接收的电平高出5右。 运行病毒式无线网络信号放大器监控程序，在参数设置栏中设置设备工作参数， 接收频点和转发频点根据实际情况设置，四个增益数据可以根据实际接收功率值做初始设置，转发功率是指设备下行输出功率。 无线网络环境监测模块的监控内容： 图 2无线网络环境监测模块的监控内容图 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 10 图 2无线网络环境监测模块的监控内容图 内 病毒式无线网络 覆盖装置与系统工作方式说明 下图是室内 病毒式无线网络 覆盖装置与系统的流程图： 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 11 图 2毒式无线网络 覆盖装置与系统的流程图 . 下面针对上图，对 病毒式无线网络 覆盖装置与系统的流程进行一下简述： 1、病毒式无线放大器主设备内无线网 络环境监测模块启动侦测安装位置的网络环境； 2、主设备内无线网络环境监测模块将测试数据提交自适应控制发射功率模块来调整覆盖区域发射功率电平大小，主设备内无线网络环境监测模块将测试数据提交无线自偶式锁频模块确定主设备工作频率点； 3、主设备数字干线放大器模块根据锁频模块确定频率点启动工作； 4、无线自偶式锁频模块将设备工作频率点下发蓝牙收发模块； 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 12 5、主设备蓝牙收发模块分四路下发工作频率点给四个从设备； 6、四套病毒式无线放大器从设备内无线网络环境监测模块启动，侦测安装位置主设备的最强信号频率点及电平值； 7、每个从设备的无线放大器无线网络环境监测模块启动，侦测安装位置除主设备以外 1的最强信号频率点及电平值，并提交蓝牙收发模块并发送给其它从主无线放大器设备做为备用频点； 8、四套病毒式无线放大器从设备将自已侦测到主设备的最强信号频率点及电平值与自已蓝牙收发模块接收主设备频率点进行比对，查看是否相符； 9、如比对相符，从设备内无线网络环境监测模块将测试数据提交无线自偶式锁频模块确定从设备工作频率点； 10、四套从设备数字干线放大器模块根据锁频模块确定频率点启动工作； 11、主设备数字干线放大器模块应故障退出 服务； 12、从 1、 2、 3、 4 号设备数字干线放大器依次自动检查所储存备用频点启动跳频系统； 13、从 1、 2、 3、 4 号设备数字干线放大器依次自动代替主设备重新进行组网测试； 14、经测试 1 号从设备数字干线放大器符合代替主设备工作的条件； 15、从 1、 2、 3、 4 号设备数字干线放大器依次自动进行蓝牙收发模块收发倒换； 16、 1 号从设备数字干线放大器将备用工作频率点下发各从设备蓝牙收发模块； 17、四套从设备数字干线放大器模块根据锁频模块确定频率点启动工作。 内分布 病毒式无线网络 覆盖装置与系统蓝牙组网方 式示意图 下图是室内分布 病毒式无线网络 覆盖装置与系统蓝牙组网方式示意图：（注 :红色线为蓝牙通信） 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 13 图 2内分布 病毒式无线网络 覆盖装置与系统蓝牙组网方式示意图 第三章 系统组网和话音质量分析 有技术的技术方案及不足 由于无线网络环境的复杂性，给无线网络优化工作带来了很大的困难。如何快速有效地收集无线网络质量指标、发现无线网路中存在的问题、解决网络问题，是无线网优 25工作的重点和难点。 目前，无线网络质量分析方法主要包括以下几种 1) 利用无线网络管理系统提取的网管数据进行网络质量分析 目前 常用的无线网络质量分析方法是利用网管系统进行的。这类方法首先需要在网管系统下采集网络状态数据，对于网络不合格的数据进行统计并且存入到本地数据库；其次，对于采集到的不合格的数据进行分析，分析出导致网络不合兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 14 格的原因，并且进行相应的通话质量分析；最后，根据分析结果，调整网络运行参数。 2) 人工进行道路测试或者定点测试，或者网络质量相关指标，进行网络质 量分析 目前无线网络运营商会周期性地组织进行无线网络覆盖区域的道路测试和定点测试。例如，对所辖区域进行语音业务、数据业务的拨打测试，从而获得海量数据。通过对前台测试数据 的分析得知无线网络质量。 3) 利用无线终端进行自动测试，进行网络质量分析 这类方法是预先在某一区域安装测试终端，通过测试终端模拟用户行为，自动测量和存储大量无线测试数据 ,并将所有数据统一上传到后台控制中心 ,由后台控制中心对数据进行自动集中分析，获得网络质量的分析结果。 4) 利用普通用户的无线测量报告进行网络质量分析 这种方法是通过收集大量普通用户的无线测量报告，从而进行网络质量分析的。这种方法一般依赖于设备厂家的后台支持能力 26。 毒式无线网络质量分析原理 智能化病毒式无线网络信号放大器工作原理是每个病 毒式无线网络信号放大器内置的蓝牙模块，蓝牙模块分为主从二套通信端口，就是该设备可以做主设备无线信号的发射，也可以作为从设备对上一级信号的进行放大。该设备有两路无线网络信号输入，一路信号为设备本地安装位置区域的无线网络信号的覆盖任务，并通过蓝牙通信模块管理调度从设备发射功率的调整工作。另一路信号在进行无线网络环境监测的同时，并根据监测的数据给无线锁频模块提供从设备无线网络信号覆盖工作时所需的频点等数据。从设备内置的无线网络环境自动监测系统模块将该设备在本地设备工作情况和无线网络信号覆盖情况的各项数据通过蓝牙模 块时实传输到主设备，并由主设备传回监控中心。 根据智能化病毒式无线网络信号放大器工作原理，每个智能化病毒式无线网络信号放大器可以灵活的布放到需要覆盖的区域，特别是一些馈线无法进入的室内直接安装该设备。该设备可以根据无线环境测试量结果，智能的调整放大器的覆盖范围。一般情况下，末端的病毒式无线网络信号放大器覆盖的区域无阻挡或者阻挡较小的区域。 从模块收集覆盖区域无线环境的信息和用户信息，便于分析该覆盖区域质量情况。从模块可以获取每个用户的上行信号电平以及无线环境的低噪，同时根据从模块下发的功率值以及无线环境的链 路计算，得出用户的上下行信号是否均兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 15 衡。如果上行信号强度大于下行信号强度，那么小区的下行信号就比较容易受到干扰。如果下行信号覆盖大于上行信号覆盖 那么话音质量不好。当然，平衡并不是绝对的相等。 无线信号的空间衰落为： L=007 其中 F 为频率； D 为路径（一般室内都为 20 米以内）。 对于下行信号链路： 病毒式无线网络信号放大器发射功率为 室内天线增益为 间传输损耗为 L， 下行的链路预算为 对于上行信号链路：从设备可以检测到手机上行信号的 机天线增益行的链路预算为 若下行的链路损耗 10以调整下行功率，每秒调整2到两者相差 5 内。 若 5 5 用户可以处于悠闲状态，不需集中注意力 1 650次 /小时，则产生调整过繁告警信息。可以通过从模块的调整情况，重新规划和优化从模块以及天馈系统的布放。 户分布情 况 主模块统计每一个从模块的用户数，统计每个从模块用户数（统计平均值）。 1）小用户数区域：从模块用户数 从模块用户数 =4 人 /统计时段（小时） 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 17 3）密集用户区域：从模块用户数 =10 人 /统计时段（小时） 注：其中的用户数门限（例如 3 人 ,10 人等）将根据覆盖区域的实际情况进行调整。有了从模块内的用户的分布情况，可以为下一步优化与规划提供依据。 能化病毒式无线网络信号放大器调整与规划方法 根据主模块的统计分析结果和智能化病毒式信号放大器灵 活布放的特点，来调整优化从模块和重新规划从模块以及天线的布放。 1) 根据从模块覆盖区域的用户数、网络干扰程度，分析出从模块发射功率的合理性。 若从模块的用户大于 10 人，将从模块的分裂成多个从模块覆盖原来区域。 若从模块的用户小于 10 人多于 4 人，而 C/I=6，调整模块内天线布放。 若连续 2 个以上的从模块的用户小于 3 人，可以将多个从模块合并。 2) 根据主模块统计从模块调整过繁告警信息，重新规划从模块的覆盖区域。 若上行电平调整较多，说明上行增益不足，需要经从模块的天线重新调整。 若下行电平调 整较多，说明下行功率较大，需要重新设置从模块的发射初始功率。 3) 根据邻小区测量的情况，统计出从模块覆盖主小区与邻小区电平相当，可以考虑重新布放从模块和天线的位置。如果该区域其他小区覆盖良好，不需要室内覆盖系统，可以将该从模块及其带的分布天线取消。 第四章 可视化系统 统 需求分析 移动通信覆盖网络的监控和维护都是需要维护工程人员对基站、微蜂窝和直放站等信号源进行定期的检查或者通过移动用户对使用质量的投诉反应。这样不仅浪费了大量的人力物力，还不能及时的发现覆盖网络的损坏区域所在，本论文通过建一个对每一个 直放站等信号源都进行实时状态监控的可视化系统来解决上述问题。 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 18 统的使用范围 新型放大器状态可视化系统的使用人员主要是移动运营商的维护工程人员，除此之外还有整个系统的管理员和各级别地区系统的地区管理员。 维护工程人员通过此系统可以查看自己管辖区域内的放大器的实时状态，也可以对历史状态进行查看，便于发现规律，改善覆盖网络。 系统管理员主要是对整个系统的使用人员进行管理，比如添加或者删除一个省级管理员、对某省级管理员的权限进行下降，系统管理员还可以对整个系统进行升级。 地区管理员只要是对相应地区的维 护工程人员进行人事管理，比如可以添加或者删除一个维护工程人员的账号、对某工程人员监控的区域范围进行修改等操作。 统的功能介绍 新型放大器状态可视化系统采用现在最通用的 B/S 架构 28，将 术应用到企业管理维护，大大的降低了企业成本。新型放大器状态可视化系统主要是对建立在小区内的新型放大器进行实时的状态监控，维护人员可以在登录系统之后查看自己权限范围内所管辖小区内的设备的实时状态，我们对新型放大器的信号检测模块检测到的信号进行量级划分之后将对应信号强弱的数值存到服务器上，然后将此数据及时 的推送到前端页面上，前端页面通过对这些数据的曲线图显示让维护工程人员可以显示的维护监控整个覆盖系统。 新型放大器状态可视化系统包含的模块有：用户登录模块、账号管理模块、权限管理模块、系统升级模块、放大器管理模块和放大器状态显示模块。 1）用户登录模块：当某人员进入到系统的登陆首页时会根据提示登录系统，如果账号和密码错误则不能进入系统继续返回登陆首页；如果登陆成功，系统会根据登陆账号来判断登陆人员的类型，进而展示相应的功能模块。如果此人员是系统管理人员，那么此人员可以浏览使用的功能包括：账号管理模块、权限管理模块和系统升级模块；如果是某地区的管理人员，那么他可以浏览管理的功能包括：账号管理和权限管理；如果是维护工程人员进入到系统，那么他可以浏览使用的功能包括放大器管理模块和放大器状态显示模块，系统会根据账号信息找出此账号对应的地区，然后对此地区的放大器进行显示，维护工程人员可以在放大器管理模块中添加或者删除放大器，在放大器状态显示模块中，维护人员可以随意点击和切换任何一个放大器来监控此放大器的状态。 2）账号管理模块：如果登录人员是系统管理人员，那么此账号管理的范围兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 19 只是对省级地区的管理员进行的，系统管理人员要先 根据地区建立一个权限管理的类型，才能到账号管理模块中根据没分配管理员的权限类型中添加管理员，如果是要删除某地对应的权限类型，要先删除此权限对应的管理员，然后才能删除权限类型；如果登陆账号类型是地区管理员，那么此账号管理的范围是对此账号对应地区下一级的账号进行管理的，比如此账号对应管辖地区是兰州地区，那么他所管辖的账号会包括：城关区对应账号、七里河区对应账号、安宁区对应账号等县级单位对应的账号，对管理员的添加和删除跟系统管理员的操作步骤一致。 3）权限管理模块：每个地区都只能有且只有一个权限类型，并且此地区的权限类型的建立只能是通过上一级的管理员进行建立的，比如城关区的权限只能是兰州地区的管理进行建立和分配，并且只能建立一个城关区的权限类型，配合账号管理使用，建立好权限类型之后才能建立此地区对应的管理员。 4）系统升级模块：系统升级模块只是在系统管理员中进行展示并可使用操作，当系统由于功能的增加或者完善而需要升级时，系统管理员可以选择此功能模块，选中系统升级对应的固件版本号，然后上传到服务器来达到系统升级的目的。 5）放大器管理模块：放大器管理模块只能出现在维护工程人员的页面中，系统会根据此维护工程人员的账号判 断出此人员对应的地区，然后会对此地区范围的放大器进行列表展示，维护工程人员可以添加或者删除一个放大器。添加的放大器默认隶属于此维护工程人员所管线的区域。 6）放大器状态显示模块：放大器状态显示模块也只能出现在维护工程人员的页面中，系统会根据此维护工程人员的账号判断出此人员对应的地区，然后会对此地区范围的放大器进行列表展示，维护工程人员可以随意点击和切换任何一个放大器来浏览此放大器状态信息。 统设计原则 1）具有良好的用户体验，系统本身即为方便维护工程人员使用的，良好的用户体验是系统建立的基础 ； 2）设定合适的时间间隔来从后台推送数据，在保证及时发现异常的情况下尽可能的减少对服务器的请求； 3）数据库要具有良好的设计，能够支持大的访问量。 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 20 统的总体架构 可视化 系统 将 采用 + 架 29实现， 其中 责系统的表示层和业务逻辑层， 责系统的数据访问层，整个系统的管理中心，负责各个层次中事物的管理，后续会介绍 项目中配合 使用的方法。 架的一种实现 ， 架是指 发过程中对为便于开发和管理而产生的一种分层策略， 整个系统可以分为 视图 、模型 和控制器 三个部分，其中视图是指由前端技术组合而成的显示层面，开发人员可以利用各种标记语言对视图的外观进行补充更新和完善，这个层面不涉及到业务逻辑部分；模型作为 架中涉及任务处理最多的模块是 核心；而控制器作为两者之间的纽带，接收从视图传来的请求并根据逻辑调用相应的模型然后将获得的数据返回给指定的视图，控制器控制着 逻辑运作，是 灵 魂 。 仅在 基础上实现 建，并且为了便于开发和管理，增加了很多新的特性，比如零配置等高效开发特性。 目前 发中 最为流行的 O/R 架 ，它是对 过屏蔽底层数据库的操作，将关系型数据库的处理经自身包装映射为 象，开发人员只需要关注面向对象的开发，极大的提高了面向对象程序员开发的效率 。 良好的分离了业务逻辑和数据，使程序的耦合度大大降低。 架由 7 个模块组成，从整体看，这几个模块可以提供开发企业级应用程 序所需的一切。但是我们不需要将开发完全建立在 架上，而是可以自由选择适合自己应用程序的模块。事实上， 供了与其他框架和库的集成点 16。 如图所示， 所有功能模块都是建立在 块的基础之上，当应用程序使用 框架时就会隐士的调用 块中容器类。但对于我们而言，我们最关注的还是 架中提供给我们服务的模块。在可视化系统中我们将采用 架的部分模块： 块、 块。 块提供了对应用生命周期的支持，扩展了 块中的 架的灵魂。 块通过提供更多的面向切面编程的方法，极大地丰富了 依赖注入（ 面向切面编程（ 支持应用之间的松耦合。 下图是单独使用 架对系统进行设计的框架设计图，系统根据整个业兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 21 务逻辑可以 分为 三 层：表示层、业务逻辑层 和 数据 访问 层。系统 框架设计中 分离， 责业务逻辑和数据库之间的连接， 穿整个系统的始终，提供管理整个系统的事务的容器 。 下图是可视化系统的整体架构图。 图 4可视化系统 整体架构图 系统的业务流程： 1） 在 实现 表示层中， 前端 页面负责 发起 请求， 经过 过滤器之后，根据配置文件 或者通过“约定大于配置”的零配置特性 将接收到的 请求发配到对应 的 处理模型； 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 22 2） 在业务 逻辑 层中， 过对应的模型和对象，处理发送来的请求，过控制反转控制着这个业务逻辑层。 3） 在 实现 持久层中， 立 象 与关系型 数据库 的映射 ，处理 请求的数据， 将结果返回 。 采用 上述 开发模型， 完全实现视图、模型和控制器的分层思想，系统中的前端显示、业务逻辑和数据实现了彻底分离，这不仅加快了项目的开发速度，而且还便于以后程序的维护和更新，大大提高了系统的复用性。 在实际的工程开发中， 配合使用需要引入 置文件， 通过对象工厂模式来进行对象的创建的，在创建对象的过程中，如果配置文件 和 架中的 行匹配，那么这个对象的创建则有 完成，不匹配的话则有 完成。 配合使用同样需要配置文件， 过配置 完成对 配置：当系统启动时，系统会首先初始化 器，然后根据配置文件 自动创建 据业务需要来创建和维护 例，通过 完成持久化操作。 设计 的设计依据是基于数据库 30的表对象， 的对象主要是用于保存封装业务逻辑处理的过程中业务逻辑请求数据访问层得到的数据，这样可以便于数据在多层之间的传递，最后封装好的数据传输到前端予以展示。 的对象是与关系数据库中的表结构一一映射的，这样可以简单的实现通过操作对象达到操作关系数据库的目的。此系统采用 为对象关系映射框架，将程序中的实体对象类映射为数据库中的表结构，进而达到使用面向对象的方式来操作数据库，减少面向对象的编程过渡到面向过程的数据库操作之间的不 便，并且还能更好的体现面向对象的继承复用的特点。 对象到数据库表结构的映射是通过映射文件完成的，如果想将一个射为数据库中的表结构，除了使用 标记之外， 的每个需要映射的字段属性都需要生成 法。 设计 又被称作数据访问层，它通过调用 封装函数实现了对数据库的增删改查等操作，并且将操作数据库之后的结果返回给业务逻辑的 层主要是把 的对象实例化为一个 普通 对象，通过操作该普通 对象来对关系数据库进行操作， 是实现业务逻辑和数据分离兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 23 的最关键的一层，这一层中主要依靠于 架的封装。 对象类图如下图所示 又称数据访问层， 实现了持久化类基本的 作，它为业务逻辑层提供通用的接口。 该层主要完成 象与关系型数据库的映射，然后通过操作 象来实现对数据库的访问。通过配置 象与关系型数据模型的映射，可以方便完成业务对象之间的对应关系。这样就不需要再在数据库中建立表之间的复杂对应关系，使得业 务对象之间的关系与数据库相分离，简化了数据库的建立和维护。在这一层中主要使用 架来实现。 对象类图 设计 如下图 4示 。 从图中可以看到，系统用到的 有 、 、 些 分别实现了自身定义使用的接口，同时都继承了。 是已经封装好的 ，其中封装了基本的对数据库操作的方法。 法的设计需要根据 配置文件添加上对应的 对象，来对应相应的数据库。 图 4对象类 图 设计 制整个系统逻辑的重要手段，前端页面的请求会首先经过一系列的拦截器，在此期间系统完成设定的预处理动作并跳转到相应的业务逻辑单元（ ），业务逻辑单元会根据业务逻辑访问数据访问层（ ），然后将所得的数据根据业务逻辑返回给相应的前端页面 。我们可以 在 置文件中用通配符的办法来实现 定义，使用通配符的方式可以便于程序的简洁性。 兰州大学硕士研究生学位论文 一种病毒式移动通信网无线覆盖系统 24 我们 还可以通过以下方法定义 ： 1）继承 定义 ； 通过实现 供的 口来定义 。 2）通过实现 口（由 供）来定义 。 通常我们采用第一种方式来创建 15。 在跳往业务逻辑单元的过程中或者在业务逻辑单元处理完业务逻辑之后，通过返回的字段，根据 配制 跳转到新的 者前端页面，跳转的过程中会携带业务逻辑过程中已经查询到的数据，我们可以通过调用对应域的属性来获取数据，为了获取此数据 ，我们需要提供这些属性的 法。同时我们也可以在 前端 页面中直接利用 已经重新定义好的方法名对 某方法进行调用， 中的方法默认遵守所有字母一律小写、单词之间使用“ -”连接的命名规则，当然我们也可以通过“ ”来重新定义我们想要跳转的方法的调用名称。如果我们想在这些调用的过程当中携带属性参数值，我们需要在 中提供与此属性名相同的字段的定义，并添加此字段的 法。 据库的设计 数据库的设计是一个 统 最为重要的工作之一，因为它关系到系统的性能稳定性等因素。数据库的设计可以分为两步：第一步，在可视化系统的数据库设计中我们将对从需求分析和功能分析中的表述信息进一步分析抽象，得到数据库的表类型；第二步然后通过逻辑设计确定表类型之间的表结构关系，最终形成物理的数据库 据信息分析 根据用户登录与放大器监控的流程，我们可以大概抽象出几个对应的数据集合，例如： 1） 用户信息：涉及到使用人员的登陆 2） 权限信息：涉及到登录人员的类型 3） 地域信息：涉及到管理员所隶属的范围 4） 放