基于NB-IOT技術的移動通信基站設備管理系統研發

劉玉潔，唐 升

（珠海城市職業技術學院廣東珠海519090）

近年以來，隨著我國通信技術的快速發展，3G和4G等通信網絡已在全國范圍內得到普及。以移動、聯通、電信為代表的移動運營商為了保證移動通信服務的質量，確保移動網絡覆蓋率廣、信號穩定，建設了大量的移動通信基站。通信移動基站一般分布范圍較廣，為了確保通信覆蓋率，大量通信基站興建在山地上等偏僻地點，給移動運營商的基站設備管理工作帶來了挑戰[1-4]。傳統的移動通信基站管理方式采用人工巡查的方式對基站設備進行管理，其靠巡檢人員在特定時間對移動基站進行巡查，不僅無法對基站設備進行動態化管理，且增加了巡檢人員的工作量，同時也增大了運營商的基站設備管理成本。

為了實現移動通信基站管理的信息化、自動化，提高移動運營商對移動基站的管理能力，降低基站故障率，從而提高移動通信的穩定性，本文開發了基于NB-IOT技術的移動通信基站設備管理系統。其運用NB-IOT技術將移動基站相關參數傳輸到后臺數據管理平臺，管理人員通過后臺管理系統即可遠程監控移動基站設備運行狀態，并能夠在第一時間發現設備故障進行搶修，為維護移動基站的正常運行，確保移動通信穩定性提供了保障。

1 NB-IoT技術

NB-IoT[5-7]（Narrow Band Internet of Things，NBIoT）網絡是基于蜂窩網絡的窄帶物聯網，其是傳統蜂窩網絡的升級版，可由移動運營商直接在現有的LTE網絡上部署。與傳統蜂窩網絡相比，NB-IoT網絡容量更大（1個NB-IoT基站即能滿足100 000個設備的使用需求）。其次，NB-IoT網絡覆蓋率更廣，其覆蓋率比傳統網絡大將近100倍，能夠覆蓋農村、工廠、河流、山地等較為偏僻的地區。此外，NB-IoT網絡功耗低，使得傳感器設備能夠在偏遠地區長時間運行，適用于在大范圍的偏遠地區進行設備數據的傳輸。

一個完整的NB-IoT網絡主要由NB-IoT基站、核心網、終端、云平臺以及垂直行業中心組成[8]，如圖1所示。終端包括移動設備和傳感器芯片等能夠接入網絡的通信設備，其產生的數據通過基站傳輸至核心網，并通過云平臺進行數據分析與處理等操作，最后傳送至垂直行業中心。與此同時，垂直行業中心的數據經云平臺處理后傳輸至核心網，再通過基站最終傳輸至終端，實現對終端的遠程控制。

圖1 NB-loT網絡架構

2 系統設計

本移動通信基站設備管理系統[9-11]主要由應用軟件、數據傳輸網絡以及硬件支撐平臺組成，如圖2所示。硬件支撐平臺主要由各種傳感器模塊，包括溫濕度模塊、煙霧傳感模塊、報警模塊等組成，其產生基站設備的運行狀態數據。應用軟件則完成系統的數據分析與管理；數據傳輸網絡充當數據傳輸媒介，實現系統與后臺應用軟件之間的數據交換。

圖2 系統總體架構

2.1 系統網絡架構

針對應用軟件平臺，其包含WEB服務器、數據庫服務器、接口服務器、前置服務器集群、磁盤陣列以及工作站等，同時還包含其他應用系統。前置服務器集群用于實時采集數據，數據庫服務器和WEB服務器為提供應用軟件提供專業服務，接口服務器用于系統與其他應用系統相連接。工作站用于工作人員登錄應用軟件平臺，網絡平臺采用前文所介紹的NB-IoT網絡。應用軟件平臺與網絡平臺以及接口服務器與其他應用系統之間，設置了防火墻以防止網絡入侵造成系統損壞或數據外泄。硬件支撐平臺通過電器傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等對移動通信基站及設備運行參數進行實時監控，并將數據通過NB-IoT網絡傳輸至應用軟件。系統網絡架構，如圖3所示。

圖3 系統網絡架構圖

2.2 系統功能設計

系統分為5個功能模塊，分別為用戶權限管理、基站信息管理、區域信息管理、設備信息管理以及設備缺陷管理模塊。用戶權限管理用于對系統不同的用戶訪問權限進行管理，在此通過將用戶與訪問權限分開，便于進行權限管理。不同的用戶對系統有不同的訪問權限，當用戶身份發送變化時，其訪問權限也隨之發生變化。基站信息管理用于對基站的基本信息進行登記管理，包括基站類型、名稱、編號、載波數量、頻率類型等信息。區域信息管理即是以地理位置為條件，將運營商所管理的地區劃分為不同的區域，按區域對區域內的工作人員和基站設備等信息進行管理。設備信息管理即是對基站的設備信息進行管理，其包括設備屬性及運行狀態。設備缺陷管理用于對設備的缺陷情況以及修復記錄進行管理。

圖4 系統功能模塊

2.3 系統軟件架構

本系統采用了MVC的結構進行系統軟件的設計。其將系統分為模型層、邏輯層及視圖層。視圖層為系統提供人機交互界面，使用戶可以通過顯示器觀看系統數據并進行數據的輸入。模型層負責系統數據的存儲與處理，邏輯層用于對系統邏輯功能進行分析。系統的分層設計使得系統有更高的可修改性，不同層次之間相對獨立，開發人員可根據要求對特定層次進行改進，而不影響其他層次[12-15]。

2.4 設備管理GIS顯示

為了顯示移動通信基站的區域布局，本文利用百度地圖實現通信基站的GIS顯示，其步驟如圖6所示。

為了在地圖上顯示基站信息，需先輸入基站名稱，然后在數據庫中搜索基站的信息從而獲取基站位置的經緯度。隨后在地圖中輸入經緯度，并重新定位地圖，最終在地圖上顯示基站的信息，過程如圖7所示。

圖5 系統軟件架構圖

圖6 GIS服務調用流程圖

圖7 GIS定位調用流程

3 系統測試

為了驗證系統的功能，本文對系統進行了測試。在瀏覽器中輸入系統網址，打開系統進入系統登錄界面，如圖8所示。

輸入用戶名和密碼登錄系統后，進入系統主頁面，如圖9所示。頁面左邊為功能導航頁面，頁面右邊為歡迎界面，同時也是各個功能的操作頁面。

圖8 系統登錄界面

圖9 系統主頁面

用戶登錄系統后，根據不同的權限會顯示不同的功能導航列表。如圖10所示為系統超級用戶，其擁有最高的系統權限，因而能夠使用所有的功能，包括基站、設備管理、人員管理、系統管理等。

點擊基站管理模塊可以看到其擁有3個子模塊，分別為基站信息查詢、創建基站信息、更新基站信息。點擊基站信息查詢，界面如圖11所示。在搜索框輸入所要查詢的基站名稱，點擊搜索即能從數據庫中搜索相關基站，并在地圖上顯示該基站的位置信息。

點擊基站管理模塊可以看到其擁有4個子模塊，分別為設備信息查詢、登記設備信息、更新設備信息和刪除設備信息。在搜索框輸入所要查詢的基站名稱，點擊搜索即能從數據庫中搜索相關基站并顯示該基站的設備信息，包括編號、型號、生產地以及保修期限等。

經多次測試結果顯示，該系統各項功能均可得到正確相應，系統滿足設計要求，且運行穩定。

圖10 基站設備管理系統的功能樹形

圖11 基站信息查詢頁面

4 結束語

傳統的移動通信基站管理方式，采用人工巡查的方式對基站設備進行管理。其靠巡檢人員在特定時間對移動基站進行巡查，不僅無法對移動基站設備進行動態化管理，且增加了巡檢人員的工作量，增大了運營商的基站設備管理成本。為了實現移動通信基站管理的信息化和自動化，提高移動運營商對移動基站的管理能力，并降低基站故障率，從而提高移動通信的穩定性，本文開發了基于NB-IOT技術的移動通信基站設備管理系統，其運用NB-IOT技術將移動基站相關參數傳輸到后臺數據管理平臺，管理人員只需通過后臺管理系統即可遠程監控移動基站設備運行狀態，并能夠在第一時間發現設備故障進行搶修。從而為維護移動基站的正常運行，確保移動通信穩定性提供了保障。