地理網格在移動通信網絡優化中的應用

李景楓+汪巍

【摘 ? ?要】針對目前珠海移動網絡優化中存在的問題，提出了一種基于地理網格的移動通信網絡優化方案。詳細介紹了地理網格應用的理論基礎及計算方法，并通過軟件系統開發將其實現。該軟件實現采用.net技術搭建網站平臺，調用百度地圖JavaScript API，運用JavaScript技術實現基于地理網格的網絡優化功能模塊開發。移動網優人員通過所搭建的網站平臺，能快速精準地定位并解決網絡問題，提升網絡優化效率。

【關鍵詞】地理網格 ? ?網絡優化 ? ?網格單元

中圖分類號：TN929.5 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-1010（2014）-22-0026-05

Application of Geographic Grid in Mobile Communication

Network Optimization

LI Jing-feng1， WANG Wei2

（1. China Mobile Group Guangdong Co.， Ltd.， Zhuhai Branch， Zhuhai 519015， China;

2. Multimedia and Communication Laboratory， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China）

[Abstract]

According to the existing problems in network optimization of Zhuhai branch of China Mobile， an optimization solution of mobile communication network based on geographic grid is proposed in this paper. The theoretical basis and calculation method of geographical grid are introduced first， and then a software system is developed to implement geographical grid. The system builds website platform using .Net technology， calls Baidu Maps JavaScript API and uses JavaScript to develop the module with network optimization function based on geographical grid. Network optimization staff can precisely position and solve network troubles on the website platform to enhance the efficiency of network optimization.

[Key words]geographic grid ? ?network optimization ? ?grid cell

1 ? 引言

移動通信是推動國民經濟發展的一項重要組成部分。如何管理移動通信網絡，提升網絡優化效率對于移動通信的發展具有十分重要的意義。然而，與移動通信的發展速度和規模相比，我國目前的移動通信網絡優化工作較為落后。對于移動通信網絡來說，要想提高網絡質量，給客戶帶來滿意的感知體驗，就需要對移動通信網絡優化的工作方法進行科學地改進，從而提高移動通信網絡質量[1]。

網絡優化一直是影響移動通信網絡質量的重要因素，一種好的網絡優化技術或手段對于改善網絡質量起到關鍵性作用。通過對珠海移動實地調研考察，發現日常的網絡優化工作中存在諸多不足：第一，網絡數據分析缺乏地理空間特性，難以精確快速地定位網絡問題區域，優化效率低;第二，基站、機房等硬件設備編號規則雜亂，沒有統一的編號方式難以管理;第三，網絡規模巨大，每天產生的網絡數據也非常龐雜，雖然有相關優化軟件平臺分析這些數據，但都大而統，一方面不能反映小規模范圍內網絡質量情況，另一方面純數據的呈現也很難反映出網絡質量的規律性。

針對目前網絡優化工作手段和方法的不足，珠海移動積極展開了探索，從網絡缺乏地理特性這個重要點著手，提出了基于地理網格的移動通信網絡優化應用研究的課題。對于每個實體對象都有其特定的空間屬性和數據屬性，空間屬性即用來表示空間實體的位置、大小等信息的數據，數據屬性則表現了空間屬性以外的屬性特征。通過空間屬性可以將實體對象與地理環境聯系起來，也就間接地將實體對象數據屬性與地理環境關聯起來，這種關聯關系被稱為數據的地理屬性。本文將網絡數據與其地理屬性相關聯，并利用若干個預先劃分好的地理網格，從不同層級的地理網格對網絡數據進行分析、檢索和呈現，以實現快速精確的定位并解決網絡問題，改善珠海移動網絡優化方法，提高優化效率，為移動通信網絡質量的穩定性提供科學有力的保障。

2 ? 地理網格

2.1 ?地理網格概念介紹

地理網格即是將地球曲面按照一定的規則近似的分割成N塊多邊形平面，每個多邊形平面叫做一個網格單元（簡稱網元），并給每個網格單元編號標識。這些多邊形平面按照切割前的順序拼接，近似的模擬并重現地圖曲面，當然模擬重現的地圖曲面誤差一定要控制在網元范圍內。其主要的目標就是將地理空間的定位與地理特征有機地結合起來，從而能夠快速精準的定位、搜索呈現地理信息等[2]。endprint

按照形狀可以將地理網格分成2類：規則地理網格和不規則地理網格[3]。其中，規則地理網格是按照一定的數學規則對地球表面進行劃分，其切割的網元形狀一般都是規則形狀，如正方形、六邊形等;不規則地理網格的網元一般在形狀上沒有一定的規律，這些網格的劃分往往是依據地理特征、管轄區、區域職能等。兩者對比圖如圖1所示：

（a）規則地理網格 ? ? ? ?（b）不規則地理網格

圖1 ? ?規則地理網格和不規則地理網格對比圖

2.2 ?移動通信網絡優化引入地理網格

前面介紹了數據的地理屬性，這僅僅說明了實體對象的數據與地理環境存在關聯，那么如何關聯才能使實體對象的數據屬性能在地理環境中發揮其作用呢？換言之，如何關聯基站產生的網絡數據與地理環境，從而發揮其在網絡優化中的作用呢？

目前珠海移動通信網絡基站達到數以千計，每個基站都有經緯度、地址、覆蓋范圍等空間屬性，同時也無時無刻不在產生著網絡數據即基站的數據屬性，這些網絡數據有來自通信系統本身產生的參數，也有與用戶交互產生的數據。在當前國內大部分移動通信網絡優化工作中，基站的數據屬性是提出優化方案的重要依據也是主要依據，但是移動通信網絡具有很強的地理空間特性，好的網絡一定是能夠保證用戶在任何地方使用移動終端都能有滿意的感知體驗。而單從基站的數據屬性來分析基站性能的好壞，雖然在一定程度上能夠反映網絡質量的好壞，但是不能從根源上保證用戶的感知體驗，同時也很難從基站數據定位網絡問題區域。

本文提出的地理網格則有效地解決了基站的數據屬性與地理空間的關聯結合問題。將珠海整個區域按照某種規則劃分為若干塊網格平面，并添加編號標識。通過基站的經緯度信息確定基站所屬網格，并賦予基站涵蓋網格信息的編號，通過基站信號覆蓋范圍與網格的重疊關系建立網格與基站信號的面積關聯，再通過這種面積關聯將基站的網絡數據平均分配到各個對應的網格中分析。只有分析出珠海區域每個網格中的網絡質量，才能真正掌控珠海整個區域網絡質量;同時也只有具備統一編號標識的網格，才能迅速精準地定位網絡問題區域并及時解決問題，使得網絡優化更加科學、高效。

3 ? 基于地理網格的移動通信網絡質量分

析方法

3.1 ?小區橢圓覆蓋模型的確定

由于已知移動通信網絡性能指標數據粒度為小區級，在建立小區與地理網格關聯關系之前，需要確定小區覆蓋范圍。本文中的小區覆蓋模型屬于理論模型，未考慮實際環境對信號的干擾，并根據移動通信信號發射特性將小區形狀近似為橢圓。基于以上假設，小區橢圓覆蓋模型如圖2所示。已知小區C的覆蓋半徑R即橢圓的長半徑為R、小區天線方向角為Q1，以半徑射線的中點作垂直線，橢圓的短半徑為，其中Q2為30°。

圖2 ? ?小區橢圓覆蓋模型

3.2 ?小區橢圓與地理網格關聯

通過基站小區信號覆蓋模型范圍與網格的重疊關系建立小區信號和網格的面積關聯，并通過這種面積關聯將基站的網絡質量得分按面積占比分配到各個對應的網格中分析[4]。小區與網格關聯圖如圖3所示：

圖3 ? ?小區與網格關聯圖

具體小區網絡質量數據納入網格的計算方法如下：

如圖3所示，小區C1和小區C2同時覆蓋網格G1，C1覆蓋與G1重疊面積為S1，C2與G1重疊面積為S2，小區C1指標X質量得分為X1，小區C2指標X質量得分為X2，則網格G1的指標X質量得分Y為：

（1）

假設某小區Gm被N個小區覆蓋，則得分Ym計算公式為：

（2）

3.3 ?小區網絡質量計算方法

在本次對移動網絡優化進行需求分析過程中，決定了從2個方面著手對網絡進行評價：網絡性能指標質量和網絡產能。網絡質量的計算是本系統的核心內容，但非本文的重點，下面將簡單介紹網絡質量計算方法以及網絡產能的概念[5]。

（1）網絡性能指標及網絡綜合質量計算方法簡介

網絡性能指標質量計算根據指標類型分為：指標越大越優、指標居中越優、指標越小越優。網絡指標線性閾值算法圖如圖4所示：

圖4 ? ?網絡指標線性閾值算法圖

3個不同類型指標的質量計算方法如下：

指標越大越優：質量評分變量設為Y1，即指標值低于差值則Y1為0分，高于優值則Y1為100分。介于優值與差值之間Y1計算公式為：

（3）

指標居中越優：評分變量設為Y2，即指標值偏離優值越遠，低于差值1或高于差值2則Y2為0分，在優值1和優值2范圍內則Y2為100分。介于優值1與差值1之間Y2計算公式為：

（4）

介于優值2與差值2之間Y2計算公式為：

（5）

指標越小越優：評分變量設為Y3，即指標值低于優值則Y3為100分，高于差值則Y3為0分。介于優值與差值之間Y3計算公式為：

（6）

綜合指標質量計算：如接入質量X的計算，假設接入質量由4個指標A、B、C、D組成，權重分別為X1、X2、X3、X4，這里指標的選擇以及指標質量權重均由珠海移動網優專家給出，本文將不詳細列出，計算公式如下：

（7）

（2）網絡產能分為網絡數據產能和網絡語音產能，網絡數據產能即數據流量（單位為KB），網絡語音產能即話務量（單位為Erl）。網絡產能質量歸類到指標越大越優，其計算方法按照指標越大越優來計算。

4 ? 系統框架設計及功能實現endprint

上文提出了將地理網格引入到移動通信網絡優化工作中這一大膽的設想，并詳細闡述了地理網格的網絡質量計算方法，為地理網格的應用提供了理論基礎，只有知道了每個網格的網絡質量才能掌控網格的網絡運行好壞。那么，針對移動網絡通信保障工作響應快、耗費人力少、效率高等需求，本文通過軟件系統的實現即可滿足，通過該系統，網絡優化人員能夠有效地掌控整體網絡，快速定位局部問題網絡，并及時制定網絡優化解決方案來優化問題網絡。

4.1 ?系統框架設計

本文中的系統實現主要是基于Visual Studio 2010+MSSQL2008軟件開發平臺，系統的開發結合使用了.net技術[6]、百度地圖JavaScript API技術[7]。整個系統的運作框架分為3部分：數據庫、Web服務器和用戶端。其中，數據庫端承載包括地理網格信息表、地理網格網絡質量評分表、基站基本信息表、基站性能指標表;Web服務器端承載發布的網站系統，也是該系統發揮作用的核心功能模塊;用戶端即在建立了數據庫服務器和Web服務器之后，用戶通過發布的網站Url訪問Web服務器，從而快速獲取信息。系統框架圖如圖5所示：

圖5 ? ?系統框架圖

4.2 ?系統實現

百度地圖上的功能展示結果基本都是通過覆蓋物的形式實現，無論是地理網格還是檢索后信息呈現、鼠標放置網格顯示信息、云圖呈現等都是根據從數據庫中提取的相關數據作為參數，調用百度地圖API提供的函數接口，實現各類覆蓋物圖標，從而展示給用戶想要的信息。本研究采用的是百度地圖JavaScript API，所以地圖上需要展示的功能都是通過JavaScript來實現的。

本次研究實現的部分功能界面如圖6所示。

由圖6可見，利用加入的地理網格元素，可將整個珠海區域劃分成若干份相等的方形網格，同時也是將整個珠海的移動通信網絡劃分成若干份。通過上面的界面功能，可以輸入網格編號或者鼠標拖動快速找到對應的區域;同時，鼠標右鍵點擊某個網格或拉框一片網格查看區域網絡質量、網格場景屬性等信息;另外，輸入日期、基站類型等組合篩選條件查看指定基站或網格信息，快速了解該片區域網絡歷史趨勢;最后，點擊“網絡質量云圖呈現”按鈕功能云圖呈現整個珠海的網絡質量情況，網優人員能夠根據地圖呈現的云圖顏色快速定位網絡問題，有助于及時發現問題并解決問題，從而保證整體網絡的穩定性。

5 ? 結束語

通過上述地理網格在珠海移動網絡優化工作中部分應用實例的介紹，珠海移動公司實現了對珠海整個區域網絡劃分及可視化的呈現，成功將龐大的網絡數據劃分到每個小網格內。根據地理網格的編號規則對珠海區域內的基站、機房、設備等對象進行統一編號，這種統一編號不僅能夠對這些對象進行高效的管理，也是在為珠海4G網絡的拓展做好充分的準備。通過檢索定位和信息呈現功能能夠快速定位呈現用戶想要的網格、基站等對象的各類屬性數據，如網絡性能指標數據、網絡質量評分、地理位置等。這種大面積細劃分的密集網格云圖呈現也是目前國內網絡優化方面少有的創舉，能夠直觀呈現網絡質量的好壞，快速定位網絡質量問題所在。

另外，本次所做的地理網格的應用研究也存在著一定的局限性，比如沒有考慮每個網格所處地理環境的不同對網絡造成的影響，實現了網絡問題的呈現、定位，但未進一步實現網絡問題的解決以及網絡質量的后續預測。因此，地理網格在移動通信網絡優化中的應用還存在著很大的研究空間，將來通過更深層次的研究，有望實現更多的基于地理網格的網絡優化應用，使得移動通信網絡優化更加科學、高效。

參考文獻：

[1] 嚴榮華，廖安平，王鵬，等. 面向移動通信網絡建設的數字地圖應用研究[J]. 測繪科學， 2003（3）： 62-65.

[2] 李德仁，彭明軍. 城市空間信息規則網格與不規則網格的數據轉換[J]. 武漢大學學報： 信息科學版， 2007，32（2）： 95-99.

[3] 薛向鋒. 地理網格及其在城市信息服務中的應用研究[D]. 山西： 太原理工大學， 2006.

[4] 謝韞涵. GSM網絡小區覆蓋分析系統的研究與實現[D]. 北京： 北京郵電大學， 2010.

[5] K Smith. Solving Combinatorial Optimization Problems Using Neural Networks[D]. Australia： University of Melboume， 1996.

[6] 張躍廷，顧彥玲. ASP.NET從入門到精通[M]. 北京： 清華大學出版社， 2008.

[7] Richard York. JQuery JavaScript與CSS開發入門經典[M]. 施宏斌，周彥，曹蓉蓉，譯. 北京： 清華大學出版社， 2010.endprint

上文提出了將地理網格引入到移動通信網絡優化工作中這一大膽的設想，并詳細闡述了地理網格的網絡質量計算方法，為地理網格的應用提供了理論基礎，只有知道了每個網格的網絡質量才能掌控網格的網絡運行好壞。那么，針對移動網絡通信保障工作響應快、耗費人力少、效率高等需求，本文通過軟件系統的實現即可滿足，通過該系統，網絡優化人員能夠有效地掌控整體網絡，快速定位局部問題網絡，并及時制定網絡優化解決方案來優化問題網絡。

4.1 ?系統框架設計

本文中的系統實現主要是基于Visual Studio 2010+MSSQL2008軟件開發平臺，系統的開發結合使用了.net技術[6]、百度地圖JavaScript API技術[7]。整個系統的運作框架分為3部分：數據庫、Web服務器和用戶端。其中，數據庫端承載包括地理網格信息表、地理網格網絡質量評分表、基站基本信息表、基站性能指標表;Web服務器端承載發布的網站系統，也是該系統發揮作用的核心功能模塊;用戶端即在建立了數據庫服務器和Web服務器之后，用戶通過發布的網站Url訪問Web服務器，從而快速獲取信息。系統框架圖如圖5所示：

圖5 ? ?系統框架圖

4.2 ?系統實現

百度地圖上的功能展示結果基本都是通過覆蓋物的形式實現，無論是地理網格還是檢索后信息呈現、鼠標放置網格顯示信息、云圖呈現等都是根據從數據庫中提取的相關數據作為參數，調用百度地圖API提供的函數接口，實現各類覆蓋物圖標，從而展示給用戶想要的信息。本研究采用的是百度地圖JavaScript API，所以地圖上需要展示的功能都是通過JavaScript來實現的。

本次研究實現的部分功能界面如圖6所示。

由圖6可見，利用加入的地理網格元素，可將整個珠海區域劃分成若干份相等的方形網格，同時也是將整個珠海的移動通信網絡劃分成若干份。通過上面的界面功能，可以輸入網格編號或者鼠標拖動快速找到對應的區域;同時，鼠標右鍵點擊某個網格或拉框一片網格查看區域網絡質量、網格場景屬性等信息;另外，輸入日期、基站類型等組合篩選條件查看指定基站或網格信息，快速了解該片區域網絡歷史趨勢;最后，點擊“網絡質量云圖呈現”按鈕功能云圖呈現整個珠海的網絡質量情況，網優人員能夠根據地圖呈現的云圖顏色快速定位網絡問題，有助于及時發現問題并解決問題，從而保證整體網絡的穩定性。

5 ? 結束語

通過上述地理網格在珠海移動網絡優化工作中部分應用實例的介紹，珠海移動公司實現了對珠海整個區域網絡劃分及可視化的呈現，成功將龐大的網絡數據劃分到每個小網格內。根據地理網格的編號規則對珠海區域內的基站、機房、設備等對象進行統一編號，這種統一編號不僅能夠對這些對象進行高效的管理，也是在為珠海4G網絡的拓展做好充分的準備。通過檢索定位和信息呈現功能能夠快速定位呈現用戶想要的網格、基站等對象的各類屬性數據，如網絡性能指標數據、網絡質量評分、地理位置等。這種大面積細劃分的密集網格云圖呈現也是目前國內網絡優化方面少有的創舉，能夠直觀呈現網絡質量的好壞，快速定位網絡質量問題所在。

另外，本次所做的地理網格的應用研究也存在著一定的局限性，比如沒有考慮每個網格所處地理環境的不同對網絡造成的影響，實現了網絡問題的呈現、定位，但未進一步實現網絡問題的解決以及網絡質量的后續預測。因此，地理網格在移動通信網絡優化中的應用還存在著很大的研究空間，將來通過更深層次的研究，有望實現更多的基于地理網格的網絡優化應用，使得移動通信網絡優化更加科學、高效。

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[3] 薛向鋒. 地理網格及其在城市信息服務中的應用研究[D]. 山西： 太原理工大學， 2006.

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[6] 張躍廷，顧彥玲. ASP.NET從入門到精通[M]. 北京： 清華大學出版社， 2008.

[7] Richard York. JQuery JavaScript與CSS開發入門經典[M]. 施宏斌，周彥，曹蓉蓉，譯. 北京： 清華大學出版社， 2010.endprint

上文提出了將地理網格引入到移動通信網絡優化工作中這一大膽的設想，并詳細闡述了地理網格的網絡質量計算方法，為地理網格的應用提供了理論基礎，只有知道了每個網格的網絡質量才能掌控網格的網絡運行好壞。那么，針對移動網絡通信保障工作響應快、耗費人力少、效率高等需求，本文通過軟件系統的實現即可滿足，通過該系統，網絡優化人員能夠有效地掌控整體網絡，快速定位局部問題網絡，并及時制定網絡優化解決方案來優化問題網絡。

4.1 ?系統框架設計

本文中的系統實現主要是基于Visual Studio 2010+MSSQL2008軟件開發平臺，系統的開發結合使用了.net技術[6]、百度地圖JavaScript API技術[7]。整個系統的運作框架分為3部分：數據庫、Web服務器和用戶端。其中，數據庫端承載包括地理網格信息表、地理網格網絡質量評分表、基站基本信息表、基站性能指標表;Web服務器端承載發布的網站系統，也是該系統發揮作用的核心功能模塊;用戶端即在建立了數據庫服務器和Web服務器之后，用戶通過發布的網站Url訪問Web服務器，從而快速獲取信息。系統框架圖如圖5所示：

圖5 ? ?系統框架圖

4.2 ?系統實現

百度地圖上的功能展示結果基本都是通過覆蓋物的形式實現，無論是地理網格還是檢索后信息呈現、鼠標放置網格顯示信息、云圖呈現等都是根據從數據庫中提取的相關數據作為參數，調用百度地圖API提供的函數接口，實現各類覆蓋物圖標，從而展示給用戶想要的信息。本研究采用的是百度地圖JavaScript API，所以地圖上需要展示的功能都是通過JavaScript來實現的。

本次研究實現的部分功能界面如圖6所示。

由圖6可見，利用加入的地理網格元素，可將整個珠海區域劃分成若干份相等的方形網格，同時也是將整個珠海的移動通信網絡劃分成若干份。通過上面的界面功能，可以輸入網格編號或者鼠標拖動快速找到對應的區域;同時，鼠標右鍵點擊某個網格或拉框一片網格查看區域網絡質量、網格場景屬性等信息;另外，輸入日期、基站類型等組合篩選條件查看指定基站或網格信息，快速了解該片區域網絡歷史趨勢;最后，點擊“網絡質量云圖呈現”按鈕功能云圖呈現整個珠海的網絡質量情況，網優人員能夠根據地圖呈現的云圖顏色快速定位網絡問題，有助于及時發現問題并解決問題，從而保證整體網絡的穩定性。

5 ? 結束語

通過上述地理網格在珠海移動網絡優化工作中部分應用實例的介紹，珠海移動公司實現了對珠海整個區域網絡劃分及可視化的呈現，成功將龐大的網絡數據劃分到每個小網格內。根據地理網格的編號規則對珠海區域內的基站、機房、設備等對象進行統一編號，這種統一編號不僅能夠對這些對象進行高效的管理，也是在為珠海4G網絡的拓展做好充分的準備。通過檢索定位和信息呈現功能能夠快速定位呈現用戶想要的網格、基站等對象的各類屬性數據，如網絡性能指標數據、網絡質量評分、地理位置等。這種大面積細劃分的密集網格云圖呈現也是目前國內網絡優化方面少有的創舉，能夠直觀呈現網絡質量的好壞，快速定位網絡質量問題所在。

另外，本次所做的地理網格的應用研究也存在著一定的局限性，比如沒有考慮每個網格所處地理環境的不同對網絡造成的影響，實現了網絡問題的呈現、定位，但未進一步實現網絡問題的解決以及網絡質量的后續預測。因此，地理網格在移動通信網絡優化中的應用還存在著很大的研究空間，將來通過更深層次的研究，有望實現更多的基于地理網格的網絡優化應用，使得移動通信網絡優化更加科學、高效。

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[4] 謝韞涵. GSM網絡小區覆蓋分析系統的研究與實現[D]. 北京： 北京郵電大學， 2010.

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[6] 張躍廷，顧彥玲. ASP.NET從入門到精通[M]. 北京： 清華大學出版社， 2008.

[7] Richard York. JQuery JavaScript與CSS開發入門經典[M]. 施宏斌，周彥，曹蓉蓉，譯. 北京： 清華大學出版社， 2010.endprint