基于真实信号强度的覆盖分析

曾江波

（台州市消防救援支队信息通信科，台州 318000）

1 我国警用数字集群通信标准

2008年8月起，公安部科技信息化局联合国内厂家和业界技术专家开始着手制定适合中国警用的数字集群通信标准。2013年4月，公开发布的警用数字集群（PDT）通信系统系列标准规范标志着PDT 集群技术在中国成熟了。在公安信息化建设的目标指引下，各地公安单位经过5年多时间的积极努力，PDT 系统的建设完成率约为85%，并且这一数字还在继续增长。PDT 系统作为公安的主要移动通信手段已经在公安的日常及应急通信中发挥了重要作用，数字集群系统部署上线后，用户不仅会面临复杂的通信环境而且随着外界环境的变化，需要适时对信号弱区盲区进行甄别以提高信号覆盖率。目前，常用的一种方案是进行人工拉距测试，该方法不仅耗费人力成本且效率不高，如何高效检测PDT 系统的信号覆盖成为提高PDT 系统业务保障能力重要影响因素。

2 PDT 信号覆盖检测系统需求分析

我国的PDT 数字集群系统采用大区制技术，通常情况下较少的基站可以覆盖较大的范围。公安部全国联网《警用数字集群（PDT）通信系统全国联网建设工作方案》要求地级市重点任务区域PDT 基站信号覆盖达到100%，但是随着城市的发展，部分区域集群系统信号覆盖不够理想，形成部分信号弱区甚至是信号盲区，影响了警务通信的畅通。作为数字集群系统的使用人员，迫切的需要掌握数字集群系统信号覆盖情况并甄别保障区域是否存在信号盲区。

为有效甄别通信系统的覆盖弱区及盲区需掌握信号覆盖整体状况。目前，场强测评是评价与衡量场强评测是评价与衡量无线通信系统网络覆盖状况的主要手段，场强的强弱是无线通信网建设和使用中重点关注的指标之一。PDT 系统中为了提供更好，更方便，更直接的场强评测，要求PDT 无线终端在使用过程中实时对实际环境的场强（RSSI）进行上报，以便达到场强评测的目的。

传统的场强评测是通过人员手持终端并在通信车内，以通信车围绕待测试区域来实地测量下行场强的情况。该测试方法测试效果不佳，且单次测试耗费人力。如何为使用人员有效反应专网通信系统的场强现况成为急需解决的问题。

3 覆盖检测系统技术分析

覆盖检测系统是专网通信领域专注于评估信号覆盖的管理系统。其主要功能是对专网系统的历史场强信息进行分析，能通过图形显示场强的强弱情况，为信号补盲，基站布置提供支撑。覆盖检测系统对接集群系统的组网方式如图1所示：

图1 整体组网架构

覆盖检测系统随智能应用平台部署在一台单独的PC 服务器。一套覆盖检测系统配套一套数字集群系统。覆盖检测系统是一个BS 结构的系统，分为三大部分：前端系统、后台系统、数据平台。前端主要完成数据的可视化：点图图层、热力图图层的展示，电量图表的生成，绘制安保路线变化，显示场强优化的动态效果等，同时前端提供友好的用户与系统交互的界面：提供场强图数据的筛选条件的选择、提供安保路径的选定。覆盖检测业务功能系统主要完成覆盖检测系统各种数据的计算，完成点图、场强覆盖图、活动热力图这三大类渲染图的生成，完成安保路线场强的分布的计算、基站布置算法的实现等，主要完成较复杂的或者耗时较长的数据的分析。数据中心：覆盖检测系统分析数据的主要来源。数据中心对数据会做初步的加工，对增量的数据会过滤和统计，提取出基本的属性信息。数据中心支持和PDT 专网系统进行数据库对接，获取历史的场强电量数据，并支持订阅的中端定位数据上报数据的存储。地图服务：地图服务独立于系统的业务服务部分。地图服务器可以跟数据中心部署在一块，或者是在线的第三方服务器。地图服务器的地址信息需要用户配置，默认使用的是本地服务器，部署在数据中心。覆盖检测系统典型交互组网方式如图2所示：

图2 覆盖检测系统

其中，数据中心平台主要完成覆盖检测系统需要的场强数据进行收集及筛选。支持和AVL/PUC 的数据库对接，获取历史的场强数据，并支持订阅的终端定位数据的存储。数据平台对覆盖检测的数据增量的完成数据的统计，并生成合适的统计表，提供快速的查询接口。

因此，获取正确有效的场强数据至关重要。

3.1 覆盖检测系统场强数据获取

由于场强会随位置的变化而变化，终端上报的场强信息与其地理位置包括外界环境息息相关，故此把PDT 无线终端上报的场强信息和定位信息绑定一起携带，所以要求PDT 无线终端在上报的定位数据中携带PDT 信号场强信息，场强上报的周期也与终端定位数据上报的周期一致。终端通过空口上报的场强信息中只包括下行场强，基站接收终端上传的信息会补充上行场强信息，并将数据上报到调度台。终端上报的场强数据传输流程如图3所示：

图3 场强数据上报流程

其中，涉及到调度下发周期订阅终端定位数据、场强数据携带、空口上报信息、上下行场强数据上传等步骤。场强数据上报遵循流程将获取的场强数据上报给调度台，并通过数据中心向调度台数据库获取原始数据，推送给覆盖检测系统后台，由后台处理后在前端进行展示。

周期订阅是指按照上拉周期要求自动周期性向目标终端下发上拉指令，上拉目标终端定位数据，直至授权终端取消定阅才停止周期性上拉。周期性定位数据上拉模式，定位数据上拉指令在控辅助控制信道下发，因此，系统和终端都必须保存辅助控制信道激活状态。调度台获取场强信息流程如图4所示：

图4 场强上报流程

上行场强数据则由信道机接收后显示，在网管上对信道机接收场强的上传周期进行配置，并且只有语音业务信道需要显示信道机接收场强信息，控制信道和辅助控制信道用于定位时不需要显示信道机接收场强信息，辅助控制信道用于语音业务时，需要显示信道机接收场强信息，数据业务信道不需要显示信道机接收场强信息。信道机接收的上行场强数据通过中控一并传输给调度台的数据库进行存储，核心网仅存储定量的场强及定位数据。

3.2 数据整合处理

覆盖检测系统中通过数据中心完成对多类数据的整合，对数据进行多维度动态与静态分析，可提供高级数据分析与统计报表功能，采集的数据种类包括且不限于终端定位数据、终端当前位置的上行场强和下行场强信号。

通过接入服务进程接收来自专网通信系统的原始数据，将其转换为内部JSON 格式后，根据配置投递到对应的MQ 队列中。同时作为独立的业务作业进程，用于定时访问下级子系统的原始数据库表。再通过作业调度服务进程，由预先注册的jar包/Java类，实时进行的消息处理与入库操作。同时，通过配置定时运行后台作业，完成定期数据处理与系统维护工作。整个数据中心的运行由运维服务进程监控，对整个平台进行鉴权与状态监控，维护必要的配置信息，进行运维监控管理。

3.3 数据应用及展示

覆盖检测系统前台从用户层面业务涉及到以下几个流程：初始进入系统；系统个性化配置；地图服务；获取基站信息；获取场强数据并展示场强图及场强热力图。

其中，登录过程主要完成用户身份的识别、验证，该部分由公共平台模块完成。覆盖检测系统内部不需做身份的合法性校验。对于初次访问系统，前端会需要先获取基本的用户数据和系统的配置信息并存在数据库。

系统个性化配置是覆盖检测系统中用户可以动态修改的配置。此类配置需前端提供配置的界面，配置的信息按不同的用户保存在后台的数据库中。用户通过进入配置页面调用接口set_user_config 来进行设置的变更操作。

地图服务独立于系统的业务服务部分。地图服务器可以跟数据中心部署在一块，或者是在线的第三方服务器。地图服务器的地址信息需要用户配置，默认使用的是本地服务器，部署在数据中心。地图的交互是在前端和地图服务器之间完成，不经过系统后台。后台仅存储地图服务器的地址信息，初始运行时，前端从后台获取地图服务器的配置信息，用于后面地图服务器的访问。

场强覆盖的初始展示界面，需要在地图上显示基站的图标。鼠标放在图标上面，需要显示基站的ID、名称、经纬度信息。用户登录成功后，进入覆盖系统，获取基本配置信息后，就触发获取基站的信息。其交互流程如图5所示：

图5 数据应用业务流程

前台WCLI 使用tsc_info 向后台查询基站信息，后台向数据中心使用query_tsc_info 接口查询数据库，后台获取数据后，根据初始配置的基站列表过滤没有配置的基站的信息，前端获取数据后，在地图对应位置会相应标出基站图标。

场强点图是根据上报的场强信息，在地图上相应的位置标示有颜色的小圆点形成的图。圆点的不同颜色标示不同的场强值。圆点的位置为上报此场强手台所处于的位置。通过显示一个较长时间的上报的场强信息，累积的点逐渐形成一个区域覆盖的图形，点的颜色会标示场强的强弱变化。原始的场强数据必须在数据平台完成最基础的去重及统计。为了避免需要渲染点的数量过大，数据中心的去重及统计要根据缩放级别进行。比例尺越大的去重的单位区域越大，从而使更多的点的数据合并呈现。前端界面绘制点图存在效率问题，所以渲染点图是在后台完成。后台定时从数据中心获取数据，定期生成场强的点图，当前端请求过来时，后台以图片的形式返回数据；而对于按条件筛选的点图，因为没办法提前准备好对应数据的图片，所以需要在请求过来时生成（图6）。此类请求后台可根据请求的频率做一些动态的热数据缓存，优化多用户同条件的筛选查询的性能。图6是场强查询的流程图：

图6 点图查询业务流程

前端在用户点击选择点图后，要根据显示器可见的地图的范围，缩放级别，分段的向后台请求对应的点图的图片。并在用户缩放地图，拖动地图时，触发新的请求。场强的热力图是点图的一种扩展。场强热力图和点图的区别主要是在渲染的方式，点图是真实的展示，热力图则会在局部会做一定的分析和插值，让场强分布的过度会比较平滑。

其他功能大多基于历史场强数据所做的二次计算，通过前端整合的输入的条件构造请求，

由后台根据筛选的条件从数据中心获取新的场强数据，并根据获取的数据生成计算后的结果。

4 实际应用分析

通过对用户的信息化建设和运维管理现状的调研并深入分析，了解目前PDT 系统运维发展现状：随着系统规模增加大，业务复杂性的提高，越来越多的应用和业务在网络上运行，核心网侧的运维压力增大，且缺乏一套统一的监控系统，无法了解系统的运行以及故障定位，故障处理效率低。业务服务规模增大，规划、维护、安全、管理等人员分工更加细致，缺乏对系统运行情况的监控，无法判断现有系统是否存在运维瓶颈、是否需要扩容或网络调优。覆盖检测系统其底层基础核心是数据中心，支持数据多维度动态与静态分析，通过集成海量系统业务数据为支撑，以实时监测系统运行为驱动，对资源信息进行实时解析和动态展示。通过分析终端上报的测量信息对系统的信号覆盖情况进行可视化呈现，实现网络覆盖分析并协助制定相应优化方案，降低网络检测优化过程中人为因素的干扰，缩短检测和优化周期，实现覆盖检测优化的自动化。通过该系统的应用可实现：

（1） 缩短网络优化周期，提高运维效率。面对复杂的地理环境，基站信号难以全面覆盖管辖区域，不可避免存在信号盲区。通过实地测量信号强度来找到信号盲区，评估信号盲区对巡逻调度活动的影响，费时费力，并且结果可能会存在较大的偏差。覆盖检测系统通过收集并分析移动终端发回的场强信息，基于真实场强数据进行大数据分析，全面评估信号的覆盖范围，迅速锁定信号盲区，节约人力，为迅速调整基站信号或基站扩容提供科学依据。从发现问题到提供基站调整建议大幅减少时间投入，运维效率得到极大的提高。

（2）保障重点区域的信号覆盖。在执行任务前，通过覆盖检测系统对辖区范围内的信号覆盖进行全面评估，根据移动终端的活动热力图找到需要重点保障区域，对信号偏弱地区基站进行调整，在信号盲区部署新基站增加信号覆盖率，减少信号盲区，提升移动终端用户满意度。

（3）优化对比分析。随着系统规模扩大需实时了解优化前后系统的覆盖情况，覆盖检测系统通过实时覆盖与历史数据对比分析，得到直观的优化效果分析，为后续网络优化决策提供依据。

（4）辅助优化方案的制定。减少信号盲区会涉及数字集群系统基站的扩容。在确定基站的扩容方案前，通过基站信号覆盖图、信号场强点分布图、移动终端的活动热力图、自定义路径沿途信号覆盖图等可视化手段，覆盖检测系统可评估并找到信号弱区域和信号盲区，以辅助网络优化方案的制定。

5 规划及展望

目前，全国PDT 系统建设已趋于完备，但是仍有许多问题需要解决。PDT 全国一张网（部省，省省，省内）联网工作正在紧锣密鼓的开展，后续需要实现覆盖检测系统更大规模的使用，需要考虑和异厂商系统的对接以及不同制式的系统对接。此外，在现有实现功能的基础上实现对室内覆盖等无卫星信号覆盖区域的场强信号检测也是需要攻关的技术难题。

6 结束语

我国公安PDT 系统已经进入深化建设阶段，当前已经为各种重大赛事、安保活动提供了重要保障，同时利用终端实时定位技术实现可视化指挥调度，大大提高了接处警效率。但同时，网格化指挥调度对基站信号覆盖提出了更高的要求，大数据技术的发展更离不开良好的无线信号覆盖。实时进行监控区域的真实信号强度的分析必然成为公安信息化发展的基础需求，传统的仿真和电测无法再满足日益复杂的建筑环境和时效要求。本文从公安实战化需求出发，深入分析了PDT 系统与指挥中心业务平台对接后的实战化应用，对公安专网的网络优化和未来发展具有一定指导意义。