賈鑫，張立志，汪小雨

（國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心 河南 鄭州450000）

基于Android的基站信息采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

賈鑫，張立志，汪小雨

（國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心 河南 鄭州450000）

針對部分地區(qū)由于基站位置信息缺失，從而導致無法對基于基站手機定位給予良好數(shù)據(jù)支撐的問題，采用主動采集和集中處理的方法，通過android智能手機實現(xiàn)基站信息采集前端，在spring框架下完成基站信息處理平臺后端的搭建，設(shè)計實現(xiàn)了一套基站信息采集系統(tǒng)。經(jīng)過實地采集實驗表明，相較于傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)提高了工作效率，優(yōu)化了工作流程，為采集工作提供了便利。

基站信息；定位；android；GPS

近幾年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展以及智能手機的不斷普及，位置服務（LBS，Location Based Services）已與我們的日常生活密不可分。例如獲取用戶所在位置與目的地之間的路線選取，發(fā)現(xiàn)用戶周邊的公共設(shè)施及商戶分布信息，以及個性化的天氣訊息推送等等。各類手機定位技術(shù)也成了目前的研究熱點，其中基于基站信息的手機定位技術(shù)憑借其無需額外硬件支持、室內(nèi)外均可實現(xiàn)、功耗較低等優(yōu)勢，受到大多數(shù)移動供應商和開發(fā)人員的青睞[1]。目前主流的基站定位技術(shù)包括：測量信號到達角度（AOA，Angle of Arrival）的定位技術(shù)，測量信號到達時間 （TOA，Time of Arrival）和到達時間差（TDOA，Time Difference of Arrival）的定位技術(shù)，以及綜合運用多種定位技術(shù)的混合定位技術(shù)等等[2]，但從本質(zhì)上看，無論采用哪種定位技術(shù)，其核心都是通過獲取用戶所在基站位置信息，再測量計算用戶相對基站位置來實現(xiàn)定位的，所以要想實現(xiàn)基站定位，首先應擁有真實準確的基站信息數(shù)據(jù)庫。

然而在實際情況中，有些地區(qū)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期急于布網(wǎng)，并沒有對基站信息進行統(tǒng)計整理，有些地區(qū)雖然存有基站位置信息，但經(jīng)過長時間的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，數(shù)據(jù)庫已與實際情況形成很大出入，這些問題的存在都會給基于基站的定位服務帶來較差的用戶體驗[3]。文中針對這一需求，利用擁有良好開放性和兼容性的android平臺[4]以及具備良好松耦合性的spring框架[5]，開發(fā)了一個基站信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了基站信息的實時采集，地理位置展示以及采集數(shù)據(jù)的持久化保存，為基于基站信息的定位服務提供準確可靠的數(shù)據(jù)保障和服務接口。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計目標

本系統(tǒng)針對實際需求，解決部分移動通信網(wǎng)絡(luò)基站分布信息缺失的難題，以主動采集和集中處理為基本模式，獲取真實可靠的基站信息，配合移動通信核心網(wǎng)定位系統(tǒng)，為移動用戶提供高質(zhì)量的位置服務。具體系統(tǒng)功能包含以下幾點：

1）可實時采集基站特征信息；

2）可獲取基站的位置信息，并提供電子地圖的直觀顯示；

3）構(gòu)建采集區(qū)域的基站信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的持久化保存；

4）能對數(shù)據(jù)庫進行方便的操作管理，并提供基站信息查詢服務接口。

1.2 系統(tǒng)框架設(shè)計

通過對系統(tǒng)設(shè)計目標的分析，并結(jié)合當前軟件開發(fā)的主流技術(shù)特點，將本系統(tǒng)分為兩個部分，即前端數(shù)據(jù)采集終端和后端信息處理平臺。

前端數(shù)據(jù)采集終端主要通過基于android平臺的智能手機實現(xiàn)，使用android 4.4操作系統(tǒng)SDK開發(fā)實現(xiàn)基站信息采集，當前位置獲取，電子地圖顯示以及采集數(shù)據(jù)上傳等功能。本系統(tǒng)參考MVC的設(shè)計思想，將程序分為交互層，業(yè)務層，控制層[6]。交互層主要用來實現(xiàn)基站信息顯示，電子地圖展示，頁面切換等；業(yè)務層則負責基站信息采集，當前位置獲取等系統(tǒng)核心業(yè)務功能的實現(xiàn)；而控制層則負責完成采集前端向后端信息處理平臺的數(shù)據(jù)上傳等數(shù)據(jù)處理相關(guān)的工作。

為了使本系統(tǒng)具有良好的擴展性和可移植性，后端信息處理平臺選擇無需安裝客戶端即可實現(xiàn)運行的瘦客戶端Web程序為基本模式[7]，使用目前主流的開源框架 spring，結(jié)合 Tomcat7.0服務器和MySQL數(shù)據(jù)庫，完成基站信息數(shù)據(jù)庫的搭建，并提供基站信息查詢服務接口?？蚣軋D如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)流程設(shè)計

采集終端采集空中接口的下行導頻信號和GPS信號，利用時間軸將基站特征信息與采集點的地理位置信息相關(guān)聯(lián)。然后對原始信息數(shù)據(jù)進行綜合分析，對于所處同一基站覆蓋范圍的采集點分類劃分，并依據(jù)這些采集點的坐標求取基站位置坐標，進而通過HTTP協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至信息處理平臺。當采集信息傳入信息處理平臺后，首先對采集數(shù)據(jù)進行預處理，去除重復或無效的數(shù)據(jù)，然后按照預定格式存入信息數(shù)據(jù)庫，最終為用戶提供檢索基站信息可獲取基站分布位置信息的服務接口。具體的系統(tǒng)組成及其應用方式如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

圖2 系統(tǒng)組成及其應用方式

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計與實現(xiàn)

前端采集終端的實現(xiàn)主要包含3個核心模塊：基站信息采集模塊、當前位置獲取模塊、以及采集數(shù)據(jù)上傳模塊。

基站信息采集模塊主要利用android平臺電話系統(tǒng)管理器提供的API進行開發(fā)。本系統(tǒng)定義方法getCellInfo（）用于基站信息的采集，其核心內(nèi)容為通過實例化電話系統(tǒng)管理器，利用基類提供的接口方法，獲取基站在下行導頻信道中廣播的基站信息。獲取的基站信息包括：MCC（移動設(shè)備國家代碼）、MNC（移動網(wǎng)絡(luò)代碼）、LAC（位置區(qū)域編號）、CID（蜂窩編號）、網(wǎng)絡(luò)類型、運營商等[8]。值得注意的是，在android系統(tǒng)中獲取手機的基站信息，需要在程序清單中聲明讀取電話狀態(tài)的許可[9]。此外，由于目前我國存在多體制的網(wǎng)絡(luò)類型，因此在調(diào)用信息采集方法時加入網(wǎng)絡(luò)類型判別，對不同網(wǎng)絡(luò)類型分別處理是該模塊的核心問題。

在2G網(wǎng)絡(luò)中，LAC使用的是BCD編碼，所以2G的LAC范圍是十六進制的[0×1000-0×1999]，[0× 2000-0×2999]，[0×3000-0×3999]，…，[0×9000-0× 9999]；到了3G時代，沒有了LAC必須是BCD編碼的限制，也為了避免沖突，3G網(wǎng)絡(luò)的LAC在區(qū)間[0×a000-0×ffff]進行分配[10]；4G網(wǎng)絡(luò)中，LAC被TAC（Tracking Area Code）取代，TAC的分配方式和2G網(wǎng)絡(luò)相同，其區(qū)別主要通過CID體現(xiàn)。在2G中CID定義為16位二進制值，范圍是[0-65535]，4G網(wǎng)絡(luò)用28位的二進制值 ECI來代替 CID，由 20位的enodeb id和8位的cell id組成，而enodeb id是大于256的，因此可以通過判斷CID（ECI）字段的值來區(qū)分2G網(wǎng)絡(luò)基站和4G網(wǎng)絡(luò)基站?？偨Y(jié)如表1所示。

表1 基站判別規(guī)則

當前位置獲取模塊則主要通過開啟采集終端的GPS設(shè)備，并讀取GPS的經(jīng)緯度坐標來完成功能的實現(xiàn)。但是，隨著移動通信網(wǎng)的發(fā)展，為滿足信號覆蓋和小區(qū)業(yè)務容量的要求，出現(xiàn)了室內(nèi)基站[11]。在對室內(nèi)基站進行數(shù)據(jù)采集時，由于GPS信號存在室內(nèi)無法接收的特點[12]，采集終端無法獲得自身的地理位置信息。為此，提出了信息關(guān)聯(lián)技術(shù)，利用相鄰點對采集點缺失數(shù)據(jù)進行修復。

對一次采集行為而言，獲得的采集點序列在時間上和空間上是連續(xù)的，即時間上相鄰的兩個采集點，其在空間上也是相鄰的[13]。當序列中的某些點出現(xiàn)位置信息缺失時，利用時空連續(xù)性修復算法，即利用時間軸上最鄰近的信息完備點，填充缺失信息點。算法流程如圖3所示。

圖3 時空連續(xù)性修復算法流程圖

當采集點密度較低時，利用時空連續(xù)性修補獲得的數(shù)據(jù)可靠性是值得商榷的，經(jīng)過理論分析和實際采集測試，這里將GPS的采樣上報間隔設(shè)置為每2秒或每移動距離超過8米一次。該技術(shù)的應用可大大減少小區(qū)分布信息的盲區(qū)。

采集數(shù)據(jù)上傳模塊其主要目的是為了數(shù)據(jù)的持久化保存，以及為基站查詢提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。首先利用android平臺提供用于信息傳遞的控件 Broadcast Recevier獲取其他模塊采集到信息，利用時間軸將基站信息和位置信息進行關(guān)聯(lián)，從而求取同一基站所屬采集點位置的中心點（經(jīng)緯度坐標均值），最后把封裝好的基站信息結(jié)構(gòu)體以json的格式發(fā)送給后端信息處理平臺[14]。

2.2 信息處理平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

信息處理平臺以B/S（瀏覽器/服務器）架構(gòu)的形式實現(xiàn)基站信息的展示和管理，服務器（這里我們選用tomcat7.0）接收到來自采集終端的json格式基站信息結(jié)構(gòu)體并完成json數(shù)據(jù)解析，然后將預定格式的基站信息傳入MySQL數(shù)據(jù)庫。

信息處理平臺的用戶交互頁面主要包括3部分：用戶登錄，信息管理以及信息查詢，頁面如圖4所示。用戶登錄主要是為了確保采集數(shù)據(jù)的安全性[15]，保證只有授權(quán)的用戶可以使用該系統(tǒng)。用戶通過注冊的形式獲得授權(quán)，使用對應的賬號密碼完成后端信息處理平臺的登錄?；拘畔⒐芾眄撁嫣峁┩ㄟ^JDBC實現(xiàn)基站信息數(shù)據(jù)的管理功能，如添加、糾偏、刪除等。基站信息查詢頁面則提供了基站位置查詢服務接口，即輸入基站信息，顯示對應的基站地理位置?？紤]到在實際采集中必然存在一些無效或明顯偏離實際情況的數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)入庫之前還應實現(xiàn)上傳數(shù)據(jù)的有效性檢測。

圖4 信息處理平臺

3 結(jié)束語

與已有的基站信息采集系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)利用android智能手機為開發(fā)平臺，無需額外的硬件設(shè)計，節(jié)省了大量開發(fā)成本。同時，相較于以往采集基站信息時，工作人員需要攜帶繁重的專用采集設(shè)備來實現(xiàn)基站信息的采集存儲，本系統(tǒng)將信息采集與信息處理進行分離，即有助于基站信息的精細化管理，也優(yōu)化了采集的工作流程，提高了工作效率，為工作人員提供了便利。

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Design and implementation of base station information collection system based on Android

JIA Xin，ZHANG Li-zhi，WANG Xiao-yu
（National Digital Switching System Engineering Technology Research Center，Zhengzhou 450000，China）

Owing to the lack of base station location information in some areas，the mobile phone positioning based on the base stations unable to offer a good data to support.So we use an active acquisition and centralized processing method，realizing the acquisition front end of base station through the Android smart phone，and building the back-end of the base station information processing platform under the spring framework，therefore a set of base station information collection system was designed and implemented.The field-collected experiments showed that，this system has a higher efficiency and optimize the work processes compared with the traditional system，which provides the convenience for the acquisition.

base station information；location；android；GPS

TN92

：A

：1674－6236（2017）01-0009-04

2016-04-27稿件編號：201604268

國家科技支撐計劃課題支持（2014BAH30B01）

賈 鑫（1991—），男，河南平頂山人，碩士。研究方向：移動通信系統(tǒng)。