基于NB-IOT技术的移动通信基站设备管理系统研发

刘玉洁，唐 升

（珠海城市职业技术学院广东珠海519090）

近年以来，随着我国通信技术的快速发展，3G和4G等通信网络已在全国范围内得到普及。以移动、联通、电信为代表的移动运营商为了保证移动通信服务的质量，确保移动网络覆盖率广、信号稳定，建设了大量的移动通信基站。通信移动基站一般分布范围较广，为了确保通信覆盖率，大量通信基站兴建在山地上等偏僻地点，给移动运营商的基站设备管理工作带来了挑战[1-4]。传统的移动通信基站管理方式采用人工巡查的方式对基站设备进行管理，其靠巡检人员在特定时间对移动基站进行巡查，不仅无法对基站设备进行动态化管理，且增加了巡检人员的工作量，同时也增大了运营商的基站设备管理成本。

为了实现移动通信基站管理的信息化、自动化，提高移动运营商对移动基站的管理能力，降低基站故障率，从而提高移动通信的稳定性，本文开发了基于NB-IOT技术的移动通信基站设备管理系统。其运用NB-IOT技术将移动基站相关参数传输到后台数据管理平台，管理人员通过后台管理系统即可远程监控移动基站设备运行状态，并能够在第一时间发现设备故障进行抢修，为维护移动基站的正常运行，确保移动通信稳定性提供了保障。

1 NB-IoT技术

NB-IoT[5-7]（Narrow Band Internet of Things，NBIoT）网络是基于蜂窝网络的窄带物联网，其是传统蜂窝网络的升级版，可由移动运营商直接在现有的LTE网络上部署。与传统蜂窝网络相比，NB-IoT网络容量更大（1个NB-IoT基站即能满足100 000个设备的使用需求）。其次，NB-IoT网络覆盖率更广，其覆盖率比传统网络大将近100倍，能够覆盖农村、工厂、河流、山地等较为偏僻的地区。此外，NB-IoT网络功耗低，使得传感器设备能够在偏远地区长时间运行，适用于在大范围的偏远地区进行设备数据的传输。

一个完整的NB-IoT网络主要由NB-IoT基站、核心网、终端、云平台以及垂直行业中心组成[8]，如图1所示。终端包括移动设备和传感器芯片等能够接入网络的通信设备，其产生的数据通过基站传输至核心网，并通过云平台进行数据分析与处理等操作，最后传送至垂直行业中心。与此同时，垂直行业中心的数据经云平台处理后传输至核心网，再通过基站最终传输至终端，实现对终端的远程控制。

图1 NB-loT网络架构

2 系统设计

本移动通信基站设备管理系统[9-11]主要由应用软件、数据传输网络以及硬件支撑平台组成，如图2所示。硬件支撑平台主要由各种传感器模块，包括温湿度模块、烟雾传感模块、报警模块等组成，其产生基站设备的运行状态数据。应用软件则完成系统的数据分析与管理；数据传输网络充当数据传输媒介，实现系统与后台应用软件之间的数据交换。

图2 系统总体架构

2.1 系统网络架构

针对应用软件平台，其包含WEB服务器、数据库服务器、接口服务器、前置服务器集群、磁盘阵列以及工作站等，同时还包含其他应用系统。前置服务器集群用于实时采集数据，数据库服务器和WEB服务器为提供应用软件提供专业服务，接口服务器用于系统与其他应用系统相连接。工作站用于工作人员登录应用软件平台，网络平台采用前文所介绍的NB-IoT网络。应用软件平台与网络平台以及接口服务器与其他应用系统之间，设置了防火墙以防止网络入侵造成系统损坏或数据外泄。硬件支撑平台通过电器传感器、温湿度传感器、烟雾传感器等对移动通信基站及设备运行参数进行实时监控，并将数据通过NB-IoT网络传输至应用软件。系统网络架构，如图3所示。

图3 系统网络架构图

2.2 系统功能设计

系统分为5个功能模块，分别为用户权限管理、基站信息管理、区域信息管理、设备信息管理以及设备缺陷管理模块。用户权限管理用于对系统不同的用户访问权限进行管理，在此通过将用户与访问权限分开，便于进行权限管理。不同的用户对系统有不同的访问权限，当用户身份发送变化时，其访问权限也随之发生变化。基站信息管理用于对基站的基本信息进行登记管理，包括基站类型、名称、编号、载波数量、频率类型等信息。区域信息管理即是以地理位置为条件，将运营商所管理的地区划分为不同的区域，按区域对区域内的工作人员和基站设备等信息进行管理。设备信息管理即是对基站的设备信息进行管理，其包括设备属性及运行状态。设备缺陷管理用于对设备的缺陷情况以及修复记录进行管理。

图4 系统功能模块

2.3 系统软件架构

本系统采用了MVC的结构进行系统软件的设计。其将系统分为模型层、逻辑层及视图层。视图层为系统提供人机交互界面，使用户可以通过显示器观看系统数据并进行数据的输入。模型层负责系统数据的存储与处理，逻辑层用于对系统逻辑功能进行分析。系统的分层设计使得系统有更高的可修改性，不同层次之间相对独立，开发人员可根据要求对特定层次进行改进，而不影响其他层次[12-15]。

2.4 设备管理GIS显示

为了显示移动通信基站的区域布局，本文利用百度地图实现通信基站的GIS显示，其步骤如图6所示。

为了在地图上显示基站信息，需先输入基站名称，然后在数据库中搜索基站的信息从而获取基站位置的经纬度。随后在地图中输入经纬度，并重新定位地图，最终在地图上显示基站的信息，过程如图7所示。

图5 系统软件架构图

图6 GIS服务调用流程图

图7 GIS定位调用流程

3 系统测试

为了验证系统的功能，本文对系统进行了测试。在浏览器中输入系统网址，打开系统进入系统登录界面，如图8所示。

输入用户名和密码登录系统后，进入系统主页面，如图9所示。页面左边为功能导航页面，页面右边为欢迎界面，同时也是各个功能的操作页面。

图8 系统登录界面

图9 系统主页面

用户登录系统后，根据不同的权限会显示不同的功能导航列表。如图10所示为系统超级用户，其拥有最高的系统权限，因而能够使用所有的功能，包括基站、设备管理、人员管理、系统管理等。

点击基站管理模块可以看到其拥有3个子模块，分别为基站信息查询、创建基站信息、更新基站信息。点击基站信息查询，界面如图11所示。在搜索框输入所要查询的基站名称，点击搜索即能从数据库中搜索相关基站，并在地图上显示该基站的位置信息。

点击基站管理模块可以看到其拥有4个子模块，分别为设备信息查询、登记设备信息、更新设备信息和删除设备信息。在搜索框输入所要查询的基站名称，点击搜索即能从数据库中搜索相关基站并显示该基站的设备信息，包括编号、型号、生产地以及保修期限等。

经多次测试结果显示，该系统各项功能均可得到正确相应，系统满足设计要求，且运行稳定。

图10 基站设备管理系统的功能树形

图11 基站信息查询页面

4 结束语

传统的移动通信基站管理方式，采用人工巡查的方式对基站设备进行管理。其靠巡检人员在特定时间对移动基站进行巡查，不仅无法对移动基站设备进行动态化管理，且增加了巡检人员的工作量，增大了运营商的基站设备管理成本。为了实现移动通信基站管理的信息化和自动化，提高移动运营商对移动基站的管理能力，并降低基站故障率，从而提高移动通信的稳定性，本文开发了基于NB-IOT技术的移动通信基站设备管理系统，其运用NB-IOT技术将移动基站相关参数传输到后台数据管理平台，管理人员只需通过后台管理系统即可远程监控移动基站设备运行状态，并能够在第一时间发现设备故障进行抢修。从而为维护移动基站的正常运行，确保移动通信稳定性提供了保障。