一种端云结合的室内无线网络智能监测系统

技术领域

本发明属于无线网络监测领域，尤其涉及一种端云结合的室内无线网络智能监测系统。

背景技术

在大型商超、高层写字楼、地铁站厅、地铁隧道、地下停车场、人防设施等面积广阔、结构复杂的室内区域，传统无线路测(DT/CQT)往往效率低、费用高，主要有两方面的原因：

1、无论任何测试计划，本质上是大(时间)间隔的离散采样，无法获取长时段的连续数据。

2、必须采购专业仪表和专业服务，以应对复杂的测试方案和海量的测试数据目，成本控制始终是个大难题。

基于此，中国移动等电信运营商期望室内网络测试的创新变革，能够支持全天候、自动化、低成本的网络监测需求。

发明内容

本发明提供一种端云结合的室内无线网络智能监测系统，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明是这样实现的，一种端云结合的室内无线网络智能监测系统，包括云平台、WEB客户端和微监测站；

所述微监测站与所述云平台连接，所述WEB客户端与所述云平台连接。

优选的，所述云平台为塔型结构，从底部到顶端分别是基础设施层、数据层、应用层、门户层；

所述基础设施层用于实现运算、存储、网络的底层IT资源支撑；

所述数据层用于实现以关系型数据库为核心的大数据仓储和安全分发；

所述应用层用于实现以数据可视化为特征用户界面的业务逻辑和功能实例；

所述门户层用于实现北向网管端口、南向轻量化端口、WEB端口等接口协议以及界面呈现。

优选的，所述微监测站的系统架构包括主控组件、无线组件、串口组件、电源组件；

所述无线组件与主控组件连接，所述串口组件与主控组件连接，所述电源组件与主控组件、无线组件、串口组件分别连接；

所述主控组件用于实现嵌入式的系统管理、业务控制；

所述无线组件用于实现无线网络的接入和监测；

所述串口组件用于实现串行通信。

优选的，所述WEB客户端用于保证授权用户通过浏览器界面登录，并用于执行站点查询、告警处理、远程配置、综合统计的功能。

优选的，所述云平台采用B/S系统架构。

优选的，所述无线组件接入和监测2G/3G/LTE无线网络。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的室内无线网络智能监测系统，采用精简化的网优数据集，采用轻量化的端云协议，支持自动化地测试/配置/告警，支持7*24小时不间断上报，不需要专业人员或专业仪表，监测设备与室内无线网络的信源、天线完全解耦，单个设备可监控2000～3000 平米室内空间，满足电信运营商对室内环境全天候、自动化、低成本的网络监测需求。

附图说明

图1为本发明的系统原理示意图。

图2为本发明的具体实施流程示意图。

图3为本发明的云平台的原理架构框图。

图4为本发明的WEB客户端的页面设计图。

图5为本发明的微监测站的原理架构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种端云结合的室内无线网络智能监测系统，包括云平台、WEB客户端和微监测站。

其中，微监测站与云平台连接，WEB客户端与云平台连接。

云平台符合“软件即服务”(SaaS)，面向海量上报的室内2G/3G/LTE无线网络监测数据，实时执行指标评估、告警通报、统计分析、存储转运、地图化呈现等；云平台支持SNMP/CORBA等高级协议，以实现与电信运营商网管的北向接口；云平台支持MQTT/COAP等轻量化协议，以实现与微监测站的南向接口；云平台配置至少一个公网静态IP，以支持外部设备寻址访问。

WEB客户端通过互联网宽带访问云平台，通过HTTP/HTTPS协议远程交互，兼容各种主流Web浏览器。

微监测站作为底层感知设备，接入室内2G/3G/LTE无线网络，采集精简化的无线参数、执行自动化的业务拨测，通过电信运营商无线基站上报监测数据；微监测站的监测内容，选用精简化的网优参数集，主要包括主小区无线参数、 Intra邻小区无线参数、Inter邻小区无线参数等；微监测站支持LTE数据业务的自动拨测，主要包括PING、HTTP、FTP(非忙时)等，上传单次单项拨测的统计结果；微监测站通过无线网络访问云平台，通过MQTT/COAP协议远程交互，支持心跳报文机制。

如图3所示，云平台的系统架构为塔形结构，从最底层到最高层分别是基础设施层、数据层、应用层、门户层等4个层次。下级层负责为上级层提供可以直接调用的虚拟化资源或软件功能模块。

云平台的基础设施层位于最底层，实现云计算IT资源支撑。基础设施层集成云操作系统，将X86服务器、存储集群、网络设备等各类资源虚拟化，提供给更高级的数据层、应用层及门户层等去调用和管理。

云平台的数据层位于第二层，实现大数据仓储和安全分发。数据层以关系型数据库为核心，集成了数据缓冲、数据清洗、数据分发、数据存储、数据安全等多个软件功能模块，提供给更高级的应用层、门户层去调用和管理。

云平台的应用层位于第三层，实现以数据可视化为特征的业务逻辑和功能实例。应用层集成了终端管理、地图管理、配置管理、告警管理、权限管理、日志管理、报表管理、用户管理等多个应用API模块，提供给更高级的门户层去调用和管理。

云平台的门户层位于最高层，实现与外部系统的接口协议和页面呈现。门户层通过南向轻量化端口连接到现场部署的微监测站内核，采用物联网 MQTT/COAP协议交互通讯。门户层通过北向网管端口连接到电信运营商核心网的网管平台程序，采用电信级SNMP/CORBA协议交互通讯。门户层通过互联网WEB端连接到客户PC机、PAD的WEB浏览器，采用HTTP/HTTPS传输协议交互通讯。

所述云平台采用开放架构，可以部署在私有云(例如电信运营商的核心机房)，也可以部署在公有云(例如阿里云等的IDC机房)等。

如图4所示，WEB端页面采用友好操作型设计，分为标题栏1、副任务栏 2、主任务栏3、消息窗4、GIS窗5，共5个功能区。

标题栏1位于WEB端页面的左上方，用于显示监测系统名称、运营商 LOGO等。副任务栏2位于WEB端页面的右上方，用于放置密码变更、平台登录/退出、消息中心等浮动式按纽，点击后进入下拉菜单。主任务栏3位于 WEB端页面的左侧，用于放置站点状态、配置管理、查询统计、权限管理、系统设置等常用功能按钮，点击后进入下拉菜单。消息窗4位于WEB端页面的右下方，显示站点数据上报、站点故障告警等重要信息，采用新闻滚动模式自动刷新。GIS窗5位于WEB端页面的中部，可以在地图上快速查看每个微监测站的当前状态，正常站点显示绿色图标，故障站点显示红色图标，右击任一图标弹窗显示站点名称、安装位置、详细状态等。

如图5所示，微监测站的系统架构包括主控组件、无线组件、串口组件、电源组件。无线组件与主控组件连接，串口组件与主控组件连接，电源组件与主控组件、无线组件、串口组件分别连接。

微监测站的主控组件实现嵌入式的系统管理和业务控制，包括主控MCU、时钟模块、闪存模块、指示灯模块、按键复位模块。主控MCU采用ARM CORE-M4微处理器，是微监测站嵌入式系统的核心部件。主控MCU通过RST 管脚连接按键复位模块，获取复位控制信号。通过GPIO接口连接指示灯模块，输出指示灯控制信号。通过CLK管脚连接时钟模块，获取为稳定的外部时钟源。通过SPI或I2C接口连接闪存模块，对外部存储单元做读写操作。主控MCU通过UART接口连接无线组件的CAT4无线模组，通过AT命令控制CAT4无线模组执行无线网络监测、上传数据、下载配置等。通过UART接口连接串口组件的电平转换模块的输入端，以驱动串行通信接口的数据收发。按键复位模块内置独立的复位IC，支持低电压自动复位也支持手动按键复位，连接到主控 MCU的RST管脚。指示灯模块包括多个LED状态指示灯及驱动电路，通过 GPIO接口连接到主控MCU。时钟模块包括外置晶体振荡器及驱动放大电路，通过CLK管脚连接到主控MCU。闪存模块采用大容量的SPI NAND FLASH以实现监测数据和配置数据的本地缓存，通过SPI接口协议连接到主控MCU。

微监测站的无线组件实现无线网络监测及无线基站通讯相关，包括CAT4 无线模组、SIM卡槽、SMA射频接口。CAT4无线模组采用3GPPRel.11LTE技术，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps，支持 GSM/CDMA/WCDMA/FDD LTE/TD-LTE多模多频段的接入能力。CAT4无线模组通过SIM接口协议连接USIM卡槽，插入授权SIM卡后接入电信运营商的 2G/3G/LTE无线网络。通过ANT管脚连接SMA射频接口。CAT4无线模组通过UART接口连接主控组件的主控MCU，接收AT命令执行无线网络监测、上传数据、下载配置等。USIM卡槽可插入Micro-SIM规格的USIM卡，通过 SIM接口协议连接到CAT4无线模组。SMA射频接口一端连接外置的宽频天线以收发电信运营商的无线基站信号，另一端连接到CAT4无线模组的ANT管脚。

微监测站的串口组件实现串口通信相关，包括电平转换模块、DB9串行接口。电平转换模块完成串口信号在1.8V与3.3V的双向电平转换，以适配不同终端的接口差异。电平转换模块的输出端连接DB9串行接口的输入端。电平转换模块通过UART接口连接主控组件的主控MCU，驱动串行通信数据的收发。 DB9串行接口的输入端端连接电平转换模块，输出端连接外部PC机的串行端口。

微监测站的电源组件实现设备供电相关，包括电源管理模块、内置锂电池、 DC电源接口。电源管理模块管理输入+12V转换到5V/3.3V，连接到设备其他所有模块的PWR管脚以供电。电源管理模块监测外部供电变化，监测内置锂电池剩余电量，负责内置锂电池的充电管理，以及外部掉电时切换到内置供电。电源管理模块连接内置锂电池，以监控剩余电量及管理充电。连接DC电源接口的输出端，以监控外部供电变化。内置锂电池容量不小于2000mAH，连接到电源管理模块以汇报剩余电量和充电进度，以及外部掉电切换。DC电源接口输入端连接外置的+12V电源适配器，输出端连接电源管理模块。

如图2所示，本发明的监测系统工作流程如下：

S1、云平台启动：

云平台系统启动、加载服务端程序后，自动启用对轻量化协议、HTTP协议的端口监听。

S2、WEB端接入云平台：

WEB客户端在设备启动、加载浏览器后，需要用户手动连接云平台(输入 IP地址)。云平台回送登陆页面给WEB端，需要用户手工输入账号密码。云平台检测是否已备案的合法用户，向WEB端回报“登录成功”或“登录失败”。云平台向登录成功的WEB端主动推送主页面。

S3、微监测站接入云平台：

如图2所示，微监测站上电自检后，注册接入运营商的2G/3G/LTE无线网络后，自动向云平台发起接入申请(带设备ID)。云平台端口监听到微监测站的接入请求后，检测是否已备案的合法终端，向微监测站回报“同意”或“拒绝”的消息响应。微监测站接收到云平台的消息响应后，如是“同意”则启动定时器(定时时长按预置策略)，如是“拒绝”则终止接入。

S4、微监测站采样上报：

如图2所示，微监测站通过空口解码无线小区参数，按精简格式采集数据，并在本地保存LOG。微监测站的内置定时器被触发后，提取指定LOG(提取时段按预置策略)，按MQTT/COAP协议封装，目的地址按预置的云平台IP，通过内部无线模组发送，经无线基站、无线核心网、有线互联网等路由转发到云平台。微监测站循环执行“解码-采样-存档-定时上报”，与云平台保持双向的心跳报文。

S5、云平台处理上报数据：

如图2所示，云平台通过端口监听微监测站的监测数据和心跳包，按 MQTT/COAP协议解封。云平台解析监测LOG，对于上报指标低于预置门限的微监测站，记录为“黄色告警”站点，并刷新后台数据库。云平台轮询检测心跳包，对于持续不上报心跳包的微监测站，记录为“红色告警”站点，并刷新后台数据库。

S6、WEB端操作维护：

如图2所示，用户在WEB端浏览主页面，向云平台发起查询/配置/告警/ 权限/统计等各种操作维护请求。云平台通过端口监听WEB端的功能请求，调用软件模块及运算资源来完成，并刷新后台数据库。云平台将主页面变化以 WEBSOCKET主动推送给WEB端。

本发明的一种端云结合的室内无线网络智能监测系统，采用精简化的网优数据集，采用轻量化的端云协议，支持自动化地测试/配置/告警，支持7*24小时不间断上报，不需要专业人员或专业仪表，相较传统路测费用降低超过50％，满足电信运营商对室内环境全天候、自动化、低成本的网络监测需求。

本实施例的无线网络智能监测系统，监测设备与室内无线网络的信源、天线完全解耦，单个设备可监控2000～3000平米室内空间，电信运营商可以灵活调整监测设备的布放数量、安装位置，从而提供真实、准确、全面的网络监测结果。

本实施例的无线网络智能监测系统，云平台与WEB端采用B/S架构，数据计算、业务运营、编程开发都在服务器端，WEB端直接使用各种主流的网页浏览器，为电信运营商提供更为轻松、便捷的运维模式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。