摘   要： 在直放站集中監(jiān)控管理系統(tǒng)中引入電子地圖，可以提供更直觀的用戶界面,，方便監(jiān)控和操作,。介紹了系統(tǒng)采用的分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、分層式通信協(xié)議結(jié)構(gòu)和模塊式管理功能結(jié)構(gòu),，分析和設計了基于MapXtreme的應用方案,，針對開發(fā)中的關鍵問題給出了解決方法。系統(tǒng)的實現(xiàn)大大提高了運營商的資產(chǎn)利用率和工作效率,，降低了運行維護成本,。
關鍵詞： 直放站； 集中監(jiān)控,； WebGIS,； MapXtreme

　　蜂窩移動通信中使用的直放站作為一種中繼產(chǎn)品，可以在不增加基站數(shù)量的前提下保證無線網(wǎng)絡覆蓋,，并且具有結(jié)構(gòu)簡單,、投資少、安裝方便等優(yōu)點,，可廣泛用于無線信號難于覆蓋的盲區(qū)和弱區(qū),，是實現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標的一種優(yōu)選方案,。為保證直放站安全可靠地工作,，必須對直放站設備進行集中監(jiān)控，實時獲取設備的各種工作參數(shù),，出現(xiàn)故障時同步報警,，并可根據(jù)實際需要進行參數(shù)調(diào)整。
　　隨著直放站建設規(guī)模的擴大,，有必要在集中監(jiān)控管理系統(tǒng)中引入電子地圖,，將直放站的地理分布,、與基站等主設備之間的關聯(lián)等信息內(nèi)容用圖形方式顯示，為監(jiān)控人員提供更直觀,、更便利的操作界面,。基于MapXtreme建設直放站集中監(jiān)控管理系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標的可行方案[1],。
1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
　　基于MapXtreme的直放站集中監(jiān)控管理系統(tǒng)是集無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù),、動態(tài)數(shù)據(jù)處理技術(shù),、計算機技術(shù)及GIS技術(shù)于一體的綜合網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，可對管理區(qū)域內(nèi)的直放站提供實時設置,、查詢,、數(shù)據(jù)傳輸、遇險報警等多項功能,，為運營商提供了一套完善的自動化遠程通信監(jiān)控服務,。
1.1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)設計，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示,。直放站中的監(jiān)控設備通過無線Modem將監(jiān)控參數(shù)以短信形式發(fā)出,，基站收到信號后，經(jīng)2G/3G移動通信網(wǎng)絡,，送到短信中心,，再由短信網(wǎng)關送達監(jiān)控中心。監(jiān)控中心由位于同一局域網(wǎng)內(nèi)的多臺服務器組成,。其中,，通信服務器負責收發(fā)短信中心的信息；應用服務器負責系統(tǒng)內(nèi)各項管理業(yè)務功能的實現(xiàn),；Web服務器負責連接互聯(lián)網(wǎng),，為監(jiān)控人員提供維護接口；數(shù)據(jù)庫服務器負責各類數(shù)據(jù)的查詢和管理,。各監(jiān)控終端通過互聯(lián)網(wǎng),，以B/S方式連接服務器，獲取監(jiān)控信息并實施有關操作[2],。

1.2 通信協(xié)議結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)中包含多個物理實體,，如直放站、短信中心,、監(jiān)控中心,、監(jiān)控終端等。為保證各實體之間可靠通信,，這里采用分層原理對通信協(xié)議進行了劃分,，明確層與層間的接口形式,，降低層與層之間的相互干擾，實現(xiàn)軟件的模塊化設計,。整個通信協(xié)議共分為4層,，如圖2所示。從底層至頂層分別為：承載層,、接入層,、網(wǎng)絡層和監(jiān)控應用層[3]。

　　(1)承載層:是通信的實際鏈路,，此層可以向接入層提供面向字節(jié)的數(shù)據(jù)包,除支持短信連接外,，還支持RS-232、RS-485和Ethernet等,，該層協(xié)議簡稱為TP,。
　　(2)接入層:定義通信傳輸?shù)耐ǖ兰跋嚓P的要求，以便實現(xiàn)與各種不同媒介的信息互通,，承載并保證網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)的可靠傳輸,，該層協(xié)議簡稱為AP。
　　(3)網(wǎng)絡層:承載監(jiān)控應用層協(xié)議包,，實現(xiàn)監(jiān)控應用層與通信鏈路及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的隔離,，能夠向監(jiān)控應用層提供本設備需要處理的監(jiān)控指令和數(shù)據(jù)，該層協(xié)議簡稱為NP,。
　　(4)監(jiān)控應用層:針對各種監(jiān)控所需功能,，實現(xiàn)面向監(jiān)控功能的數(shù)據(jù)組織，該層協(xié)議簡稱為MAP,。
1.3 管理功能結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)的管理功能分為5大模塊:系統(tǒng)管理,、直放站信息管理、任務管理,、報警管理和統(tǒng)計分析,，如圖3所示。

　　(1)系統(tǒng)管理模塊:主要完成用戶和權(quán)限設置,、設備參數(shù)編輯,、各種日志的獲取和導出操作、傳輸服務的啟動和關閉,、任務列表的實時顯示和刪除,、系統(tǒng)測試等。
　　(2)直放站信息管理模塊：主要完成工程列表查看,、站點查詢,、監(jiān)控對象管理、關聯(lián)指配配置,、電子地圖瀏覽等,。由于監(jiān)控中心要實現(xiàn)直放站近端和遠端的關聯(lián),、直放站近端和基站的關聯(lián)、主設備與相關從設備的對應關系,，以及直放站與關聯(lián)小區(qū)的對應關系,，所以在電子地圖上要呈現(xiàn)拓撲關系。
　　(3)任務管理模塊：主要完成任務列表的顯示,、編輯和設置,。任務列表顯示了用戶添加的通信任務的相關信息，具體包括：任務序號,、任務名稱,、通信功能、傳輸模式,、生效時間、失效時間,、是否生效等,。
　　(4)報警管理模塊：能夠?qū)崿F(xiàn)對報警數(shù)據(jù)的實時采集和集中監(jiān)視，輔助運維人員快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡問題并定位故障,，自動生成報警工單,，同時提供對報警信息的各種處理功能，提供對歷史報警信息的統(tǒng)計和查詢功能,。
　　(5)統(tǒng)計分析模塊：可以完成分析下行輸入,、輸出功率和下行駐波的關系，統(tǒng)計各個站點的報警信息,，檢查近遠端設備配對情況,，分析站點的參數(shù)對象是否完整、各種門限是否符合要求等,。
2 MapXtreme應用方案的分析與設計
　　在直放站集中監(jiān)控管理系統(tǒng)中引入電子地圖,，可以精確定位直放站的位置，并與基站的位置信息相關聯(lián),，開發(fā)報警的關聯(lián)功能,，而且可以提供更直觀的用戶界面，方便監(jiān)控和操作,。
　　電子地圖功能可通過WebGIS系統(tǒng)中的MapXtreme實現(xiàn),。MapXtreme是MapInfo公司開發(fā)的一個基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地圖應用軟件，其中,，MapXtreme for Java版本是100%純Java產(chǎn)品,，具有跨平臺、組件化,、面向?qū)ο?、符合J2EE規(guī)范等特點和優(yōu)勢,，因此選用它作為開發(fā)平臺。使用MapXtreme開發(fā)WebGIS應用,，開發(fā)人員能集中控制以及維護地圖和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù),，并集中實現(xiàn)地圖應用程序功能。此外,，由于使用IE瀏覽器作為客戶端的使用界面,，可使開發(fā)人員將地理信息系統(tǒng)緊密地與其他系統(tǒng)相結(jié)合，給用戶提供統(tǒng)一,、完整的綜合信息服務,。基于MapXtreme的WebGIS應用方案如圖4所示[4],。

　　IE瀏覽器是一個圖形用戶界面,，采用Java Applet與JavaScript為用戶提供地圖的基本操作,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)顯示、查詢統(tǒng)計分析等功能,。
　　Web服務器處理客戶端的請求并把對空間數(shù)據(jù)的處理命令傳遞給GIS應用服務器,，回傳HTML文件及Java服務器對象組件；加載空間數(shù)據(jù)等,?？蛻舳薐ava Applet通過服務器端Servlet的URL重新構(gòu)造URL類，向服務器端的Servlet發(fā)出請求,，Servlet調(diào)用JDBC驅(qū)動器,，JDBC驅(qū)動器負責連接、操作GIS數(shù)據(jù)庫并在客戶端的瀏覽器中顯示,。Web服務器層也可直接利用標準SQL語言訪問數(shù)據(jù)庫服務器以獲取較復雜的屬性數(shù)據(jù),。
　　GIS應用服務器處理來自Web服務器空間數(shù)據(jù)操作命令，進行地圖生成和操作等,，同時將地圖操作結(jié)果以圖片形式輸出到Web服務器的特定目錄之下,。
　　GIS數(shù)據(jù)庫服務器由SpatialWare負責管理。SpatialWare是MapInfo公司最新推出的空間數(shù)據(jù)庫管理軟件,，它的主要作用是把復雜的MapInfo地圖對象存入大型數(shù)據(jù)庫中,，并為其建立空間數(shù)據(jù)索引，從而在數(shù)據(jù)庫服務器上實現(xiàn)對屬性數(shù)據(jù)和空間圖形對象數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,。
3 關鍵技術(shù)的研究與開發(fā)
　　基于MapXtreme的WebGIS應用方案具有平臺獨立性和平衡高效的計算負載等特點,，使用Java技術(shù)在服務器端開發(fā)Java Servlet程序。MapXtreme作為一個Servlet與Web服務器相連接,，通過地圖引擎來向應用程序提供可供程序腳本語言使用的地圖對象,、屬性和方法。開發(fā)中涉及的關鍵技術(shù)有以下幾項,。
3.1 客戶端與服務器端通信的實現(xiàn)
　　客戶端和服務器端之間的通信是通過HTTP協(xié)議來完成的,。所有HTTP通信都使用8位字符,，以確保二進制編碼文件的安全傳輸。系統(tǒng)采用了一種稱之為隧道技術(shù)的處理方式,。隧道可以被看作一條這樣的通道：它使用己存在的通信通道HTTP,，并在其中創(chuàng)建一個子協(xié)議來執(zhí)行特殊任務。這里要創(chuàng)建的子協(xié)議將包含所有必要的信息,，這些信息被用來創(chuàng)建一個Web服務器上的對象,，調(diào)用這個對象中的方法，并將結(jié)果返回給客戶端,。使用HTTP隧道的優(yōu)點就是可以將精力集中在子協(xié)議上面,，而不用關注如何在客戶端和服務器之間傳送數(shù)據(jù)包。
　　在客戶端和服務器端之間傳送一條請求要經(jīng)過很多工序,。出于性能上考慮,，應該在每次請求/響應中傳輸盡可能多的信息?？蛻舳撕头掌鞫酥g的1次完整通信具體包含以下的步驟:
　　(1) 打開HTTP連接：HTTP是一種無狀態(tài)的協(xié)議,，即每一個請求都被視為一個獨立的實體。因此,，對于每一個請求都要建立一個新連接,。
　　(2)初始化方法請求：用來描述調(diào)用什么方法和方法所需要的參數(shù),。
　　(3)設置HTTP請求頭：包含發(fā)送的數(shù)據(jù)類型和長度,。
　　(4)發(fā)送請求：將二進制數(shù)據(jù)流發(fā)送到服務器。
　　(5)讀取請求：目標Servlet程序?qū)⒈徽{(diào)用,，并接收HTTP請求數(shù)據(jù),。Servlet程序就是調(diào)用所有必要的參數(shù)選擇相應的方法。如果這是客戶端的第一次請求,，一個服務器對象的新的實例就會被創(chuàng)建,。
　　(6)調(diào)用方法：方法將會被服務器端的對象所調(diào)用。
　　(7)初始化方法響應：如果調(diào)用的方法拋出一個異常,，客戶將接收到出錯信息;否則,，返回的類型將會被發(fā)送。
　　(8) 設置HTTP響應頭：與設置HTTP請求頭一樣,，在響應頭中要設置待發(fā)送數(shù)據(jù)的類型和長度,。
　　(9) 發(fā)送響應：二進制數(shù)據(jù)流將從Web服務器發(fā)送回給客戶端。
　　(10) 關閉連接,。
3.2 GIS數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的設計
　　數(shù)據(jù)庫的合理構(gòu)建是進行監(jiān)控管理的前提,。系統(tǒng)采用SQL Server作為GIS數(shù)據(jù)庫，其中包括空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫2部分,?？臻g數(shù)據(jù)庫采用非關系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，將地圖信息和直放站的地理信息以MapInfo的自定義格式保存于若干文件中；屬性數(shù)據(jù)庫采用關系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，將與地理信息無關的直放站參數(shù)信息和操作信息存儲在若干屬性表中,。空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫采用間接關聯(lián)的方式,，二者通過一定的索引機制聯(lián)系起來,，如圖5所示。

　　GIS數(shù)據(jù)表示地理實體的空間位置或直放站所處的地理位置,，表達了物體地理實體的幾何定位特征,，以坐標數(shù)據(jù)表示。為了提高查詢和處理效率,，系統(tǒng)采用層次結(jié)構(gòu)對GIS數(shù)據(jù)進行組織,，即根據(jù)不同的專題將地圖分層，通過“圖層”對地理信息和直放站信息進行管理和存儲,，圖層以透明的方式重疊在一起,，形成了地圖。圖層由圖元和屬性數(shù)據(jù)組成,，圖元和地理數(shù)據(jù)相關聯(lián),。這樣，由圖層組成的地圖就可以實現(xiàn)信息查詢,、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化顯示,。每個圖層的數(shù)據(jù)分別存儲于4個文件名相同、擴展名不同的文件中,，即TAB文件,、DAT文件、ID文件和MAP文件,。這4個文件各自的作用如下：
　　(1)TAB代表屬性數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)文件,，其中定義了地圖屬性數(shù)據(jù)的表結(jié)構(gòu)，包括字段數(shù),、字段名稱,、字段類型、字段寬度,、索引字段及相應圖層的一些關鍵空間信息描述,。
　　(2)DAT代表屬性數(shù)據(jù)文件，用于存放完整的地圖屬性數(shù)據(jù),。在文件頭之后,，為表結(jié)構(gòu)描述，其后首尾相接地緊跟著各條具體的屬性數(shù)據(jù)記錄。
　　(3)ID代表交叉索引文件,，記錄了地圖中每一個空間對象在空間數(shù)據(jù)文件(MAP)中的位置指針,。每4個字節(jié)構(gòu)成一個指針。指針排列的順序與屬性數(shù)據(jù)文件(DAT)中屬性數(shù)據(jù)記錄存放的順序一致,。交叉索引文件實際上是一個空間對象的定位表,。
　　(4)MAP代表空間數(shù)據(jù)文件，具體包含了各地圖對象的空間數(shù)據(jù),，如空間對象的幾何類型,、坐標信息和顏色信息等。
3.3 GIS數(shù)據(jù)的雙向查詢
　　基于WebGIS的數(shù)據(jù)查詢功能是系統(tǒng)的重要管理功能之一,，包括從圖到表和從表到圖兩種查詢方式,。也就是說，用戶可以從地圖上直放站的空間信息得到直放站的所有屬性信息,；同時,，也可以通過直放站的參數(shù)和信息得到其地理位置和其他地理信息。
　　從圖到表的查詢是通過直放站圖元的位置,，得到該直放站的相關參數(shù)和報警信息等,。地圖中對圖元的選擇、定位以及控制功能只針對直放站圖層,，該圖層數(shù)據(jù)來源于空間數(shù)據(jù)庫,。對于選擇直放站圖元的方式，系統(tǒng)提供了點選和矩形區(qū)域選擇功能,，以適應不同情況下對直放站的操作和篩選,。經(jīng)過區(qū)域選擇，可以得到一組符合條件的直放站圖元列表,。系統(tǒng)提供定位功能,，通過定位選中圖元中的某一個,，從而得到此圖元的詳細地理信息和屬性信息,。
　　從表到圖的查詢是根據(jù)一定條件來查詢滿足條件的直放站圖元。利用直放站屬性和直放站地理信息對應的關系,，通過屬性信息得到直放站的地理信息,，將符合要求的直放站圖元在地圖上高亮顯示。
　　本文提出針對移動通信直放站集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的解決方案,，實現(xiàn)了在B/S模式下對直放站的日常監(jiān)控管理,，具備了比較完備的功能。監(jiān)控人員可以通過Web頁面實時查看網(wǎng)內(nèi)直放站的參數(shù),，對報警進行處理,，發(fā)送輪巡等命令。圖6為客戶端對電子地圖進行操作的顯示界面,，可完成放大,、縮小,、移動、測量距離,、查看站點基本信息和查找站點等功能,。系統(tǒng)的實現(xiàn)大大提高了運營商的工作效率和資產(chǎn)利用率，降低了運行維護成本,。

參考文獻
[1] 王亞麗. 直放站網(wǎng)管系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].移動通信,，2004(5):98-100.
[2] 張敏.基于B/S結(jié)構(gòu)的直放站集中監(jiān)控網(wǎng)管的設計與實現(xiàn)[J].商場現(xiàn)代化，2008(12下旬刊)：11-12.
[3] 中國移動通信有限公司.中國移動直放站設備網(wǎng)管接口技術(shù)規(guī)范1.0.0[S]. QB-W-003-2005,，2005.
[4] 楊陽,，郭建忠.基于MapXtreme_Java技術(shù)的WebGIS開發(fā)實踐[C].中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會第八屆年會論文集，2004:235-239.