АВТОНОМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СИСТЕМ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Автономный измерительный комплекс систем сотовой связи относится к области измерительной техники и может быть использован для мониторинга параметров зоны покрытия сотовых сетей связи стандартов GSM и WCDMA с целью устранении неисправностей или сбоев в работе отдельных базовых станций или сети в целом.
Известен комплекс специализированный для измерения параметров средств и сетей подвижной радиотелефонной связи «Маска» (http://td-str.ru/file.aspx?id=9086). Работа комплекса основана на возможности мобильных терминалов устанавливать связь с базовыми станциями сети сотовой связи, как в режиме ожидания, так и в режиме соединения, и, используя специальную программу тест-монитора, проводить измерения параметров и характеристик радиоинтерфейса сетей GSM 900/1800, 850/1900 для установленных каналов связи. Измерения и определение параметров и характеристик радиоинтерфейса проводятся в реальном масштабе времени с «привязкой» к географическим координатам, при этом измеренные параметры запоминаются и протоколируются. Полученные данные могут служить для дальнейшей обработки и анализа.
Недостатком данного устройства является его высокая стоимость, отсутствие возможности дистанционного управления сбором информации, отсутствие возможности проводить тестирование сетей третьего поколения UMTS, отсутствие возможности тестирования скорости Интернет-соединения.
Из известных устройств наиболее близким по техническому устройству является система: Корунд - система измерения параметров средств и сетей связи
(http://stksys.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=85:corund&catid=48:sagemtracemobiles&Itemid=29), состоящая из IBM совместимого компьютера типа Notebook со встроенным GPS приемником и несколькими (от одного до четырех) тестовыми терминалами. Система предназначена для работы в сетях стандартов GSM/UMTS и предоставляет информацию о статистике соединений, параметрах сигналов и географическом положении точек измерения.
Недостаток системы «Корунд» заключается в его высокой стоимости и отсутствие возможности дистанционного управления сбором информации.
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение автоматизации процесса измерения параметров зоны покрытия сетей сотовой связи и на сокращение материальных затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования.
Техническим результатом является снижение стоимости и повышение автоматизации процесса мониторинга параметров зоны покрытия сетей сотовой связи.
Это достигается тем, что в устройство автономный измерительный комплекс систем сотовой связи, содержащее мобильный измерительный терминал, состоящий из соединенных через USB интерфейс переносного компьютера типа IBM PC и GPS-приемника, согласно предлагаемой полезной модели дополнительно введены USB-модем связанный через USB интерфейс с переносным компьютером типа IBM PC, а также связанные последовательно друг с другом и мобильным измерительным терминалом с помощью канала передачи данных FTP-сервер и модуль обработки информации, состоящий из компьютера типа IBM PC.
Данные технические решения позволяют:
- снизить конечную стоимость измерительного комплекса;
- реализовать возможность дистанционного управления процессом сбора информации, что исключает необходимость постоянного нахождения оператора непосредственно за пультом управления измерительного комплекса;
- организовать дистанционную передача измерительных данных и организация многопользовательского доступа к месту их хранения, что позволяет одновременно обрабатывать данные с нескольких измерительных терминалов.
На фиг.1 изображена структурная схема заявленного автономного измерительного комплекса систем сотовой связи с одним мобильным измерительным терминалом.
Устройство (фиг.1) содержит:
1 - мобильный измерительный терминал;
2 - USB-модем;
3 - компактный переносной компьютер типа IBM PC;
4 - GPS-приемник;
5 - FTP-сервер;
6 - модуль обработки информации.
Автономный измерительный комплекс систем сотовой связи состоит из мобильного измерительного терминала (1), удаленного FTP-сервера (4) и модуля обработки информации (5). Мобильный измерительный терминал представляет собой переносной компьютер типа IBM PC (3) с подключенными к нему через USB порты GPS-приемником (4) и USB-модемом (2). По доступному каналу связи мобильный измерительный терминал обменивается данными с FTP-сервером, который является временным хранилищем. Файлы с FTP-сервера поступают на модуль обработки информации. Это персональный компьютер типа IBM PC с программным обеспечением для обработки данных. Модуль обработки информации обеспечивает взаимодействие с пользователем, обработку и наглядное представление собранных данных.
На фиг.2 изображен алгоритм работы мобильного измерительного терминала комплекса.
При проведении единичного замера оцениваются следующие параметры:
- в системе WCDMA (3G):
- отношение сигнал/шум обслуживающей соты (CPICH EC/NO);
- уровень пилот сигнала обслуживающей соты (CPICH RSCP);
- уровень пилот сигнала до 6-ти соседних сот;
- передающая частота (Тх Rate);
- приемная частота (Rx Rate);
- скремблирующий код;
- каналообразующий код.
- в системе GSM (2G):
- уровень несущей обслуживающей соты (Rx Lev);
- качество сигнала обслуживающей соты (Rx Qual);
- уровни несущих до 6-ти соседних сот;
- абсолютное значение частоты канала (ARFCH (ВССН/ТСН)).
- в системах WCDMA - GSM:
- идентификатор соты (CID);
- код локальной зоны (LAC);
- координаты точки измерения;
- битовая скорость Интернет-соединения.
Первой операцией мобильного измерительного терминала является загрузка первичных настроек. Файл с первичными настройками, располагается на FTP-сервере и удаленно контролируется с модуля обработки информации. Возможен и локальный контроль файла. Первичные настройки определяют следующиие параметрах работы терминала:
- время сессии до выхода на связь клиента с сервером;
- время проведения измерений при активном голосовом вызове;
- время проведения измерений в режиме ожидания;
- режим работы клиента.
Мобильный измерительный терминал может работать в режиме измерения скорости Интернет-соединения в сетях 2G или 3G, а также в режиме измерения параметров речевого вызова в сети GSM или WCDMA.
После считывания первоначальных данных из файла происходит инициализация USB-модема и GPS приемника. При этом используется созданная авторами подпрограмма WorkHard. Подпрограмма предназначена для получения имен последовательных портов, как физических, так и виртуальных, работающих в данный момент в системе. Получение имен портов выполняется посредством использования WMI (Windows Management Instrumentation) - инструментария управления Windows. Использование WMI является наиболее быстрым и удобным способом получения информации о системе Windows.
После процесса инициализации начинается работа основного цикла программы, написанной в среде графического программирования National Instruments Lab VIEW. С помощью инструментария VISA открываются 3 потока.
Первый поток открывает стандартный User interface, присутствующий в каждом 3G модеме, по которому передаются AT команды. Данные команды используются для перевода модема из сети 3G в сеть 2G и обратно. Это необходимо для выбора оптимального режима передачи данных, а также для выбора диапазона, в котором производится контроль сети. Вычисление уровня сигнала от сервисной ячейки происходит посредством команды CSQ. Далее с помощью команды-запроса CREG получается информация о контроллере локальной зоны (Local Area Controller) и идентификаторе соты (Cell ID).
Второй поток открывает Diagnostic Mode, по которому передаются контрольные команды и возвращаются ответы в шестнадцатиричном виде, далее ответы дешифруются и выводятся в соответствующие таблицы.
Третий поток открывает порт GPS приемника, по которому передаются команды в формате imea.
После инициализации модем регистрируется в сети коммандами CREG и CPAS.
Все используемые команды стандартизированы и уверждены международным стандартом ETSI TS 100 911 V8.5.0 (2000-10), поэтому описанный алгоритм должен работать на подавляющем большинстве модемов в операционной среде Windows, начиная с версии ХР.
Далее начинает осуществляться сбор данных. Выполняется проверка условия режима работы мобильного терминала. При режиме работы 3Gps (пакетная передача данных в сетях третьего поколения) клиентская часть формирует файл объемом 512 кбайт и начинает его передачу на удаленный FTP-сервер. Сведения о скорости передаче данных берутся из структурированной служебной информации, которая доступна в стандартной прошивке модема.
Вычисляются мгновенные значения скорости передачи данных, и среднее значение.
При этом средняя скорость вычисляется и записывается в файл для каждого отсчета. По окончании передачи файла на FTP-сервер начинается скачивание файла объемом 1024 кбайт с FTP-сервера. Скорость передачи измеряется и высчитывается аналогичным образом, как и для скорости выгрузки данных.
В режиме работы 2Gps измерения происходят аналогично режиму 3Gps с той разницей, что передача данных осуществляется в сети второго поколения.
В режиме работы 2Gcs происходят параллельные запросы по двум портам:
1 - User Interface;
2 - Diagnostic Mode.
Запросы User Interface соответствуют аналогичны запросам описанным выше.
Запросы Diagnostic Mode представляют собой шестнадцатеричные последовательности, которые дешифруются с помощью специальных алгоритмов. В результате этих запросов получается информация о расстоянии до базовой станции клиентской части системы и о 6 соседних сотах.
После окончания всех вышеуказанных действий происходит запись результатов в log-файл на жесткий диск. После истечения времени до выхода на связь с сервером происходит остановка измерения, соединение с Интернетом и передача данных на удаленный FTP-сервер. После получения подтверждения о завершении передачи данных происходит прием управляющих файлов с удаленного сервера. Далее происходит проверка на флаг завершения работы, и если флаг отсутствует, то инициализация комплекса происходит снова, согласно только что полученному файлу настроек.
Интерпретация данных log-файлов производится модулем обработки информации. Программная часть модуля общается с приложением Google Earth посредством инструментария activeX. Осуществлена возможность загружать и отображать на карте базовые станции со всеми параметрами, выполнять трассировку пройденного пути, загружать из хранилища файлы, формировать управляющие файлы клиентской части, а также показывать подробную информацию о всех проведенных замерах.
Программа работает по событиям, которые инициирует сам пользователь. Для корректной работы необходим вызов следующих событий:
- доставка log-файлов с удаленного сервера на локальный компьютер, на котором запущен модуль обработки информации. В ходе выполнения события происходит поиск сервера, проверка логина и пароля пользователя и загрузка log-файлов на локальный компьютер. Применение авторизации терминалов исключает несанкционированный доступ к файлам, а также позволяет использовать одно удаленное хранилище нескольким пользователям;
- событие, которое отвечает за отражение на карте координат и измеренной информации. Выбранный log-файл разбивается на отдельные замеры и структурируется особым образом так, чтобы синтаксис файла соответствовал KML структуре. Это необходимо для представления трехмерных геопространственных данных в программе «Google Earth». После завершения создания структуры происходит ее портирование в Google Earth. Портированные данные отображаются во временных метках в пункте Mobile Station;
- отображение на карте базовых станций. Данным событием формируется соответствующая KML структура и передается в программу Google Earth.
Помимо событий, без которых невозможно корректная работа измерительного комплекса, в модуле обработки информации реализован ряд сервисных функций:
- трассировка местоположения измерения;
- последовательное воспроизведение всех измеренных точек;
- детальный просмотр точки измерения;
- вызов цветовой легенды.
Данные функций улучшают визуальное восприятие собранной информации и предоставляют ее в виде удобном для дальнейшего анализа.
Применение автономного измерительного комплекса позволит:
- увеличить эффективность мониторинга;
- повысить автоматизацию процессов измерения;
- сэкономить материальные и людские ресурсы.