地理网格在移动通信网络优化中的应用

李景枫+汪巍

【摘    要】针对目前珠海移动网络优化中存在的问题，提出了一种基于地理网格的移动通信网络优化方案。详细介绍了地理网格应用的理论基础及计算方法，并通过软件系统开发将其实现。该软件实现采用.net技术搭建网站平台，调用百度地图JavaScript API，运用JavaScript技术实现基于地理网格的网络优化功能模块开发。移动网优人员通过所搭建的网站平台，能快速精准地定位并解决网络问题，提升网络优化效率。

【关键词】地理网格    网络优化    网格单元

中图分类号：TN929.5    文献标识码：A    文章编号：1006-1010（2014）-22-0026-05

Application of Geographic Grid in Mobile Communication

Network Optimization

LI Jing-feng1， WANG Wei2

（1. China Mobile Group Guangdong Co.， Ltd.， Zhuhai Branch， Zhuhai 519015， China;

2. Multimedia and Communication Laboratory， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China）

[Abstract]

According to the existing problems in network optimization of Zhuhai branch of China Mobile， an optimization solution of mobile communication network based on geographic grid is proposed in this paper. The theoretical basis and calculation method of geographical grid are introduced first， and then a software system is developed to implement geographical grid. The system builds website platform using .Net technology， calls Baidu Maps JavaScript API and uses JavaScript to develop the module with network optimization function based on geographical grid. Network optimization staff can precisely position and solve network troubles on the website platform to enhance the efficiency of network optimization.

[Key words]geographic grid    network optimization    grid cell

1   引言

移动通信是推动国民经济发展的一项重要组成部分。如何管理移动通信网络，提升网络优化效率对于移动通信的发展具有十分重要的意义。然而，与移动通信的发展速度和规模相比，我国目前的移动通信网络优化工作较为落后。对于移动通信网络来说，要想提高网络质量，给客户带来满意的感知体验，就需要对移动通信网络优化的工作方法进行科学地改进，从而提高移动通信网络质量[1]。

网络优化一直是影响移动通信网络质量的重要因素，一种好的网络优化技术或手段对于改善网络质量起到关键性作用。通过对珠海移动实地调研考察，发现日常的网络优化工作中存在诸多不足：第一，网络数据分析缺乏地理空间特性，难以精确快速地定位网络问题区域，优化效率低;第二，基站、机房等硬件设备编号规则杂乱，没有统一的编号方式难以管理;第三，网络规模巨大，每天产生的网络数据也非常庞杂，虽然有相关优化软件平台分析这些数据，但都大而统，一方面不能反映小规模范围内网络质量情况，另一方面纯数据的呈现也很难反映出网络质量的规律性。

针对目前网络优化工作手段和方法的不足，珠海移动积极展开了探索，从网络缺乏地理特性这个重要点着手，提出了基于地理网格的移动通信网络优化应用研究的课题。对于每个实体对象都有其特定的空间属性和数据属性，空间属性即用来表示空间实体的位置、大小等信息的数据，数据属性则表现了空间属性以外的属性特征。通过空间属性可以将实体对象与地理环境联系起来，也就间接地将实体对象数据属性与地理环境关联起来，这种关联关系被称为数据的地理属性。本文将网络数据与其地理属性相关联，并利用若干个预先划分好的地理网格，从不同层级的地理网格对网络数据进行分析、检索和呈现，以实现快速精确的定位并解决网络问题，改善珠海移动网络优化方法，提高优化效率，为移动通信网络质量的稳定性提供科学有力的保障。

2   地理网格

2.1  地理网格概念介绍

地理网格即是将地球曲面按照一定的规则近似的分割成N块多边形平面，每个多边形平面叫做一个网格单元（简称网元），并给每个网格单元编号标识。这些多边形平面按照切割前的顺序拼接，近似的模拟并重现地图曲面，当然模拟重现的地图曲面误差一定要控制在网元范围内。其主要的目标就是将地理空间的定位与地理特征有机地结合起来，从而能够快速精准的定位、搜索呈现地理信息等[2]。endprint

按照形状可以将地理网格分成2类：规则地理网格和不规则地理网格[3]。其中，规则地理网格是按照一定的数学规则对地球表面进行划分，其切割的网元形状一般都是规则形状，如正方形、六边形等;不规则地理网格的网元一般在形状上没有一定的规律，这些网格的划分往往是依据地理特征、管辖区、区域职能等。两者对比图如图1所示：

（a）规则地理网格        （b）不规则地理网格

图1    规则地理网格和不规则地理网格对比图

2.2  移动通信网络优化引入地理网格

前面介绍了数据的地理属性，这仅仅说明了实体对象的数据与地理环境存在关联，那么如何关联才能使实体对象的数据属性能在地理环境中发挥其作用呢？换言之，如何关联基站产生的网络数据与地理环境，从而发挥其在网络优化中的作用呢？

目前珠海移动通信网络基站达到数以千计，每个基站都有经纬度、地址、覆盖范围等空间属性，同时也无时无刻不在产生着网络数据即基站的数据属性，这些网络数据有来自通信系统本身产生的参数，也有与用户交互产生的数据。在当前国内大部分移动通信网络优化工作中，基站的数据属性是提出优化方案的重要依据也是主要依据，但是移动通信网络具有很强的地理空间特性，好的网络一定是能够保证用户在任何地方使用移动终端都能有满意的感知体验。而单从基站的数据属性来分析基站性能的好坏，虽然在一定程度上能够反映网络质量的好坏，但是不能从根源上保证用户的感知体验，同时也很难从基站数据定位网络问题区域。

本文提出的地理网格则有效地解决了基站的数据属性与地理空间的关联结合问题。将珠海整个区域按照某种规则划分为若干块网格平面，并添加编号标识。通过基站的经纬度信息确定基站所属网格，并赋予基站涵盖网格信息的编号，通过基站信号覆盖范围与网格的重叠关系建立网格与基站信号的面积关联，再通过这种面积关联将基站的网络数据平均分配到各个对应的网格中分析。只有分析出珠海区域每个网格中的网络质量，才能真正掌控珠海整个区域网络质量;同时也只有具备统一编号标识的网格，才能迅速精准地定位网络问题区域并及时解决问题，使得网络优化更加科学、高效。

3   基于地理网格的移动通信网络质量分

析方法

3.1  小区椭圆覆盖模型的确定

由于已知移动通信网络性能指标数据粒度为小区级，在建立小区与地理网格关联关系之前，需要确定小区覆盖范围。本文中的小区覆盖模型属于理论模型，未考虑实际环境对信号的干扰，并根据移动通信信号发射特性将小区形状近似为椭圆。基于以上假设，小区椭圆覆盖模型如图2所示。已知小区C的覆盖半径R即椭圆的长半径为R、小区天线方向角为Q1，以半径射线的中点作垂直线，椭圆的短半径为，其中Q2为30°。

图2    小区椭圆覆盖模型

3.2  小区椭圆与地理网格关联

通过基站小区信号覆盖模型范围与网格的重叠关系建立小区信号和网格的面积关联，并通过这种面积关联将基站的网络质量得分按面积占比分配到各个对应的网格中分析[4]。小区与网格关联图如图3所示：

图3    小区与网格关联图

具体小区网络质量数据纳入网格的计算方法如下：

如图3所示，小区C1和小区C2同时覆盖网格G1，C1覆盖与G1重叠面积为S1，C2与G1重叠面积为S2，小区C1指标X质量得分为X1，小区C2指标X质量得分为X2，则网格G1的指标X质量得分Y为：

（1）

假设某小区Gm被N个小区覆盖，则得分Ym计算公式为：

（2）

3.3  小区网络质量计算方法

在本次对移动网络优化进行需求分析过程中，决定了从2个方面着手对网络进行评价：网络性能指标质量和网络产能。网络质量的计算是本系统的核心内容，但非本文的重点，下面将简单介绍网络质量计算方法以及网络产能的概念[5]。

（1）网络性能指标及网络综合质量计算方法简介

网络性能指标质量计算根据指标类型分为：指标越大越优、指标居中越优、指标越小越优。网络指标线性阈值算法图如图4所示：

图4    网络指标线性阈值算法图

3个不同类型指标的质量计算方法如下：

指标越大越优：质量评分变量设为Y1，即指标值低于差值则Y1为0分，高于优值则Y1为100分。介于优值与差值之间Y1计算公式为：

（3）

指标居中越优：评分变量设为Y2，即指标值偏离优值越远，低于差值1或高于差值2则Y2为0分，在优值1和优值2范围内则Y2为100分。介于优值1与差值1之间Y2计算公式为：

（4）

介于优值2与差值2之间Y2计算公式为：

（5）

指标越小越优：评分变量设为Y3，即指标值低于优值则Y3为100分，高于差值则Y3为0分。介于优值与差值之间Y3计算公式为：

（6）

综合指标质量计算：如接入质量X的计算，假设接入质量由4个指标A、B、C、D组成，权重分别为X1、X2、X3、X4，这里指标的选择以及指标质量权重均由珠海移动网优专家给出，本文将不详细列出，计算公式如下：

（7）

（2）网络产能分为网络数据产能和网络语音产能，网络数据产能即数据流量（单位为KB），网络语音产能即话务量（单位为Erl）。网络产能质量归类到指标越大越优，其计算方法按照指标越大越优来计算。

4   系统框架设计及功能实现endprint

上文提出了将地理网格引入到移动通信网络优化工作中这一大胆的设想，并详细阐述了地理网格的网络质量计算方法，为地理网格的应用提供了理论基础，只有知道了每个网格的网络质量才能掌控网格的网络运行好坏。那么，针对移动网络通信保障工作响应快、耗费人力少、效率高等需求，本文通过软件系统的实现即可满足，通过该系统，网络优化人员能够有效地掌控整体网络，快速定位局部问题网络，并及时制定网络优化解决方案来优化问题网络。

4.1  系统框架设计

本文中的系统实现主要是基于Visual Studio 2010+MSSQL2008软件开发平台，系统的开发结合使用了.net技术[6]、百度地图JavaScript API技术[7]。整个系统的运作框架分为3部分：数据库、Web服务器和用户端。其中，数据库端承载包括地理网格信息表、地理网格网络质量评分表、基站基本信息表、基站性能指标表;Web服务器端承载发布的网站系统，也是该系统发挥作用的核心功能模块;用户端即在建立了数据库服务器和Web服务器之后，用户通过发布的网站Url访问Web服务器，从而快速获取信息。系统框架图如图5所示：

图5    系统框架图

4.2  系统实现

百度地图上的功能展示结果基本都是通过覆盖物的形式实现，无论是地理网格还是检索后信息呈现、鼠标放置网格显示信息、云图呈现等都是根据从数据库中提取的相关数据作为参数，调用百度地图API提供的函数接口，实现各类覆盖物图标，从而展示给用户想要的信息。本研究采用的是百度地图JavaScript API，所以地图上需要展示的功能都是通过JavaScript来实现的。

本次研究实现的部分功能界面如图6所示。

由图6可见，利用加入的地理网格元素，可将整个珠海区域划分成若干份相等的方形网格，同时也是将整个珠海的移动通信网络划分成若干份。通过上面的界面功能，可以输入网格编号或者鼠标拖动快速找到对应的区域;同时，鼠标右键点击某个网格或拉框一片网格查看区域网络质量、网格场景属性等信息;另外，输入日期、基站类型等组合筛选条件查看指定基站或网格信息，快速了解该片区域网络历史趋势;最后，点击“网络质量云图呈现”按钮功能云图呈现整个珠海的网络质量情况，网优人员能够根据地图呈现的云图颜色快速定位网络问题，有助于及时发现问题并解决问题，从而保证整体网络的稳定性。

5   结束语

通过上述地理网格在珠海移动网络优化工作中部分应用实例的介绍，珠海移动公司实现了对珠海整个区域网络划分及可视化的呈现，成功将庞大的网络数据划分到每个小网格内。根据地理网格的编号规则对珠海区域内的基站、机房、设备等对象进行统一编号，这种统一编号不仅能够对这些对象进行高效的管理，也是在为珠海4G网络的拓展做好充分的准备。通过检索定位和信息呈现功能能够快速定位呈现用户想要的网格、基站等对象的各类属性数据，如网络性能指标数据、网络质量评分、地理位置等。这种大面积细划分的密集网格云图呈现也是目前国内网络优化方面少有的创举，能够直观呈现网络质量的好坏，快速定位网络质量问题所在。

另外，本次所做的地理网格的应用研究也存在着一定的局限性，比如没有考虑每个网格所处地理环境的不同对网络造成的影响，实现了网络问题的呈现、定位，但未进一步实现网络问题的解决以及网络质量的后续预测。因此，地理网格在移动通信网络优化中的应用还存在着很大的研究空间，将来通过更深层次的研究，有望实现更多的基于地理网格的网络优化应用，使得移动通信网络优化更加科学、高效。

参考文献：

[1] 严荣华，廖安平，王鹏，等. 面向移动通信网络建设的数字地图应用研究[J]. 测绘科学， 2003（3）： 62-65.

[2] 李德仁，彭明军. 城市空间信息规则网格与不规则网格的数据转换[J]. 武汉大学学报： 信息科学版， 2007，32（2）： 95-99.

[3] 薛向锋. 地理网格及其在城市信息服务中的应用研究[D]. 山西： 太原理工大学， 2006.

[4] 谢韫涵. GSM网络小区覆盖分析系统的研究与实现[D]. 北京： 北京邮电大学， 2010.

[5] K Smith. Solving Combinatorial Optimization Problems Using Neural Networks[D]. Australia： University of Melboume， 1996.

[6] 张跃廷，顾彦玲. ASP.NET从入门到精通[M]. 北京： 清华大学出版社， 2008.

[7] Richard York. JQuery JavaScript与CSS开发入门经典[M]. 施宏斌，周彦，曹蓉蓉，译. 北京： 清华大学出版社， 2010.endprint

上文提出了将地理网格引入到移动通信网络优化工作中这一大胆的设想，并详细阐述了地理网格的网络质量计算方法，为地理网格的应用提供了理论基础，只有知道了每个网格的网络质量才能掌控网格的网络运行好坏。那么，针对移动网络通信保障工作响应快、耗费人力少、效率高等需求，本文通过软件系统的实现即可满足，通过该系统，网络优化人员能够有效地掌控整体网络，快速定位局部问题网络，并及时制定网络优化解决方案来优化问题网络。

4.1  系统框架设计

本文中的系统实现主要是基于Visual Studio 2010+MSSQL2008软件开发平台，系统的开发结合使用了.net技术[6]、百度地图JavaScript API技术[7]。整个系统的运作框架分为3部分：数据库、Web服务器和用户端。其中，数据库端承载包括地理网格信息表、地理网格网络质量评分表、基站基本信息表、基站性能指标表;Web服务器端承载发布的网站系统，也是该系统发挥作用的核心功能模块;用户端即在建立了数据库服务器和Web服务器之后，用户通过发布的网站Url访问Web服务器，从而快速获取信息。系统框架图如图5所示：

图5    系统框架图

4.2  系统实现

百度地图上的功能展示结果基本都是通过覆盖物的形式实现，无论是地理网格还是检索后信息呈现、鼠标放置网格显示信息、云图呈现等都是根据从数据库中提取的相关数据作为参数，调用百度地图API提供的函数接口，实现各类覆盖物图标，从而展示给用户想要的信息。本研究采用的是百度地图JavaScript API，所以地图上需要展示的功能都是通过JavaScript来实现的。

本次研究实现的部分功能界面如图6所示。

由图6可见，利用加入的地理网格元素，可将整个珠海区域划分成若干份相等的方形网格，同时也是将整个珠海的移动通信网络划分成若干份。通过上面的界面功能，可以输入网格编号或者鼠标拖动快速找到对应的区域;同时，鼠标右键点击某个网格或拉框一片网格查看区域网络质量、网格场景属性等信息;另外，输入日期、基站类型等组合筛选条件查看指定基站或网格信息，快速了解该片区域网络历史趋势;最后，点击“网络质量云图呈现”按钮功能云图呈现整个珠海的网络质量情况，网优人员能够根据地图呈现的云图颜色快速定位网络问题，有助于及时发现问题并解决问题，从而保证整体网络的稳定性。

5   结束语

通过上述地理网格在珠海移动网络优化工作中部分应用实例的介绍，珠海移动公司实现了对珠海整个区域网络划分及可视化的呈现，成功将庞大的网络数据划分到每个小网格内。根据地理网格的编号规则对珠海区域内的基站、机房、设备等对象进行统一编号，这种统一编号不仅能够对这些对象进行高效的管理，也是在为珠海4G网络的拓展做好充分的准备。通过检索定位和信息呈现功能能够快速定位呈现用户想要的网格、基站等对象的各类属性数据，如网络性能指标数据、网络质量评分、地理位置等。这种大面积细划分的密集网格云图呈现也是目前国内网络优化方面少有的创举，能够直观呈现网络质量的好坏，快速定位网络质量问题所在。

另外，本次所做的地理网格的应用研究也存在着一定的局限性，比如没有考虑每个网格所处地理环境的不同对网络造成的影响，实现了网络问题的呈现、定位，但未进一步实现网络问题的解决以及网络质量的后续预测。因此，地理网格在移动通信网络优化中的应用还存在着很大的研究空间，将来通过更深层次的研究，有望实现更多的基于地理网格的网络优化应用，使得移动通信网络优化更加科学、高效。

参考文献：

[1] 严荣华，廖安平，王鹏，等. 面向移动通信网络建设的数字地图应用研究[J]. 测绘科学， 2003（3）： 62-65.

[2] 李德仁，彭明军. 城市空间信息规则网格与不规则网格的数据转换[J]. 武汉大学学报： 信息科学版， 2007，32（2）： 95-99.

[3] 薛向锋. 地理网格及其在城市信息服务中的应用研究[D]. 山西： 太原理工大学， 2006.

[4] 谢韫涵. GSM网络小区覆盖分析系统的研究与实现[D]. 北京： 北京邮电大学， 2010.

[5] K Smith. Solving Combinatorial Optimization Problems Using Neural Networks[D]. Australia： University of Melboume， 1996.

[6] 张跃廷，顾彦玲. ASP.NET从入门到精通[M]. 北京： 清华大学出版社， 2008.

[7] Richard York. JQuery JavaScript与CSS开发入门经典[M]. 施宏斌，周彦，曹蓉蓉，译. 北京： 清华大学出版社， 2010.endprint

上文提出了将地理网格引入到移动通信网络优化工作中这一大胆的设想，并详细阐述了地理网格的网络质量计算方法，为地理网格的应用提供了理论基础，只有知道了每个网格的网络质量才能掌控网格的网络运行好坏。那么，针对移动网络通信保障工作响应快、耗费人力少、效率高等需求，本文通过软件系统的实现即可满足，通过该系统，网络优化人员能够有效地掌控整体网络，快速定位局部问题网络，并及时制定网络优化解决方案来优化问题网络。

4.1  系统框架设计

本文中的系统实现主要是基于Visual Studio 2010+MSSQL2008软件开发平台，系统的开发结合使用了.net技术[6]、百度地图JavaScript API技术[7]。整个系统的运作框架分为3部分：数据库、Web服务器和用户端。其中，数据库端承载包括地理网格信息表、地理网格网络质量评分表、基站基本信息表、基站性能指标表;Web服务器端承载发布的网站系统，也是该系统发挥作用的核心功能模块;用户端即在建立了数据库服务器和Web服务器之后，用户通过发布的网站Url访问Web服务器，从而快速获取信息。系统框架图如图5所示：

图5    系统框架图

4.2  系统实现

百度地图上的功能展示结果基本都是通过覆盖物的形式实现，无论是地理网格还是检索后信息呈现、鼠标放置网格显示信息、云图呈现等都是根据从数据库中提取的相关数据作为参数，调用百度地图API提供的函数接口，实现各类覆盖物图标，从而展示给用户想要的信息。本研究采用的是百度地图JavaScript API，所以地图上需要展示的功能都是通过JavaScript来实现的。

本次研究实现的部分功能界面如图6所示。

由图6可见，利用加入的地理网格元素，可将整个珠海区域划分成若干份相等的方形网格，同时也是将整个珠海的移动通信网络划分成若干份。通过上面的界面功能，可以输入网格编号或者鼠标拖动快速找到对应的区域;同时，鼠标右键点击某个网格或拉框一片网格查看区域网络质量、网格场景属性等信息;另外，输入日期、基站类型等组合筛选条件查看指定基站或网格信息，快速了解该片区域网络历史趋势;最后，点击“网络质量云图呈现”按钮功能云图呈现整个珠海的网络质量情况，网优人员能够根据地图呈现的云图颜色快速定位网络问题，有助于及时发现问题并解决问题，从而保证整体网络的稳定性。

5   结束语

通过上述地理网格在珠海移动网络优化工作中部分应用实例的介绍，珠海移动公司实现了对珠海整个区域网络划分及可视化的呈现，成功将庞大的网络数据划分到每个小网格内。根据地理网格的编号规则对珠海区域内的基站、机房、设备等对象进行统一编号，这种统一编号不仅能够对这些对象进行高效的管理，也是在为珠海4G网络的拓展做好充分的准备。通过检索定位和信息呈现功能能够快速定位呈现用户想要的网格、基站等对象的各类属性数据，如网络性能指标数据、网络质量评分、地理位置等。这种大面积细划分的密集网格云图呈现也是目前国内网络优化方面少有的创举，能够直观呈现网络质量的好坏，快速定位网络质量问题所在。

另外，本次所做的地理网格的应用研究也存在着一定的局限性，比如没有考虑每个网格所处地理环境的不同对网络造成的影响，实现了网络问题的呈现、定位，但未进一步实现网络问题的解决以及网络质量的后续预测。因此，地理网格在移动通信网络优化中的应用还存在着很大的研究空间，将来通过更深层次的研究，有望实现更多的基于地理网格的网络优化应用，使得移动通信网络优化更加科学、高效。

参考文献：

[1] 严荣华，廖安平，王鹏，等. 面向移动通信网络建设的数字地图应用研究[J]. 测绘科学， 2003（3）： 62-65.

[2] 李德仁，彭明军. 城市空间信息规则网格与不规则网格的数据转换[J]. 武汉大学学报： 信息科学版， 2007，32（2）： 95-99.

[3] 薛向锋. 地理网格及其在城市信息服务中的应用研究[D]. 山西： 太原理工大学， 2006.

[4] 谢韫涵. GSM网络小区覆盖分析系统的研究与实现[D]. 北京： 北京邮电大学， 2010.

[5] K Smith. Solving Combinatorial Optimization Problems Using Neural Networks[D]. Australia： University of Melboume， 1996.

[6] 张跃廷，顾彦玲. ASP.NET从入门到精通[M]. 北京： 清华大学出版社， 2008.

[7] Richard York. JQuery JavaScript与CSS开发入门经典[M]. 施宏斌，周彦，曹蓉蓉，译. 北京： 清华大学出版社， 2010.endprint