基于关联S1信令与MR的LTE定位与覆盖评估算法.docx
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基于关联S1信令与MR的LTE定位与覆盖评估算法
基于关联S1信令与MR的LTE定位与覆盖评估算法
一、项目背景
在传统的无线网络优化测试方案中,DT和CQT是最为典型的测试手段。
传统的路测方式虽然能解决很多问题,但往往也是投入人力、设备资源和时间最多的工作,并且路测存在很多局限性及盲区。
随着网络建设的深入,现网70%以上的价值用户和业务都发生在室内,LTE网络深度覆盖逐渐成为后续网络建设的重点,传统的依靠仿真、路测、投诉以及网管指标统计方法,在对弱覆盖进行分析时,存在覆盖问题定位精度低、解决方案长期依赖人工经验、网络资源未合理有效配置以及规划效率低下等多方面的问题。
在面临网络越来越复杂、数据越来越庞大的形势下,如何高效的利用大数据来准确的提升深度覆盖水平成为网络规划重要的方向。
利用信令采集提取的基于互联网APP的用户位置信息,与MR数据关联分析,可显著提高用户定位的精度,从用户感知的维度进行室内覆盖分析,指导室内覆盖建设和室分问题评估。
根据定位后的用户数和业务量可评估高价值室内区域,使室分建设和优化更加有的放矢。
二、基本原理及关键算法
简介
1.SDK定位基本原理
1.1LAB简介
LBS,中文翻译为基于位置的服务,它是通过电信移动运营商的无线电通讯网络或外部定位方式(如GPS)获取移动终端用户的位置信息(地理坐标,或大地坐标),在地理信息系统(外语缩写:
GIS、外语全称:
GeographicInformationSystem)平台的支持下,为用户提供相应服务的一种增值业务。
LBS包括两层含义:
首先是确定移动设备或用户所在的地理位置;其次是提供与位置相关的各类信息服务。
意指与定位相关的各类服务系统,简称"定位服务",另外一种叫法为MPS-MobilePositionServices,也称为"移动定位服务"系统。
目前很多app都会自动定位当前位置,比如团购网站、招聘网站、外卖网站,天气app等等。
定位可以使用GPS、基站、Wi-Fi来完成定位。
现在,提供全球定位服务的公司名单里,除了XX、高德之外,还有Google、苹果、诺基亚和Skyhook。
正是利用LBS软件的这一特性,通过一定的手段获取软件上报的位置信息,同时结合信令接口中的其它关键字匹配,通过海量的上报数据搜索,可以实现虚拟DT和CQT的功能。
1.2定位SDK简介
LBS应用获得位置的方法一般就是两种,一种是直接使用Android自带的LocationManager和Location获取位置,但是操作起来也不是很方便;另一种目前被广泛使用的是利用地图API中的定位SDK,可以一次性获取当前位置经纬度以及详细地址信息,还可以获取周边POI信息。
定位SDK会根据设备当前的实际情况(如是否开启GPS,是否连接网络,是否扫描到Wi-Fi信息等)生成定位依据,并根据开发者设置的实际定位策略(包括三种:
高精度模式,低功耗模式,仅用设备模式)进行定位。
定位的基本原理,目前,Android定位SDK可以利用设备当前的GPS信息(GPS定位),基站信息(基站定位)和Wi-Fi信息(Wi-Fi定位)完成定位的。
基本定位流程如下图一所示,当应用程序向定位SDK发起定位请求时,定位SDK会根据当前的GPS、基站、WiFi信息生成相对应的定位依据(经纬度)。
然后定位SDK会根据定位依据来进行定位。
为了获取更多的位置信息,定位SDK会向定位服务器发送网络请求。
定位服务器会根据请求的定位依据推算出对应的坐标位置,然后根据用户的定制信息,生成定位结果返回给定位SDK。
图1图2
如图1的一个典型实例,应用APP进入位置监听状态后会根据设置的监听时间间隔进行定位,如果开启了GPS,则获取到卫星后,进行GPS定位,获取GPS经纬度之后,会向SDK位置服务器进一步获取更多信息,采用http协议,HOST为SDK定位服务器地址,而URI则包含明文的位置经纬度信息用于向服务器申请地图信息(包括城市,街道等)。
如果位置有变化则进行位置更新,应用也可以同时显示了检测位置更新的次数。
在所有的定位SDK服务中,XX和高德是国内应用最广泛的,以下是两种定位SDK的基本介绍。
1.3XX定位SDK
XX地图Android定位SDK是为Android移动端应用提供的一套简单易用的LBS定位服务接口,专注于为广大开发者提供最好的综合定位服务,通过使用XX定位SDK,开发者可以轻松为应用程序实现智能、精准、高效的定位功能。
XX地图Android定位SDK提供GPS,基站,Wi-Fi等多种定位方式,适用于室、内外多种定位场景,具有出色的定位性能:
定位精度高、覆盖率广、网络定位请求流量小、定位速度快。
XXLBS方面透露透露,XX地图目前是国内地图服务app中用户量最高的,即将突破5亿。
XXLBS开放平台定位请求已经高达100亿次/天。
XXLBS开放平台目前开发者总数超过了60万,使用XX的地图API的应用和网站数已经超过了60万个。
产品主要特点体现在:
综合网络定位,离线定位功能,反地理编码+位置语义,室内高精度定位,精准推荐。
1.4高德定位SDK
高德地图Android定位SDK同样提供多种定位方式,适用于室、内外多种定位场景,具有出色的定位性能:
定位精度高、覆盖率广、网络定位请求流量小、定位速度快。
目前支付宝、天气通、新浪微博等众多海外华人使用的主流APP均使用高德提供的海外定位服务。
产品主要特点体现在:
率先提供全球定位服务,自有数据优势明显:
数据更新及时可靠、定位算法精准,产品性能优越:
轻量化、省电省流量,提供定制化的NLP服务。
2.MRO数据与位置栅格匹配算法
现网中的用户大部分为智能手机用户,均包含GPS功能,而智能手机中使用的APP中,有较多的APP会获取手机经纬度信息,通过移动数据网络上报到其服务器。
通过解析用户上报的经纬度信息,即可准确得到用户的定点位置,采用时间滑动搜索方式对该用户的MR和上报的经纬度数据进行关联,就可回溯出用户MR无线覆盖情况。
基本算法流程如下图所示:
图3:
用户关联流程图
三、通过手机APP定位SDK获取经纬度的LTE定位方法
1.数据来源
采集MRO、中国移动统一DPI规范的XDR(S1-MME、HTTP)数据录入数据库;
(1)、MRO主要字段有:
enbid
LteScEarfcn
LteNcEarfcn
objid
LteScPCI
LteNcPci
objmmeues1apid
LteScRSRP
LteNcRSRP
OBJMMEGROUPID
LteScRSRQ
LteNcRSRQ
OBJMMECODE
LteScTadv
TdsNcellUarfcn
OBJTIMESTAMP
LteScPHR
TdsCellParameterId
startTime
LteScAOA
TdsPccpchRSCP
endTime
LteScSinrUL
GsmNcellNcc
LTESCRIP
GsmNcellBcc
LteScPUSCHPRBNum
GsmNcellBcch
LteScPDSCHPRBNum
GsmNcellCarrierRSSI
(2)、S1-MME主要字段有:
City
MMEUES1APID
IMSI
MMEGroupID
IMEI
MMECode
MSISDN
M-TMSI
ProcedureType
USER_IPv4
ProcedureStartTime
USER_IPv6
ProcedureEndTime
CellID
ProcedureStatus
eNBGTP-TEID
RequestCause
SGWGTP-TEID
FailureCause
TAC
……
……
(3)、S1-HTTP主要字段有:
City
上行TCP乱序报文数
IMSI
下行TCP乱序报文数
IMEI
上行TCP重传报文数
CellID
下行TCP重传报文数
MSISDN
TCP建链响应时延(ms)
eNB/SGSNGTP-TEID
TCP建链确认时延(ms)
SGW/GGSNGTP-TEID
TCP建链成功到第一条事务请求的时延(ms)
USER_IPv4
第一条事务请求到其第一个响应包时延(ms)
USER_IPv6
TCP建链尝试次数
ProcedureStartTime
TCP连接状态指示
ProcedureEndTime
HOST
APN
URI
TAC
会话是否结束标志
ProtocolType
第一个HTTP响应包时延(us)
AppType
最后一个HTTP内容包的时延(us)
AppSub-type
最后一个ACK确认包的时延(us)
业务时延(ms)
……
……
根据中国移动统一DPI规范,可以得到如下表XDR文件格式:
表1:
S1-MMEXDR文件格式:
表2:
S1-HTTPXDR文件格式:
2.已解析S6a接口XDR中回填用户IMSI
图4:
数据关联算法图1
主要算法描述:
1.1获取用户经纬度信息;
S1-HTTP的XDR文件中的URI字段可以取到部分APP上报的经纬度。
表3:
S1-HTTP的XDR文件中的URI字段
1.2关联算法
将S1-U,S1-MME,MRO的与获取用户所处位置的经纬度及无线环境相关联;
(1)、通过IMSI、ProcedureStartTime、ProcedureEndTime字段将S1-HTTP及S1-MME采用时间滑动搜索方式进行关联,获得MMEUES1APID、经纬度、CELLID等关键字段。
(2)、将
(1)中获取的信息通过字段MMEUES1APID及ProcedureStartTime、ProcedureEndTime和MRO中的数据采用时间滑动搜索方式进行关联,筛选出无效数据、剔除错误数据,实现对同一个用户的MR、XDR数据的关联,获取用户的RSRP、RSRQ、TA、上行SINR、RIP、AOA等信息。
这样就将用户经纬度和无线环境关联起来。
1.3MR和XDR样本关联
将XDR的IMSI和IMEI信息回填到对应的MR样本中,实现MR的用户信息回填,一直循环直到每条MR都关联上用户信息(IMSI/IMEI);
1.4IMSI/IMEI信息回填
MRO与S1-U业务面(http)、S1-MME关联后,就可以跟踪用户,分析用户行为,为后续的异常情况分析及业务指标分析做准备。
如计算平均下载速率,业务面的时延等。
表4:
数据关联参数汇总
S1-MME
S1-Uhttp
MRO
备注
示例值
1.
StartTime
StartTime
StartTime
起始时间
1417765812902
2.
EndTime
EndTime
EndTime
结束时间
1417765813283
3.
LAT
经度
34.72910742812
4.
LON
纬度
113.6000659830
5.
CellID
CellID
PCI
小区号
64158209-----(348)
6.
IMSI
IMSI
用户标识
460003758594327
7.
IMEI
IMEI
设备标识
3526250613169500
8.
IP_LEN_UL
上行流量
2084
9.
IP_LEN_DL
下行流量
36392
10.
MMEGroupID
MMEGroupID
组标识
869
11.
MMECode
MMECode
编号
142
12.
MMEUES1APID
MMEUES1APID
业务标识
183107427
13.
TADV
时间提前
3
14.
DIST
定位距离
268
15.
LABEL
位移特征
High
16.
location
定位渠道
S1-U
17.
loctp
定位方式
GPS
18.
Radius
定位精度
118.78
19.
RSRP
信号强度
77
1.5地图弱覆盖栅格渲染;
将地图划分成X*X米的栅格,将所有带经纬度信息的MR采样点与栅格进行匹配,计算栅格内总采样点数及弱覆盖采样点数,如果栅格内MR弱覆盖采用点占比小于设定门限,则定义为弱覆盖栅格,用红色进行栅格渲染,其它栅格使用绿色渲染。
1.6GIS栅格渲染呈现;
在GIS运算脚本首先识别第一个弱覆盖栅格,然后判断与该栅格相邻的栅格(包括“线相邻”及“点相邻)是否为弱覆盖栅格,如果为弱覆盖栅格则进行聚合,层层向外判断,直到无相邻的弱覆盖栅格则停止,将聚合起来的弱覆盖栅格定义为弱覆盖栅格簇,对栅格簇进行编号并自动生成簇边界,将簇边界内的栅格剔除,进行循环迭代运算,直到找出所有的弱覆盖栅格簇为止。
3.尚未解析S6a接口无法回填IMSI
可采用下图关联各接口数据:
图5:
数据关联算法图2
算法描述:
3.1同2.1通过S1-UHTTP协议消息的URI字段获取部分用户经纬度消息;
3.2通过关联算法将S1-U,S1-MME,MRO的内容关联,获取用户所处位置的经纬度及无线环境;
(1)将S1-HTTP中的SGW/GGSNGTP-TEID,eNB/SGSNGTP-TEID,USER_IPv4/6
及S1-MME中SGWGTP-TEID,eNBGTP-TEID,USER_IPv4/6,ProcedureStartTime、ProcedureEndTime字段通过时间窗搜索的方式关联,获得MMEUES1APID,经纬度,CELLID等关键字段;
(2)通过字段MMEUES1APID及ProcedureStartTime、ProcedureEndTime和MRO中的数据采用时间滑动搜索方式进行关联,筛选出无效数据、剔除错误数据,实现对同一个用户的MR、XDR数据的关联,获取用户的RSRP、RSRQ、TA、上行SINR、RIP、AOA等信息。
这样就将用户经纬度和无线环境关联起来了。
表4:
数据关联参数汇总
S1-MME
S1-Uhttp
MRO
备注
示例值
20.
StartTime
StartTime
StartTime
起始时间
1417765812903
21.
EndTime
EndTime
EndTime
结束时间
1417765813283
22.
LAT
经度
34.79910742812
23.
LON
纬度
113.6000659830
24.
CellID
CellID
PCI
小区号
64158209-----(348)
25.
SGW/GGSNGTP-TEID
SGW/GGSNGTP-TEID
SGW隧道端点标识
0x010000085
26.
eNB/SGSNGTP-TEID
eNB/SGSNGTP-TEID
eNB隧道端点标识
0x010000080
27.
USER_IPv4/6
USER_IPv4/6
IP地址
192.168.252.130
28.
IP_LEN_UL
上行流量
2084
29.
IP_LEN_DL
下行流量
36397
30.
MMEGroupID
MMEGroupID
组标识
869
31.
MMECode
MMECode
编号
144
32.
MMEUES1APID
MMEUES1APID
业务标识
183107427
33.
TADV
时间提前
3
34.
DIST
定位距离
268
35.
LABEL
位移特征
High
36.
location
定位渠道
S1-U
37.
loctp
定位方式
GPS
38.
Radius
定位精度
118.78
39.
RSRP
信号强度
78
3.3同2.5地图弱覆盖栅格渲染;
3.4同2.6在GIS栅格进行呈现。
4.经纬度校准
4.1根据小区覆盖范围剔除不合理经纬度
通过S1-HTTP的URI字段取到经纬度信息,应先用CellID字段结合工参确定小区覆盖范围,剔除部分不合理的经纬度。
4.2根据MR中TADV剔除不合理经纬度
由于地理环境对传播路径的影响,UE接收到的基站小区信号通常意义下并不是直线传播(尤其密集市区),而TADV(到达时间差)则表示真实曲线路径而产生的时间差。
基本原则认为终端和基站之间的GPS定位位置距离应该小于信号到达基站的路径距离,即
其中c为光速,TADV为MRO内MR.LteScTadv数据。
通过以上算法,剔除定位不准的经纬度,以进一步提高定位准确性。
四、总结
通过手机APP程序直接获取经纬度的LTE定位方法,结合现网MRO数据,可以实现对于网络覆盖中的MR栅格覆盖评估,价值评估,驻留能力评估,投诉评估,智能规划,人工决策,覆盖仿真预估等多方面应用,具有广阔的应用前景和广泛的应用空间。
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- 基于 关联 S1 MR LTE 定位 覆盖 评估 算法