基于安卓5G信号参数获取上报的APP设计与实现

孙 红，俞卫国

(1.上海理工大学，上海 200093；2.上海现代光学系统重点实验室，上海 200093)

0 引 言

随着计算机网络技术与通信技术的快速发展，人类已经慢慢步入5G时代，移动设备和计算机网已经成为日常生活中必不可少的工具。在此过程中，出现过大量基于安卓平台的APP的开发，为人类的便携生活做出贡献。5G通信属于未来计算机通信和移动通信网络发展的主要方向，具有十分广阔的发展前景，目前已经受到国内外的高度重视。主要发展表现为万物互联，从4G时代发展开始，智能家居行业诞生，但是只停留于初级阶段。因此4G技术与真正”万物互联”在技术上还存在较大的差距。但是5G到来以后，其极大的流量，符合万物互联的发展需求。在未来的发展中，会真正实现”万物互联”。5G通信网络实际是在4G通信网络基础上发展而来的，是4G移动通信的进一步的发展与延伸[1]。

5G部署的时间是很漫长的，在部署的过程中，需要设计一款能够获取5G信号参数的安卓APP。流程如下：首先需要找一块部署的场地，建立多个信号基站，信号基站用来发射5G信号[2]，测试人员需要获取这些无线参数并进行分析，从而分析信号的强弱，以及能否进行实际应用。测试人员会布置不同的点，将手机部署在这些点上，手机上安装应用软件，用来实际获取信号参数。

上述说的应用软件[3]，所需要实现的功能如下：

(1)在无人值守的条件下，获取基站的信号参数。

(2)在无人值守的条件下，每秒可以以数据的形式上报基站的信号参数。

(3)在无人值守的情况下，可以上报手机的状态，例如：当手机电量不足时，可以上报信息给测试人员。

(4)服务器可以下达一些简单的指令，比如重启指令，手机可以进行重启。

(5)软件可以以图表的样式来显示各个参数的数值，特别是表格滑动的实现，使测试人员能更加直观地观察参数，提高用户体验。

(6)需要实现自动登录，由于布置的点(手机)比较多，电脑下达重启命令之后，再次进入软件，需要自动连接，可人性化设计。

1 相关理论与关键技术

1.1 获取基站信号参数的原理

本系统获取的参数是5G信号参数，手机内部有5G(SIM)卡，当信号传达手机时，要获取的参数有IMSI、IP、PCI、RSRP、SINR、CQI等[3]，在实际应用中，这几个参数在3G/4G的时代就可以获取到，参考SDK里面的SingnalStrength类，查看源码，发现SingnalStrength类里面有需要的参数，但是SingnalStrength类没有需要的get方法。可以通过toString()方法将这些参数解析出来。

在实际开发中，使用反射的方式来获取，核心代码如下：

Method method2=signalStrength.getClass().getMethod("getLteLevel");

level=method2.invoke(signalStrength);

最终获取到各个信号参数值。

1.2 信号参数上报原理

首先了解传输层两种协议:TCP协议与UDP协议[4]。

TCP协议是一种可靠传输协议，在TCP传输数据之前，会用三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传输完之后，会断开连接来节约资源，缺点是比较慢，耗时，容易被攻击。

UDP协议是一种不可靠传输协议。没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。

在上报信号的过程中，选用的是UDP协议。因为上报只需要把收据上报过去就行了，程序不用关心服务器有没有收到，要求数据传输快速。链路选择的是内部传输网络而不是5G移动传输网络。也就是选择WIFI链路传输。

1.3 Socket套接字编程

要想传输数据，假如使用蓝牙协议传输，就要用到基于Bluetooth协议的Socket，这里使用的是基于TCP协议的Socket[5]。

Socket实际上是一种通信接口，基于不同的协议，有各种Socket，比如基于TCP和UDP协议的Socket，Android中使用是java的Socket模型。应用程序可以通过”套接字”向网络发送请求或者应答网络请求，这时把Socket分成了两部分，一部分是服务器端Socket，这个Socket主要用来接收来自网络的请求，它一直监听在某一个端口上。一部分是客户端Socket，这个Socket向网络发送请求。

通信流程如下:应用程序通过套接字也就是Socket可以选择这两种协议中的一种，可以选择UDP发送数据，也可以选择TCP发送数据。数据发送出去通过“通信信道”也就是IP网络的基础网络，来到服务器端(接收端)，就可以接收到数据。发送数据的时候用UDP，接收数据的时候也要用UDP，发送数据的时候用TCP协议，接收的时候也要用TCP协议，在发送的时候指定接收端的IP地址和端口号就可以了，而数据包或者数据是如何发送的，框架已经帮我们封装好了[6]。流程如图1所示。

图1 Socket通信流程

1.4 下达指令原理

下达指令首先也要选择链路，这次需要做的是给某个手机下达一些指令，比如重启，需要的是可靠传输链路，所以整个过程是建立在TCP链路。指令采用的是基于Linux指令，比如重启：-rebot，因为安卓的底层是基于Linux的，将指令包装在数据包里面，然后通过程序解析出指令，再通过Java语言进行执行[7]。

1.5 表格滑动原理

Android ViewPager适配器PageAdapter的使用。PageAdapter是一个抽象类，直接继承于Object，导入包android.support.v4.view.PageAdapter即可使用。要使用PageAdapter首先要继承PageAdapter类，至少要实现以下方法：getcount()，isViewFromObject()，destroyItem()。然后把设计好的表格进行封装，放到一个list里面，再进行传送。

2 系统软件设计

2.1 界面设计

Android界面布局方式[8]，包括框架布局、线性布局、表格布局、网格布局、相对布局和绝对布局。框架布局(FrameLayout)是最简单的界面布局，是用来存放一个元素的空白空间，而且子元素的位置不能够指定，只能放在空白空间的左上角，如果有多个子元素，后放置的子元素将遮挡前面放置的子元素，这种布局使用最少。线性布局(Linearyout)是一种重要的界面布局，也是经常使用到的一种界面布局，在现行布局中，所有的子元素都按照垂直或者水平的顺序在界面上排列。相对布局(lativeLayout)是一种非常灵活的布局方式，能够通过指定界面元素与其他元素的相对位置关系，确定界面的相对位置关系，确定界面中所有元素的布局位置。特点是最大程度上保证各种屏幕尺寸的手机正确显示界面布局。剩下的布局参考文献[9]。

该文设计的布局系统有个res资源文件，用来存放一些布局文件，布局文件都是以XML文件的形式存放在代码中。各个组件有着严格的层次关系，最后利用Fragement元素来控制布局文件的加载。

2.2 系统程序框架

该文设计的Android无人值守信号参数上报软件APP可以分为6个大模块[10]，如图2所示。

图2 系统模块

各个模块应用的场景[11]如下所述：

新用户第一个安装APP，打开APP后，会弹出一个询问窗口是否选择自动连接还是手动连接，一般都会选择自动连接。自动连接会保存你上次输入的IP以及端口，在无人的情况下会自动连接。

开启后，APP就会通过5G移动链路获取基站的参数信息，无线参数获取模块应用在此场景。在软件实现的代码中，会有一个定时器，每秒将获取的参数以JSON格式上传到数据库，在执行一段时间后，当手机电量过低时，会上报手机低电量的信息给工作人员。无线参数上报模块就应用在此。在整个运行过程中，会显示程序运行状态，当输入的IP地址不对时，连不上服务器时，会在显示框中输出：”输入的IP地址格式不对，请输入正确的IP地址格式”,提醒输入人员输入正确的IP格式。程序运行状态显示模块显示应用在此。

当有需求需要手机重启时，而每个手机点分布的地方不一样，工作人员很难去寻找每个手机点，然后去重启手机，此时指令模块就可以应用在此情境中。通信链路选择模块，上传信号参数链路和指令下达的链路是不同的链路，上传链路选择的是UDP链路[12]，实行快速上传，指令下达链路选择的是TCP链路，需要用到点对点端到端安全链路。程序流程如图3所示。

图3 系统流程

3 系统软件实现

3.1 信号参数上报模块的实现

当用户第一次安装此软件时，会出现弹窗，是否自动连接，当用户选择自动连接时，进入此页面，然后输入HostIp、HostPort、UE ID、ProjectID这四个参数，在XML布局文件中，这些是androidinput Type=“text”,根据属性来设置输入框的输入限制。HostIp是服务器IP地址，port是端口号，这两个参数需要封装成UDP数据包，服务器端应用根据这两个参数来获取UDP数据包。IEID默认为1.1.1.1，用作以后预留的一个参数，ProjectID也是预留的参数，用作以后其他的项目预留的端口。这些参数都有自己的格式，用户必须按照规定的格式进行输入，如图4所示。界面设置内容如上所述[13]。

图4 上报模块界面

数据参数上报后端设计，首先需要判断网络连接状态，默认是移动5G网络，也就是默认UDP传输方式，软件被打开时就可以直接上报数据至服务器端。第一步：先编写一个定时器,导入安卓定时器包new timer();设置定时器的时间，以及执行的UDP方法。这里的时间设计为1 s上报一次，上报的过程是单独开启一个线程，UDP线程专门用于UDP编程，UDP分为UDP服务器端(UdpClient)和UDP客户端(UdpReceive)，在服务器没有发送指令时，UDP服务器端处于阻塞状态，只有UDP客户端上报指令的功能在运作，在java中，实现UDP编程就是套接字(Socket)编程[14]。核心代码如下：

DatagramSocket ds=new

DatagramSocket();//拿到套接字对象

byte[] bytes=str.getBytes();//定义一个空间用于接受字符

DatagramPacket dp=new

DatagramPacket(bytes,bytes.length,address,6666);//将数据封装成数据包，传递5个固定参数。

接下来就是解决可能抛出的异常，以及怎么协调好前端的控件显示。

3.2 信号参数模块的显示实现

信号参数显示模块的实现是为了更人性化，为了工作人员能够很方便地看出信号参数强弱。最上面的是RSRP、SINR、DownThrough这三个参数动态的显示，以折线图的形态显示。引入jar包hellocharts.jar,一个开源的jar包库，用作Android图表的编程。然后根据jar的源码，动态编写折线图，利用图片滑动的原理，引入ViewAdapter容器。将编好的折线图xml文件放入容器中，最终实现滑动效果。如图5所示，顶部的折线图显示的是RSRP和SINR两个参数的情况。

图5 显示模块

接下来的IMSI、IP、PCI等显示使用了布局文件中的相对布局，将布局先设置好，再利用SDK里面的SingnalStrength()来获取相关参数，然后再来设置相应的数值到表格中，人性化地显示再界面中，如图5所示。

4 结束语

以搭建Android平台为开发环境，使用了Android Studio为开发工具，运用计算机通信和计算机应用与技术，实现了5G信号参数获取上报APP，完成了在无人监听的情况下，手机端能自动获取5G信号参数、信号参数自动上报到计算机服务器端、动态显示参数的任务。后续可以根据使用情况来进行改进，扩展更多的功能，服务于5G通信的部署[15]。