基于GIS和大数据的智能化小区宽带业务运营管理系统

2022-08-17方长钟万鹏

电子设计工程 2022年15期

方长钟，万鹏

（中国移动通信集团江西有限公司信息技术部，江西南昌 331000）

当前信息化与网络化成为现代人日常生活应用的主要趋势，人们对小区宽带业务的需求性与宽带业务功能的类别日益提升[1-2]。在此条件下，宽带业务供应商处会生成海量业务数据，而数据的海量性与类别差异性提高了宽带业务运营管理的困难程度[4]。基于此，将地理信息系统（Geographic Information System，GIS）功能与大数据技术引入宽带业务运营管理过程中，设计基于GIS 与大数据的智能化小区宽带业务运营管理系统，实现有效的宽带业务运营管理，提升供应商经济效益。

1 宽带业务运营管理系统

1.1 系统结构设计

基于GIS 与大数据的智能化小区宽带业务运营管理系统内综合了宽带业务信息采集、分析处理与运营管理等功能，其由3 种模块组成，包括小区宽带业务用户GIS 订单管理模块、运营管理模块以及数据管理模块，如图1 所示。

图1 系统整体结构图

小区宽带业务用户管理模块内包含小区宽带业务用户的全部信息[7]。GIS 订单管理模块基于用户管理模块内的信息，通过热力图等形式直观地向宽带业务运营商呈现区域内小区宽带业务订单分布情况；运营管理模块的主要功能是针对不同小区实际情况针对性地选取宽带业务接入方式以及依照大数据技术对当前订单情况的分析结果，制定相应的运营策略等；数据管理模块作为系统支撑，归类整理全部小区宽带业务订单。在整体上统计宽带业务套餐划分与应用情况、业务单元占比以及收入与发展趋势等信息；在细微处标记小区所处区域、充值与消费情况以及当前宽带业务应用情况等信息，针对宽带业务内较为敏感的申办人身份证号码等信息进行实时隐藏处理。大数据展示功能采用信息统计模式，在数据展示过程中由信息统计表内直接读取数据，在保障数据安全的基础上，最大限度提升展示效率。

1.2 GIS订单管理模块

GIS 订单管理模块引入地图程序调度接口，其作为封装GIS 底层逻辑的应用接口[8]，可实现小区宽带业务订单信息与地图间的有效融合。通过应用程序接口对宽带业务进行处理时能够将地址标识出来，并在地图上显示宽带业务订单标识的详细情况，构建订单位置及订单内包含的套餐、充值与消费情况等链接，并通过热力图形式展现给宽带业务运营商[9]。GIS 订单管理功能的实现以地图程序调度接口设计为核心，通过宽带业务订单地址信息转换与相关信息联系，实现界面展示。

在地图程序调度接口设计过程中，依照所需生成的密钥与接口标准，连接百度地图接口库；通过My Eclipse 软件引用地图信息。在大数据库内获取地址信息，通过相关软件转换地址经纬度后，将所获取的信息再次存储至大数据库内，构建宽带业务小区、地址信息以及地图间的相关性。以此为基础，利用热力图形式展示宽带业务与订单信息。

1.3 运营管理模块

运营管理模块可划分为两个部分，分别是向小区提供宽带接入等智能化业务服务，以及依照当前订单情况制定相应的运营策略等。

网络接入技术的成熟度、经济度与国际化是智能化小区宽带业务的接入方式选择的依据，同时还需参考不同小区的分布位置与详细环境[10]。宽带业务接入方式主要包括两种，分别是光纤到楼与局域网相结合的方式和高速数字用户环路方式，这两种方式分别适用于网络质量较差和网络质量较好的小区。

光纤到楼与局域网相结合的宽带业务接入方式由宽带网络中心布设单模光缆，将光缆拓展到不同小区内的汇聚交换机，以此为中转站，布设多模光缆至不同建筑层交换机，由此通过双绞线将宽带网络接入到小区各层各户。

高速数字用户环路宽带业务接入方式利用交换机聚集高速数字用户环路线路，利用中心交换机与电话程控交换机分别传输语音信号与数据信号；利用分频器区分两种信号，以分别进入电话机和调制解调器中，调制解调器将数据信号转换为传输码，实现远距离数据传输。宽带网络接入方式如图2所示。

图2 宽带网络接入方式

1.4 数据管理模块

依照数据与技术标准划分数据管理模块，可将其划分为生命周期与应用平台两部分。

大数据生命周期的主要功能是数据价值转换[11]，由宽带业务运行数据采集、存储、统计、应用与清除等不同阶段组成。宽带业务运行数据的采集功能，主要是将采集到的宽带业务相关数据存储于应用平台中，通过大数据分类技术实现信息类别的划分，对于划分后的不同类别数据，实施数据共享与分析等流程，目的只在应用过程中挖掘数据隐藏价值，清除冗余信息。

应用平台作为大数据架构的技术支撑，中包含生命周期内不同过程所属的基础设施，存储与数据类别划分与分析的算法等[12]。

宽带运营商处每日生成海量业务订单信息，构建订单信息的相关链接，并进行系统展示。大数据技术下，数据处理逻辑架构如图3 所示。

图3 数据处理逻辑架构

数据处理流程详细过程如下：在完成地址信息转换后的宽带业务订单数据内提取订单地址，由此获取小区宽带业务用户地址与套餐等信息，构建小区宽带业务用户信息表；构建小区地址同派送员间的相关性，构建派送员调查表；同时构建小区发展监控报表，基于各类报表生成订单统计信息表。

针对宽带运营商处海量业务订单信息，为提升数据分析与管理的效率，数据管理模块中采用聚类算法，该算法以聚类中心点同其他各点间的距离为标准，分析数据类别的一致性[13]。将两组宽带业务数据同聚类中心点间的距离与预先设定的阈值相对比，确定两组宽带业务数据均同聚类中心点属于同一类别。聚类算法实施过程中，宽带业务数据同聚类中心点间的距离难以直接获取[14]，这是聚类算法实施的核心与难点。在分析数据类别一致性过程中选取高斯函数，基于高斯分布函数图分析宽带业务数据类别的聚集程度和同类别内宽带业务数据点的分布情况。

设定zi表示宽带业务数据聚类中心点，其与其他宽带业务数据点间的一致性可通过式（1）获取：

式中，zj∈N(zi)表示N个宽带业务数据样本中除zi的所有节点，σ表示宽带业务数据类别。宽带业务数据聚类过程中，基于式（2）所示的优化函数，以保障对所有训练数据均能完成准确类别划分，并确保宽带业务数据类别划分后所有宽带业务数据点与不同类别宽带业务数据聚类中心点间的距离为最小值[15]：

由此可利用式（3）取代式（2）：

其中，zk表示第k个节点。为了优化式（3），使得：

将式（4）代入式（3）内，可得：

在上述过程基础上，可利用对式（6）的求解过程取代宽带业务数据聚类优化的过程：

基于Wij的求解可获取一致性矩阵，依照一致性矩阵确定zi与zj是否属于同一类别，由此完成宽带业务数据聚类过程[16]。

2 实验分析

为验证该文设计的基于GIS 与大数据的智能化小区宽带业务运营管理系统在实际小区宽带业务运营管理中的应用效果，以我国某市某宽带业务供应商为实验对象，在其管理部门搭建该文系统，利用该文系统管理其宽带业务运营情况，所得结果如下。

2.1 系统功能测试

以验证该文系统功能应用性为目的，在实验对象管理部门内部成功加减该文系统后，检测该文系统功能，结果如表1 所示。

表1 该文系统功能性检测结果

分析表1 中的数据得到，采用该文系统进行智能化小区宽带业务营销管理过程中，各项功能性检测的实际输出结果与预计输出结果一致，由此验证了该文系统的可应用性。

2.2 热力图展示效果

该文系统中GIS 订单管理模块引入地图程序调度接口，可在地图上显示宽带业务订单标识的详细情况，并通过热力图形式展现给宽带业务供应商。利用该文系统针对实验对象所承接的某区域小区宽带业务进行管理，生成该区域宽带业务订单热力图，如图4 所示。

由图4 可知，通过该文系统可在宏观上把控宽带业务订单分布情况，同时，利用该文系统中订单位置、订单套餐、充值、消费等情况的链接，从细微角度获取不同小区宽带业务订单的详细情况，便于实验对象中相关工作人员对于业务的管理。

图4 热力图展示

2.3 性能测试

为测试该文系统对小区宽带业务运营管理的性能，以标准差作为判断小区宽带业务订单信息管理性能的指标，两者之间表现为反比例相关。在该文系统数据库内随机选取300 组小区宽带物业订单数据，利用该文系统对所选订单数据实施分析与处理，图5 所示为该文系统订单信息分析与管理的标准差情况。

图5 宽带业务订单信息管理结果标准差

分析图5 可知，利用该文系统对小区宽带业务运营信息实施分析与管理过程中的标准差基本控制在0.15%以下，通过计算300 组数据的标准差，可得到其均值仅为0.08%。由此可充分说明采用该文系统管理小区宽带业务运营数据，数据分析与管理精度较高，有利于对实验对象当前业务承载情况进行分析，制定有效的运营管理策略。

2.4 疲劳强度测试

测试系统疲劳强度是系统应用性能检测的关键指标之一，能够确定系统在实际应用过程中因硬件设备或网络资源缺陷导致的系统响应时间下降等问题。测试该文系统疲劳强度时，设置20 人同时进行小区宽带业务订单信息上传、处理与查询，并将此作为测试项，测试在不同功能下该文系统的响应时间，测试结果如图6 所示。

图6 疲劳强度检测结果

分析图6 内疲劳强度测试结果可知，随着系统同时使用人数的提升，该文系统订单信息上传、处理与查询功能的响应时间均呈现不同程度的上升趋势。在系统同时使用人数低于12 人时，订单信息上传、处理与查询功能的响应时间均控制在0.6 s 以内。当人数高于12 人后，系统响应时间均呈现显著上升，均达到1 s 以上。随着人数的增多，系统响应时间更长。测试结果说明，该文系统可在同时使用人数低于12 人的条件下保障系统响应时间。针对实验对象的自身情况，可通过优化系统硬件、提升并发用户的阈值调整的方式优化该文系统的疲劳强度功能，以此保障该文系统的应用性能。