（计算机应用技术专业论文）基于位置服务中动态改变移动台定位频率的方法.pdf

重庆邮电人学硕十论文 摘要 摘要 f 1 时壁f f i i 西的服务已经受到了世人的瞩目，无线蜂窝网所提供的定位 业务不仅可以应用f 紧急救援、动态跟踪，还可以提供车辆导航、智能交通、 黄页查询以及移动终端盗打防范、基于位置的计费等领域。 基于位置的服务的许多应用需要记录用户的历史轨迹，现有的基于位旨的 服务系统大部分都是每隔一段固定的时间对用户进行定位一次并记录一次它的 位臂信息。这种采用固定定位间隔时间的定位机制带求的是巨大的位置数据量 和巨大的移动台和蜂窝网之间的通信量。另外一方面，在某些情况下没有必要 频繁的对移动台的位置进行更新，比如移动台很长时间没有移动的状态。为了 消除这些缺点，本文提出卜种动态改变移动台定位频率的方法。该方法把移动 台分为两类，第一类是可以获得自身移动距离和速度的移动台，第二类是不能 获得自身移动距离和速度的移动台。根据这样的分类。分别得到第一类移动台 和第二类移动台的动态改变移动台定位频率的算法。它们结合移动台的运动状 态和移动台指定的服务质量参数( 包括触发定位距离，最大定位间隔时间，高 速i 临界值，速度参考量等来动态改变用户定位频率。通过仿真程序表明该方 法大大的降低了移动台定位次数，降低了系统用于移动台定位上的负荷，进而提 高了系统容量。 j f 关键词：触发定位距离”最大定位间隔时间。高速临界值，速度参考量 + 重庆邮电人中硕十论文 a b s t r a c t n o w a d a y s l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e 【l b s ) h a sa t t r a c t e dt h ew o r l d sa t t e n t i o n t h el b so f f e r d e db yw i r e l e s sn e t w o r k sc a nb eu s e di ne m e r g e n c yh e l p i n g , d y n a m i c t r a c k i n g ，v e h i c l en a v i g a t i o n ，i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m ，y e l l o wp a g e se n q u i r ya n d s o o n m a n yl b sa p p l i c a t i o n sn e e dr e c o r du s e r st r a c e c u r r e n t l y , m o s te x i s t e dl b s s y s t e ml o c a t i n gt h ei i s e ra n dr e c o r d i n gi t sl o c a t i o no n l ya f t e raf i x e di n t e r v a l s u c h f i x e dp o s i t i o n i n gm e c h a n i s m 语i r r a t i o n a l ，t h er e c o r d e dt r a c eh a v em a n y d e f e c t s 。t h e l o c a t i o n - p o i n t sw i l lb ev e r yd e n s ew h e nt h eu s e rm o v i n ga th i g hs p e e d0 1 s p a r s e 砒 l o ws p e e d ；o nt h eo t h e rh a n d ，s u c hp o s i t i o n i n gm e c h a n i s mr e c o r dm a n y u n n e c e s s a r y p o i n t ss ot h a tt h es y s t e mh a v et oe n d u r eag r e a tb u r d e nw h i c hd e c r e a s e ss y s t e m p e r f o r m a n c eg r e a t l y i no r d e rt oa v o i dt h e s ed e 舰t s 鑫m e t h o do fd y n a m i c a l l y a l t e r i n gr i s e r 8 , p o s i t i o n i n gf r e q u e n c yi si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r , b yu s i n gt h i s m e t h o d , t h eu s e r sa l ed i v i d e di n t ot w ok i n d s ，t h ef i r s tk i n di st h eu s e rt h a tc a no b t a i n i t so w n m o v i n gd i s t a n c ea n ds p e e d ，t h es e c o n dk i n di st h eu s e rt h a tc a l l to b t a i ni t s o w um o v i n gd i s t a n c ea n ds p e e d b a s e do nt h i sc l a s s i f i c a t i o n ，t w od y n a m i c a l l y a l t e r i n gu s e r s p o s i t i o n i n gf r e q u e n c ya l g o r i t h m sa l ep r e s e n t e dw h i c hb e l o n gt ot h e f i r s tk i n do fu s e ra n dt h es e c o n dk i n do fu s e rr e s p e c t i v e l y t h ea l g o r i t h m sc o m b i n e n s e r sm o v i n gs t a t ew i t hf o u rp a r a m e t e r st oa l t e rt h eu s e r sp o s i t i o n i n gi n t e r v a l 1 1 1 争 p a r a m e t e r sc a nb es p e c i f i e db yu s e ri n c l u d i n g ：t r i g g e r e dp o s i t i o n i n gd i s t a n c e , m a x i m a lp o s i t i o n i n gi n t e r v a l ，h i g h s p e e dc r i t i c a lv a l u ea n dr e f e r e n c ev e l o c i t y s i m u l a t i o ns h o w st h a tt h ea l g o r i t h m sd e c r e a s e st h ea m o u n to fu s e r sg e o - l o c a t i o n u p d a t i n ga n dr e d u c et h es y s t e m sl o a d sg r e a t l y , f u r t h e r m o r e , i m p r o v e st h es y s t e m c a p a c i t y k e y w o r d s ：t r i g g e r e dp o s i t i o n i n gd i s t a n c e , m a x i m a lp o s i t i o n i n gi n t e r v a l , h i 曲s p e e d 。 c r i t i c a lv a l u e , r e f e r e n c ev e l o c i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导f 进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得重庭邙鱼太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 。 j 明确的说明并表示谢意。 学位论文作薯签名：巧氇磊哼 签字日期：。三；一，年月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废整电太堂有关保留、使用学 位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重废鲣电叁堂可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印。缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名；吁7 盖穴峰 签字日期：一2 。年歹月富e l ， 镪柱寸 签字日期：多彳年月ie l ； h 重庆f i i l i 电天学硕+ 论文第一章绪论“ 第一章绪论 尘机勃勃的移动增值业务给移动互联网带来了多层次。多类型的服务，无疑 给移动通信带来了无限商机和新的经济增长点，它已经成为电信运营商的竞争焦 点。也成为我国加入w t o 后外资关注的重点。而基于定位的服务这一移动增值业 务中的新锐将成为移动互联网应用中增值! 毗务的重点，其市场己呈现出爆发性增 k 的势头。 。 _ ： 一 1 1 l b s 的概念和由来 基于定位的服务( l b s l o c a t i o nb a s e ds e r v i b e ) 又叫做移动位置服务叩， 它是通过无线蜂窝网运营商的网络( 如g s m 网、c d h i a 。网) 和无线终端的配合。在 电子地图平台的支持下获取移动终端用户的位置信息( 经纬度坐标) ，从而提供用 户所需的与位置和方向相关的增值服务，比如交通引导，地点查询，朋友位置查 询。车辆跟踪。商务网点查询 ，小孩看护。紧急呼叫等众多服务位置服务的巨 大魅力在于能在正确的时间、。正确的地点把正确的信息发给正确的人， 移动位置服务最旱是从美国歼始的。美国联邦通信委员会脚( f c c , f e d e r a l c o m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ) 予1 9 9 6 年6 月采用了一条规定，要求所有的移动 网络运营商必需对一切9 1 1 呼叫紧急服务提供位置信息，f c c 还要求在2 0 0 1 年 1 0 月l 号以前，所有的9 1 1 呼叫定位服务需要精确到1 2 5 米，准确率要达到6 伟 他们将这种移动位置服务命名为e 9 n 。 2 发展现状及前景 就目前全球发展现状而言，日本是一个已经在商业中采用高精确度定位解决 方案的国家m 。在政府的部分资金的支持下，日本的设备商和业务提供商已经 开发出比较完善的，基于位置的业务基础设施，也使用了高精确度的位置技术。 。在韩国，以普英泰科为代表的企业大力发展韩国的移动定位业务，通过手机可以 获取交通或购物信息的定位服务己被韩国政府所重视。并定为下界政府的重点产 业而从初衷上讲，美国的移动运营商是在不很情愿的情况下c e 9 1 1 ) 接受了开发 高精确度的位置技术，成为定位技术的试验床。但正是因为e 9 1 l ，美国在高准确 度定位技术方面处于领先地位美国高通公司的g p s o n e 【1 设备己在同本、韩国和 美国拥有上千万的商业用户就是例证。虽然欧盟于2 0 0 3 年1 月1 日也开始实行 、 - ， 。 p 重庆邮电犬学硕十论文 第一章绪论 u s f c c ”标准r 但欧渊是用了几年的时蝴让运营商自行决定采用高精确度定位 技术的。欧洲的运营商也认可定位技术和信息在商业中的价值”，德国、法国、 瑞典、芬兰等固家纷纷推出各具特色的商用似置服务。 在国内，l b s 也引起了移动通讯运营商的重视。中国移动和中国联通已经在 中国绝大部分地区丌设了它们各具特色的商用位置服务“ 。2 0 0 3 年，中国l b s 用 户仅为1 3 6h - 户，其中个人用户约1 3 6 万户，车载用户约2 万户：l b s 用户数所占 移动用户总数的比例只有0 5 个百分点2 0 0 4 年，车载用户增长强劲，达到8 万 户：个人用户也成倍增长，达到3 1 6 力- 户。到2 0 0 8 年，总体用户数预计会超过7 0 0 0 万，个人用户仍占绝大部分：而l b s 用户数占移动用户总数的比例也增至1 4 左， 右， j ， 1 3 论文研究内容 l b s 服务是一项跨行业的系统集成应用，涉及多个学科的专业知识。一个l b s 系绕。需要计算机、通讯、地理信息、市场分析和策划等各个行业的专业人员的 通力合作才有可能取得成功。作为一篇计算机应用技术专业的硕士学位论文，本， 文不可能详细的分析系统所涉及的每个环节，而是在概要的介绍l b s 系统的组成 原理的基础上，结合本人的实际工作。把焦点放在移动台定位策略上面。 一 为了实现动态跟踪，导航，历史轨迹查询等l b s 应用服务，系统需要每隔一 段时间就对移动台定位一次，记录其所在位置。定位b 】隔时间是从本次定位结束 并把位置信息记录在时空数据库中到下次开始进行定位的时问跨度，目前大部分 的l b s 系统都是根据移动台应用类型给予固定的定位间隔时间。这种等频率的定+ 位机制是很不合理的，一方面它使得记录下来的历史轨迹有很大的缺陷，用户的 定位点在用户运动速度慢时比较密集而运动速度快时比较稀疏；另方面由于移 动台可能长时间不移动，因此在这种情况下该定位机制记录了很多不必要的定位 点，系统开销比较大，大大降低了系统的容量。为了消除这些缺点，本文提出一m 种比较理想的移动台定位策略，这个策略把用户分成两类，并依据这个分类生成 了两个动态改变用户定位频率的算法，结合用户的运动状态和用户指定q o s 参数 来改变用户定位频率，大大的降低了移动台定位次数，节约了系统用于移动台定 位上的资源。提高了系统容量。 1 4 研究环境 本文使用微软的n e t 软件开发平台进行仿真测试，工作在w i n d o w sx p 操作 系统下所使用p c 机的硬件配置如下： t 里匿堕堕盔兰堡堡奎! e 兰鳖垒 t i 别r ：s o g ： 3 内存：5 1 2 m ：， c p u ：p e n t i u m i v3 0 ( ；m h z 。 1 5 论文组织结构 本论文的组织结构如下： 第一章介绍论文的研究背景、研究内容和研究环境； 第二章主要是l b s 概论。介绍了l b s 系统的结构。无线定位技术等内容。 第三章定义了移动定位策略，并介绍了当前移动定位策略的现状； 第四章是本文的核心内容所在，详细介绍动态改变移动台定位频率的两个 算法； 第五章对本文提出的观点进行仿真实验并给出性能评价； 第六章总结了整个论文并展望了今后的研究工作， ， 重庆邮电人学硕+ 论文第一二章l b s 概论 2 1l b s 应用介绍 第二章l b $ 概述 根掘用户是否在提出请求时获得服务信息来划分，可以将l b s 应用分为p u l l 和p u s h 两种模式”。p u l l 模式的l b s 应用是在当用户提出服务请求时，系统于为 其提供信息的戍用。如1 1 9 、1 1 2 、紧急事务处理等安全服务，移动电话黄页，最 近的商场、银行等位置查询，交通导航，旅游，移动电子商务等p u s h 模式的l b s 应用则是无需用户提出请求，而是由系统自主地向可能需要获得服务的用户提供 的应用如灾难警告、广告。公路收费通知、移动对象跟踪等。 下面列举了一些常用的l b s 应用服务内容：。 个人导航服务：个人导航服务是l b s 应用服务当中需求最大的服务。 适合于个人步行导航和个人车载导航，高级的车载导航可以用专有的车“ 载终端，但利用高端彩屏手机进行车载导航也能满足大部分用户的需- 、 求，而且响应速度更加快捷，成本也比较低。个人导航服务采用矢量地 图导航的方式能获得和专有车载终端相同的效果。 城市黄页服务= 综合了上述核心服务的功能，是l b s 社会公共服务中最 典型的应用。体现了l b s 服务中的。我在哪里”、“哪里有什么“哪里 最近”。“如何到达”的概念；城市黄页包括分类检索，模糊查找、门牌 地址查询和精品推荐等功能。 手机定位服务r 用户可以通过手机完成自我定位，然后可以查找最近的 目标点。显示周围的地图。 朋友位置查找服务：用来查找您朋友的位置，并在地图上显示朋友的位 ， 置或查找朋友周边的情况。 地址查询服务。用手机输入某个门牌地址，即可在手机上显示此地址周 边的地图。 1 商场广告；当用户走在某商场附近时，可以接受到商场通过p u s h 模式 ， 发来的商品打折信息。； 2 2i _ b s 系统结构及原理 、 ， l b s 的整体系统结构嘲如图2 1 所示。 ， ， 4 重庆邮电大学硕十论j 0第二章l b s 概论 2 3 移动台 地理佰息系统 图2 il b s 系统结构 移动台c u e ) 可以是手机。车载终端，手持电脑，p d a 等。移动台要首先注册 到移动通信网络上为了实现l b s 应用，移动台具备协助无线蜂窝网进行移动台 的定位或者具备单独定位功能哪u e 需要进行的测量由定位方案决定。在基于移- 动台的定位方案中，u e 需要传送上行链路的信号和测量下行链路的信号。u e 可 以包含定位客户。也可以通过网络接入定位客户。定位客户包括定位需要的测量 和计算功能。u e 也可以包含独立的定位功能并能利用接入网的信息广播的帮助 报告自己的位置。， 2 4 移动通信网 - 这里所指的移动通信网可以是g s m g p r s c d m a 或者满足3 g 标准的w c d i i a 、 t 旷s c d 姒等无线蜂窝网络但无论那种无线蜂窝网，都要增加一些设备来实现 移动定位业务。下面的图2 2 是基于w c d 姒的移动定位体系结构嗍具体介绍 见2 屯i 节。 2 4 1 定位体系结构 k l 移动定位中心网关( g m l c ) 移动定位中心网关( g a t e w a ym o b i l el o c a t i o nc e n t e r ，g 札c ) m 1 包括支持定 位业务必须的功能实体，在公共陆地移动网络( p l w n ) 中，可能有不止_ 个移动定 重庆邮电：节硕十论文 第一章l b s 概论 位中心刚美。它可能通过l h 接口向归属位置寄存器( h l r ) m 1 请求目标u e 的路由 信息。通过注册授权之后，它通过l g 接口向移动交换中心访问位詈寄存器 ( 3 g m s c v ! r ) 发送定位请求或是从移动交换中心访问位冒寄存器接收最终的位 詈估计结果。它是核心的网络设备，也是对外丌展l b s 业务的接口，主要具备以 下几项功能：定位应用接入控制功能，外部应用需要通过它和g m l c 接口，j 。能 完成鉴权、服务、计费等功能；定位应用的授权功能，主要完成网络和具体用户 对某个l b s 应用的授权；用户坐标的转换功能；定位应用计费；定位的操作和维 护。 。 图互2 基于w c d m a 的定位体系结构 2 ) 中间件( m i d d l e w a r e ) t ， 中间件是运营商专门为i s p 设计的l b s 统一接入接口。由于g m l c 的具体规 范并不统一，各大厂商的接口设计均有不同，而且对于不同的通信网络，接口规 范差别也很大。运营商为了方便i s p 的接入和应用开发商的l b s 业务设计，将各+ 种c a i l c 的接入规范进行统- 这样i s p 接入时只需要遵循一个标准，中间件将 会自动完成到不同g m l c 的协议转换。中国移动和中国联通都制定了相应的l b s 4 中间件规范。 ， 3 ) 归属位置寄存器o 丑凰) 归属位置寄存器( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ，h l r ) 中包括有关定位业务的预约 数据和路由信息。它可由移动中心网关通过l h 接口访问。，对于漫游用户归属 位置寄存器可能位于其它网络中；而不是当前的服务网络控制器( s r n c ) 。 4 ) 移动交换中心，访问位置寄存器o g - m s c v l r ) 移动交换中心访问位置寄存器负责u e 的授权的验证，管理话音相关的和非 话音相关的定位业务请求。可通过l g 接口接入移动中心网关或其它公共陆地移 动网络的移动中心网关。移动交换中心访问位置寄存器的定位业务功能与计费、 定位服务的协调、定位请求。鉴权以及定位服务的操作有关， 重庆邮电大学硕十论文第二二章l b s 概论 5 服务g p r s 支持结点( 3 g - s g s n ) 定位业务的提供足在移动交换中心访问位置寄存器和服务g p r s 支持结点 删可选的。同样是通过l g 接口接入移动中心网关。 6 ) 服务无线9 【习络控制器( s r n c 、 服务无线网络控制器是w c d m a 网络中的一个网络单元，它包括支持定位业务 需要的如f 功能：从其他的网络控制器( r n c ) 获得定位需要的信息；在同一个无 线网络控制器内的定位需求流的协调和控制；定位方法的选择；位置坐标的转换 计算、精度估计；提供u e 定位的辅助数据；全面对u e 定位进行协调和控制。当 然，服务无线网络控制器还必须提供其他控制无线网络控制器( c p 州c ) 为定位业 务提供的基本功能服务无线网络控制器通过i u 接口接入核心网。 7 弦无线网络控制器( r n c ) 其他无线网络控制器包括控制无线网络控制器“孵( c o n t r o l l i n gr n c c r n c ) 和漂移无线网络控制器( d r i f tl i n c ，d r n c ) 。控制无线网络控制器主要负责定位有 关的资源管理；广播系统信息。要求b 结点( n o d eb ) 和定位测量单元( l m u ) 进行 定位估计必须的测量。信令在无线网络控制器和n o d eb 或定位测量单元之间通 过i u b 接口传递。漂移无线网络控制器中包含着与定位u e 之间的激活的无线链 路n 它也应当完成其他无线网络控制器应提供的功能每。 8 b 结点( n o d e b ) n o d eb 在定位业务中是一个提供位置估计的测量结果，对无线信号进行测 量并把这些测量数据传送给无线网络控制器的网络单元。n o d eb 有可能对请求 ( 如来自c r n c ) 响应进行测量也可能自主进行测量并且有规律地或是当无线环境 发生重大改变的时候进行报告，例如当网络的g p s 帧定时发生改变或是sf 、 - s f n 观测时间差发生改变时。 9 ) 定位测量单元( l m u ) 类似于n o d eb ，定位测量单元耵负责对无线信号进行测量并将结果传送到 接入网；它也有可能进行测量相关的计算。接入网可能有一个或多个的定位测量 单元，同时，完成u e 的定位测量也可能涉及到一个或多个定位测量单元。c r n c 根据定位业务的要求会选择不同类型的定位测量单元。根据不同的定位方法，定 位测量单元需要进行的测量也不同。例如，定位测量单元要测量上行( 下行) 链路 的信号传播，定位需要的某些系统参数( 如时差等) 。不同的移动通信网可能采用 的不同定位技术，小区d ，辅助全球定位系统( a - g p s ) ，抵达时间差异( t d o a ) ，增强 观测时差( e - o t d ) 等具体的定位技术介绍见2 7 节。 t 2 4 2 定位操作流程 在w c d i i i a 网络中t 不管是来自核心网还是网络内部的定位请求，定位功能模 善 重庆邮电人中硕十论文第二二章l b s 概论 块将会进行如下操作+ ： ， i 请求在u e 、一个或多个n o d eb 端进行测量：， 2 将测量结果发送到网络中的定位计算功能模块： 3 接收来自定位计算功能模块的计算结果； 4 执行所需的氆标变换： 5 将结果送到核心网中的定位实体或接入网中的应用实体。 基本的定位操作可以分为以下三个步骤：定位准备过程，定位测量估汁过程 以及位置最终计算和释放过程。定位请求一般可由u e 发起，或外部的定位客户 可以是l b s 软件平台) 发起。图2 3 就以外部的定位客户发起定位请求情况简 单描述定位的过程以及各网络单元执行的操作。 ，吼甲甲甲甲甲 卜嘲2 请求路由信息i i i _ 一 i ，3 g r h 信息返同l ilt ：，二二堡垒兰；： ：； ii h i 5 寻呼目标移动台改及签权，自妇 if f 0 - - - 一 i iii 6 定位通知调用 r i 。 i i 卜- 一 lii 。 ， l7 定位通知返回ti 卜一一一一一一1 8 i m n a p 定位报告蝗制i r 。ii i9 各种定位方婆的信息流i r _ _ 1 iii 1 0 矗n a p 定位结果狼告 | i 琏二 兰警# 竖一 k - - - 一_ 一- r 一一一i 。i ，i 。 图2 3 外部定位客户发起的定位过程 ， + 。 步骤l 到步骤8 表示的为定位准备过程在这个过程中需要对u e 用户的私 密性进行验证。储备网络资源，与目标移动台建立通信连接一根据q o s 需求以及 用户和网络的性能来决定需要采用的定位方法 步骤9 是定位测量估计的过程。根据定位采用的方法，必要的网络和 、 。 t 舻 重庆邮电+ 人擎硕七论文 第一二章l b s 概论 c 或) 晒资源执行测量的操作在基于移动台的定位方案中；这个过程罩同时完 成了位詈的计算，u e 将计算结果送给s r n c 。s r n c 将核实是否与当i ；i f 小区一致， 可能的话还会提供往返时f a j ( r o u n dt r i pt i m e ，r t t ) 步骤l o 到步骤1 2 足位詈的最终计算和释放过程。将计算的结果层层上报， 并释放所有定位中用到的网络和( 或) u e 资源。 对于不同定位方法的定位过程，3 g p p 的文献资料里分别进行了描 述。这罩就不一一举例说明。 2 5l b s 软件平台 ， 一 2 5 1 体系结构 l b s 应用种类繁多，又可运行在不同的移动终端。不同的移动通信网络平台 上。因此，需要对这样一个多平台。多应用。长期持续开发的系统选择稳定的体 系结构和开发方式，要系统地开发各种有用户需求的l b s 应用软件，先建立起良 好的歼发平台对高效。稳定的l b s 应用开发是非常重要的。 采用组件( c o m ) 技术能够适应上述的开发要求。组件式的l b s 软件平台伽由 功能独立的组件构成，其中包括用于与各种移动通信网进行联接以获取用户位置 信息的接口，也包括大多数l b s 应用都要涉及到的核心组件，另外也可以扩展性 地增加用于某些特定服务的组件。这种平台结构便于开发l b s 应用并在提高l b s 应用的服务质量，连续可用性、可升级维护性，可扩展性、开发工作量和投资等 方面都具有极大的优势。 组件式l b s 软件平台体系结构对l b s 软件平台的研究将综合多种移动通信网 络中的技术和指标。分析和预测未来l b s 应用市场。为便于开发各种环境和平台 下的l b s 应用，平台中将定义与通信网络的相关接口，确定对收集到的位置信息 进行组织和管理的策略，以及规划定义核心组件。体系结构将依据稳定、可定制、 可升级的原则进行设计。组件式l b s 软件平台由位置数掘处理服务器和l b s 核心一 组件组成，如图2 4 所示，具体的介绍请看下面的2 5 2 节和2 5 3 节 ， 9 重庆邮电大学硕十论文第二章l b s 概论、 图2 4 组件式l b s 软件平台体系结构 2 5 2 位置数据库 位置数据服务器悯( l o c a t i o nd a t as e r v e r ) 根据要求首先从移动通信网中的移 动定位中心网关中获取用户的位置数据，然后对获取到的位置信息进行分析和格 式转换后存储在数据库申。，它将结合地图数据库，根据用户要求，进行位置的无缝 匹配以及空间运算，分析和处理。位置数据服务器建立在高精度定位技术、可伸 缩的空间数据存储技术以及开放式标准接口技术基础上。 t 2 5 3l b s 核心组件 l b s 的核心组件”是根据分析各种l b s 应用，抽取其共同的功能特性，并利用 组件方式加以开发的。考虑到l b s 的位置数据特征，常见的服务要求和要求响 应方式等特点，定义了以下8 个核心组件：1 ) m a p p i n g 组件。提供管理和处理大容 量地理信息的功能。重点包括地图匹配、位置检索和为移动终端生成地图等功能。 对数据的管理除了传统的地理信息存储，查询、索引等技术外，还将涉及到移动 对象建模技术、。主存空间中实时位置信息的管理和移动对象查询和索引等技术， 2 ) r o u t i n g 组件。提供路径查找、路程追踪、导航等功能3 ) g c o - v o i c e 组件与 文本语音合成系统f r t s ) 连接，对位置信息与语音信息进行转换，以语音提示方式 1 0 重庆邮电大学硕十论文第= 章l b s 概论 提供位冒信息。对移动着的用户而言，语音提示方式比地图浏览方式更简单，更 安全。4 ) l o c a t i o nb i l l i n g 组件。根据用户信息和享受的l b s 应用计算应收费用。 5 ) l o c a t i o np r o x i m i t y 组件。对用户附近地域的信息查询。6 ) l o c a t i o np r o f i l i n g 组 件。利用用户信息，根据用户的特定位置确定是否提供服务或特殊服务。 7 ) l o c a t i o nc o n t e m sd e l i v e r y 组件“”。开发相应的a p i 接口，实现向各种运行平台 ( 如j 2 m e , w i p i ，w o p , b r e w , w i n c e 等) 的移动终端以语音、电子地图等形式进 行信息输出。8 ) l o c a t i o n i n t e g r a t i o n 组件。与移动通信网络之间的a p i 接口。用于 收集位置数掘。其中涉及到与不同的通信网络的连接技术和与网关的连接技术。 l b s 应用开发者可以根据具体l 王埯应用需求，并结合不同的终端平台，集成部分核 心组件，再辅以特殊的功能模块，就可方便地歼发出适用于不同平台的l b s 应用软 件。 2 6 地理信息系统( g i s 系统) l b s 服务中关键的核心是位置与地理信息“。两者相辅相成，缺一不可，一 个经纬度位置对于正常的使用来说。，并不代表任何意义，必须将其置于一个地理 信息中来，才能代表为某个地点，标志。方位等。才能被人们所理解。因此。除 了通过定位操作平台获取到终端的位置之外，必须通过g i s 系统将经纬度转换成 用户真正关心的地理信息。如地图、路径搜索结果等。 对于无线运营商而言，如何发展面向最终用户的s p 是任何增值服务发展的 关键。而对于广大的s p 而言，对于涉及位置信息服务的关键技术地理信息 系统( g i s ) 不太了解单从技术上来说，s p 独立提供位置信息服务的难度就很大。 因为需要考虑如何和无线运营商的各种厂商的定位网关接1 2 r , 考虑采用什么样的 地理信息系统，考虑采用什么样的地图数据库，考虑如何去维护地图数据库，考 虑如何开发，考虑如何推动市场的发展使得更多的用户加入他们的运营网络等。 对于以上考虑来说，每个s p 需要投入相当一大笔费用去建设一个提供地理信息 服务的平台。并且不断地对地理信息数据进行维护。 在这种情况下。非常不利于移动位置信息服务的推广；也不利于移动互联网 的增值业务的发展。因此。s p 在整个增值业务的价值链上的主要任务是加入自 己有特色的服务，做市场推动，发展尽可能多的最终用户。 对于无线运营商仅有一个定位操作平台是远远不够的，它必须要将位置信息 服务中的核心部件一地理信息服务平台建设起来：让s p 减少投入。专注于自己 的服务。 。r 位置信息服务中的地理信息服务平台是一个关键部件。从无线运营商管理和 开通位置信息服务的角度来看，能够使得无线运营商提供较为全面的位置信息服 1 1 重庆邮电大学硕十论文 第二：章l b s 概论 务，同时也集中地管理并维护了地图数掘库，使得各个想要进入位置信息服务行 业的s p 门槛大大降低，从而促使位置信息服务的发展。一 2 7 定位技术介绍 2 7 1 两种无线定位方案 对移动台的定位是通过检测移动台和基站之问传播信号的特征参数来获得其 几何位置，根据进行定位估计位置不同将定位方案分为基于移动台的定位和基予 网络的定位“町： 一 1 ) 基于移动台的定位 移动台利用来自基站的信号计算出自己的位置称为基于移动台的定位，也称 前向链路定位它根据接收到的多个已知位置基站发射信号携带的与移动台位置 有关的特征信息来确定其与各基站之间的几何位置关系，再根据算法对移动台进 行定位估计。移动台定位技术包括全球定位系统( g p s ) 、基于移动台发送、接收j 信号的定时或角度的覆盖三角技术( t o a 、e o t d ) 以及起源蜂窝小区( c o o ) 目t t 前在无线网络广泛使用的技术是起源蜂窝小区，该方案已被用来满足美国第一阶 段的。9 1 1 ”紧急服务需求，基于位置的付账和一些需要位置信息的服务。 2 ) 基于网络的定位 ， 网络利用移动台传来的信号计算出移动台位置的定位称为基于网络的定位， 这类系统在蜂窝网络中也叫做反向链路定位系统其定位过程是由多个基站同时 检测移动台发射的信号，并对这些信号进行精确的到达时间( t o a ) 的测量，把各 接收信号携带的与移动台位置有关的特征信息送到一个定位服务中心进行处理， 得到移动台的位置估计定位服务中心可看作事务处理器，它对来自不同移动台 的位置测量请求，选择适当的定位接收机对指定的移动台进行所需定位测量，收集 来自定位接收机的定位测量，将所有信息进行综合得到定位测量，并把该定位测 量传送给发出请求的移动台，采用基于网络的定位系统优点是无需修改移动台， 从上述各定位系统的基本特征可以看出，在蜂窝网络中采用基于移动台的前 向链路定位方案必须对现有移动台进行适当修改，如集成g p s 接收机或能同时q 接收多个基站信号进行自定位的处理单元。基于网络的反向链路定位方案只需对 蜂窝网络设备做适当扩充，修改，无需改动移动台。能利用现有蜂窝系统实现。 ， 2 7 2g p s 定位 。 。 一f，r g p s “町t 作卫星及其星座由2 l 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成g p s 卫 _ 1 2 重庆邮电大学硕午论文 第二章l b s 概论 星星座，记作( 2 1 斗3 ) g p s 星座。2 4 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，各个轨 ，遁平面之阃相距6 0 度。 在两万公胃高空的g p s 卫星，当地球埘恒星柬既自转一周时，它们绕地球 运行二腮一即绕地球一周的时间为1 2 恒星时，对于地面观测者来说，位于地平 线以上的卫星颗数随着时问和地点的不同而不同，最少可见到4 颗。最多可见到 1 1 颗。在用g p s 信号导航定位时，必须观测4 颗g p s 卫星，称为定位星座。这 4 颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时， 甚至不能测得精确的点位坐杯，这种时间段叫做”间隙段”。但这种时| b j i b j 隙段 是很短暂的，弗不影响全球绝大多数地方的全天候高精度，连续实时的定位 茳 作。 一 对于导航定位来说，g p s 卫星是一动态已知点。卫星的位置是依据卫星发射 的星历一描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗g p s 卫星所播发的星历， 是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直 沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作 用是保持各颗卫星处予同一时间标准一g p s 时间系统。这就需要地面站监测各颗 卫星的时闯。求出钟差。然后由地面注入站发给卫星。卫星再由导航电文发给用 户设备。g p st 作卫星的地面监控系统包括一个主控站，三个注入站和五个监测 站。 在地面上。只要甩一部g p s 接收机测出3 - 4 颗卫星信号到达本接收机的时 间，就可准确推算出接收机所在地( 可以是地面或天上任何位置) 的经纬度，海 拔高度、时间、运动速度等数据g p s 定位的基本原理汹1 是根据高速运动的卫星 瞬间位置作为已知的起算数据，确定待测点的位置。g p s 定位在不同的设备和技 术条件下可达到从1 0 0 m 到小予l e m 的定位精度。按定位方式g p s 定位分为单 点定位和相对定位( 差分定位) 。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定 接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，精度可以达到几十至一百米，。可用 于车船等的导航定位相对定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点 之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，精度可以 达到几米甚至几毫米。通常应用于大地测量或工程测量 由于卫星是处在相当高的运行轨道上，其传送的信号是相当微弱的，因此它 不像一般手机等可在室内、车内收到信号，必须在室外及天空开阔度较佳的地方 才能使用，另一方面g p s 系统是由美国政府投资开发，维护的，出于国家安全 的考虑，美国政府在非常时期( 如海湾战争、反恐战争等) 会关闭民用g p s 服务 重庆邮电大学硕十论文第_ 二章l b s 概论 2 7 3 无线蜂窝网定位 随着无线通讯技术的发展，我们又获得了另一种更加经济、更加可行的定位 方法一移动通信网络定位。目前，全球范围内普遍使用的移动定位技术主要有四 种：分别是基于网络的c e l l i d ，t o a t d o a 技术o “：基于终端的e o t d 技术：网络 与终端混合的a g p s 技术。定位的精度，根据采用的不同技术，从几十米n - - 百米，基本可以满足普通用户的要求。在这方面，移动设备生产商已经做了大量 的工作，通过在现有的移动通信网络中增加一个网络节点一移动定位中，t 二 ( m l c 。 m o b i l el o c a t i o l lc e n t e r ) ，就可以实现基于手机的定位业务 i c e l l i d 这是最简单的一种定位技术，无需对手机和网络进行修改，就可以向当前的 移动用户提供自动定位业务。该技术是根据移动台所处的蜂窝小区d 号来确定 用户的位置，因此它的定位精度取决于蜂窝小区的半径。与其它技术相比，其精 度是最低的，当需要精度较高的紧急定位服务时，c e l l - i d 就无法满足要求了。 但是由于该技术投资较低，因此可以让移动运营商迅速进入定位市场。 2 ) t o a 厂r d o a 该技术是采用信号到达时间测量或信号到达时间差测量的定位方式。它是通 过测量从发射机传到多个接收机的信号传播时间或时间差来确定移动用户的位 置。是一种基于电波传输时间的定位技术。在a m p s ，g s m ，w c d m a 、窄带c d m a 和c d m a 2 0 0 0 网络中均可采用这种技术。它的定位精度较高，但对时间基准的 依赖性也较高。t d o a 受多径干扰的影响也较大。在c d m a 网络中使用的精度 较高，因为c d m a 网络本身具有抗多径干拢能力，实测结果可达5 5 米，有望进 一步提高到1 0 - 2 0 米左右，如果g s m 网络采用t d o a 方法定位，关键在于良好 的参数设计和技术保证。t o a t d o a 确定位置信息的响应时间比c e l l m 技术 略长，大约要l o 秒。同步g s m 网络所需要的代价也要比通过c e l l i d 提高网 络性能高得多。但是该技术也无需对手机进行修改，因此可以直接向现存用户提 供服务。 3 ) e o t d 定位技术 e o t d 嘲定位方式是从测量时间差( 0 1 d ) 发展而来的，o t d 指测量所得的时 间量，e o t d 指测量的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。，对于同 步网，手机测量几个b t s 信号的相对到达时间；对于非同步网，信号同时还需要 被一个位置已知的位测量单元( l m u ) 接收。确定了b t s 到手机的信号传输时间， 则可确定b t s 与手机之间的几何距离，然后再根据此距离进行计算，最终确定 手机的位置 4 a - g p s 重庆邮电人学硕十论文 第一二章l b s 概论 a - g p s “”技术是。种结合了网络基站信息和g p s 信息对移动台进行定位的 技术，可以在g s m g p r s w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 网络中使用。该技术需要在 手机内增加g p s 接收机模块，并改造手机天线，同时要在移动网络上加建位置 服务器、差分g p s 基准站等设备。如果要提高该方案在室内等g p s 信号屏蔽地 区的定位有效性