（计算机软件与理论专业论文）位置服务系统研究及终端软件实现.pdf

摘要 可移动性是移动计算环境的本质特点之一，移动导致位置变化，而位置变化 既对移动计算提出了挑战，又带来了新的_ 应用。随着无线定位技术、无线通讯网 络、地理信息系统、移动互联技术等发展，基于位置服务( l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e s ， t b s ) 的应用也得到快速发展。l b s 是以位置服务为核心，通过通信网络获取 移韵终端丽户的位嚣信怠 经纬度坐标) ，在逾瑾信怠系统的支持下，为用户提供 雹撬信惑逵踪、导航、移动黄页等多耱位_ 鹫黻务静一种新撵韭务。麓着移动宅话 戒势我稍验生活孛不可残缺煞一豁努，穆凌黻务帑场对剥溪移动电落实瑰霞置信 息的嚣求越来越追切。本文主要讨论位墨黢务系绫载关键鼓术，莠套移动终溃土 开发了一令使愿户能充分利用位爨售慰进稽交溅的位置服务系统终蠛软黪。 本文酋先介绍了移动计算关于位置的研究，然盛讨谂了l b s 系统的特点与 典型结构以及l b s 的关键技术，包括移动定位技术、移动压联网访问技术、地理 信息管理技术、数据表达和交互技术、嵌入式软件技术以及分布式系统交互技术 等；随盾介绍了一个移动位鬣服务系统的开发与实现，以如何实现定位为线索， 首先介绍了系统的结构，根据需求分析提出了两种定位模式，然后详细介绍了基 于b r e w 平台下两种定位模式的实现流程，提出一种效率较高的定位请求算法， 并羹点介绍了定位设诗、逶请诲议及攀件机制与窗口设计。 关键词：移动计算；位置服务系统；定位技术；b r e w a b s t r a c t m o b i l t i l i t y i so n eo ft h ee s s e n t i a lc h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l e c o m p u t i n g e n v s r o n m e n tw h i c hl e a d st ol o c a t i o nc h a n g e n el o c a t i o n c h a n g e r i sn o to n l y c h a l l e n g e dt h em o b i l ec o m p u t i n g ，b u ta l s ob r i n g sn e wa p p l i c a t i o n si n t ot h i sf i e l d w i t ht h e d e v e l o p m e n to fw i r e l e s sp o s i t i o nt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ， g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ma n dm o b i l ei n t e m e tt e c h n o l o g y ，t h ea p p l i c a t i o n so f l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ( l b s ) a r eb o o m i n g l b 8i san e w t y p eo f b u s i n e s ss e r v i c e w h i c hp r o v i d e sp o s i t i o ns e r v i c e i n c l u d i n g i n f o r m a t i o n t r a c k i n g , n a v i g a t i n g ，a n d m o v i n gy e l l o wp a g eb yo b t a i n i n gt h ep o s i t i o ni n f o r m a t i o n ( t h el o n g i t u d ea n d l a t i t u d e c o o r d i n a t e ) o f t h em o b i l ee n dc l i e n tt h r o u g ht h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n db yt h e s u p p o r t i n g o fg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m i nt h i st h e s i s ，t h er e s e a r c h a n d i m p l e m e n t a t i o no f am o b i l el o c a t i o ns e r v i c es y s t e mf o rt h ec e l l u l a rt e l e p h o n eu s e r s w a sd e s c r i b e d f i r s t l y ，t h e r e s e a r c ho nm o b i l e c o m p u t i n g r e l a t e dt ol o c a t i o ns e r v i c e si s i n 拓o d u c c d 。t h e nt h ef e a t u r e s ，t y p i c a la r c h i t e c t u r ea n dt h e p i v o t a lt e c h n o l o g i e so f l b s a r ed i s c u s s e d i nt h ef o l l o w i n g ，t h ed e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no fam o b i l e l o c a t i o ns e r v i c es y s t e ma r ed e p i c t e di nd e t a i l f o l l o w i n gt h ec l u eo fr e a l i z a t i o no f p o s i t i o n ，t h ea r c h i t e c t u r eo f t h em o b i l el o c a t i o ns y s t e mw e r ed i s c u s s e da tf i r s t t w o p o s i t i o n m o d e l sa r e p u t f o r w a r d a c c o r d i n g t ot h e r e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，a n dt h e r e a l i z a t i o np r o c e d u r eo ft h et w o p o s i t i o nm o d e l si sd e s c r i b e d a ne f f i c i e n ta l g o r i t h m o fp o s i t i o nr e q u e s ti sd e v e l o p e di nd e s i g n i n gw i 蛙ls p e c i a l l ye m p h a s i so nd e s i g no f p o s i t i o na n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s k e y w o r d s ：m o b i l e c o m p u t i n g ；l b s ；p o s i t i o nt e c h n o l o g y ；b r e w i i 独创性声明 本人声明所登交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 撂及敬褥的磺究成果。撂我瑟翔，除了文孛特裁热玟檬注秘致谢的地 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 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的湖志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确豹说明并表示谢意。 签名：赵么量趄么廷 日期：0 - 。咿争月习日 5 f 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解魄子科技大学有关僚褰、傻潮学位论文 的规定，有权保留并向圜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。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分蠢容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫攒等复利手段保存、汇编学德论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：密4 灸 导师签名： 蠢瓤跏垆中胄习霸 位置服务系统研究及终端实现 1 1 研究背景 第一章等l 言 位置服务( 1 0 c a t i o n - b a s e ds e r v i c e ，l b s ) 是指用户通过移动通讯网络获取其 基础位置信息如经纬度，利用地理信息系统计算终端的位置，并提供位爨相关信 息的新型业务。其服务特点包括甄方面：其一，能智能地提供与信息需求者及其 周围有关事物的信息与服务：其二，无论是鼹通用户还是专业人员，无论是在移 动终端，穿戴式计算枫，还是在台式计算极上都2 攫任键时刻、侄露地点获得膏 关熬空闽信惑释服务。 经置服务系统酶匿大价值在于邋过移动和罄定网络发邀基于位置的信息与 服务，佼这种服务应用判任何人、任何证置、任何时间和任何设备。 位置服务系统得到广泛废用的原因在于： 1 ) 定位手段的多样性。除广泛使用的g p s 系统，基予手机或基于网络的无线 定位技术也得到广泛应用。 2 ) 通信手段的广泛性。基于g s m 、g p r s 、c d m a 等网络魄s m s 、m m s 、 h t t p 都霹以馋为l b s 毁务器数据交换蛇方法。扰乡 ，爨痰曩建戏的众多无线送 信专阙，以及有线毫话、寻簿璃、里星遴信等均可成为l b s 静通信手段。 3 ) 用户终端豹多样往。与通信手段相对应g p s 车载硬件、手机、p d a 、寻呼 机等均可成为l b s 的用户终端。 由于手机终端的灵活性、方便性以及普及性，使用手机作为l b s 系统的终端 具有很高的实用价值。 腻前，无论是公众还是行业用户对于获樗位置及其棚关服务都剪着广泛的嚣 求。对于公众来说，主要是要求系统提供位置服务网关，发布与位置楣关蛉信息， 妇最近黪离痿、车站等公众焱谗服务。辩于毒亍数痤爝，在交逶运输方面，可以秀 发褥流醚送管瑾调度系统( 麓括运输车献和髓酞) ，公交车辆指挥调度系统，车 辆跟踪簖盗系统，车辆智能导航系统( 包括车辆定位系统、最佳路径规划系统和 行车引导系统) ，铁路列车指挥调度系统；在农业、环保、医疗、消防、警务、 豳防等方面分别可以开发智自农业生产系统、环境般测管理系统、紧急救援指挥 调度系统、智能接警处警系统、支持作战单元的移动式空间信息交换系统等；露 位譬服务系统研究及终端实现 囊竣痔静察阉售惠移动援零主要蠢移动办公系统，与谨墨糕关豹爨络会议，瘩灾、 地震、林火等自然灾害的防灾、抗灾和灾后重建管理系统。 因诧，对于谴麓鼹务系统关键技术及箕应用的研究吴裔缀强鹃理论帮实露价 值。本文主要讨论位置服务系统的关键技术，并在移动终端上开发了一个使用户 熊充分利用位置信息进行交流的使置服务系统的陂用软件。 1 2 论文的组织结构 论文首先介绍了移动计算环境特点，煎点阐述与位置有关的研究内容。然后 筵要夯缪了躔s 系统壤念、转点、典型缝擒班及毽痰乡 旋用情况。篆三鬻套绍 了l b s 系统的关键技术，包括移动定位技术、移动互联网访问技术、地理信息 棼理鼓东、数据表这和交麓技术、嵌入式敬待技本戳及分毒式系绞交互技术等。 第四章介绍了系统的结构设计。第五章介绍l b s 系统在移动终端上的设计与实 瑷。最爱楚对全文豹总结与未来工作豹震耀。 位置服务系统研究及终端实现 第二章位置服务系统介绍 2 1 移动计算环境与位置感知 2 1 1 移动计算环境 移动计算的概念可根据移动性做不同程度的定义。移动性总是作为移动系统 的必要特征而客观存在，也是确定系统类型的基本依据之一。移动性指系统中逻 辑或物理实体的移动特性。最常见的是客户的移动，如设备的移动和用户的移动， 并且两者可以独立发生；另外，移动性也表现在计算实体上，具体包括：简单的 数据，封装了数据、代码的对象，独立自主运行的移动a g e n t ，甚至整个应用程 序等。计算实体的移动性构成新一代分布式计算的基础：再将移动性的概念拓展， 计算逻辑实体也可以移动，如：进程迁移、远程调用等。因此广义地讲，移动计 算指分布式系统中存在可移动的设备、用户或程序，相应计算模式需要支持这些 实体移动性：狭义的移动计算指用户携带可移动设备通过公共设施访问信息服 务，而不论他处于什么物理位置，或具有怎样的移动行为。本文中移动计算为 狭义概念。 在传统的分布计算系统中，各个计算结点之间都是通过固定网络连接的，并 始终保持网络的持续连接性，而移动计算机系统不具备这种条件。移动计算系统 假设计算结点包括固定结点和移动结点，它使用户可以携带移动终端自由移动， 并在移动过程中通过移动通信网络与固定结点和其它移动结点连接和交换信息。 下图展示了移动计算环境的典型体系结构。 位置服务系统研究及终端实现 图2 - 1 移动计算环境示意图 一个移动计算系统由移动设备( 或称移动单元m o b i l eu n i 卜一m u ) 、无线单 元、移动服务支持结点( 或称移动基站m o b i l es u p p o r ts t a t i o n - - m s s ) 、固定结 点( 或称固定主机f i x e dh o s t - - f h ) 和固定网络连接组成。其中高速固定网络 构成连接固定结点的主干。固定结点包含通常的文件服务器和数据库服务器。 m s s 则是一类特殊的固定结点，它带有支持无线通信的接口，负责建立一个无 线网络单元( 无线广播单元或无线局域网单元) ，无定结点( 固定主机和服务 器) 以及其它移动计算机连接。 相比常规网络环境，无线环境具有相当多的不同之处，这就导致了移动计算 系统的研究一必须面临更多的问题和挑战，主要来自无线通信、移动性和便携式设 备等三方面。 首先，移动网络环境中基于无线设备和协议的网络通信是基本的特征之一。 无线网络性能与常规有线网络相比，还存在许多缺点。具体包括：普遍存在的可 预知及突发性非连接状态，而且这种状态往往会持续保持较长时间：低带宽，网 络数据传输相比有线网络，带宽总是处于较低水平：高度的带宽波动，无线通信 的传输性能波动是客观存在：异种网络环境，由于设备经常移动到不同的网络， 因此从硬件到协议在各个地方都可能不一样，移动系统必须能处理这种变化；各 种安全隐患，使用无线通信的分布式应用会面临更多的安全问题，如通信本身的 安全，以及由于改变安全域而引起的复杂问题等。 其次，改变位置的同时连接到网络也会产生特殊的移动性问题，许多在常规 网络中的静态信息需要动态可变，移动主机的位置随时变化，可能会导致两方面 影响：系统需要根据当前位置进行动态配置，应用必须获得一些位置敏感的信息 位鼍服务系统研究及终端实现 用于各种计算；另外，位置的变化可能对通信状况产生很大的影响，例如：主机 少量的物理位置移动可能导致与服务器的逻辑距离大幅度增加，因此，对逻辑位 置的自适应是需要解决的重要的问题。 同时，便携式设备是移动环境中的主要用户终端，移动应用的设计，需要充分 考虑到这类设备的特点，主要包括：低能耗、数据容易丢失、用户界面的特殊性、 计算和存储能力有限等。而且，对这类问题的处理往往需要与无线网络自适应进 行折衷。 2 1 2 位置感知 移动计算领域中涉及的问题众多而广泛，许多研究问题都是直接或间接与位 置移动相关。如针对移动环境具有高度的动态性，许多研究集中于软件系统对环 境的自适应性，如：b e r k e l e y 的d a e d a l u s i c a r u s 、x e r o xp a r c 的可定制移动应 用、i b ma r t o u rw e b e x p r e s s 、s o m a 、o d y s s e y 等；移动客户的位置与应用 的关系分为两个方面：客户的位置应当完全对应应用透明，应用需要随时掌握客 户的位置，相应地，s t a n f o r d 的用户位置管理、p h i l i p s 研究实验室q u i p ud s a 等研究工作主要解决移动客户的定位问题；客户在移动中，经常处于相对陌生的 网络环境中，因此，一些研究解决如何动态发现所需的服务资源问题，如： m o s q u i t o n e ts p i n a c h 、s o m a 等。在这些研究中以上下文感知( c o n t e x t a w a r e ) 研究最为典型。 上下文感失n ( c o n t e x t a w a r e ) 指应用运行环境中任何可以影响应用行为的因素， 可以分为以下几类：计算上下文，如网络连接、通信成本、带宽、周边资源等； 用户上下文，如：用户映像、位置、附近用户，甚至社会地位等；物理上下文， 如：光照、噪声、交通、温度等：时间上下文，如日期、星期、季节等。g u a n 等给出了比较精确的定义：“上下文是应用所关注的环境状态和设置的集合，决 定应用的行为或应用事件发生的场合。” 而在移动计算系统中，一般考虑两类上下文，即：设备上下文和环境上下文。 设备上下文指任何与应用运行的物理主机相关的因素，如：内存、电量、屏幕大 小、输入设备、处理速度等。环境上下文指除了物理设备以外的因素，例如：网 络接口、带宽、协议、当前位置等。 位置服务系统研究及终端实现 上下文感知应用一般从包括以下两方面：主动上下文感知，应用自动根据已 发现的上下文信息改变行为：被动上下文感知，应用将新的或刷新的上下文提交 给感兴趣的用户，或使这些信息可被用户检索。其中，主动方式在移动环境中有 更好的应用。 上下文感知的应用可分为以下几种类型：就近选择，附近的对象被突出和优 先选择：自动上下文重配置，即根据环境变化修改系统的组件配置；上下文信息 和命令；上下文触发的行为，类似于i f t h e n 规则规定系统在不同环境下的动 作。也另有一种方法对根据上下文感知的关键特征进行分类：包括感应、调整、 资源发现、数字化等，归结为几种操作：信息和服务的表示、服务的自动执行、 上下文信息标记等。 对这类系统而言，感知上下文是非常重要的基础技术。最重要、使用最多的 感知元素是位置，按照室外和室内可以有不同的方法。和位置同处于低级别的其 它上下文信息包括：时间、附近对象、网络带宽等。而更高级别的信息包括：用 户的当前活动，社会环境，这类信息往往比较难于获取。另外，上下文的变化本 身也需要被感知。 不同类型的上下文信息导致需要不同的方式对它们进行表达和建模。但目前 多数系统并没有统一的模型表达上下文信息，彼此的交换还比较困难。而且多数 研究仅局限于位置信息。典型的表达模型包括：符号化模型和几何模型，相应的 数据结构主要是：键值对、标记编码、对象等。 将应用和上下文感知子系统分离是必要的，因此有必要引入相应的中间层， 其功能是收集原始的传感器信息，转换为应用可理解的格式，并分发到感兴趣的 应用。这类软件系统的典型结构包括：集中式和分布式两种。集中式上下文服务 器可以提供上下文的信息，如：位置信息服务器、上下文部件等。分布的体系则 允许在多个位置维护上下文信息，如：r o m e 、用户个人代理等。中间件系统将 不同感知技术集成，提供给上层公共的接1 ：3 。这类系统如：o r a c l e i a s w e 、n e x u s 、 c e l l p o i m 等。一般这类系统均有以下功能模块：用户接口、传感器、通信交互接 口、分布数据管理等。 与位置相关的感知服务众多，可包括有选择性的通知在一定区域的用户；发送 广告给一定区域内的用户；在蜂窝系统中依靠位置实现的计费服务；车队管理与 6 位置服务系统研究及终端实现 智能交通等等 总之，位置感知是移动计算研究中实践性很强的内容，位置相关应用也将推 动对它的理论研究进一步发展。 2 2 位置服务概述 位置服务( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e ，l b s ) 是通过通信网络获取移动终端用户的 位置信息( 经纬度坐标) ，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应位置服务的 一种新型业务。随着移动电话成为我们的生活中不可或缺的一部分，移动服务市 场对利用移动电话实现位置信息的需求越来越迫切。 位置信息服务首先从美国发展起来。1 9 9 6 年，美国联邦通信委员会( r c c ) 下 达指示，要求移动运营商为手机用户提供e 9 1l ( 紧急求助) 服务，即提供呼叫者 的位置以便及时救援，这实际上就是位置服务的开始。此后，日本、德国、法国、 瑞典、芬兰等国家纷纷推出各具特色的商用位置服务。目前，世界许多国家都以 法律的形式颁布了对移动位置服务的要求。我们日常使用的大部分信息都与位置 存在某种关系。特定的位置信息服务类型包括娱乐消息、交通报告、地图和向导、 目标广告、交互式游戏、车辆跟踪、运程信息和网络管理系统等类型。 2 3 位置服务结构与应用 位置服务系统研究及终端实现 图2 2典型的l b s 结构图 移动用户通过无线网关接入互联网，向l b s 应用程序服务器请求位置服务， l b s 应用程序服务器从定位服务器获得移动用户的当前位置之后，分析请求类 型，然后通过前端服务器，向移动用户提供基于用户时下位置的定制信息或经由 第三方供应商进行相关服务。 在一个【b s 的典型应用中，通常要回答用户的如下一些需求：“我在哪”、“我 周围是什么”、“谁在我周围”、“如何到达目的地”以及“让其它人知道我在哪”等。 结合这些基本问题的回答，将衍生出许多的商业应用或社会公众服务项目。l b s 的服务应用领域非常广泛，涉及安全急救( e 1 1 9 ，e 1 1 2 ，急救服务) 、移动黄页 ( e 1 1 4 ) 、临近查找( 商店、加油站、餐馆、财经、房地产) 、交通信息导航、位置 商务等。然而，迄今为止，没有一种位置服务被广大人群使用，而取得大量和广 泛的使用是对位置服务的挑战之一。 垡重! ! 箜墨竺塑塞垦竺塑壅塑 此外，在不同领域的应用需求对位置服务的精度水平也要求不同。例如对于 航船来说，与海岸的距离、海水的深度等数据是要求相当精度的；而对于普通人 群日常应用来说，定位精度能够达到1 0 0 米即可满足需求。表2 1 列举了一些 位嚣服务的应用，并提供了这些应用所需的下限精度和能被市场所接受的精度数 据。 一j! ，一 拨蓍定制的要 应用下限精度要求 广泛接受黼壤摹纂 誊藏u j 袭i 目的定位频率。 。j 一j “4 ： 一o 具有竞争力的 基于位置 蜂窝小区扇区 2 5 0 米不需要 具有竞争力的价格发起呼 的记帐 价格叫、接收呼叫、 中介呼叫 路边求助 5 0 0 米1 2 5 米4 i 需要发送求救发起呼叫 我刚近足什 移动黄页 蜂窝小区扇区 2 5 0 米 不需要发起呼叫 么? 交通情况如发起呼叫或每 交通信息蜂窝小区扇医 蜂窝小区煽区不需要 何?5 分钟 基丁位置 蜂窝小区扇区 1 2 5 米短消息或数据 广告、报警、通每5 分钟或按 的消息 知需服务 每5 分钟或按 舰队追踪蜂窝小区扇区 3 0 1 2 5 米不需要资源管理 需服务 追踪包裹 蜂窝小区扇区蜂窝小区扇区需要定位和指挥按需 驾驶导引 1 2 5 米3 0 米需要指导每5 秒 表2 - - 1 不同的应用对定位精度、频率和移动终端的要求 虽然位置服务有着巨大的市场潜力，但是面临着众多的技术与变数。为此， 有人提出一种智能网络的解决方案，如下图所示，采用移动定位中心的组件将位 置发现策略和基于位置的应用选择隔离起来，允许多种定位服务使用多种位置发 现策略。 9 位置服务系统研究及终端实现 图2 - 2 移动位置中心的概念允许多种定位服务使用多种位置发现策略 由于无线位置中心运行于无线网络内部，我们可以对它进行修改以适应具体 移动设备的能力。当用户拨号、发短消息或者在w a p 手持电脑上发起数据请求 时，位置中心的交换机应该将客户的位置信息发送给相应的位置应用。 网络可以方便地试验新的应用、更好的定位精度、新的内容或者其它的移动 设备。可以迅速地响应市场需求，并能为不同的业务指定不同价格方案。该结构 允许利用目前的技术实现一些基于位置的服务，而且对未来的新技术有着很强的 适应能力。 2 4 位置服务标准化 为占市场制高点，业界巨头和与空间信息移动技术等有关的组织机构成立了 专门的论坛或联盟，讨论制定地理信息移动技术的技术体系和技术标准。其中主 要的组织联盟、技术体系有： 2 4 1 l i f 论坛及其技术体系 位置服务系统研究及终端实现 l i f ( l o c a t i o ni n t e r - o p e r a b i l i t yf o r u m ) 倡导和提升普遍适用的移动定位技术和 位置服务技术体系。m o t o r o l a ，e r j s s o n 、s i m e n s 、n o k i a 和其他l i p 成 员致力于定义简单安全的接入方法，允许用户设备和互联网应用程序从无线网络 获取基本的定位信息，而不必顾及底层无线接口技术和定位方法。l i f 提供基于 c e l l i d 和提前达到时间、e 0 t d ( g s m ) 、a f l t ( i s 一9 5 ) 等的一系列定位 方法的标准和支持体系。l i f 接口是互操作定位服务解决策略的必要因素。 2 4 2m a g i c组织及技术体系 m a g i c ( m o b i l ea n da u t o m a t i o ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nc o r e m ) 组织的是由 一些大公司女i t e l e a t l a s ，n a v t e c h ，m i c r o s o f t ，m o b i l e g i s 等发起的。m a g i c 的主 要任务是定义和促进远程导航、地理信息处理和通过多网络平台的与地理信息服 务有关信息分发技术体系或工业标准的制定，寻求定义最小的通用地理数据集， 以降低行业成本，获得最大的利润。 2 4 3 o g c 联盟o p e n l s 及其技术体系 o g c 联盟( o p e ng i sc o n s t i u m ) 的开放定位服务组织o p e n l s 是在地理位 置信息移动服务技术体系内比较有影响的组织。o r ) e n l s 的成员较多。 2 4 4g 2 x m l 技术体系 日本经济、工业和贸易部于2 0 0 1 年5 月3 1 日颁布了g 2 x m l 技术规范 ( o e o s p a t i a l2 e xt e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的技术规范。这一技术文件是关于地 理空间标示语言的技术体系标准。规范包括文档类型定义、地理空间数据抽象必 要的1 2 个模块、表达空间信息的最小要素、要素的定义与句法以及g 2 x m l 的背景和建模系统等。 2 4 5 c o m p a qd i s c o v e r yl o c a t i o ns y s t e m 解决方案 2 0 0 1 年美国的康柏电脑公司( c o m p a q c o m p u t e r c o r p o r a t i o n ) 联合 s i 9 2 n a l s o f ic o r p o r a t i o n q u a l c o m m t 属ns n a p t r a c k 和w i r e l e s s f a c i l i t i e s 一起向无线通信运营商推出了体化的移动位置服务解决方案，称为c o m p a q 位置服务系统研究及终端实现 d i s 2 c o v e r yl o c a t i o ns y s t e m f 晖决t y 案。这个方案是目前位置相关服务最具代表性 的解决方案。 由于移动信息移动服务覆盖行业广泛，我国现阶段有许多相关企事业单位、学 校和科研院所形成了合作伙伴关系，但尚未成立专门的空间信息移动服务联盟协 会或论坛及制定空间移动信息技术体系。 位置服务在国内的应用主要是车载导航业务，主要产品是带有电子地图光盘 的车载g p s 定位终端。面向公众的移动位置服务业务还处于待开发期。 位置服务系统研究及终端实现 第三章位置移动服务系统的关键技术 3 1 基于移动网络的无线接入方式 无线接入技术可分为两类，一是基于蜂窝的接入技术，如g s m ，c d m a ，g p r s 等，二是基于局域网的技术，如蓝牙技术( b l u e t o o t h ) ，无线局域网技术等。 g s m 技术是目前个人通信的一种常见技术代表，采用窄带t d m a ，允许在 一个射频同时进行8 组通话，具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳 定，备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大。自1 9 9 1 年投入使用 起，目前己成为欧洲和亚洲事实上的标准。 c d m a 也是一种比较成熟的无线通信技术，其运作利用扩频( s p r e a ds p e c t r u m ) 技术，与t d m a 不同，c d m a 不是给每个通话者分配一个确定的频率，而是让 每个频道使用所能提供的全部频谱，利用码分多址技术区分不同的通话。因此具 有高效的频带利用率、更大的网络容量、简化网络规模、高通话质量、高保密性、 高覆盖率等优点。目前，c d m a 技术是第三代移动通信的首选技术。 g r p s 接入技术采用分组交换技术，可有效避免数据传送时断线情况发生， 并且g p r s 手机目前的速率可达1 1 5 k b p s ，是常用5 6 k m o d e m 理想速率的两倍， 因此该技术可将移动电话的应用提升到一个更高的层次：并且发展g p r s 技术只 需沿用现有的g s m 网络来发展即可，因此十分经济。 3 2 通用的移动终端应用协议 高性能的无线接入方式只有与丰富高效的无线应用协议相结合才能创造出 多种基于移动终端的应用。随着移动通信数据业务的发展，逐步产生了三种较成 熟的终端应用：移动终端访问互联网服务、短消息服务s m s ( s h o r tm e s s a g e s e r v i c e ) 、多媒体短消息服务m m s ( m u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c e ) 。 3 2 1 移动终端访问互联网服务 大多数移动终端不具备计算机的运算和显示能力，因此需要通过不同于 h t t p 的特殊协议访问和浏览互联网。目前世界通用的移动终端的协议是w a p ( w i r e l e s sa c e s sp r o t o c 0 1 ) ，该协议首次定义了一个开放的标准以实现互联网的无 1 3 位置服务系统研究及终端实现 线接入访问。 w a p 规范是一种无线应用程序的编程模型和语言，主要定义了以下几种组 件： 1 、w a p 编程模型：该模型在很大程度上利用了现有的w w w 编程模型，从 而有利于开发人员最大限度的利用原有经验和开发工具。此外，该模型还针对无 线环境的通信特点对原有的w w w 模型进行了优化和扩展。 2 、无线标记语言( w m l ) ：w m l 特别适合于在性能方面严重受限的手持设 备。它不要求用户使用传统的p c 机键盘或鼠标进行输入，并且考虑到手机屏幕 尺寸限制，将页面文件分割成一套用户交互操作单元，一个交互操作单元被称为 一个卡，用户在进行互联网访问时需要在一个或多个w m l 文件产生的各个卡之 间来回导航。通过w a p 网关，所有的w m l 内容均可通过互联网使用h t t p l l 请 求进行访问，因此传统的w e b 服务器、工具和技术均可继续使用。 3 、微浏览器规范：该规范与标准的w e b 浏览器规范类似，定义了一个适合 于手持设备的功能强大的用户接口模型，即手机如何解释w m l 和w m ls c r i p t ， 并显示给用户。 用户通过上移键和下移健在各个卡之间来回导航，此外还提供了各种导航功 能如b a c k 、h o m e 、书签等，并允许较大屏幕和更多特性的设备自动显示更多内 容。 4 、轻量级协议栈：该协议栈将无线手机访问互联网的带宽要求降到最低。 要完成同一操作，使用该协议栈涉及到的数据包数量不到使用全标志的 h t t p t c p i p 协议栈的一半，因此十分适用于带宽严重受限的无线网络。 5 、无线电话应用( w t a ) 框架：它允许无线手机访问各种电话功能如呼叫 控制、w m l s c r i p ta p p l e t 中的信息，从而允许商家开发各种电话应用并且将其集 成到w m l w m ls c r i p t 服务中。如呼叫转移这样的服务，商家可以提供一个用 户接口，提醒用户是准备接收呼叫、转移它处，还是将其转发为一个语音邮件。 6 、w a p 网关：w a p 网关用标准的h t t p 协议从w w w 服务器上获取信息， 然后将其转换为w m l 格式的文档，并提供给终端。因此只需增加网关设备即可 将现有的w w w 服务器上的内容发给移动用户，而不需要专门开发相关的信息 内容。此外，网关还可完成d n s 功能，故终端只需要输入u r l 就可得到相关信 1 4 位置服务系统研究及终端实现 息，从而减少了终端设备浏览器的负担。网关的另一个功能是通过与其他信息服 务器之间的高速连接，减少信息获取时间，从而尽可能减少用户浏览网络的时延。 此外协议网关可将w a p 协议栈的请求翻译到w w w 协议栈( h t t p 和t c p i p ) 中；而内容编码器和解码器可将w e b 内容翻译成紧密编码的格式，以减少通过 无线数据网络传输的数据包的大小和数量。 3 2 2 短消息服务 短消息服务s m s 是现阶段使用频率最高的移动数据通信业务，其主要表现 形式为移动终端之间以及移动终端和短消息实体之间基于字符的信息转换。 短消息是g s m 中唯一不要求建立端一端业务路径的业务，即是移动台已处 于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。系统认为不同的消息之间彼此独 立，短消息的传输总是于g s m 外部的短消息服务中心( s m s c ) 进行中继。短 消息有起源地和目的地，但只与用户和s m s c 有关，而与其它g s m 基础设施无 关。 涉及s m s 管理的协议包括： 短消息实体( s h o r tm e s s a g ee n t i t y , s m e ) ：位于固话系统、移动基站或其他 服务中心内，可接受或改善短消息。 短消息服务中j f , , ( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r , s m s c ) ：负责在机站和s m e 间中继、储存或转发短消息。移动台到s m s c 的协议能传输来自移动台或超向 移动台的短消息，协议名为s m t p ( s h o r t m e s s a g e t r a n s m i s s i o n p r o t o c 0 1 ) 。该协议 最初由e t s 收录在g s m 0 3 3 9 规范中，描述了短消息中心与短消息实体之间通 信交互的阱议关系及数据传输格式。s m p p 协议可以t c p i p 或x 2 5 作为底层通 信承载。该协议提供了短消息实体与短消息中心的交互模型，从而为不同应用服 务中心利用短消息的方式，为移动用户提供信息和服务提供了统一的途径。 s m s 网关：接收由s m s c 发送的短消息，向h l r 查询路由信息，并将短消 息传送给接收者所在基站的交换中心； 归属位置寄存器( h o m e l o c a t i o nr e g i s t e r , h l r ) ：用于永久储存管理用户和 服务记录的数据库，有s m s c 产生。s m s 网关与h l r 之间的协议使前者可要求 h l r 搜索可找到的用户地址，它与m s c 与h l r 之间的协议一起，能在移动台 位置服务系统研究及终端实现 因超出覆盖而丢失报文、随后又可找到时加以提示。 移动交换中心( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r m s c ) ：负责系统切换管理并控制来 自或发向其他电话或数据系统的拨叫。 访问位置寄存器( v i s i t o r l o c a t i o nr e g i s t e r , v l r ) ：含有用户临时信息的数据 库，交换中心服务访问用户是需要这些信息。 3 2 3 多媒体短消息服务 多媒体短消息服务( m u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c e ，m m s ) 的工业标准是由w a p 论坛和3 g 伙伴工程( 3 g p a r t n e r s h i p p r o j e c t ) 这两个组织制定的。m m s 在w a p 协议的上层运行，因此它对传输格式没有严格的限制，既支持电路交换数据格式， 也支持通用分组无线业务g p r s 格式。其工作原理是利用高速传输技术e d g e ， 可使数据传输速率由目前的9 6 k b i t s 提高到3 8 4 k b i t s ，从而可实现语音、互联网 浏览、电子邮件、会议电视等多种高速数据业务，被称为“g s m 3 8 4 ”，是g s m 向第三代移动通信系统i m t - 2 0 0 0 过渡的台阶。 3 3 地理信息管理技术 g i s ( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是以空间数据库为其信息管理的核心， 将庞大复杂的信息结构按实际应用行业及专业分类，有效的组织在一个空间信息 库中，并提供图形、文字的综合查询系统。g i s 已经成为地理信息管理的规范和 标准。 g i s 的主要功能之一是管理大量的专业地图，按专题分类将各部门所需的地 图合理的组织为空间数据库。由于城市中资源及设施密集，一般采用大比例尺地 形图，几十、乃至上百张图按地图网格拼装为一个图层，而每张图层上包括的资 源设施对象，在取舍上有严格的分类标准。按专业含义由粗到细划分为层次状专 题分类，每一图层上的空间对象归属于某一专题类，因此常称为专题图层。这些 图层与各行业的更为专业的图层相叠置( 透明叠放在一起) ，并进行空间关系分 析，可以得出有用的决策信息。 g i s 支持空间查询，即可把满足一定条件的空间对象查出，并将其按空间位 置绘出，同时列出他们的相关属性等。空间查询是支持综合图形与文字的多种查 询的主要方法，它支持由图查图、由图查文和由文查图，并给出新图和有关数据。 位置服务系统研究及终端实现 g i s 体系结构如图3 1 所示： 图3 1g i s 体系结构 g i s 通常使用空间数据引擎存储和查询空间数据库。空间数据引擎在用户和 异构空间数据库的数据之间提供了一个开放的接口，它是一种处于应用程序和数 据库管理系统之间的中间件技术，空间数据引琴是开放且基于标准的，这些规范 和标准包括o g c 的s a m p l ef e a t u r es q ls p e c i f i c a t i o n ，i o s i e c 的s q l 3 以及s q l 多媒体与应用程序包( sq l m m ) 等。目前市场上三个主要的空间数据引擎产品 ( 即e s r i 的s p a t i a ld a m b a s ee n g i n e ，m a p i n f o 的s p a t i a ld a t ao p t i o n 和o r a c l e 的 s p a t i a ld a t ao p r i o m 都是与上述规范高度兼容。几种常用的分布式计算模型 m i c r o s o f t 的d c o m ，o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的c o r b a ，s u n 的r m i ， w 3 c 的x m i r p c 均可以很好的溶入空间数据引擎中。 市场上成熟的g 1 s 产品也非常丰富，知名的产品有m a p i n f o ，a r c i n f o ， a p o b j e c t ，国内的有s u p e r m a p 等。这些产品大都遵循o p e n g i s 规范，有 较好的互操作性。产品包含了数据转换、空间数据库、数据引擎、图形引擎等各 层次的工具，这些工具通常以中间件的形式提供给客户，可以非常友好的集成在 客户的应用系统当中。成熟的产品大都支持主流的组建技术，如c o r b a 、c o m 一心c o m 、j a ：v a b e a n 等。 位置服务系统研究及终端实现 3 4 移动定位技术 移动台定位技术的基本原理是：目标移动台向多个已知坐标位置的固定基站 发送定位信号，通过对定位信号的测量，获得相应测量参数的估计后，利用适当 的处理方法就能获得移动台在空间的位置。测量参数一般包括无线电波的传输时 间、幅度、相位和到达角等。 由于无线通信信道的极度随机性以及现有各种不同移动通信系统的并存，加 之不同的应用对定位服务质量的要求又有较大差异，因此在不同的服务系统中采 用不同的定位方法以适应不同的无线环境，为不同种类的应用提供定位服务。 1 9 9 9 年，美国联邦通信委员会对e 9 1 1 条例做了进一步的修正，要求移动通信 运营商在不改动用户终端的情况下，其定位误差在6 7 的概率下必须保持在 1 5 0 米以内，当需要对用户终端作修改时，定位误差在6 7 的概率下必须保持 在5 0 米以内或者在9 5 的概率下保持在1 5 0 米以内。作为对移动终端定位技