（计算机应用技术专业论文）移动定位技术研究及其基于wap的应用(1).pdf

y 6 5 4 0 9 7 移动定位技术研究及其基于w a p 的应用 计算机应用技术专业 研究生: 何恐指导教师: 李志蜀 移动定位技术是指通过移动终端设备，如手机、p d a 、笔记本电脑、专用定 位设备等，和无线网络相配合， 确定移动用户的实际位置信息( 经纬度坐标、速 度、 高度等资料) 的一种技术。 根据信息产业部电信研究院和通信信息研究所的 研究报告分析， 中国的手机定位服务将在未来3 年内高速增长， 至2 0 0 6 年， 手机 定位服务收入将达到1 3 亿美元。虽然其它一些市场研究机构及业内人士对于手 机定位服务的市场规模与业务增长速度还难免有着不同的看法，但一个基本的 共识是:定位服务将成为移动通信运营商的又一重要盈利引擎无论是市场 规模，亦或是盈利前景，这项业务都有可能继s m s , m m s 数据服务之后，成为移 动运营商又一个巨大的盈利点。 因此，随着移动运营商定位网络的逐步建设，第三力 一 软件厂商及时推出相 应的移动定位增值应用，这对于网络运营商和软件厂商来说，是一个双赢的结 果。本文的主要内容是探讨基于无线网 络运营商所采用的定位业务机制，来开 发移动增值应用的过程。本文的工作主要集中在: 1 . 详细阐述移动定位技术的原理和技术体制，以及对不同定位技术的比较。 2详细阐述了c d m a 网络所采用的定位机制和业务流程，以及在此网络上开发 移动定位应用所应该着重考虑的问题。 3 . 具体展示了作者如何在手机上实现移动定位应用的开发设计。其中主要包 含以下两个工作: 首先， 深入分析网络运营商采用的定位机制和向第三方软件厂 商提供的定位业务接口，了解业务开发中涉及到的各种业务机制如应用提交、 验证、计费等;然后，根据网络运营商的定位方案和软件厂商的业务特点，设 计出实用的定位程序。本文程序主要涉及3 0 余个程序文件，约5 0 0 0 行代码，所 有代码均己 通过中国 联合通信公司 和美国高 通公司商 用测试并e 0提交正式运 营。 本文组织如下:第1 章介绍了 移动业务的产生背景，发展现状，应用前景。 第2 章阐述了 移动定位技术的原理，以 及不同定位技术之间的比 较。第3 章详细 介绍了 w a p 技术 体系， 本文 所述的定 位业务既是 通过 w a p 方 式得到了 体 现。 第 4 章 讨论了c d m a i x 网络采用的定位体制。 第5 章、 第6 章是本文的重点， 在第5 章笔者 详细阐述了一个基于 w a p 定位的g i s 系统的功能结构和需求特点。 第6 章详细闸述 了系统的具体实现。第7 章总结全文。 关键词: 移动定位 wa p g p s o n e j 2 e e th e re s e a r c h o f lo c a t i o n ba s e d s e r v i c e s a n d i t s a p p l i c a t i o n b a s e d o n t h e wa p s p e c i a l ty o f c o m p u t e r a p p l i c a t i o n p o s t g r a d u a t e : k o n g h es u p e rvi s o r : z h i s h u l i l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s i s a t e c h n o l o g y t h a t d e t e c t s t h e u s e r s a c t u a l l o c a t i o n s ( i n c l u d i n g l a t i t u d e a n d l o n g i t u d e , s p e e d , h e i g h t s e t c .) t h r o u g h m o b i l e p h o n e , p d a , l a p t o p c o m p u t e r , s p e c i a l o r i e n t a t i o n d e v i c e s e t c , c o o r d i n a t e d w i t h w i r e l e s s n e t w o r k . l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s o f m o b i l e p h o n e i n c h i n a w i l l b e g r e a t l y d e v e l o p e d i n h i g h s p e e d i n t h e 3 y e a r s , a n d t h e i n c o m e o f w h i c h w o u l d r e a c h 1 .2 5 5 b i l l i o n u s d o l l a r s , a c c o r d i n g t o t h e r e p o r t s m a d e b y t h e r e s e a r c h i n s t i t u t i o n o f mi n i s t r y o f i n f o r m a t io n i n d u s t r y a n d r e s e a r c h i n s t i t u t i o n o f i n f o r m a t i o n c o m mu n i c a t i o n . t h e r e e x i s t s a c o m m o n k n o w l e d g e a m o n g t h e i n d u s t r i e s t h a t l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s w o u l d b e c o m e a n o t h e r i m p o rt a n t p r o f i t a b l e e a rn i n g s e c t o r f o r t h e i n f o r m a t i o n c o m m u n ic a t i o n s a l e s m e n , w h e t h e r o n t h e m a r k e t s c a l e , o r i n t h e p r o s p e c t , t h i s s e r v i c e m a y b e a g r e a t p r o f i t s a f t e r s ms a n d mms d i g i t a l s e r v i c e s . a s t h e g r a d u a l c o n s t r u c t i o n w i t h t h e l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s n e t w o r k , a n d t h e v a l u e - a d d e d a p p l i c a t i o n o f w h i c h p r o v i d e d b y t h e s o f t w a r e i n d u s t r i e s , t h i s s e r v i c e w o u l d b e a w i n - w i n o u t c o m e n o t o n ly f o r t h e i n f o r m a t i o n s a l e s m e n b u t a l s o f o r t h e s o f t w a r e b u s in e s s m e n . t h e a r t i c l e g e n e r a l l y p r e s e n t s u s h o w t o d e v e l o p v a l u e - a d d e d a p p l ic a t i o n p r o c e s s b a s e d o n s o m e c e rt a i n l o c a t i o n s e r v i c e s s y s t e m o f w i r e l e s s n e t w o r k . t h e m a i n p o i n t s o f t h e a r t i c l e a r e : 1 . d e t a i l s t h e p r i n c ip l e s a n d s y s t e m o f l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s , a n d c o m p a r i s o n a m o n g v a r io u s o r i e n t a t i o n t e c h n o l o g i e s . 2 . s p e c i f i e s t h e a d v a n c e d o r i e n t a t i o n s y s t e m a n d b u s i n e s s p r o c e s s a d o p t e d b y s o m e n e t w o r k o f 2 . 5 g e n e r a t i o n , a n d a l s o p r o v i d e s s o m e i m p o rt a n t p o i n t s t h a t n e e d i i i t o b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n f o r t h e a p p l i c a t i o n o f t h e t h i r d p a r t 3 . p r e s e n t s p r o g r a m d e s i g n o f h o w t o r e a l i z e t h e a p p l i c a t i o n o f l o c a t i o n o r i e n t a t i o n , w h i c h i n c l u d e s t w o a s p e c t s : f ir s t , a n a l y z e s t h e o r i e n t a t i o n s y s t e m a d o p t e d b y t h e n e t w o r k s a l e s m e n a n d t h e b u s i n e s s i n t e r f a c e s p r o v i d e d t o t h e s o f t w a r e i n d u s t r i e s , e x p l a i n s t h e w o r d s s u c h a s s u b m i t , c o n f o r m a t i o n , c o u n t i n g , e t c t h a t i n v o l v e d d u r i n g t h e d e v e l o p m e n t p e r i o d . s e c o n d , w o r k o u t t h e f u n c t i o n a l o r i e n t a t i o n p r o g r a m b a s e d o n t h e c e rt a i n p r o j e c t o f s a l e s m e n a n d s p e c i a l i t y o f s o ft w a r e i n d u s t r y , t h e p r o g r a m i s c o n c e r n e d w i t h mo r e t h a n 3 0 j a v a d o c u me n t s , a b o u t 5 0 0 0 c o d e s t h a t h a v e a l l b e e n p r o v e d b y c h i n a u n i o n c o . a n d q u a l c o m m . t h e s t r u c t u r e o f t h e a rt i c l e i s : t h e f i r s t c h a p t e r m a k e s a b r i e f i n t r o d u c t i o n o f b a c k g r o u n d , s i t u a t i o n s , a n d p r o s p e c t s o f m o b i le c o m m u n i c a t i o n . t h e s e c o n d c h a p t e r e x p a t i a t e s t h e p r i n c i p l e s o f l o c a t i o n o r i e n t a t i o n t e c h n o lo g y , a n d c o m p a r i s o n b e t w e e n d i f f e r e n t t e c h n o l o g i e s . t h e t h i r d c h a p t e r s p e c i f i e s t h e w a p s y s t e m , t h r o u g h w h i c h c o m e t h e o r i e n t a t i o n t e c h n o l o y . t h e f o u r th c h a p t e r p r e s e n t s t h e o r i e n t a t i o n s y s t e m a d o p t e d b y c d m a l x . t h e u n d e r l y i n g p a rt s o f t h e a rt i c l e a r e in c h a p t e r f i v e a n d s i x . i n c h a p t e r f i v e , i t d e p i c t s t h e f u n c t i o n a l s t r u c t u r e a n d n e e d s b a s e d o n g i s s y s t e m o f w a r i n c h a p t e r s i x , i t d e s c r i b e s t h e a p p l ic a t i o n o f s y s t e m . c h a p t e r s e v e n i s a s u m m a ry o f t h e w h o l e a rt i c l e . k e y w o r d s : l b s , w a p , g p s o n e , j 2 e e i v 1 引 言 移动定位服务是指通过无线终端设备; 如手机或p d a 、笔记 本电脑、 专用定 位设备等， 和无线网络相配合， 确定移动用户的实际位置信息( 经纬度坐标、 速 度、 高度等资料) ，从而提供与用户所需的与 位置相关的增值服务的过程。 它主 要包括以下一些应用:公共安全应用， 例如紧急救援、 报警信息发布( 如危险地 区的移动用户发布火山爆发、洪水、山体滑坡、道路危险等信息) ;跟踪业务， 诸如警方对犯罪嫌疑人的跟踪或寻找走失的儿童和老人，对车辆以及运行线路 进行监控等:基于位置的信息业务，例如车辆导航、提供最佳交通路线、为旅 游者提供移动黄页等等。 移动通信发展到今天，最能体现它勃勃生机的地方就是其丰富多彩的数据 业务和增值业务，而移动定位业务正是其中的一种重要的增值业务。据预测， 到2 0 0 5 年， 在各种移动通信业务用户数排名中， 定位业务用户数将仅次于语音 业务位居第二，高于e -m a i l 、移动电子商务、移动银行等增值业务。因此， 无 线定位技术将成为未来移动通信系统中的一个重要组成部分。 1 . 1移动定位业务的产生背景 移动位置服务最早是在美国出现。 早在1 9 9 6 年， 美国联邦通信委员会( f c c ) 要求移动运营商为手机用户提供紧急求助服务，即提供呼叫者的位置以便及时 救援，他们将这种移动位置服务命名为e 9 1 1 。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业化的位置服务。位置服务正在迅速发展， 它的巨大作用在于能及时、准确地把地址信息提供给用户，同时还可以对终端 进行定位、对目 标进行实时监测和跟踪。位置服务在无线移动领域具有广泛的 应用前景，而目前国内对c d m a 无线定位系统的研究刁刚刚起步，因此对这一新 技术的研究应引起我们的高度重视。 2 0 0 1 年8 月， 在中国移动的 “ 梦网计划”中， 北京某公司和福建移动推出了 移动 “ 都市小精灵”位置应用服务。“ 都市小精灵”定位服务提供的服务包括: 自 我定位服务，即手机用户可实时查询当前自己所在的位置区域; “ 你在哪” 定位服务: 在经过授权以 后， 用户可以 使用手机对指定的手机位置进行查询; 周边信息查询:用户可以利用手机查询获得当前所在位置周围的相关信息，包 括宾馆、酒楼、超市、商场、医院、 银行等信息。这项服务推出后，受到了用 户的广泛欢迎，为移动定位增殖业务作了有益的尝试。 随着联通(; d m a 网络的进一步建设，这为移动定位业务的开展提供了一个良 好的基础，移动定位业务定将具有更广阔的应用前景， 1 . 2移动定位的应用 目前移动定位的应用主要有以下儿个方面: 1 .人身安全和紧急救助 遇到紧急情况时，移动定位功能可及时有效地提供求救人员的位置，以便 于救援人员及时进行救助。移动的不确定性给人们的安全带来了一定的威胁， 随着活动范围的扩大，这种威胁也越来越大。因此，危险情况下的紧急救援显 得尤为重要。只要用户的手机支持移动定位业务，用户在紧急时刻就可以拨打 紧急救援电话，比如中国的1 1 0 、日 本的4 1 1 ,美国的9 1 1 电话。移动通信网络 在将该紧急呼叫发送到救援中心的同时，会启动相应的移动定位流程，将用户 的位置信息一 起传送给救援中心。救援中心在收到了位置和呼救信息后，就可 以 根据具体的情况，快速高效的开展救援活动，大大提高了救援成功的儿率。 特别是在美国 9 1 1 ”事件以来，移动定位业务迅速得到了发展，呈现出快速上 升的趋势。 2 ，汽车防盗 可将移动定位系统放在汽车某个不易发现的部位，甚至集成到汽车发动机 内，一旦汽车被盗，利用定位功能可很快定出被盗汽车的位置，从而擒获a车 者。 这项业务将解除广大车主的后顾之忧，减少车辆被盗的发生率。 3 车辆导航和智能交通 在提供移动定位业务之前，车辆一般都是使用专用的g p s设备来导航。这 种专门的定位系统的优点是定位精度高， 可达到1 0 - 2 0 米， 但是缺点就是造价 比较贵，而且在建筑物遮挡或山洞隧道等地方无法正常工作。移动定位业务造 价比较低，只需要在每个跟踪目 标上安放一个移动台，在需要的地方设置好移 动基站就可解决覆盖问题。这样，交通管理的调度中心就可以及时掌握车辆的 移动状况，对车辆进行调度和管理了。 4 .信息查询服务 移动定位可提供相关的位置信息服务。若需要查询离自己最近的旅馆、饭 店、医院、银行等地时，网络首先定位移动用户位置，然后给出相应的信息， 只需数秒钟就会在手机显示屏上给出所需位置信息。移动互联网技术与移动定 位业务相结合，就可以轻易的实现移动环境信息查询。定位程序首先定位出用 户所处的位置，然后再根据互联网提供的信息给出用户相关的信息。 5 .社会治安 利用移动定位功能，公安机关可对怀疑人员进行实时跟踪，以加强社会治 安。例如对犯罪嫌疑人进行定位，为公安机关迅速抓获罪犯提供有力的情报。 1 . 3移动定位的发展前景 总的来说，移动定位业务目前正处在市场培育阶段。全球各大移动运营商 都分别在其2 g 或2 . 5 g 的网络中开展了相应的定位业务，并正在积极筹备在3 g 网 络中提供这项极具潜力的增值业务。目 前，己经有一些运营商在其近期即将开 通的3 g 网络中提供了相应的移动定位业务，如日 本的n t t d o c o m 。 和英国的和记 3 g 公司，他们提供的定位业务都可以为用户提供详细、实时更新的数字地图来 告知用户的具体位置，并且可以通过电子地图来引导用户寻找酒店、餐厅、商 店和其它一些用户感兴趣的商业设施。 移动定位服务是近年来被十分看好的业务，具业内人士估计，到2 0 0 5 年， 在各种移动通信业务用户数排名中，定位业务用户数将仅次于语音业务位居第 二，高于电子邮件、移动电子商务、移动银行等增值业务。据欧洲研究报告估 计， 2 0 0 5 年的移动定位业务产值为4 3 . 8 亿欧元。 英国剑桥分析与研究报告预测: 移动定位业务产值到2 0 0 6 年为1 8 5 亿美元。 根据美国战略集团的估计， 到2 0 0 5 年 美国的无线定位服务业的年产值将达到4 0 亿美元， 而全球的年产值将为3 0 0 4 乙 美 兀 。 3 g 网络与移动定位业务之间存在着一种相辅相成的关系， 3 g 网络的最大特 点是可以 提供高速的无线数据下载功能，这就为移动定位业务提供了 更加广泛 的发挥空间。 在3 g 高速无线网络的支持下， 可以 利用高精度的定位技术开发出 更加丰富多彩的、 能为用户生活带来便利的移动定位业务， 从而丰富了3 g 网络 中的增值业务，帮助移动运营商提高在移动数据业务上的收入。 在2 g / 2 .5 g的网络里虽然也可以 采用定位精度较高的定位技术，但是由于 受到网络传输速度的限制，定位业务在提供方式上也会受到局限，例如在提供 车辆导航的定位业务时，可以采用高 精度的定位技术对用户驾乘的车辆进行定 位，但是要想把导航信息传达给用户就只能通过文木信息或是实时的语音信息 来实现了。 但如果有了3 g网络高速数据下载的支持， 那么在向用户提供导航信 息时就可以采用实时的语音信息与彩色电子地图相结合的方式来实现。高精度 的定位技术与多媒体的用户界面相结合可以吸引更多的用户来使用定位业务， 从而提高用户的 a r p u值 ( 每单元平均收益) 。 2 移动定位的技术原理 移动终端的位置信息是移动互联网中的关键信息，利用移动定位信息开展 的服务将是移动互联网上的一种特色服务。获取移动定位信息的定位技术及其 定位系统己经成为当前的研究热点。 2 . 1基本的概念 移动定位涉及计算机科学技术、数学和移动无线通信技术等多个学科的知 识，某些有关移动定位的基本概念比较容易混淆，因此有必要首先阐明一些基 本概念。 2 . 1 . 1物理位置信息和抽象位置信息 位置信息可以分为两类: 物理意义上的位置信息和抽象意义_ l 的位置信息。 所谓物理意义上的位置信息，就是指被定位物体具体的物理或数学层面上的位 置数据，例如，g p s可以测得一幢建筑位于北纬 5 0 0 4 7 2 1 ，东经 1 1 0 0 5 6 4 9 ， 海拔 2 0 . 3 米。相对而言，抽象的位置信息可以表达为:这栋建筑 物位于公园的小树丛中或校园的主教学楼附近等等。 从应用程序的角度讲，不同的应用程序需要的位置信息抽象层次也不尽相 同，有些只需要物理位置信息;而有些则需要抽象意义上的位置信息，单纯的 物理位置信息对它们来说是透明的，或是没有意义的。当然，物理位置信息可 以在附加信息库的帮助下，转换并映射为抽象层次的位置信息，在这里，附加 的信息库往往是外部提供的数据源。 不同的定位系统可以提供的位置信息抽象层次也不同。如 g p s是一种典型 的可以提供物理位置信息的定位系统，而移动通信网络中普遍使用的 c e l l i d 定位只能告诉应用程序被定位物体当前所在的蜂窝小区i d 号。 2 . 1 . 2相对位置和绝对位置 定位系统提供的位置数据还有相对和绝对之分。在这里，相对和绝对的概 念与物理学中的相对和绝对的概念类似。绝对位置是指在同一个参照系前提下 的位置， 例如， 所有的g p s 接收设备所提供的经度、纬度、海拔等数据都是基于 同一个参照系的， 在同一地理位置的 两个g p s 接收设备显示的 位置信息是相同 的。而相对位置是在不同的参照系中得出的， 每一个物体都可能有自己的参照 物。处于相同地理位置的物体因为对应的参照物不同，位置数据的读数也可能 不同。 2 . 1 . 3定位精度和定位准确度 定位精度和定位准确度是两个紧密联系的概念，它们之间的关系类似于数 理统计学中置信区间和概率之间的关系。严格说来，如果孤立的指出某个定位 系统的定位精度或定位准确度，都是没有意义的。典型的正确描述应该是: a 定 位系统可以在9 5 %的概率下达到l o m 的定位精度。 其中， 9 5 %”描述的是定位 准确度。定位精度越高， 相应的定位准确度就越低，反之亦然。 不同的应用程序对定位精度往往有着自己特殊的、明确的要求。例如，老 人或儿童监护需要的定位精度为5 0 0 。 以内，而某些室内的应用则可能需要厘米 级的定位精度。美国联邦通信委员会同时对定位精度和准确度作出了明确的规 定:f c c 要求在2 0 0 1 年1 0 月1 号以前所有的 “ 9 1 1 ”呼叫定位服务需要精确到1 2 5 米，而且准确率要达到6 7 %0 通过增加定位设备的密度或综合使用多种不同的定位技术，可以同时提高 定位系统的精度和准确度。 2 . 1 . 4基于移动终端的定位和基于网 络的定位 从定位策略的角度来看，定位系统可以分为基于移动终端的定位和基于网 络的定位两种。基于移动终端的定位是指定位计算是由移动终端自己完成的， 移动终端可以自 行确定自己当前的位置。这种定位策略也称为移动终端的自 定 位，在蜂窝网络中又叫做前向链路定位。 基于 移动终端的定位系统便于保护移 动终端用户的隐私( 这里的隐私是指用户当前的位置信息) 不受侵犯，但是要求 移动终端有较强的计算能力和持久的供电能力。基于网络的定位主要由网络系 统收集待定位移动终端的信息并计算移动终端的当前位置。这类定位策略在蜂 窝网络中又叫做反向链路定位。前一种定位策略需要在用户终端中植入智能模 块，而后者则需要在网络设备中植入智能模块并计算获得位置信息。基于网络 的定位系统要求待定位移动终端发送或广播一些特定的信号，网络系统负责收 集这些信号，并担负起定位计算的任务。在实际应用中，通过一些策略控制， 基于网络的定位系统也可以有效的保护用户的隐私。 如果再对以上的两种定位策略进行细分，前一种定位策略又可以分为基于 移动终端的定位和网络辅助定位两种;而后一种定位策略又可以分为基于网络 的定位和移动终端辅助定位两种。其中网络辅助定位是由网络端辅助移动终端 进行定位测量并由移动终端进行定位计算的定位;移动终端辅助定位是指由移 动终端辅助网络端进行定位测量并由网络端进行定位计算的定位。 2 . 2移动定位技术的分类 定位技术大致可以分为三种类型:基于三角关系和运算的定位技术、基丁 场景分析的定位技术和基于临近关系的定位技术。 2 . 2 . 1基于三角关系和运算的足位技术 这种定位技术根据测量得出的数据，利用 l 何三角关系计算被测物体的位 置，它是最主要的、也是应用最为广泛的一种定位技术。基于三角关系的定位 技术可以细分为两种:基于距离测量的定位技术和基于角度测量的定位技术。 2 2.l i 基于距离测量的定位技术 如图1 所示， 这种定位技术先要测量己 知位置的参考点( a , b , c三点 ) 与 被测物体之间的距离，然后利用三角知识计算被测物体的位置。一般来说，如 果要计算被测物体的平面位置( 即二维位置) ， 那么需要测量三个非线性的距离数 据; 同 理， 如果要计算被测物体的立体位置( 即三维位置) ， 那么需要测量四个非 线性的距离数据。在具体的应用环境下，需要测量的距离数据数目 可能要少一 些。例如在某些定位系统中，参考点总是位于被测物体之上，所以只需要测量 三个距离数据就可以确定被测物体的三维位置。具体说来，距离测量的方法有 三种: 图i基于距离测量的定位技术 1 . 直接测量方法 这种方法通过物理动作和移动来测量参考点与被测物体之间的距离。 例如， 机器人移动自己的探针，直到触到障碍物，并把探针移动的距离作为自己与障 碍物之间的一个距离参数。 z . 传播时间测量方法 在己知传播速度的情况下，无线电波传播的距离与它传播的时间成正比。 这种测量方法需要注意的问题有如下几个: 无线电波的传播特性 因为无线电波在传播的过程中可能会发生反射，而测量端无法区分直接到 达的无线电波和经过反射到达的无线电波，所以容易造成测量的误差。一般的 解决方法是多测几次，求出统计意义上的测量值。 时钟精度 因为无线电波的传播速度很快，所以为了减小测量误差必须使用高精度的 时钟。 时钟同步 参与同一个定位过程的参考点之间必须保证时钟的同步，这样才能保证测 量结果的正确性和精度。如果由 被测物体自己进行测量，那么被测物体和参与 同一个定位过程的参考点必须保证时钟的同步; 如果采用测量往返时间的方法， 那么只要测量端保证足够的时钟精度即可。 3 . 无线电波能量衰减测量方法 已知发射电波的强度，在接收方测量收到的电波强度，以此估计出发射电 波物体距离接收方之间的距离。例如，在理想的传播环境下，无线电波的衰减 与传播距离具有比例关系。实际上 ，无线电波在空间传播时能量的衰减是多种 因素共同作用的结果，而不单单与传播距离有关。具体说来，在一个地形地物 较为复杂的环境中，无线电波信号传播时的衰减会受到反射、折射、多径效应 等多种因素的影响，所以这种利用能量衰减测量距离的方法不如传播时间测量 方法精度高。 2 . 2 . 1 . 2 基于角度测量的定位技术 基于角度的定位技术与基于距离测量的定位技术在原理 匕 是相似的，两者 主要的不同在于前者测量的主要是角度， 而后者测量的是距离。 一般来说，如 果要计算被测物体的平面位置( 即二维位置) ，那么需要测量两个角度和一个it s? 离( 虚线表示) ，如图2 所示。同理，如果要计算被测物体的立体位置( 即三维位 置) ， 那么需要测量三个角度和一个距离。 基于角度测量的定位技术需要使用方 向性天线，如智能天线阵列。 2 . 2 . 2基于场景分析的定位技术 这种定位技术对定位的特定环境进行抽象和形式化，用一些具体的、量化 的参数描述定位环境中的各个位置，并用一个数据库把这些信息集成在一起。 观察者根据待定位物体所在位置的特征查询数据库，并根据特定的匹配规则确 定物体的位置。由此可以看出，这种定位技术的核心是位置特征数据库和匹配 规则，它本质上是一种模式识别方法。 被侧物休x 图2基于角度测量的定位技术 2 . 2 . 3基于临近关系的定位技术 基于临近关系进行定位的技术原理是:根据待定位物体与一个或多个已知 位置的临近关系来定位。这种定位技术通常需要标识系统的辅助，以唯一的标 识来确定已知的各个位置。这种定位技术最常见的例子是移动蜂窝通信网络中 的c e l l 1 d ，如图3 所示。图中黑点表示的是三个待定位物体，它们分别位于三 不同形状的c e l l 中。因为各个c e l l 的位置是已知的，所以待定位物体的位置也 就可以确定了。 卜. 砂 翻 ， 价 如 . c e l l 3 .! 、.，。 洲 夕 一j . - 一 从 一 、 x 11 . 、 c a l l 1 、4 jr砂子，峨:毛:、-、 ， 一 “一“入 节 、 一 洲户 沪 护 产 沙 勺. 日.，咭 ， 、 ， 、 二卜 c e l l f:。认 图3基于临近关系定位技术 ，1 0。 基于临近关系定位技术的应用非常广泛，除了c e l l 工 d 以 外，其他的例子还 有a c t i v e b a d g e l o c a t i o n s y s t e m , x e r o r p a r c t a h s y s t e m , c a r n e g i e w i r e l e s s a n d r e w 等。 2 . 3移动通信中的定位技术 根据定位过程中移动台和通信网络执行功能的不同， 移动定位技术fi 一 分为兰 类:基于网络的定位技术、基于移动台的定位技术和移动台辅助的定位技术。 基于网络的定位技术由一个或多个基站执行测量，在网络侧进行定位结果 的计算。该技术可以支持现有的移动台，然而定位测量一般只能对激活态下的 移动台进行，对处于空闲态的移动台几乎不可能实现。 基于移动台的定位技术由移动台执行测量并计算定位结果。 一般可以选择测 量基站的控制信道信号，这样就允许移动台在空闲态下执行测量。一些辅助信 息( 如基站坐标) 需要山网 络侧提供。 基于移动台的定位技术一 般不支持现有的移 动台。 由移动台辅助实现的定位技术一般由移动台执行测量， 测量结果发送到网络 侧进行计算。相对其它类型的定位技术，它会增加信令时延和网络的信令负载 ( 特别当 移动台是位置信息的需求者时 ) 。 由 移动台辅助实现的定位技术一般不支 持现有的移动台。 目前，主要有以下几种基本移动定位技术可供选择。 2 . 3 . 1小区 i d 获取移动台当前所在小区的i d ， 从而得到其位置信息， 这是最简单的一 种 定位方法，也是当今无线网络中广泛采用的定位技术。另外，它也能为基于位 置的计费和信息需求提供服务。山于小区是任何无线蜂窝系统的固有特性，只 需对当前系统作很少改动就可适用这种技术。小区i d 定位技术可以发展为基于 网络或基于移动台的实现方式。前者由网络获取移动台所处于小区的i d ，无需 对移动台作任何改动，但这样只能在移动台处于激活态下才能进行。后者需要 在每个小区广播本小区基站的地理坐标，移动台根据所在小区的广播信息，获 知自己的位置信息。 基于小区i d 的定位方法的最大优势是响应十分快，而且如果采用基于网络 至1 -8 s 。固定g p s 接收机一般距离间隔为2 0 0 -4 0 0 k m ，形成一个辅助网络。移 动台与 g p s 辅助网络之间的定位辅助信息可以通过s m s 业务流程传送。 a g p s 定位技术相对其它定位技术有很多优点，应用前景很广阔。首 先，它 的精度是所有定位技术中最好的， 而且响应时间适宜: 另外，除了要求建立g p s 辅助网络外，它无需对现有网络中的实体进行任何改动，便于在现有网络基础 上部署应用。不足之处是它需要新型手机的支持。 2 . 4移动定位技术的应用 2 a. 1定位技术的比较 灵活多样的定位技术为位置业务的开展提供了多种技术选择和解决方案， 在选择移动定位技术时，应考虑以下关键因素: 定位精度是定位技术性能最重要的体现。 不同的基于位置应用所需要的 定位精度水平差异很大。基于位置的计费或信息服务等业务只需达到小区级别 精度即可。但对于紧急业务和车辆导航等，人们普遍认为要达到l o o m 左右的精 度刁有效。对精度的要求很大程度上决定了定位技术的选择。 覆盖能力是定位技术性能的另一重要体现。在移动通信网络中，随着业 务量的不同，城市、郊区和偏远地区基站的密集程度有着相当大的差异。在使 用微小区的一些城市中心，基站之间距离只有 一 二百米，而偏远地区则可能达 到几十千米甚至上百千米。这样，对于那些依赖于网络多点测量的技术，很难 保证定位网络的连续覆盖。 配置代价是运营商最为关注的因素。 显然， 可能采用的定位技术的性能 是很重要的，但还需要考虑其它因素，因为并非最好的技术就是最佳的选择。 无论部署哪种定位技术，都需要对网络设备进行更新升级。一般来说， 精度高 的定位技术需要更高的软硬件配置，从而增加了运营成本。当定位技术性能处 于可接受范围时，运营商更倾向于选择代价较小的技术方案，毕竞盈利是其最 终目的。 是否能支持现有移动台也是必须考虑的问题。 原因之一是更换现有的移 动台是一笔不小的开支，用户可能会因无力承受而放弃或延迟选择位置服务。 另一个原因是非话音业务往往会因手机销售商无力及时提供批量产品而受阻碍 或延误。 w a p 就是例子，是先提供网络基础设备，而后才有终端产品。我们不能 奢望这种情况会在定位应用中改变，因为上面提到的各种定位技术都需要新型 手机支持。不同定位技术的比较见表一。 一般-般一好 差-一一一较 取决于小区大小 支持 5 0 0 .左才 : 非常好 较差 支持或需要软科 升级 1 0 0 -5 0 0 .较差一 般 完全支持 i9 -f 1y q m 100-500. 升 飞 川 气 需要软件升级 信 琴到 达1 3 0 0 . t, :l , 一般j 高 完全支持 l o o m 左右 5 - 5 0 . 需要软件升级 不支持 好一好 表 . 不同定位技术的比较 2 . 4 . 2定位系统配置方案 尽管基于位置的服务有巨大的市场潜力，而且有多种不同性能指标的定位 技术可供选择，但是一些无线网络运营商在面对如此多的变数时，仍感手足无 措。应该首先配置哪些应用?定位技术的精度应该多少?何种配置能提供更好 的兼容性以保护投资?图 9给出一种基于移动定位中心的解决方案。该方案正 是许多网络运营商所采用的， 并为很多基础结构销售商所推介。 从图9 中可见， 一个称作移动位置中心( m p c ) 的网络实体将定位技术的选择与位置应用的选择 隔离开来。位置信息透明地在位置应用与支持不同移动定位技术的定位实体 ( p d e ) 之间传送。 位置应用不必关心获取位置信息的具体技术细节， 只需传送本 次定位请求的一些参数。由m p c根据需求，选择不同移动定位实体来执行定位 过程。 图9 基于mp c的定位系统结构示意图 m p c 是移动网络和位置相关应用间的网关。 m p c 所包含的用户信息数据库可 以对位置信息的请求方进行鉴权，确保只有得到授权的实体刁能获取用户的位 置信息o m p c 还可以 缓存移动台最近一次定位结果， 在有效期内， 这样可以 重复 利用以前的定位结果， 提高响应速度， 减轻系统负担。 p d e 是与具体定位技术相 关的网络单元，侮个 p d e支持一种或多种定位技术，并覆盖一定的区域。当需 要定位时， 由p d e 协调其它网络实体( 包括基站、 m s c 和移动台等) ， 执行定位过 程。 m 1(返回的位置信息一 般以 经纬度形式表示， 这样的信息对一般终端用户来 说是没有实际指导意义的。不同的位置应用需要根据业务特点将之转化为类似 街道名称等容易理解的信息，并与必要的辅助信息一起发送给终端。 在这种基于移动定位中心的方案结构支持下，网络运营商可方便地试验新 应用、新定位技术、新服务内容或其它移动设备迅速地响应市场需求，并为不 同的业务制定不同的价格方案。该结构允许无线网络运营商利用目前的技术实 现一些基于位置的服务，而且对未来的新技术有很强的适应能力。 从移动定位市场起步，应对位置服务市场进行必要分割，以向不同客户群 提供不同的服务。灵活多样的定位技术为此提供坚实的技术支撑。若采用其中 简单的技术，原有的通信网络和用户手机无需作任何调整和改变，或只需讲行 软件升级即可，它们的存在是位置业务迈开至关重要的第一步。其它一些相对 复杂的技术，虽然需要对网络和移动台作调整，但能提供更高的定位精度。选 择不同的技术方案不仅需要考虑技术上的问题( 如精度和覆盖能力等) ，还要考 虑其它一些非技术因素，它们共同决定了位置业务发展的前景。 3 wa p 技术体系结构 因特网和移动通信是近年来发展迅速的两种技术。它们的出现，极大地影 响和改变了人们的生活、工作方式。但在较长一 段时间内，通过移动设备访问 因 特网还只是人们的一个梦想。 w a p ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o n p r o t o c o l :无线 应用协议) 就是在这样一种背景下产生并发展的。w a p 的出现，将大大加快移动 通信与因特网结合的步伐。 3 . 1 w a p的定义 w a p 协议是一个应用环境和无线设备的通信协议集。 其设计目 标是用一种与 制造商、销售商无关以及与技术无关的方式实现无线设备对因特网和高级电话 服务的访问。事实上，我们可以将 w a p看作一个简单的协议，定义了无线移动 设备与网络中的固定服务器进行通信的标准方式。 3 . 2 w a p 的起源和发展 3 . 2 . 1 w a p 的起源 1 9 9 7 年中期， 世界) l 个主要的移动设备制造商m o t o r o l a , n o k i a , e r i c s s o n 和美国一家软件公司 p h o n e . c o m 作为最初的发起者成立了w a p 论坛，开始进行 w a p 协议的开发。 目的是定义一种将服务器上的内容进行过滤， 以适合移动终端 通信的标准方式，为移动通信中使用因特网业务制定统一的应用标准。 w a p 论坛的成立过程在一定程度上体现了w a p的开放本质。1 9 9 7 年初期， 美国一家网络运营商o m n i p o i n t 提出要提供移动信息服务。这一意向很快就收 到一些大公司的回复。 但它们各自 使用自己 所专有的技术。 o m n i p o i n t 明确指出， 应该开发一种公共的开放标准。 最终e r i c s s o 。和 m o t o r o l a加入到 n o k i a和 p h o n e . c o m的队伍当中，成立w a p 论坛，联手开发w a p 协议。 3 . 2 . 2 w a p的发展 w a p论坛的成立，极大地推进了w a p