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北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 精定位平台中定位算法的研究与应用 摘要 随着位置服务业务的推广和逐渐普及，人们对定位精度的需求也 逐渐提高，应运而生的便是能为这些业务提供高精度定位的精定位平 台。本文所述精定位平台遵循o m a ( 0 l p e nm o b i l e a l l i a l l c e ，开放移动 联盟) 制定的s u p l ( s e c l l r eu s e rp l 柚ek a t i o n ，安全用户平台定位) 规范、3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o np a m l e r s h i pp m j e c t ) 制定的r r l p ( r a d i o r - e s o u r c cl c s p r o t o c o l ，无线资源定位协议) 规范和中国移动制定的 a - g p s ( a s s i s t c d g l o b a lp o s i t i o ns y s t 锄，辅助全球定位系统) 规范。该 平台应用g p s 伪距单点定位算法来计算辅助数据和用户位置。 本论文结合作者的理论和实践工作，详细介绍了作者在研究过程 中的主要工作。作者的主要工作分为两部分：第一部分是提出了精定 位平台的系统结构，并将其实现；第二部分是研究g p s 伪距单点定 位算法并将它运用到精定位平台中。 本文首先从位置服务的市场背景、主流定位技术、精定位平台所 涉及的几类国际标准以及精定位平台本身等方面进行了简要介绍。 第二章对精定位平台的实现进行了详细阐述，介绍了精定位平台 的总体结构和定位平台子系统( s i j l p l 【脱a t i o np l a t f o m ，s l p ) 模块的 实现。其中重点描述了精定位平台与外部实体之间的主要接口、s l p 子系统中的主要功能实体以及关键的数据结构。 第三章主要阐述了论文作者对于精定位算法的研究，并详细介绍 了该算法在精定位平台中的应用，主要包括g p s 导航电文到位置计 算用数据的转换、g p s 伪距单点定位算法、辅助数据的计算和封装以 及终端位置的计算等几个部分。 最后一章结合当前的市场状况对精定位平台的应用进行展望，同 时对平台的算法提出了改进意见。 关键词安全用户平面定位精定位平台g p s 伪距单点定位 皿i 江s a r c ha n da p p l i c a t l 0 no f l o c a t i o na l g o i u t h mi nt h e p r e c i s el o c a t i o ns e r c ep l a r f o r m a b s t r a c t w l t ht h cw i d es p r e a do fl o c a t i o n - b a s e ds e r v i c e s ，t h ed 锄柏df o r p 托c i s cl o c a t i o ns e r v i c c sh 勰g r e a t l yi n d r e a s e d t h ep r e c i l o c a t i o n s e r v i c ep l a t f b 蛐e m c r g e dt om c c tt h i sd e m a n d t l l ep l a t f b 衄d e s 嘶b e di n t h i st 1 1 e s i si sal o c a t i o np i a t f o 衄w h i c hi si m p l 锄e n t c db a s c do nm e s u p l ( s e c u r eu s c rp 1 柚eio t i o n ) s p e c i f i c a t i o nr e l e a s e db yo m a ( o p e n m o b i l ea 1 1 i a n c e ) ，t h e 砌也p ( r a d i or e s o u r c el c sp r o t o c 0 1 ) p u b l i s h e db y 3 g p p ( 3 r d g 钮e 枷o n p 扪e r s h i pp r o j e c t ) a n d t h ea - g p s ( a s s i s t e d g l o b a l p o s i t i o ns y s t 锄) s p e c i f i c a t i o nr e g l l l a t e db yc h i 眦 m o b i l e na d o p t st 1 1 es t a i l da l o n ep o s i t i o n i n ga l g 嘶t h mt oc o m p u t et h e 勰s i s t i n gd a t aa n du s c r s p o s i t i o n c o m b i n gm e 肌t l l o r st h e o 可r c s e a r c ha n dp r a c t i c e ，t h i st h e s i s a d d r c s sm a i nw o r kd o n eb yt h ea u t h o r t h em a i nw o 呔i n c l u d e 押op a n s ： t h ef i r s tp a r tp 1 c s e n t sm es y s t e ma r c h i t e c t u r eo ft h ep r e c i l o 洲o n s e i c ep i a t f o 衄锄di m p l e n l e n ti t ；t h es e c o n dp a np r c s e n t st 1 1 er e s e a r c h o nt h es 伽a l o n ep o s i t i o n i n ga l g o r i t h mi nt 1 1 ep r e c i s el o c a t i o ns e n ，i c e p l a t f o 衄 f i r s t l mt h i sm e s i sb r i e f l yi m r o d u c e st h em a r k c t i n gb a c k g r o u n d ，m e m a i np o s i t i o n i n g 妣h n o l o g i e sa n dt h er c l a t e di n t 锄a t i o n a ll o c a t i o n s p o c i f i c a t i o 衄o fp r e d s el o c a t i o ns e r v i c cp l a t f 0 皿a l s o ，t h eo 俐e w0 f t h ep r e c i s e1 0 c a t i o np l a t f 0 皿i si n c l u d e di nc h a p t e ro n c i nc h 印t e r t w o ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ft 1 1 ep r e c i s el o c a t i o np l a t f 0 衄 i se x p l a i n c di nd e t a i l s ，w i mm a i nf o c u so nt h eg e n e r a la r c l l i t c c t l l r co ft h e p l a t f - o ma n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft l l em o d u l eo fs u p ll o c a t i o n p l a t f 0 皿( s l p ) 1 1 1 i sc h a p t c rd e s c r i b 骼m em a i ni n t e r f a c e sw i t ho t h e r e x t 咖a le n t i t i e s ，t h em a i nf i l n c t i o n a le n t i t i 髓o fs l pa 1 1 dt h ek e yd a t a s n l l c t u r e s i nc h 叩t c rt 1 1 r ，t h et 1 1 e s i sf - o c u s c so nt h er e s e a r c ho fn l ep o s i t i o n i n g a l g o r i m 1 l a i l di t s i m p l e m e n t a t i o n i nm ep l a t f i o m ， i n c l u d i n g t h e c o n v e r s i o no ft h eg p sn a v i g a t i o nm e s s a g e st o 百n e 耐n gu n i t s ，t h e s t a l l da l o n ep o s i t i o nc a l c u l a t i o n ，t h ec a l c u l a t i o na n de n c 印s u l a t i o no f a s s i s t i n gd a t a ，a n dt h ec a l c u l a t i o no f t l l et 锄i n a l sp o s i t i o n t h el a s tc h a p t e rg i v e sap m s p e c to ft h el o c a t i o np l a t f o n nb a s e do n t h ec u m m tm a r k c ts i t i l a t i o n m e a i l t i n 忙，t h et h e s i sp r o p o s e ss o m ea d v i c c s o nt h ei m p r o v 锄e n to fm ep o s i t i o n i n ga l g o r i m m ， l 江yw o i ss e c u r eu s c rp i 柚el o c a t i 衄i n g p 僦i s el o c a t i o np l a t f o 衄 s t a n da l o n ep 0 s i t i o nc a l c u l a t i o n 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： ! 圣：篓1 日期： 2 塑) ：；：呈盘 导师签名：_ 豸l 互牡日期：盟 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 1 1 移动位置服务综述 1 1 1 概述 第一章综述 随着社会的发展，人们的活动范围越来越大，而且越来越不确定。这种移动 性和不确定性给移动通信带来市场和挑战的同时，也为位置服务的开展和扩大带 来了无限商机，作为移动通信网提供的增值业务，移动位置服务正在悄然兴起。 移动位置服务( l o c a t i o nb 嬲c ds e i c c ) 又称定位服务，是利用一定的技术 手段通过移动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，为用户提供相应服务的一种增值业务 移动位置服务首先从美国发展起来。移动位置服务的提出源于用户在紧急呼 叫时，用户无法知道自己所处的位置，给救援工作带来很多不变。因而1 9 9 6 年 美国联邦通信委员会( f c c ) 公布了e 一9 1 1 ( e m 锄弘wc a l l 9 1 1 ) 定位需求，其中 要求在2 0 0 1 年1 0 月1 日前，各种无线蜂窝网络必须能对发出e 一9 11 紧急呼叫 的移动台提供精度在1 2 5 m 内的定位服务，而且满足此定位精度的概率应不低于 6 7 ；并在2 1 年以后，提供更高的定位精度及三维位置信息。 由于位置服务影响深远，各国对定位业务都非常重视。 韩国制定了定位服务产业培育计划，把位置服务作为一项非常重要的产 业进行培育。韩国信息通信部成立了由运营商、设备制造商及终端厂商构成的“定 位服务产业协会”以促进该业务的发展。2 0 0 4 年7 月，韩国最大的移动运营商 s k 电讯率先推出全球首项保障儿童安全的网络定位服务i d s ，它利用g p s 定 位技术和s k 电讯的移动网络来确认孩子当前的位置和活动路径，一旦孩子的活 动超出设置的范围时，就会自动发出报警短信。同时，i d s 还提供了放心区域 位置自动通报、活动路径追踪、位置自动显示等便于家长了解儿童安全状况的服 务。而且当遇到紧急情况时，孩子只要按动手机上的紧急键，就可以同四位预设 的人士取得联络，免去了孩子在危急时无法记忆亲人电话号码的困挠。另外，s k 电讯的位置服务相当全面，覆盖了车载和个人市场。 日本是目前全球定位业务发展最好的国家。日本已经在商业应用中采用了高 精确度的定位技术。在政府部分资金的支持下，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。d o c o m o 推出的i a r e a 定位业务 使得手机用户不管走到哪里都可以得到各种有价值的位置信息，包括气象信息、 3 北京邮电大学硕士学位论文 精定位平台中定位算法的研究与应用 电子地图、美食家、交通信息、及住宿信息等服务。k d d i 推出的“轻松导航业 务”可以为用户提供包括电子地图、餐馆指南、火车时刻表、城市指南、天气等 位置相关信息。 欧洲各国在商业移动定位业务领域的整体情况仅次于亚洲，欧洲的移动运营 商非常看好移动定位业务，认为该业务可以为其带来巨额盈利。英国的0 m n g e 运营商推出了“f 访d & s c c k ”业务，德国的e p l 璐运营商推出了“f i l l d 玎”业务， v o d a m e 、奥地利的0 n e 等运营商也推出了各自的定位业务。 中国的位置服务业务开始于2 0 0 1 年5 月，北京移动基于移动梦网卡推出位 置服务，随后各省陆续推出。而中国联通于2 0 0 3 年7 月推出定位之星业务。位 置服务业务在中国已经发展了4 年多，但一直是不温不火，现有位置服务大都属 于“模糊定位”的初级位置服务，且产品有限，再加上主要角色推广力度不高， 用户的潜在需求并没有释放出来。 1 2 主流定位技术介绍 1 2 1c e l l i d 州隗定位技术 c e l l i d + 1 隗定位是一种最简单的定位方法，它根据移动台所处的小区d 号和信号到达的时间提前量来确定用户的位置。移动台所处的小区d 号是网络 中已有的信息。移动台在当前小区注册后，在系统的数据库中就会将该移动台与 该小区d 号对应起来。结合信号到达的时间提前量，在小区的覆盖半径内得出 粗略的位置，如图卜l 所示： 图1 1c e l l + 1 r 定位技术示意图 c e l l i d 啊a 定位技术无需特定终端和升级现网设备，定位技术也比较简单。 但是定位精度低，定位误差取决与小区半径。它只能给用户带来有限的用户体验， 多被作为辅助或备用定位技术。这种技术在行业用户中应用比较广泛，比如物流 调度、出租车调度、警力调度等。 4 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 1 2 2t o a t c i a ( t i m eo fj 州v a l ) 定位法的基本思想是测量移动台发射信号的到达时 间，并且在发射信号中要包含发射时间标记以便于接收基站确定发射信号所传播 的距离，该方法要求移动台和基站的时间精确同步。为了测量移动台的发射信号 的到达时间，需要在每个基站处设置一个位置测量单元l m u ( 圳 m e 觞u r 锄e n tu i l i t l ，为了避免定位点的模糊性，该方法至少需要三个基站和位置 测量单元参与测量，如图卜2 所示。 图1 2 t d a 定位技术示意图 通过已知b t s l ，b t s 2 ，b t s 3 三个基站的经纬度坐标，以及信号到达b t s l ， b t s 2 ，b t s 3 三个基站的时间，可以建立一个关于移动台x 位置的非线性方程 组，当t o a 存在一定误差时可能无解，可以采用最小平方误差和方法求解。使 基站同步最常用的方法是在基站上安装固定g p s 接收机，移动台可通过基站的 同步信道建立与蜂窝系统的同步。 m 定位法是一种基于网络的定位技术。该方法的优点在于对现有的移动 台无需作任何改造定位精度较高并且可以单独优化，定位精度与位置测量单元 的时钟精度密切相关。该方法的缺点在于每个基站都必须增加一个位置测量单元 并且要做到时间同步，移动台也需要与基站同步，整个网络的初期投资将会很高； 发射信号中加上发射时间标记，会增加上行链路的数据量，当业务量大时，网络 的负担会加重；即使在位置测量单元时钟精度很高的情况下，到达时间的测量仍 然会受到多径效应的影响；如果移动台无法和三个以上的位置测量单元或者基站 取得联系，定位将会失败；定位时间较长；由于要向多个基站发射信号将会增 北京邮电大学硕士学位论文 精定位平台中定位算法的研究与应用 加移动台的功耗。 1 2 3t d o a t d o a 即t i m ed i 丘h c eo f a r r i v a l 。t d o a 定位法的基本思想是测量移动台 发射信号到达不同基站的对间差。该方法不需要移动台和基站的时闻精确同步， 但是各个基站的时间必须同步。为了测量移动台的发射信号的到达时间差，需要 在每个基站处设置一个位置测量单元。根据几何原理可知，由平面上的一动点到 两定点的距离为一常数的轨迹是一条双曲线，如果距离的正负已知，那么该轨迹 就为双曲线的一支。由发射信号到达两个基站的时间差可以确定一条双曲线，为 了确定移动台的位置，至少必须有两条相交的双曲线，因此最少用三个基站可以 确定移动台的位置，如图卜3 所示： b t s l b t s 3 1 j 囤1 3t i ) o a 定位技术示意图 通过已知b t s l ，b t s 2 ，b t s 3 三个基站的经纬度坐标，信号到达b t s l ， b t s 2 ，两个基站的时间差，以及信号到达b t s l ，b t s 3 两个基站的时间差，可 以建立一个关于移动台x 位置的非线性方程组。通过解此方程组可以得到移动 台的位置。 ) o a 定位法是一种基于网络的定位技术。该方法与t o a 定位法类似，相 比于t o a 定位法主要有以下优点：无需移动台与基站同步，也无需在上行链路中 发送发射时间标记。 1 2 4e o t d e 一0 t d 即e 1 1 l l 龃c 。do b s e f v 。dt i m ed i 侬。e 0 1 巾定位法的基本思想是 由移动终端根据对本服务小区基站和周围相邻几个基站的测量数据，计算出它们 的时间差，时间差被用于计算用户相对于基站的位置。 e 一0 t d 可利用的基本量有三个：观察时间差0 1 r d ( o b s e r v e dn m e 6 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 d i 侬删、真实时间差舯限e a lt i m ed i 腩r 饥c e ) 和地理位置时间差g 1 d ( g 锄e 研ct i m ed i 侬彻c e ) 。0 1 巾是移动台观察到的两个不同位置基站信号的接 收时间差；r 1 d 是两个基站之间的系统时间差，i 盯d 的值可以由网络提供；g t d 是两个基站到移动台由于距离差而引起的传输时间差，可以用来决定两个基站到 移动台的距离差。这三个量之间的关系为：o ，b r l r i ) + g t d ，如图卜4 所示： b t s l b t s 2 圉l 4 e 册定位技术示意图 移动台距离b t s l ，b t s 2 的位置的距离差为g 1 m c ，通过o t d 、r t d 和 g t d 三者之间的关系，可以推算出g t d c o t d r t d ) c ，在己知0 1 d 和 r t d 的情况下，可以解出移动台到两个基站的距离差。建立如t d o a 定位技术 的方程组可以解出移动台的坐标。 e 旬t d 定位法既可以在移动终端实现也可以在网络侧实现即由网络提供 辅助参数r t d ，由移动台终端设备完成定位计算；或者由移动台终端设备提供 辅助参数0 1 巾，由网络端完成定位计算。 b 0 r m 定位法的优点是无需增加移动台的额外费用，只需对移动台的软件 进行更新；定位时间优于t o a 或) o a 定位法：相比于t c l a 和1 d o a 定位法， 移动台毋须向多个基站发送测量信号，节省了功耗。该方法的缺点在于受r 1 1 ) 和0 1 d 的影响，定位精度较低但基本满足大部分定位需求；多径效应也将影响 定位精度；如果移动台无法和三个以上的位置测量单元或者基站取得联系，定位 将会失败。 1 2 5a g p s 采用g p s ( g l o b a ip o s i t i o ns 蜘锄，全球定位系统) 直接对移动台定位，首 次定位可能需要l o 分钟左右的时间。为了克服g p s 的缺点，出现了称为a g p s ( a s s i s t e d g p s ) 定位法，通过传输一些辅助数据，可以大大缩小定位码搜索窗 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 口和频率搜索窗口，使得定位时间降至十几秒钟。 服务器包括一个射频接口以同移动台通信，服务器本身具有静止的g p s 接 收器，其天线可连续监测整个天空所有可视卫星信号。当移动g p s 接收器想确 定自己的位置时，服务器将卫星信息通过射频接口传输过来，信息包括可视g p s 卫星的列表和其它能辅助g p s 接收器实现与卫星同步的数据。在大约十几秒内， 移动g p s 接收器收集到足够的信息，计算自己的地理位置并将之传送回服务器。 服务器然后结合卫星导航信息确定该移动台的位置。如图卜5 所示： 图l 5 辅助g p s 定住技术示意图 利用服务器辅助的g p s 定位法，移动台不需要连续追踪卫星信号，大大节 省了功耗。而且，只需要同步伪随机噪声码丽不需考虑信号中的卫星导航信号。 令外，a - g p s 也可提高精度。因为静止g p s 接收器的实际位置是己知的，其实 际位置与测量到的位置之差可以用来校正移动g p s 接收器位置的计算结果，部 分抵消了民用g p s 服务的一些不精确性。 辅助g p s 定位法由于采用了g p s 系统，定位精度较高。但是需要在用户终 端中安装辅助g p s 芯片，更换后的手机的成本、体积、功率将增加。 1 3 移动定位国际标准 1 3 13 g p p 3 g p p ( 3 r dg 锄训i o np a m l e r s h i pp r o j e c t ) 在t s 0 3 7 l 和t s 2 3 2 7 l 等规范中研 究了移动定位服务，在网络中引入了g m l c ( g a l 删a ym o b i l el 舭a l i o nc 肌t 盯， 移动定位中心网关) 和s m l c ( s e r v i n gm o b i i el o c a t i o nc 胁t 盯，服务移动定位中 心) ，图卜6 是3 g p p 制定的移动定位服务网络参考模型。 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 图1 - 6 3 g p p 移动定位服务网络参考模型 g m l c 是l c s ( k c a t i o ns e r v i c e s ，位置服务) 客户端接入p u m q ( p u b l i cl a n d m o b i l e n 咖。出，公众陆地移动电话网) 网络的第一个物理实体，也是移动定位的 核心功能实体，主要完成隐私鉴权、路由查询以及同m s c ( m o b i l es 埘t c hc 锄t 哪 交互获取移动终端的经纬度信息等功能。 s m l c 负责管理定位移动终端时的无线资源调度和协调管理，并将底层网络 取得的测量参数转换为移动终端的经纬度信息和精确度。 3 g p pt s 0 3 。7 l 和t s 2 3 。2 7 l 中的定位服务基于控制平面，可以提供e - o t d 、 a g p s 、1 1 ) o a 等定位方式，但需要在r n ( r a d i on e 咐。止) 和c n ( c o r enc t 、j r i ( ) 增加相关网元并修改相应的流程，同时需要增加和修改相应的信令来支持定位业 务，实旌代价比较大。 1 3 2o m a 当前a g p s 能够提供比其它标准定位技术更高精度的位置信息。但是基于 控制平面的a g p s 需要对现有网元和接口进行修改，实施代价比较大。因此0 m a ( o p m o b i l e l i 锄嘲组织制定了基于用户平面的定位技术规范s m u s e c u r e u s c fp l 姐el o c a t i o n ) ，该规范仅仅需要对网络进行很小的改动，并要求完全支持 i p ( 1 1 1 t 锄e 【p m t o c 0 i ) 就可以了。该方案可以很容易被部署。图卜7 是o m a 组织 的双j p l 定位规范的网络结构模型。 q 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 图1 7 0 m a 位置服务网络结构模型 s u p l 移动定位平台由s u 】p l 位置中心s l c ( s u p ll 烈斌i c 舶t 哪和s u p l 定位中心s p c ( s u p l p o s 硒c e m 哪组成。s l c 和s p c 可以被整合到一个物理系 统中去。l 坤接口位于s l p ( s u p l l o c a t i p l a 响m ) 和s e t ( s u p l e n a b l e 胁l i i l a l ) 之间。l i l p 接口用于传递s u p l 业务管理消息和s u p l 定位判断消息。s l c 通过 用户平面与移动终端进行交互时执行s u l 隐私功能、s u p l 初始化功能、s u p l 安全功能、s u p l 漫游支持功能、s i j l l 计费功能、s u p l 业务管理功能以及s u p l 定位计算功能，同时s l c 可能执行网络标识到经纬度地理信息点的翻译。s p c 支持s u p l 辅助发送功能、s u p l 辅助信息获取功能、s u ，l 位置计算功能。 s u p l 定位平台仅需要移动网络支持口承载，在网络侧新增s u p l 定位平台 和g p s ( 一o b a lp o s i t i 蚰s y s t 锄) 参考设备，同时移动终端侧增加支持s u p l 协议的 客户端软件，整个系统实施代价比较小，从而成为各大运营商部署移动定位平台 的首选方案，很多设备厂商和移动终端厂商都提供了支持s u p l 的设备和终端。 1 4 精定位平台综述 精定位平台( s l 丌) ll d t i p l a 怕锄) 是遵循0 m a - s i j l ，l 规范及其涉及的 3 g p p r r l p 规范和中国移动a g p s 规范的定位平台。a g p s 技术能够提供比其 它标准定位技术更高精度的位置信息，但是基于控制平面的a g p s 需要对现有 网元和接口进行修改。s u i l 提供基于用户平面的定位技术，仅仅需要对网络进 行很小的改动，并要求网络支持口就可以。s u p l 能够传送定位辅助信息如g p s 辅助信息，并且可以在终端和网络之间传送定位技术相关的协议。s u p l 最大程 度上利用现有的协议。在初始阶段，s u p l 能够提供a g p s 的全部功能。 本文所述的精定位平台系统是s i j l ) l 的核心定位平台，逻辑上分为业务中心 ( s l c ，s u p ll o c t i o nc 饥t 哪和定位中心( s p c ，s u p lp o s i 6 砌n gc 饥t 哪，分别相 1 0 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 当于网关移动位置中心( g m l c ) 和服务移动定位中心( s m l c ) ，对外提供基于 s u p l 技术的定位能力。定位中心中利用g p s 伪距单点定位算法来求解g p s 辅 助信息和终端位置。 北京邮电大学硕士学位论文 耪定位平台中定位算法的研究与应用 第二章精定位平台的实现 2 1 精定位平台系统总体结构 2 1 1系统总体结构视图 精定位平台的系统总体结构如图2 一l 所示： 2 1 1 1l u p 接口 l g s 图2 - i 精定位平台系统总体结构图 工呷接口遵循o m a t s u l p v l 妣0 0 5 0 6 2 7 d ，协议和中国移动位置业 务l 坤接口协议技术规范2 0 0 6 0 9 1 3 s l p 平台与s e t ( s u p le n a b l et c 彻i n a l ) 的通信主要通过l 叩接口来实现， l i i p 接口使用t c p ，口作为传输协议，以u l p ( u s 盯p l a n e 【d c a t i p m t o c 0 i ) 作为应 用层协议 在网络侧发起定位请求的情况下，s l p 通过l u p 接口与眦”p p g 建立连接 向s e t 发起定位请求，s e t 通过l i i p 接口建立与g g s n ( g p r s 网关支持结点) 的t c p 口连接，整个后续的定位流程是通过此链路来完成；在s e t 侧发起的请 求的情况下，s e t 首先通过【坤接口建立起与g g s n 的连接，其与s 凹平台的 后续通信都通过此链路来实现。 u l p 协议消息列表如表2 1 所示： 1 2 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 该消息用于网络发起的s u p l 业务请求。 s u p ls t a r t 此消息用于s e t 向s l p 发起s u p l 会话。 s u p lr e s p o n s e在s e t 发起的位置请求时s l p 对s u p l s t a r t 消息的响应。 s u p l p o s 该消息用于s l p 和s e t 之间交换定位消 息( 封装3 g p pr r l p ) 。 s u p l p o si n i t 该消息用于s e t 向s l p 发起定位协议会 话。 s u p l e n d此消息用于s l p 或者s e t 结束s u p l 会 话。 表2 1u 】卫协议消息列表 u l p 协议中的s i j l l p o s 消息主要用于s 凹和s e t 之间传送a g p s 辅助数 据，辅助数据的传送是通过r r i p 协议来实现的，r r l p 协议作为s u l l p o s 消 息的p a y l o a d 进行传送。r r l p 协议消息列表如表2 2 所示： 辫恳虿：- 7 ”： 。+ 一样。_ 。，。、甲“”? “蜀 m e a s u i p o s i t i o n s l p 向s e t 请求位置测量或位置估计 r 叩e s t m e a m l r ep o s i t i s e t 向s l p 的响应 r e s p o 脚 a s s i s t a n d a t as l p 向s e t 传送辅助数据 a s s i s t a n c ed a t as e t 向s l p 的确认 a c h o w l o d g 锄e n t p r o t o le 盯o r s l p 和s e t 之间指示消息错误 2 1 1 2l e 接口 表2 - 2 i u u l p 协议消息列表 l e 接口遵循中国移动位置业务l e 接口协议技术规范v 2 o o 。 a p p i i c a t i o n ，s 切吼a g 锄t 通过l e 接口向s l p 平台发送位置服务请求，此接口 的应用协议为m l p 协议，m l p 协议由h r r p 协议作为传输协议，以札来描 述消息体内容。m l p 协议的请求和相应消息体部分都是由两部分组成：消息头 和消息体。消息头包含了s p 标识、主叫用户标识以及其他有关信息，消息体包 含了请求内容。 a p p l i t i o i l s 切，l a g e n t 通过h 下r pp o s t 方式发送定位请求到s u p l s l p 。 请求行格式为：p o s t s p h o s t 铲h r r p ，1 1c l 也f 。 请求中必须包含实体头c o n o 即t 1 e 1 1 9 i l l ，请求的消息体是m 。格式的请求消 息，其长度由c o n t e n t 1 印g i l l 指定。 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 m l p 协议三条主要消息如表2 3 所示： = 消息名、 描述。二：， 二、。一受 m l p s l i rs t a n d 缸dl o c a t i o ni 嘞e d i a t er e q u 嚣t 网络侧s u p l 代理向s l p 发起定位请求 m l p s l i as t a n d a r dl o c a t i o ni m m e d i a t ea i i s w e r s l p 向网络侧s u p l 代理返回定位结果 g e mg e l l e r a le n 甜m 嚣s a g e s l p 向网络侧s u p l 代理返回通用错误消 息。 表2 3 m l p 协议主要消息列表 m l ps l 认和g e m 两个消息都可以返回定位错误消息，但是中国移动对哪 种错误信息采用哪种消息返回都进行了详细的定义，具体参照中国移动基于位 置业务l s p 设备技术规范。 2 1 1 3l r 接口 h 接口遵循 完成网络s u p l a g e n t 发起的定位请求的接收、资源分配、返回定位结果； 完成s e t 发起的定位请求的接收、资源分配、返回定位结果； 完成漫游s l p ( r - s l p ) 或归属s l p ( h s l p ) 发起的定位或位置转换请求的 接收、资源分配、返回定位结果； 2 s u p l 查找和路由功能：该功能完成对目标s e t 的各种检查确认。主要包括 以下几方面功能。 检查s e t 是否支持s u p l ； 检查s e t 是否漫游，并返回漫游s l p 地址等； 北京邮电大学硕士学位论文 耩定位平台中定位算法的研究与应用 查找s e t 的归属s l p ，返回其地址。 3 s u p l 隐私功能：该功能用以确保用户的隐私得到保护。主要包括以下几方 面功能。 对网络侧和s e t 侧发起的业务请求进行目标s e t 用户的隐私检查： 检查并遵守目标用户的通知和确认设置。 4 s u p l 初始化功能：该功能完成s l p 与s e t 的定位过程的建立。主要包括以 下几方面功能。 对于网络侧发起的请求，主动向s e t 发起s u p l 事务( 提供两种方式 w a j pp a p 和s m s ，中国移动采用w a pp a p ) ，接收s e t 的回应建立定 位过程： 对于s e t 侧发起的请求，向s e t 应答，接收s e t 的会话建立定位过程。 5 s u p l 安全功能：该功能完成s u p l 网络和s e t 之间的相互鉴权、验证，包 括s l p 、网络侧s u p l 代理和s e t 侧s l 代理。目前以系统内部提供方式 实现，但以后必须完全过渡到中国移动规范规定的方式。 6 s u p l 漫游支持功能：s u p l 漫游发生在s e t 离开h s l p 的服务区范围，即 作为h s l p ，请求v - s l p 提供初始的位置估计，即对漫游地c e l li d 进行 经纬度转换。 7 s i j l ，l 计费功能：s i j l l 计费功能主要负责s l p 的计费活动，包括对位置请 求应用、s u p l 代理、s e t 用户的计费。完成不同业务请求的计费信息记录， 产生相应的话单。 8 s u p l 业务管理功能：该功能负责管理s e t 的位置信息，对s e t 位置信息进 行存储、提取和修改。 2 1 1 6s p c ( s u p lp o s i 廿o nc e n t e r 对应o m a 规范中所指的s u p l p o s i t i o n i n g f u n c t i 伽i a l g r o u p ，具体包括以下 几方面： 1 s u p l 辅助数据传送功能：该功能产生并传送可用的辅助数据，这些数据用 于s e t 位置的测量和计算；辅助数据的传送是基于由s u p l 参考数据获取功 能获得的g p s 参考信息的子集、s e t 能力、s e t 的大概位置估计( 小区位 置) ；完成3 g p pr r i p 中规定g p s 辅助信息元素的处理，提供给s e t 。 2 s u p l 参考数据获取功能：该功能与g p s 参考网络通信。主要包括以下几方 面： 利用s e t 的c e l ld 作为位置估计，转换为经纬度，向g p s 参考网络 1 6 北京邮电大学硕士学位论文精定位平台中定位算法的研究与应用 设备请求参考信息。 利用获得的参考信息产生辅助数据，提供给s a d f ( s u p la s s i s t a n d e l i v e r y 缸1 c t i o n ) 3 s u p l 位置计算功能：该功能完成在辅助移动终端( m s 舢s i s t c d ) 模式下，s l p 平台对s e t 位置的计算。即使用g p s 定位算法，完成s e t 位置计算，获得 经纬度。 2 1 2系统逻辑视图 g p sw a p p p g g g s n 图2 3 精定位平台系统逻辑视图 精定位平台的逻辑视图如图2 3 所示。由该图可以看出其功自b 实体包含以 下几部分： 1 i n i i l i t 进程守护功能实体。主要负责进程的启动和管理，该实体使用统一的方式创 建和守护各个子进程，对子进程采用基于连接的例检机制。当子进程出现异常时 重新启动之。进程的例检消息同样采用通用消息格式，例检消息的发送由底层通 信模块负责完成。支持配置文件，各个子进程的进程名、进程数量、可执行文件 名等由配置文件指定。同时该实体支持控制台命令接口，通过控制台命令接口对 子进程信息进行修改和保存，支持子进程的在线升级，能动态删除、启动子进程； 支持告警接口，对子进程的异常进行告警。此部分功能由通用消息平台提供。 2 i n a c c e s s d 控制台命令接入功能实体。对外提供对系统各个部分的操作维护功能。 3 s d f 数据库访问接口功能。在数据库侧使用特定数据库系统( i n 】f o r i i l i x 、o r a d e ) 提供的a p i ( a p p l i c a l i p f o 鲫li n 锄矗c e 访闯数据库，为平台中的其他进程提供 统一的访问接口( 即将s q l 语句和执行结果封装在通用消息包中) 。此功能由通 1 7 北京邮电大学硕士学位论文 精定位平台中定位算法的研究与应用 用消息平台提供。 4 w a p g a t e w a p 网关接口功能，与w a pp p g ( w a pp 邺hp r o x yg a t e w a y ) 进行连接，提供 w a pp a p 方式承载的l i 】p 接口功能。在网络侧发起定位请求的情况下，需要系 统主动向s e t 发起事务，该功能实体提供w a pp a p 方式的通信。该实体需要能 够接收通用消息封装的已编码为a s n 1 的s u p li n i t ，然后转为p a p 协议承载， 发送至0p p g 。 5 g g s n g a t e g g s n 接口功能，与g g s n 基于t c p ，口方式连接，提供大部分承载【，u p 接 口的功能。s l p 系统与s e t 之间的通信基本经由此功能实体完成。该实体需要 能够接收来自g g s n 的s u p l 消息，封装为通用消息发送到s l p ，接收s l p 通 用消息封装的a s n 1 编码的s u p l 消息，经t c p 连接发送到g g s n 。 6 r r r p g