（计算机科学与技术专业论文）基于gpsone技术的移动定位系统研究和开发.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 随着社会的不断发展，人们的活动范围越来越大，人们在活动中需要的最基本信息就 是：时f b j 、地点和内容。而与“位霞”相关的信息是我们最需要的，特别是出现紧急情况 时更需要“确切的位置信息”，因此，位置服务的开展和扩大成为移动通信网提供的最有 潜力的增值业务。 移动用户彳i 仅需要查询他们自己的位置和周围的环境信息，有时也需要查询其他移动 用户的位置信息。中国联通依托c d m a 的g p s o n e 定位技术不仅具备高精度，高灵敏度， 而且能够覆盖室内，g p s o n e 解决方案增强了定位业务的可用性，扩展了地域的覆盖，加速 了定位确定流程。基于g p s o n e 可更好地为移动用户提供位置信息服务。 本文深入研究了基于g p s o n e 技术实现移动定位服务的关键技术，具体研究内容如下： 在研究w a p 和j 2 m e 应用体系结构基础上，针对w a p 、j a v a 手机两种客户端分别提 出了基于g p s o n e 技术的移动定位服务系统结构。系统基于j 2 e e 进行丌发，有利于实现系 统的伸缩性、可扩展性等；地图数据存储于对象关系数据库o r a c l e 9 is p a t i a l ，有利于实现 空间数据和属性数据的一体化管理。 研究了j 2 m e 和j 2 e e 的集成策略，基于o r a c l e 9 is p a t i a l 提出了可行的数掘获取和传输 方法，并进行了实现。提出的自定义地理数据格式，不仅保持了地理数据层以及对象的关 系，而且减少了地图数据无线传输的数据量，提高了无线带宽的利用率。 针对日前联通无限尚无基于w a p 实现g p s o n e 网络侧定位的应用系统，本论文实现了 w a p 平台上网络侧定位的位置查询、地图视野的放缩及周围信息查询等功能；也实现了 j 2 m e 手机平台上矢量数据获取、传输和地图显示。 w a p 系统已经在联通通过了手机测试，且w a p 网络侧定位应用的实现在联通无限平 台上尚属首例。 关键字：g p s o n e 定位技术，o r a c l es p a t i a l ，空间数据，属性数据，w a p ，j 2 m e 国防科学技术火学研究生院学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y ，p e o p l e st e r r i t o r yb e c o m e sl a r g e ra n d l a r g e r ，t h e f u n d a m e n t a li n f o r m a t i o nt h a tp e o p l en e e di nt h e i ra c t i v i t i e si st i m e ，l o c a t i o n ，a n dc o n t e n t t h e i n f o r m a t i o nr e l a t e dt o l o c a t i o n i sw h a tw en e e d e dt h em o s t ；e s p e c i a l l yw h e nu r g e n tt h i n g s h a p p e n e d ，w er e q u i r e d t h ep r e c i s el o c a t i o ni n f o r m a t i o n s o ，t h ed e v e l o p m e n ta n de n l a r g e m e n t o fl o c a t i o ns e r v i c e sb e c o m et h em o s tp o t e n t i a lv a l u ea d d e ds e r v i c e m o b i l eu s e r sn e e dn o to n l yo w nl o c a t i o na n ds u r r o u n di n f o r m a t i o n ，b u ta l s oo t h e rm o b i l e u s e r s l o c a t i o ni n f o r m a t i o n g p s o n eb a s e do nc d m ai nc h i n au n i c o mi sn o to n l yh i g h p r e c i s e ， h i g h - s e n s i t i v e ，b u ta l s oi n c l u d ei n d o o r s ，g p s o n es o l u t i o ni n c r e a s e dt h ea v a i l a b i l i t yo fl o c a t i o n b u s i n e s s ，e n l a r g e dc o v e r i n ga r e a ，a c c e l e r a t e dl o c a t i o ns p e e d ，g p s o n ec a np r o v i d eb e t t e rl o c a t i o n i n f c ) r m a t i o ns e r v i c et om o b i l eu s e r s t h i sd i s s e r t a t i o nd e e p l yr e s e a r c h e dt h ek e yt e c h n i q u eo fr e a l i z i n gm o b i l el o c a t i o ns e r v i c e s b a s e do ng p s o n et e c h n i q u e ，t h ec o n c r e t er e s e a r c hc o n t e n t sa r e ： o nt h eb a s eo f r e s e a r c h i n gw a pa n dj 2 m ea p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r e ，t h ep a p e rh a v e b r o u g h tf o r w a r dm o b i l el o c a t i o ns e r v i c es y s t e ma r c h i t e c t u r es e p a r a t e l yo nw a pa n dj a v ac e l l p h o n eb a s e do ng p s o n et e c h n o l o g i e s t h es y s t e md e v e l o p e do nj 2 e e ，i m p l e m e n t i n ge a s i l y r e t r a c t i l i t ya n de x t e n s i b i l i t y ，a n dm a pd a t ai ss a v e di no r a c l e 9 is p a t i a lw h i c hi sa no r d b m s ， w h i c hm a d ef o rt h e ”ni n t e g r a t i o nm a n a g e m e n tf o rs p a c ea n dc h a r a c t e rd a t a t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h ei n t e g r a t i o ns t r a t e g yo fj 2 m ea n dj 2 e e ，a n dg a v ea n dr e a l i z e da f e a s i b l ed a t ac o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o nm e t h o d t h es e l f - d e f i n e dg e o g r a p h yd a t af o r m a tn o t o n l yk e p tt h et i e ra n do b j e c t sr e l a t i o n ，a n dd e c r e a s e dt h ed a t as i z eo fm a pd a t aw i r e l e s s t r a n s m i s s i o n ，a n di m p r o v e dt h ea v a i l a b i l i t yo fw i r e l e s sb a n d w i d t h t o d a y ，t h ea p p l i c a t i o ns y s t e mb a s e do ng p s o n en e t w o r kl o c a t i o no fw a ph a sn o ts t i l lo n c h i n au n i c o mw i r e l e s sd e s k t o p ，s ot h ep a p e rc o m p l e t e dn e t w o r kl o c a t i o nq u e r y ；c h a n g eo fm a p z o o m ，a n da r o u n di n f o r m a t i o nq u e r yo nw a pd e s k t o p ，e t c m e a n w h i l e ，t h ep a p e ra l s oc o m p l e t e d v e c t o rd a t ar e t r i e v a l ，t r a n s m i s s i o n ，a n dt h es h o wo fm a p w a p s y s t e mh a sp a s s e dc e l lp h o n et e s ti nh e n a nu n i c o m ，a n dw a p n e t w o r ks i d el o c a t i o n r e a l i z a t i o ni sp i o n e e ro nc h i n au n i c o mw i r e l e s sd e s k t o p k e yw o r d s ：g p s o n ep o s i t i o nt e c h n i q u e ，o r a c l es p a t i a l , s p a c ed a t a ，a t t r i b u t ed a t a ，w a p , j 2 m e i l 国防科学技术大学研究生院学位论文 图目录 图1 1 辅助g p s 定位法1 图1 2g p s o n e 用户平面定位系统网络结构2 图1 3 全球l b s 运营市场规模6 图1 4 北京大学在移动g i s 应用模拟的一个体系结构9 图1 53 g 系统中实现l b s 应用的网络模型1 0 图2 1m i d p 应用程序的宏观体系结构1 5 图2 2j a v a 手机定位应用系统架构图1 6 图2 3w a p 应用体系结构1 7 图2 4w w 的客户服务器结构1 7 图2 5 无单独网关的w a p 应用体系结构1 7 图2 ，6w a p 定位应用系统架构图1 8 图2 7 l c s c l i e n t 定位客户端实现流程1 9 图3 1g p s o n e 网络侧定位流程2 3 图3 2w a p 网络侧定位成功顺序图2 4 图3 3w a p 网络侧定位方案2 5 图3 4 周围信息查询实现流程2 6 图3 5 w a p 地图放大缩小实现流程2 7 图3 6 识别位置所属区域的流程图2 8 图4 1 三个图层的组合3 2 图4 2 组合多边形一3 3 图4 3r t r e e 索；l 的m b r 图示3 4 图4 4q u a d t r e e 索引 r i l e 图示3 5 图4 5q u a d t r e e 索引查询图示3 6 图4 6 按查询窗口裁减多边形图示3 7 图5 1 移动代理图示4 0 图5 2j a v a 手机线程测试方法图示4 1 图5 3 数据处理和传输过程4 3 图5 4 转换到屏幕坐标的数据显示4 6 国防科学技术大学研究生院学位论文 图6 i w a p 图片5 1 图6 2 w a p 手机显示的地图页面5 2 图6 3 j 2 m e 绘图流程图5 4 图7 1 学生应急通项目功能图5 5 图7 2w a p 应用手机测试图5 6 图7 3 数据传输测试地图5 7 图7 4 数据量变化对比图5 7 图7 5j a v a 手机测试图5 8 i v 国防科学技术大学研究生院学位论文 表目录 表1 1 基于m s 、基于网络和混合方式的定位技术比较5 表1 2 典型应用的下限精度和普遍接受精度的估计5 表3 1x l t _ w a p r e q 表2 5 表3 2w a pc a l l l o g 表2 6 表6 1 测试的四层数据5 3 表7 1 数据传输对比测试结果5 7 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我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的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 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谢意。 学位论文题目：基王g 巳! q 些拉盎煦整边塞焦丞统叠窒塑匠筮 学位论文作者签名：垫j ：! ：叠日期：弘竹年；月厂。日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；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。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：基王g 卫! q 塑拉盔煎整越塞焦丞统盈窒塑孟筮 学位论文作者签名：型：! ：壁日期：耐年；月，。日 i 口 作者指导教师签名：当! ：鱼左日期：砂w ，年；月，o 日 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 随着移动通讯的不断发展，尤其是w a p 、j 2 m e 等移动平台的实现，位置服务的开展 和扩大已经成为移动通信网提供的最有潜力的增值业务。 g p s o n e 是中国联通依托c d m a 的定位平台，具备高精度、高灵敏度和覆盖室内等优 势，基于g p s o n e 可更好地为移动用户提供位置信息服务。 本文在研究w a p 和j 2 m e 应用体系结构基础上，针对w a p 、j a v a 手机两种客户端分 别提出了基于g p s o n e 技术的定位服务系统结构，并进行了实现。 1 1 1 9 p s o n e 定位技术 美国高通( q u a l c o m m ) 的g p s o n e 解决方案采用旗下s n a p t r a c k 公司基于i s 8 0 1 1 标 准的定位产品品牌【”】，i s 8 0 1 1 标准定义了移动终端与定位实体( p d e ) 之间端到端的信 号协议，同时也是基于高通公司的c d m a 无线混合定位技术。混合定位系统是自主定位 系统与远程定位系统相结合，将测算位置所需要的定位函数放置在移动台中，将混合函数 放置于网络系统中，测定计算过程由移动台和网络共同完成。 g p s 定位精度非常高，但它首次定位的响应时间比较长。这对于一些紧急应用是无法 接受的，将g p s 与通信网结合起来，实现一种精度高、定位速度快的方式辅助g p s 定位 是十分必要的。其基本思想是建立一个g p s 参考网络，该网络与移动通信网相连，通信 网的移动台内置一个g p s 接收机。通信网将g p s 参考网络产生的辅助数据如差分校正数 据、卫星运行状况传送给移动台，并将通信网数据库中移动台的近似位置或小区基站位置 传送给移动台。移动台获得这些信息以后，根据自己所处的近似位置和当前的卫星状态， 可以很快地捕获到卫星信号，如图1 1 。 图1 1 辅助g p s 定位法 辅助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。并且因为灵敏 度高，所以能在大多数建筑物内工作，同时因为静止g p s 接收机的位置是己知的，其实际 第1 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 位置与测量到的位置之差可用来校正移动接收机位置的计算结果，实质上辅助g p s 本质上 是运用了差分g p s 的技术，部分抵消了民用g p s 的一些不精确。 辅助g p s 定位利用来自无线网络的重要信息加快了处理进程，缩短了卫星数据采集时 间；利用网络的定位服务器如p d e 更快帮助手机定位，同时也提高了精度和灵敏度；提高 了可用性，即使在如室内、城市高楼之间等苛刻的无线环境中也能保持较好的性能；便于 在现有的网络基础设施和各种移动终端上实施，升级容易，但需要用户更换手机，手机的 成本、体积、功率都将有所增加。 美国高通q u a l c o m m 利用网络和g p s 方法的互补性，开发出混合型无线定位技术 g p s o n e ，如图1 2 是g p s o n e 的用户平面定位系统网络结构【1 7 】。g p s o n e 定位精度高达5 5 0 米，可以使用户知道他们的确切位置，同时上传和下传定位地点的数据。由于g p s o n e 技 术使用卫星定位，无需增加基站及相关硬件设备，这使具备g p s o n e 功能的手机能够在不 同的网络和地区进行漫游。 m s ；移动台m p c ：移动定位中心p d e ：定位实体c p ：服务提供商 图1 2g p s o n e 用户平面定位系统网络结构 g p s o n e 功能的实现是通过几部分来完成的，即手机端的q u a l c o m m , m s m 芯片和系 统软件，以及网络中的m p c 及p d e 定位服务器软件。在手机端，由于定位模块与通讯模 块进行了集成，使得具有定位功能的手机成本只上升了2 3 美元。它为无线定位提供了一 个出色的解决方案。根据高通公司提供的资料，在日本、韩国和美国投入商业应用g p s o n e 技术的设备已超百万【埘。随着亚洲和美国大量部署c d m a 网络，高通的g p s o n e 定位技术 在全世界的应用越来越广泛。 g p s o n e 具有如下的定位优势： 拓展了依赖定位技术的各项应用 有助于实现新型的移动定位应用和业务，例如e 9 1 1 ( 美国) 、提供驾车导向的城市具 体方位查找服务、根据所在区域计费的功能、当地的天气和交通状况报告、资产跟踪、移 动商务和更多的服务项目。 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 经济合理的系统解决方案 g p s o n e 技术集成在芯片和系统软件级别上，提供了业界成本最低、机型最小和定位 精度最高的解决方案。 最高的灵活性 g p s o n e 解决方案支持多模式下的定位功能，包括服务器辅助模式、混合式、移动模式 和独立模式。这些模式为范围广泛的各项应用提供了最佳的灵活性和性能。 全方位定位。 提供了适用于所有地形的准确无线定位，即使在钢筋混凝土高层建筑、会议中心、大 型购物中心、人口密集区域也能准确定位，而这些场所正是传统g p s 系统无法正常工作的 区域。 g p s o n e 位置服务系统的主要网络实体有三个： m p c ( m o b i l ep o s i t i o nc e n t e r 移动定位中心) 采用集中式方案，只有一个m p c ，负责管理用户特性，诸如隐私、安全和计费等。 p d e ( p o s i t i o nd e t e r m i n a t i o ne n t i t y 定位实体) 它包含基站年历数据库，从w a r n 中收集g p s 数据，向m s 提供辅助数据，根据移 动台的测量值和所要求的q o s 计算移动台的位置。 w a r n ( w i d ea r e ar e f e r e n c en e t w o r k ，广域参考网) 建立w a r n 是为定位系统提供g p s 参考信号，帮助移动台快速捕获g p s 卫星信号， 并校正g p s 信号由于各种原因造成的误差。 与g p s 定位相比，g p s o n e 有如下好处： 1 a l 观钡9 到的卫星数不成为定位的先决条件。 它是一个集成g p s 和基站的定位的混合定位技术，当观测到4 颗或更多颗卫星时，通 过g p s 定位来提供高精度定位；当少于4 颗卫星时，与基站的定位信息一起计算，但定位 精度会有所下降。 g p s o n e 对g p s 信号更敏感 当有一些遮挡使g p s 信号微弱时，g p s 接收机需延长时间来捕获卫星信号。q u a l c o m m 称g p s o n e 能接收卜1 5 6 d b ) g p s 信号【“1 ，而普通g p s 仅能接收大于1 3 6 d b 的g p s 信号f ”1 。 这意味着障碍物对于g p s o n e 的影响小于g p s 接收器。 定位比较快 因为g p s o n e 知道g p s 信息的时间信息，它不接收完整的g p s 信号即可完成定位， 而且基站能帮助g p s o n e 终端观测g p s 信息的p h a s e ，和其它的参考信息。因此g p s o n e 能减少g p s 信息的搜索宽度并缩短接收时间。快速定位意义非常明显，有利于提高定位成 功率，减少定位电力消耗。给用户提供了方便。例如g p s o n e 冷启动时间小于6 秒。而 g p s 接收器一般要几分钟甚至更长。 实时定位 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 g p s o n e 定位信息通过无线网络发送到终端，因此终端位置信息实时修改，可g p s 接收器的刷新频率越高，价格也增加很多。一般g p s 信息的刷新频率为1 h z 。 低价格 因为将g p s 接收模块集成到通信板，能与通讯模块共同使用许多芯片。因此比g p s 模块远远便宜。一般附加的费用仅为2 3 美元。 小体积 因为集成的原故，增加的体积基本可以忽略。 为了定义一种简单、安全的接入方法，使得无论使用哪种空中接口技术和定位方法， 位置应用都能通过无线网络获得位置，定义了c d m a 移动定位中心( m p c ) 和位置应用 开发商之间的通讯协议c m l p 【1 6 】。要访问位置信息，移动定位中心与内容供应商( c p ， c o n t e n tp r o v i d e r ) 产品的对接必须采用协议规定的l 1 标准接口，l 1 接1 ：3 协议基于h t r p 、 s s l 和x m l 等现有的i n t e m e t 技术。 位置请求有三种类型，如下所示： l i r 位置立即请求 指立即( 在一定的时间内) 需要一个位置响应的位置请求。l c s 客户机根据业务需求 决定是否使用立即请求，m p c 根据业务的p q o s 要求的精度决定定位方法。 l t r 触发型的位置请求 指不是立即要求一个或多个位置响应的位置请求，而是设置定位的触发条件，如定时 触发，当满足定位的触发条件时，m p c 会发起定位，并向l c sc l i e n t 以定位请求报告的 形式返回测量结果。 l c t r 触发型的位置请求取消 这种请求用于取消触发型定位请求。只有位置服务器已经接到并承认的延期请求才可 以取消。请求时只要发送r e qi d 即可。 对于请求的响应消息也存在三类，对l i r 和l t r 的答复包含测量结果，对l c t r 的 答复只包含m p c 为测量请求分配的r e qi d ，各种答复如下所示。 l i a 位置立即请求答复。 u a 触发型的位置请求答复，只要求发送r e q 即可。_id l c t a 触发型的位置请求取消答复，只要求发送r e q 即可。_id 联通的g p s o n e 定位平台可支持各种类型的应用，包括b r e w 、j a v a 、w a p 和s m s ， 它构架于c d m a 2 0 0 0 网络之上，可以方便地利用c d m a 2 0 0 0 强大的语音和数据功能提供各种 附加服务。 表1 1 是基于m s 、基于网络和混合方式的定位系统比较。不同的应用和服务级别需要 不同的精度，要能满足应用的发展需求和容易配置性，否则将为以后的应用带来昂贵的代 价。表1 2 “”分析了目前流行的一些位置服务应用的精度要求，可以根据应用中的类别选 择合适的定位技术。 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 表1 1 基于m s 、基于网络和混合方式的定位技术比较 、 基于m s g p s基于m s 一网络基于网络混合方式 适用范围无遮挡环境城市较好城市较好网络覆盖 定位精度3 - - 2 0 0 m2 0 0 m 以上2 0 0 m 以上3 1 0 0 m 无限制 同时定位的容量取决于蜂窝网的数据传输能力 ( 与蜂窝网m s 容量同) 连续定位可以可以，但对定位容量有影响 手机要求软件+ g p s部分需要软件更新软件+ g p s 附加于蜂窝网的数 少多多 据信息量 阿络要求无根据情况i s 8 0 1 + 软硬件 定位速度3 0 秒一1 5 分钟 3 0 秒 3 0 秒 总的来说，g p s o n e 定位技术是从定位速度、精度、价格等方便来看，是目前混合定位 中较好的定位方式，能达到一般l b s 应用的要求。 表1 2 典型应用的下限精度和普遍接受精度的估计 应用下限精度普遍接受精度 路边求助、紧急求助 5 0 0 米1 2 5 米 基于位置的记账蜂窝小区 2 5 0 米 移动黄页蜂窝小区2 5 0 米 交通信息蜂窝小区蜂窝小区 车辆追踪 1 2 5 米3 0 米 财务追踪蜂窝小区 2 5 0 米 人群追踪蜂窝小区 3 0 1 2 5 米 1 1 2 l b s 现状 在资源管理、社会活动和人们生活中，有8 0 以上的信息属于具有空间位置特性的地 理信息。随着无线互联网技术的不断发展，在需求和技术的双重驱动下，移动用户迫切想 知道他目前所处环境的信息，为了解决这些需求，于是基于用户位置的移动定位业务 l b s ( l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e s ) 应运而生了。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，为用户提供相应服务的一种增值业务【1 1 。 基于位置服务( l b s ，l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e ) 与移动定位服务( m l s ，m o b i l el o c a t i o n s e r v i c e ) 是提供移动定位服务的两个应用名词【2 l ，正是它们的出现，使地理信息能更好的 服务于4 a ，即随时( a n y t i m e ) 随地( a n y w h e r c ) 为所有的人( a i l y b o d y ) 和事( a n ) r t h i n g ) 提供实时服 务- ( 4 ab 匣务) f 3 1 。 l b s 定义了未来移动信息服务的蓝图，即当用户与现实世界的一个模型交互时，在不 同时间、不同地点，这个模型会动态地向不同用户提供不同的信息服务。 过去，定位终端因为价位高、体积大、定位精度不高、覆盖范围小、无线带宽窄等方 面的因素一直不能成为个人化的设备，使l b s 的发展受到一定的制约。随着嵌入式技术、 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 无线通信技术、移动定位技术、空间信息技术、计算机图形学等方面的发展和集成，有力 地拉近空间信息与人们生活的距离。现在，l b s 已经受到了世人的瞩目，全球各大移动运 营商也都在积极部署这项极具潜力的增值业务。 图1 3 全球l b s 运营市场规模 l b s 首先是从美国发展起来的。据英国剑桥a n a l y s i sr e s e a r c h 公布一份报告预测，预 计到2 0 0 6 年，全球半数移动用户将成为移动位置服务用户。移动定位服务有着巨大的市 场规模和良好的盈利前景，预计自2 0 0 5 年全球l b s 运营市场开始加速成长，到2 0 0 8 年可 产生1 1 7 亿美元左右的收入，如图1 3 ( 参见p d a yr e s e a r c h ，2 0 0 4 8 ) 。 l b s 应用中位置信息是重要的参数【4 。】，位置信息一般通过移动定位技术获得，目前 中国联通依托美国q u a l c o m m 的g p s o n e 混合定位技术，为移动用户提供了能精确到5 5 0 米的位景，并且支持室内、室外全方位的定位，这是单纯依靠无线定位技术和g p s ( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ) 【6 】定位技术很难达到的。联通推出的“定位之星”也就成了联通与移 动在新一轮竞争中的“杀手锏”，但关键是要提供基于g p s o n e 的更丰富的位置业务。 目前随着嵌入式技术的发展，尤其是w a p 和j 2 m e 技术的发展，为移动用户在移动 设备上通过无线网络浏览信息、使用数据业务提供了条件，为将w e b 和桌面的应用移植 到无线设备上提供了可能。 1 1 3 w a p 技术 w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 是“无线应用协议”之意。w a p 是一个协议栈，由 一系列协议组成 7 。w a p 协议是在无线通讯网络上开发应用定义的个工业规范f 9 】，w a p 标准的提出使得无线通信设备访问i n t e r a c t 上的资源实现了标准化。w a p 的产生不但使现 在的许多应用得到了突飞猛进的发展，同时也催生出更多崭新的移动增值服务( v a s ：v a l u e a d d e ds e r v i c e ) 。 因为i n t e r n e t 技术所面向的终端大都是桌面机或其它具有更强计算能力的机型，其传 输媒介为带宽和可靠性均较高的数据网络；而移动终端受其移动性和便携性的制约，与桌 国防科学技术大学研究生院学位论文 面机相比，c p u 主频及计算能力都较小，存储器容量、显示屏和输入设备大小也受到限制， 同时，无线数据网与有线网相比，带宽、连接可靠性及网络的可预测性都相对较低，网络 时延也比有线网大。所以移动终端通过无线方式来接入i n t e r n e t ，直接获取自己需要的信息 及服务在技术实现上有一些困难。 w a p 将移动网络和i n t e r n e t 以及公司的局域网紧密地联系起来，提供一种与网络类型、 运行商和终端设备都独立的移动增值业务。通过这种技术，无论你在何地、何时只要你使 用具有w a p 功能的移动终端，连接到一个与i n t e r n e t 相连的w a p 网关，就可以像桌面用 户一样享受无穷无尽的网上信息或者网上资源，随后电子商务、网上银行等也将逐实现。 w a p 的发展非常迅速： 1 9 9 3 年，u n w i r e dp l a n e t ，p h o n e c o m ，o p e n w a v e 公司开始了全球最早的无线互联网 的研究。 1 9 9 6 年，p h o n e c o m 公司在a w s ( a t t w i r e l e s s ) 开通了全球最早的无线互联网。 1 9 9 7 年，p h o n e c o m ，m o t o r o l a ，n o k i a ，e r i c s s o n 成立了w a pf o r u m 。 1 9 9 7 年7 月，w a p 论坛出版了第一个w a p 标准架构。随后一直到现在，w a p 经历 了从1 0 到2 0 的发展过程。新一代的w a p 2 0 版本与旧的版本相比，最显著的特点便是更 加丰富的应用服务和更安全的信息传输。w a p 2 0 使w a p 的标识语言w m l 2 0 得到实质 的发展，在新的版本中将可以支持h t m l ，并可以使用c s s ，这极大地提高了内容的表现 力。w a p 2 0 特有的直接h t t p 通信、界面友好技术、以及对w m l l 0 的完全向后兼容等 技术也使得w a p 2 0 能有更好的图形展现及控制能力；更容易针对不同的终端做出相应的 内容优化；能够无线传送流媒体；使用缓存，业务处理速度更快。 1 1 4j 2 m e 技术 j a v a 语言原本是为嵌入式系统设计的，但它却随着i n t e r n e t 的发展占领了p c 端和s e r v e r 端。现在嵌入式领域又成为了j a v a 的重要发展机会。用于嵌入式系统的j a v a 被称为j 2 m e 。 与其它版本一样，j 2 m e 拥有j a v a 技术本身的各种特点：在各种产品之间、在任何时间、 任何地点、通过任何设备都能保持内在的一致性；代码具有可移植性；利用同一种j a v a 编 程语言；j 2 m e 手机提供了h t t p 高级i n t e r n e t 协议，使手机等移动手持设备能以 c l i e n t s e r v e r 方式直接访问i n t e r n e t 的全部信息，不同的c l i e n t 访问不同的文件，此外还能 访问本地存储区，实现交互式服务。因此，采用j 2 m e 技术的手机、p d a 和其它移动设备， 用户可以下载新的服务，使用数据业务。 j 2 m e ( j a v a2m i c r oe d i t i o n ) 是s u n 公司联合了摩托罗拉、诺基亚、西门子等设备制造 商于1 9 9 9 年共同推出的无线设备标准化应用开发平台。 j 2 m e 与j 2 s e 、j 2 e e 一样，都是运行在v m ( v i r t u a lm a c h i n e 虚拟机) 上的。但是j 2 s e 和j 2 e e 对c p u 和内存等资源的要求较高，而一般的嵌入式设备上可供v m 使用的内存通 常只有1 2 8 5 1 2 k b ，而且其c p u 速度往往低于5 0 m h z ，加上用户界面、电源能耗等限 制条件，使得j 2 s e 和j 2 e e 难以在嵌入式设备上实现。 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 j 2 m e 是j 2 s e 的一个子集，是针对嵌入式系统及消费类电子设备设计的j a v a 平台。它 不但继承了j a v a 语言的可移植性，面向对象编程等优秀思想，还简化了j 2 s e 的标准类库， 且提供了适合于资源有限设备的编程接口，非常适合于移动电话、寻呼机、p d a 、机顶盒、 智能卡等产品上的应用开发。可以通过各种方式，如红外接口、数据电缆或无线传输把应 用程序下载到j 2 m e 运行环境里运行，极大地丰富了嵌入式设备的功能。j 2 m e 标准与其 他的j a v a 标准一样是公开的，有助于第三方的介入开发。 基于j a v a 技术的j 2 m e 平台，拥有j a v a 技术的许多激动人心的优点：可移植性、部署 灵活性、安全等。它一经问世就为业界看好并迅速得到各大厂商的支持。有专家认为j 2 m e 平台将成为无线设备开发领域事实上的标准。 1 2 研究现状 1 9 9 6 年6 月，美国f c c 采纳了一份报告并通过了一项法令来强制推行9 1 1 无线服务 ( e 9 1 1 ) 。该法令要求蜂窝、宽带和区域性中小无线运营商将主叫电话号码转发到p s a p ( 公众安全应答点) ，自动将9 1 1 呼叫路由到合适的p s a p ，并提供始发移动台( m s ) 的 位置，可以由应急调度员对蜂窝呼叫机的求助者定位进行帮助。对于基于手机的解决方案， f c c 要求无线运营商可以将6 7 的紧急呼叫定位在5 0 米范围之内，9 5 的紧急呼叫定位 在1 5 0 米范围之内。该法规推动了美国全球定位服务的应用，这实际上就是移动位置服务 的开始 引。测试证实利用g p s o n e 解决方案的性能可满足并超出f c ce 9 1 1 法令要求。 在日本处于领先地位的安全业务提供商s e c o m 有限公司于2 0 0 1 年4 月在全国范围内 推出c o c os e c o me z 业务，提供紧急情况下的安全服务响应。这种安全性较高的业务可 进行资产跟踪、寻找丢失财产和为个人定位。c o c os e c o m 业务是世界上第一个使用 q u a l c o m m 公司具有g p s o n e 功能芯片的商用业务。s e c o m 采用可扩展的s u n 服务环境 及j a v a 技术实现了系统的平台。s e c o m 利益于使用s u n 平台和j a v a 技术，以致于开 发和配置s e c o m 服务更快。c o c os e c o m 由三个子系统组成：一个运行s a p 软件的主 管理系统i 一个运行i p l a n e te c o m m e r c e 结论的w e b 系统；以及一个安全设备管理系统。 这些系统基于一个总的体系统结构和来自不同位置的无关操作。这个管理系统由三个s u n 企业。o m1 0 0 0 0 服务器和一簇s u ns t o r e d g e t m 磁盘阵列组成。能运行s a p 软件是系统的一 个要求，它是s e c o m 的标准企业资源计划应用，s a p 模块用来管理销售和分发，事物管 理和费用管理和控制，但它应能被大量的扩展，这是应用本质的要求，选用s u n 企业1 0 0 0 0 服务器是最好的选择为提供越来越多的用户提供可扩展性。 1 2 1 北京大学移动g i s 应用的体系结构 如图1 4 是北京大学在移动g i s 应用模拟的一个体系结构【44 1 ，系统主要是基于x m l 的模型建立的系统结构，系统支持不同表现能力的客户端，并且体现了以x m l 为基础的 第8 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 多类型数据融合模型，系统服务器端全部采用j a v a 技术，可以很方便地在各种平台进行部 署服务，进行扩展。 客户层j 三类喜户端j 应用服务层j 一1 = ，一一一一一j ，w e b s e 。r v e r 一一一一一一一1 ；瑚g b 。f ； 控 c o “”“3 。1 d li i d ：“ 中 1 1 一p 一一r 胁。f f q 砑is 。f ： 心 c o 气o l l e 一一。i 邢& “ 数据服务层i 。、。 胁n 卜 g m b e a n f g m l a d m i n i m e t a d a t ab e 蛆、研c e b e a n 数i 一一一一一一j 一一一一一一一t 一一一一1 占 ! 一一一一j 一一一一 i j s m l8 、b i c e 。y g m l im e t a d a i ai 曙： s h a p e + d b f 0 r a c l e l 原is p a t i a ld b d b s x m l 图1 4 北京大学在移动g i s 应用模拟的一个体系结构 图中每一个实线框图表示的模块由完成一些类似功能的j a v a 类组成，g m la d m i n 是 一个独立的j a v a 应用程序，主要行使数据管理器的功能。x m lb e a n 将分别来自g m lb e a n 和v o i c eb e a n 的g m l 和j s m l 按照事先定义的s c h e m a 集成在一个