具有定位功能的GSM网络结构及部分信令.doc

具有定位功能的GSM网络结构LCS功能模块目前在3GPP中，已根据定位功能的要求在原GSM网络中增加了必要的物理和逻辑功能模块，设计了相关的信令协议、接口和操作程序，能将移动台估计位置以一种标准格式向用户、网络运营商、定位服务或附加业务提供者报告。下图为LCS功能图，描述了LCS客户和LCS服务提供者在PLMN内的交互过程，PLMN利用LCS服务器内的各种LCS部件为LCS客户提供目标MS的定位信息。LCS功能图由图可见，LCS功能的提供主要由LCS客户端和LCS服务器两大模块完成。LCS客户端是一个逻辑功能实体，能就一个或多个目标MS的位置向PLMN内的LCS服务器提出定位请求；该实体内拥有一个或多个处理LCS客户定位请求的LCS部件定位客户功能LCF为LCS客户和LCS服务器提供一个逻辑接口。LCS服务器内则包含多种定位逻辑功能部件，例如LCCF、LCAF等客户处理部件，LMMF、LSCF、LSBF、LSOF等系统处理部件，LSAF、LSPF等用户部件，PRCF、PRAF、PCF、PSMF等定位部件。逻辑结构与一般GSM网络相比，具有LCS功能的GSM网络主要增加了网络节点GMLC，移动定位中心SMLC以及两种定位测量单元LMU，同事定义了相应的接口。具有LCS功能的GSM网络逻辑结构如下图所示：具有LCS功能的GSM网络结构图中，网关移动定位中心（GMLC）是外部LCS客户访问GSM网络的第一个节点，GMLC有可能要求由Lh接口从HLR取得路径信息，完成注册后，GMLC由Lg接口向VMSC发出定位请求，并接受其返回的定位信息。服务移动定位中心（SMLC）拥有多种支持LCS的功能模块，管理、协调和组织各种与移动台定位估计有关的资源，并完成对移动台的定位，估计定位的准确率。目前GSM网络有两种类型的SMLC，一类是基于NSS，支持Ls接口的SMLC，另一类是基于BSS，支持Lb接口的SMLC。定位测量单元（LMU）为一种或多种定位方法提供所需的电波特征测量值。一类特征测量值是与待测MS位置有关，用于计算该MS位置的特征测量值；另一类是在一定几何区域内所有MS定位估计所需的辅助测量数据。LMU提供的所有特征测量值和辅助数据将送到LMU所在的SMLC，LMU进行测量的时间、周期性指令可以由SMLC发出，也可预置在LMU中。在3GPP中为GSM定义了两类LMU，A类通过普通GSM空中接口接入，B类则通过Abis接口接入。置入结构各种LCS逻辑功能部件在各种GSM网络部件内的置入结构如下图所示：LCS功能模块置入结构图这种结构适用于不同类型的SMLC和LMU。信令交换一般LCS信令模型下图为SMLC何其他LCS逻辑功能模块之间进行信令交互的一般信令模型。LCS应用协议：该协议取决于另一信令终点（如目标MS或LMU），当BSSAP-LE层提供支持时协议也可省略。该协议独立于低层协议，支持特定的LCS功能（如定位测量、辅助数据测量等）。终点之一为SMLC的一般LCS信令模型BSSAP-LE：该层为BSSAP的扩展，携带LCS应用协议信令单元。该层必须具备的功能为两个终点网络层未提供的LCS应用协议鉴别，该层由一中间实体中继或映射到另一信令终点对应的第三层协议，支持LCS应用层协议的分段。网络层：在SMLC和另一终端接点或对BSSAP-LE层进行中继或映射的中间实体间进行信令转换。网络层既支持面向连接，也支持无连接的信令：对于第二代面向电路交换网络层提供MTP和SCCP；对于第三代面向包交换的应用，可能采用其他协议；该层还支持LCS应用层协议的分段。物理层：对于第二代面向电路交换的应用，物理层支持SS7信令连接。L3：与BSSAP-LE相同或兼容的协议。L2：另一终点的逻辑链路层。L1：另一终点的物理层。基于NSS的SMLC和MSC、BSC之间的信令交换基于BSS的SMLC和BSC、MSC之间的信令交换基于NSS的SMLC和目标MS之间的信令交换基于BSS的SMLC和目标MS之间的信令交换BSSLAPBSSLAP定义了SMLC-BSS的第三层协议下列是在SMLC和BSS之间交互的有关位置服务的信息，其中VMSC作为中继。1.保留位2.TA请求3.TA响应4.TOA请求5.TOA响应6.拒绝7.中断8.TA LAYER39.MS位置请求10.MS位置响应.在A接口上这些报文包含在位置信息IE中，位置信息IE封装在3GPP TS 08.08中规定的面向连接的BSSMAP-LE报文信息中。在Ls接口上报文也包含在信息IE中，而位置信息IE则封装在3GPP TS 09.31规定的面向连接的BSSMAP-LE报文信息中。协议头显示如下图：8 7 6 5 4 3 2 1 字节信息类型1 信息单元2-n 信息类型：保留位00000000TA请求00000001TA响应00000010TOA请求00000100TOA响应00000101拒绝00001010复位 00001011中止00001100TA LAYER300001101MS位置请求00001111MS位置响应00010000BSSAP-LEBSSAP-LE作为BSSAP的扩展，其包含了特殊的信息和参数用来支持LCS业务。BSSAP-LE是Lb接口的部分。BSSAP-LE的两部分如下定义：DTAP-LE和BSSMAP-LE，DTAP-LE报文在SMLC和A类LMU之间传输，而BSSMAP-LE报文则在BSC、MSC和SMLC之间传输。报文头如下所示：BSSMAP-LE Header：87654321字节0000000D=01Length indicator = n 2BSSMAP-LE Message Contents 3-n DTAP-LE Header ：87654321字节0000000D=11DLCI2Length indicator = n 3DTAP-LE Message Contents 4-n 鉴别位:BSSMAP-LE0（非透明传输）DTAP-LE1（透明传输）DLCI（数据链路标识符）:第二个字节中的DLCI只有在DTAP-LE中可用，用来通知A类LMU占用一个SDCCH信道并且使SAPI=0，DLCI的值为10000000。长度指示符：长度指示符占用一个字节，并且用二进制来表示随后出现的BSSMAP-LE和DTAP-LE信息参数的字节长度。DTAP-LE信息:0X32注册0X31设备0X21释放完成BSSMAP-LE信息：0X2B执行定位请求0X2D执行定位响应0X2E执行定位中止0X1LMU连接请求0X2LMU连接响应0X3LMU连接拒绝0X4LMU连接释放0X2A面向连接信息0X3A无连接传输信息0X30复位证实DTAP-LE信息:Facility：此信息由LMU或网络发出用来请求或确认定位请求。此信息在信息已经传递并且业务处理已经存在时被用到，但不会被释放。要被调用的定位服务和其关联的参数被定义在设备信息单元（见下表）中。此信息包含对MSC透明的信息。信息单元参数出现情况格式字节长度定位服务协议鉴别MV1/2业务处理身份MV1/2设备信息类型MV1设备MLV2-?禁止释放OT1M. 强制性出现 C. 需要条件成立 O. 可选T类型L. 长度 V. 参数值Register（从网络到LMU方向）此信息被网络发送到LMU从而为定位服务控制指派一项新的业务标识符并且请求或确认一项定位服务（见下表）。此信息对MSC透明。信息单元参数出现情况格式字节长度定位服务协议鉴别MV1/2业务处理身份MV1/2设备信息类型MV1设备MLV2-?禁止释放OT1Register（从LMU到网络方向）此信息被LMU发送到网络从而为定位服务控制指派一项新的业务标识符并且请求或确认一项定位服务（见下表），此信息对MSC透明。信息单元参数出现情况格式字节长度定位服务协议鉴别MV1/2业务处理身份MV1/2注册MV1设备MLV2-?Release complete：此信息被LMU或网络用来释放用来定位服务控制的业务处理。也可能请求或确认定位服务（见下表）。此信息对MSC透明。信息单元参数出现情况格式字节长度定位服务协议鉴别MV1/2业务处理身份MV1/2释放完成信息类型MV1原因OTLV4-32设备OTLV2-？原因：当此信息单元在服务描述中详细说明其功能处理时，此信元包含在内，同时接收实体可以忽略此信息单元。BSSMAP-LE执行定位请求信息内容如下表：信息单元参数出现情况格式字节长度信息类型MV1定位类型MTLV3-4小区鉴别MTLV3-10移动台业务能力信息第三类OTLV2-nLCS客户类型CTLV3选择信息OTLV2-nLCS优先级别OTLV3LCS QoSOTLV6GPS辅助数据OTLV3-nBSSAP APDUOTLV2-nn 定位类型：定义了请求的定位信息的类型。n 小区鉴别：这个参数给出了目标MS的当前小区定位。格式可以是小区全球识别也可以是LAC加上CI的形式。n 移动台业务信息能力第三类：根据之前从目标MS获得的移动台业务信息能力3，此参数表示了MS支持的定位方式。n LCS客户类型：此参数定义了原始LCS客户的类型。如果定位类型指示了对一个定位估计的请求，那么此参数就包含在内。若需要帮助SMLC恰当地将定位请求排序，此参数也可能包含在内。n 选择信道：此参数定义了当前指配给目标MS的无线信道类型。n LCS 优先级别：此参数定义了定位请求的优先级。n LCS QoS：此参数提供了对LCS请求的服务质量。QoS可能包含水平精度、垂直精度、和允许的响应时间。n GPS辅助数据：此参数确定了可能会请求的具体GPS辅助数据。n BSSLAP APDU：此参数从BSC为目标MS提供附加测量值。测量值包含在BSSLAP APDU中。BSSMAP-LE执行定位响应信息此信息作为BSSMAP-LE执行定位请求的回应来发送，返回一个成功的对目标MS定位估计值或返回失败。此信息也可作为BSSMAP-LE执行定位请求的回应返回密钥或者LCS辅助数据已成功传到MS的指示。此消息可从SMLC传到BSC，反之亦可。信息单元参数出现情况格式字节长度信息类型MV1定位估计CTLV2-22定位数据OTLV2-n密钥OTLV17LCS causeOTLV3n 定位估计：此参数在定位发起成功时为目标MS提供定位估计值。n 定位数据：此参数为从SMLC发起的定位提供附加信息。n 密钥：此参数提供两个可以用来将LCS广播辅助数据译码的密钥。SMLC将为MS现在的位置提供现有的密钥。SMLC将会在这之后提供另一个可用密钥。n LCS Cause：LCS Cause只能在请求的定位估计值没有成功获得（如定位估计值不可用等等）时出现，请求的密钥没有成功返回或请求LCS辅助数据没有成功传到MS。此参数提供了失败的原因。如果LCS Cause出现，则定位估计值和密钥将不会出现。BSSMAP-LE执行定位中止信息此信息是定位请求主体发送的，用来中止定位尝试、请求辅助数据或密钥的。此信息可从MSC发送到SMLC，反之亦可。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1LCS CauseMTLV3BSSMAP-LE LMU连接请求信息此信息用来请求建立一条LMU和SMLC之间的信令连接。信息的传递为双向。信息单元参数出现情况格式字节长度信息类型MV1IMSIMTLV3-10发送者地址OTLV2-n安全信息OTLV2-n呼叫号码OTLV3-nn IMSI：此参数利用E.212的IMSI识别LMU。n 发送者地址：此参数为信息发送者提供SS7信令点代码。并且此参数在MSC和SMLC之间的Ls接口上是强制性传输的。n 安全：此参数的出现意味着对于LMU有认证和加密请求。此参数可能会出现在从SMLC发送出的信息中。如果无此参数出现，那么则无需认证和加密。n 呼叫号码：此参数可能会出现在MSC发出的LMU连接请求中，这个连接请求使SMLC随后建立到LMU的一条TCH信道。BSSMAP-LE LMU连接响应信息此信息用来响应BSSMAP-LE LMU连接请求信息，确立一条LMU和SMLC之间的信令连接成功。信息传递为双向。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1安全信息OTLV3呼叫号码OTLV3-nBSSMAP-LE LMU连接拒绝信息此信息作用来响应BSSMAP-LE LMU连接请求信息，拒绝建立LMU和SMLC之间的信令连接，传递为双向。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1拒绝原因MTLV3BSSMAP-LE LMU连接释放信息此信息用来释放LMU和SMLC之间的信令连接。传递双向。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1释放原因MTLV3BSSMAP-LE面向连接信息此信息与在SMLC和另一实体之间存在的信令连接联合在SMLC和其他实体之间通过更高层协议传递信息。此信息可在SMLC与MSC、SMLC与BSC之间双向传输。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1BSSLAP APDUMTLV3-n分段CTLV3n BSSLAP APDU：此参数包含BSSLAP信息。n 分段：此参数包含分段APDU的分段信息。此参数仅在BSSLAP APDU分段时才出现。BSSMAP-LE无连接信息此信息在无信令连接时借助SMLC和另一实体间的高层协议进行传递信令信息。此信息可在SMLC和MSC、SMLC和BSC、SMLC和SMLC之间双向传输。信息单元参数出现情况格式字节长度信息类型MV1源地址身份MTLV3-n目标地址身份MTLV3-nAPDUOTLV3-n分段CTLV5返回错误请求OTLV2返回错误原因OTLV3n 源地址身份：此参数表示原始的信息源。信息源可以是SMLC或者B类LMU。信息源身份的确定借助定位区域或者小区地址。n 目的地地址身份：此参数表示了信息的终点。终点可以是SMLC或者B类LMU。目的地身份确定同样借助于定位区域或小区地址。n APDU：此参数包含了嵌入式的APDU。对于SMLC和B类LMU之间传输的信息为LLP APDU。对于两个SMLC之间传输的信息则为SMLCPP APDU。n 分段：此参数对于一个分段APDU包含了分段信息。n 返回错误请求：如果BSSMAP-LE信息不能成功传递到目的地，此参数出现用来请求错误响应。如果返回错误原因参数出现的话，此参数就不会出现。n 返回错误原因：此参数对不能传递到目的地时的BSSMAP-LE无连接信息表示错误响应。APDU应和原始未交付时的APDU一样。源地址和目的地地址身份也分别和原始未交付时的一样。BSSMAP-LE重置信息此信息表示发送实体在LMU连接和定位服务已经建立或正在建立时存储丢失。此信息在SMLC和MSC、SMLC和BSC间双向传输。此信息作为无连接SCCP信息传送。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1原因MTLV3-4BSSMAP-LE重置确认信息此信息作为对重置信息的响应，表示借助LMU连接和定位服务的引用和资源对于发送重置的实体已经释放了。此信息在SMLC和MSC、SMLC和BSC间双向传输。此信息作为无连接SCCP信息传输。信息单元参数出现情况格式长度信息类型MV1一般的网络定位程序向LCS客户提供移动台定位信息的一般GSM网络定位程序由定位准备程序，定位测量建立程序，定位计算和释放程序构成。在GSM网络中根据定位请求发出者的不同，有MT-LR（任何定位客户端发出）、NI-LR（由PLMN内部发出）、MO-LR（由移动终端发出）等多种定位请求，所对应的定位程序也有一定差别。下图是由PLMN外部LCS发出的MT-LR所对应的定位程序，假定目标MS的身份已通过MSISDN或IMSI确认，不同阶段定位程序执行的任务如下。外部LCS客户MT-LR定位程序定位准备程序（1） 外部LCS客户通过GMLC对目标MS的当前位置发出定位请求，GMLC检验LCS客户的身份、LCS服务请求类型及服务QoS要求，确定带定位目标MS的MSISDN或IMSI。（2） 如果GMLC已知VMSC的位置及IMSI（从以前的定位请求），可跳过这一步和第三步，否则向目标MS所在的HLR发出MAP SEND ROUTING INFO FOR LCS信息，IMSI或MSISDN信息。（3） HLR鉴别GMLC的SCCP呼叫地址，确定授权请求定位请求的已知GSM网络元素，返回当前的VMSC地址。（4） GMLC向HLR指示的VMSC发出MAP PROVIDE SUBSCRIBER LOCATION信息，该信息携带定位请求的类型，MS用户的IMSI，LCS的QoS等信息；对于呼叫发出的定位请求，该信息携带呼叫号；对于LCS附加值服务，携带LCS客户标识。（5） 根据GMLC位置，MS建立呼叫的类型，是否能满足定位QoS要求，VLR中MS用户的隐私要求等确定是否受理LCS要求。如果MS出于空闲状态，向MS发出寻呼、认证、加密信息。（6） 如果定位请求来自附加值LCS客户，MS的服务文档要求必须将该请求公告MS或通过MS隐私限制，MS也支持LCS公告，一条DTAP LCS定位公告信息被发送到目标MS，说明定位请求的类型，LCS客户标识，是否需要隐私确认。（7） 目标MS公告MS用户的定位要求，将DTAP LCS定位公告结果返回VMSC，该结果也可在第6步后，第15步前的任意时刻返回。（8） VMSC向MS当前小区位置所在的SMLC发出MAP PERFORM LOCATION信息，这条BSSAP-LE信息包含了定位请求的类型，MS的定位能力，分配的无线信道类型，当前小区ID，QoS要求等。（9） 对基于BSS的SMLC，VMSC则向目标MS坐在的服务BSC发出BSSMAP PERFORM LOCATION信息。（10） 对基于BSS的SMLC，BSC将第9步接收的BSSMAP PERFORM LOCATION请求转发到SMLC，BSC还可能附加辅助测量数据。定位测量建立程序（11） 如果请求的定位信息和QoS要求的定位准确率能有小区ID或TA值满足，SMLC将立即发出MAP PERFORM LOCATION确认信息；否则，SMLC将确定采用的定位方法及其需要的测量信息。接收到测量值后SMLC计算出MS的估计位置，否则利用小区ID或TA值得到MS近似估计位置。定位计算和释放程序（12） 当最好地满足定位类型及QoS要求的定位信息得到后，对基于NSS的SMLC，由SMLC向VMSC发出执行定位响应；如果不能得到定位信息，SMLC则发出包含失败原因及无定位估计的执行定位响应。（13） 对基于BSS的SMLC，定位响应信息则返回服务BSC。（14） 对基于BSS的SMLC，BSC将第13步接收的定位响应信息转发到VMSC。（15） VMSC将定位信息及取得返回时间返回GMLC。（16） GMLC将MS定位信息返回LCS客户，如果LCS客户要求，GMLC还可进行定位信息的坐标转换；GMLC还可对LCS客户进行计费。GSM网络定位方法提前时间（TA）定位法该方法利用GSM网络现有的TA参数对移动台进行定位估计，MS的TA参数可由服务BTS获得。当MS处于空闲状态时，可采用寻呼或要求MS发出紧急呼叫等方式获得。MS处于专用（Dedicated）状态时，服务BTS可直接检测TA参数，检测的TA参数和服务小区ID将送SMLC进行定位估计。TA定位法师一种辅助定位法，其他定位方法失败时可用该方法作为一种近似方法。下图为基于BSS的SMLC发出的TA定位程序，SMLC首先向目标MS所在的服务BSC发出一条BSSMAP-LE连接信息，该信息中的BSSLAP APDU参数含有TA请求；BSC将测量的TA值（TA响应）返回SMLC，TA响应包含服务小区和多个相邻小区检测的最新测量值，SMLC将根据这些测量值、服务小区ID等其他参数估计目标MS的位置。基于BSS的TA定位程序上行链路TOA定位法 上行TOA定位法通过在3个以上的测量单元测量接收到的移动台发射已知信号的到达时间（TOA），实现对移动台得定位估计。移动台发射的已知信号为使MS执行异步切换的接入触发信号，该方法需要在网络中MS的临近位置设置附加测量单元（LMU）以准确测量触发信号的TOA，LMU的时钟偏差可采用GPS参考时钟或在固定位置设置的参考测量单元测量的RTD（实际时间偏差）来确定。由于各测量单元的地理坐标为已知，因此采用双曲线三角测量就能计算出MS的位置。接收到对MS