定位業務的架構演進和互通策略論文

　　在眾多的移動數據業務中,一個能體現移動網特色的業務是移動定位業務。由于人們對移動業務的依賴,移動終端已經非常普及,而且人們習慣將手機隨身攜帶,這樣,通過手機終端來定位用戶,為許多應用提供了美好的前景。

　　本文就定位業務的架構演進和互通策略進行了介紹和分析,探討了定位業務的應用策略和互通策略。為簡便起見,本文大部分內容的描述就移動承載網是wcdma的情況展開。

　　由于定位業務在移動數據業務中有一定的典型性,其應用和互通策略對其它移動數據業務的開展也有借鑒意義。

　　定位業務的架構

　　定位業務,即基于位置的業務lbs(location based service),有時也稱為lcs(location service),是指通過移動網絡特定的定位技術獲取移動終端的地理位置信息(經緯度坐標),提供給移動用戶本人、通信系統或第三方,并借助地圖信息的支持,為移動用戶提供與其位置相關信息的業務。

　　目前在定位業務的架構主要由3gpp的一系列規范規定,oma的架構與3gpp的架構基本保持一致,僅在用戶平面定位方面有新的思路,這里先以3gpp的規范為準介紹定位業務的架構。

　　在3gpp的規范中,根據請求發起方的不同,定位業務可以分為三種:

　　1. 終端始發定位請求mo-lr(mobile originated location request):終端通過空中接口向定位管理系統直接發起的定位請求,它可以向網絡直接請求位置信息、請求輔助數據或請求將自己的位置發送給第三方。由于該功能目前應用模式不清晰、靈活性差,幾乎不能在實際應用中見到。

　　2. 終端終止定位請求mt-lr(mobile terminated location request):使用最普遍的請求方式,終端通過定位客戶端lcs client(即第三方或sp)向定位管理系統發出定位請求,終端和lcs client之間一般要通過為定位業務接入網關(短消息系統、多媒體消息系統或wap網關等)接入到lcs client。

　　3. 網絡觸發定位請求ni-lr(network induced location request):請求從正在為移動終端提供服務的plmn內部發出,主要應用于支持對緊急呼叫發起方的定位,在這種方式下,定位的結果往往通過定位管理系統發送到能處理緊急呼叫的專用lcs client處。

　　圖1示意了定位業務系統的體系結構和三種定位請求發起方式的區別。

　　在圖1中,網關移動定位中心gmlc(gateway mobile location center)是核心的設備,也就是前面提到的定位管理系統,它不僅處理各種定位請求、根據請求所要求的精度調用無線網絡的能力得到定位信息,而且完成定位業務的運營,包括用戶數據管理、業務數據管理、簽約信息管理、增值應用的鑒權認證和計費等功能。

　　服務移動定位中心smlc(serving mobile location center)是具體完成定位功能的邏輯設備,主要功能是在收到請求后調用相應的定位方法進行定位,并將測量消息轉換為用戶的經緯度信息。

　　3g核心網設備msc或sgsn在這里類似一個請求代理,主要起著將請求路由并轉發到smlc的作用。

　　面向開放業務體系的發展

　　1、 基本的趨勢

　　從以上的描述可以看到,盡管通過移動網絡進行用戶定位具有天然的優勢,這種技術的本身還是很復雜的,其原因在于完成一次定位往往需要核心網和無線網甚至終端的參與。

　　在3gpp對定位業務進行規范制定時,已經充分考慮到了這種復雜性,并提出了前面描述定位業務架構來將這種復雜性簡單化:

　　1. 3gpp將最終的定位計算單元smlc固定在無線網側,這主要是因為位置與無線側設備位置往往是相關的:最基本的定位方法cell id可以在無需終端主動參與的情況下通過無線網絡確定終端所處蜂窩的id得到;而otdoa的定位方法通過內置在node b中的位置測量單元lmu協作完成,這種協作的控制中心smlc設置在rnc即可;對a-gps的定位方法言,參考gps基準站一般每直徑200～500km需要部署一個,可以考慮和rnc共建,并將相關計算在rnc中的smlc模塊中完成。

　　2. 核心網的msc或sgsn作為一個請求處理的中間代理出現,它們可以通過lg接口(map信令)接入各種gmlc的請求。

　　3. 3gpp將定位業務的核心接入部件制定為業務層設備gmlc。gmlc不僅負責接入和各種定位請求,同時還是lcs業務的運營平臺,完成用戶數據管理、業務數據管理、業務簽約信息管理、sp數據管理和計費等功能。

　　通過以上的努力,定位業務的運作模式已經比較清晰。雖然在提供業務時,運營商需要考慮到終端、無線網、核心網和業務網設備對定位業務的支持,但各部分的功能和接口都已經劃分得很清晰,各部分的規劃也已經具有一定的獨立性。

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　　2、 面向用戶平面的發展

　　盡管3gpp已經將定位業務架構清晰化、簡單化,但因為涉及到核心網、無線網甚至終端在信令底層的參與,整個架構還是相對復雜的,這時,一種更加簡單的架構——基于用戶平面實現定位的架構supl(secure user plane for location)被oma提出,并成為了新的趨勢和可替代方案。相對而言,3gpp的實現方案被稱為基于控制平面實現的方案。

　　圖2示意了supl的定位業務架構,定位通過supl定位平臺slp(supl location platform)和支持supl定位的終端set(supl enabled terminal)協同完成。supl定位平臺又由定位中心slc(supl location center)和位置中心(supl positioning center)兩個部分組成,slc的功能類似gmlc,spc的功能類似smlc。值得注意的是slp和set之間的接口lup,它遵循用戶平面定位協議ulp(user plane location protocol),是定義在從slp出發經由sgsn、rnc、nodeb到set建立的ip承載之上的協議,就定位本身而言,supl對移動承載網并沒有直接的要求。

　　在supl實現具體的定位方法時,由于不再能直接使用承載網的能力,相關的工作主要依賴于終端和定位平臺。對cell id的定位方法,需要終端告知平臺自己所處cell;如果要實現rtt或otdoa,也都完全依賴于終端是否能調動無線網資源實現相關測量;對于a-gps,情況簡單一些,gps基準站通過數據網與spc相連接,spc通過用戶面向set傳遞必要的gps輔助數據。

　　用戶平面的方案由于無需無線網和核心網設備直接參與定位的過程,對于新老移動運營商都具有較大的吸引力,畢竟,在無線網部署定位相關的功能部件不是很容易的事:

　　1. 對老運營商來說,舊的承載網設備可能并不支持定位業務要求的功能,而升級這些設備支持定位功能將是及其困難的;

　　2. 對新的運營商來說,如果采用用戶面定位方案,對承載網的規劃將得到簡化。

　　不過,應該注意到,用戶面定位方案并不能簡化定位本身的復雜性,所以在進行選擇的時候,各運營商還需要根據自己的運營策略統籌考慮。

　　3、 定位業務的互通

　　在定位中,另一個值得注意的問題是定位業務的互通。

　　1、 需求

　　對于中國可能的新興移動運營商而言,定位業務的互通主要是為了滿足用戶以下幾個方面的需求:

　　1. 發起對各種用戶的定位:用戶不僅可以發起對本地用戶的地位,還應該能發起對異地用戶、異網用戶(含phs網和其它移動運營商的網)定位;

　　2. 漫游時仍能選擇開通對自身定位的能力:本網用戶漫游到異地時或其它采用相同無線接入技術運營商的網絡時,仍然能選擇開通對自身定位的能力。

　　為了滿足需求1,要求gmlc在收到對異地用戶或異網用戶的定位請求時,能直接調用網絡資源對該用戶的終端進行定位或知道將請求轉發給哪個gmlc去處理;為了滿足需求2,網絡需要知道用戶漫游到了那里,并能通過轉發請求或直接調用用戶拜訪地的網絡資源對用戶終端進行定位。以下將區分異地的互通和與異網的互通展開分析。

　　2、 與異地定位業務的互通

　　與異地定位業務的互通是指同一plmn內有多個gmlc時能實現對用戶的定位。

　　當全網只有一個gmlc時,該gmlc通過查詢hlr得到終端當前所拜訪的msc或sgsn的地址,然后通過信令網將定位請求發送到該msc或sgsn即可。

　　當用戶量較大的時候,或處于區域劃分的需要(定位是一個區域特征較強的業務),可能需要多個gmlc來協同實現定位業務,此時可能有兩種方案:

　　1. 方案一為每個gmlc都能直接調動所有的msc或sgsn實現對任一用戶的定位,設置多個gmlc主要是為了實現業務請求處理的負載分擔;

　　2. 方案二為每個gmlc負責一個區域的用戶的定位,gmlc間通過lr接口互通,使用oma制定的漫游定位協議rlp(roaming location protocol)協同完成定位。

　　在方案二中,gmlc之間的交互流程如圖3所示:lcs client代理用戶的請求,將之發送到其歸屬的gmlc(該gmlc稱為請求gmlc,簡寫為r-gmlc),r-gmlc會將該請求轉發到被定位方歸屬的gmlc處理(該gmlc稱為終端歸屬gmlc,簡寫為th-gmlc);如果用戶就在本區域,th-gmlc直接向msc或sgsn下發定位請求;如果用戶漫游了,th-gmlc將定位請求轉發到終端當前所拜訪的msc或sgsn相關的gmlc(該gmlc稱為終端拜訪gmlc,簡寫為tv-gmlc),然后tv-gmlc,由tv-gmlc調動網絡資源完成定位,最后再將結果返回。

　　盡管方案二的流程比方案一復雜,但可以看到這種方案的邏輯清晰,業務請求先由歸屬地業務系統處理,然后根據是否漫游將請求轉發到漫游地業務系統,這對業務計費結算、業務統計和業務管理都極有好處。正因如此,3gpp和oma一起通過規范確定了這種交互架構和流程。

　　3、 與異網的互通

　　與異網的互通包括與采用其它無線接入技術網絡的業務互通和與其它plmn定位業務的互通。

　　對采用其它無線接入技術網絡(比如phs網、cdma2000網絡等)而言,關鍵是要滿足“需求”中描述的問題1,因為不存在漫游的問題。此時有三種方案:

　　1. plmn中的gmlc和phs網中的gmlc通過rlp互通,要求gmlc支持對對方號碼的路由解析;

　　2. plmn的gmlc和phs網中的gmlc通過移動定位協議mlp互通(即圖1中的le接口),雙方互為對方的sp;

　　3. 要求sp實現對號碼的解析,將請求提交到相應的.gmlc,即如果是對phs用戶的定位就發送到phs的gmlc,如果是plmn的用戶就發送到plmn的gmlc。

　　從技術的復雜度而言,方案三是最可取的,但sp處于業務的外層,不好統一控制,比如中國移動和中國聯通通過這種方式互通,就要求sp同時滿足兩個企業對sp的要求;方案二也可行,但增加了gmlc作為sp,管理模式不是很清晰,而且增加了流程;相對而言,方案一在業務流程控制和管理上都是思路清晰的,也吻合了漫游定位協議rlp制定的初衷,是值得推薦的方案。

　　對采用了相同無線接入技術的異網而言,在滿足“需求”中描述的問題1上,分析和結論是一致的,不過它又增加了兩個問題:

　　1. 通過承載網的設備的支持,用戶在不同plmn之間的漫游時也能實現對終端的定位,由于采用的無線接入技術相同,只要運營商之間實現了網間漫游,這一要求能實現;

　　2. 由承載網技術是相同的,運營商之間可以采用緊合作方式,要求自己的gmlc能直接訪問對方的msc或sgsn,不過,根據前面的討論,這種方式類似于“與異地互通”的方案一,其管理模式是不清晰的,不值得提倡。

　　經過以上的分析,可以看到,3gpp和oma一起制定的定位業務互通方案具有強大的普適性,在各種網絡間定位業務互通的情形下都是最適方案。

　　小結和展望

　　本文通過對定位業務的架構演進和互通問題進行分析,明晰了兩個問題:

　　1. 在定位業務的架構上,目前3gpp和oma提出的分層架構有利于網絡的擴展和互通,在定位實現方案方面,oma提出的基于用戶面的定位實現方案給運營商提供了新的選擇;

　　2. 在定位業務互通方面,基于3gpp和oma提出的分層架構采用rlp進行互通,能較好實現定位業務在異地、異網間的互通。

　　目前,定位業務由于在架構復雜性、互通、定位方法選擇、隱私控制和gis策略方面還存在一些問題,還有待于各方面進一步的努力。隨著這些問題的逐步解決,定位業務將逐步深入人們的生活,給大家帶來更多的方便和利益。