（通信与信息系统专业论文）位置服务和移动定位技术研究.pdf

摘要 位置服务和移动定位技术研究 硕士研究生金辉。导师陈晓曙 东南大学无线电工程系 随着移动定位技术、无线通讯网络、地理信息系统、移动互联技术的飞速发展，基 于位置服务( l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e s l b s ) 的应用也得到快速发展。l b s 是以位置服 务为核心，通过通信网络获取移动终端用户的位置信息( 经纬度坐标) ，在地理信息系统 的支持下，为用户提供包括信息追踪、导航、移动黄页等多种位置服务的一种新型业务， 其核心技术就是移动定位技术。而随着移动定位技术的发展成熟，位置服务业务也进入 了面向市场高度发展的阶段。本文主要介绍位置服务的各种相关技术和移动定位技术的 主要手段，然后就目前的市场实际提出了一令简单的定位补充方法即：运用里程表结合 陀螺仪和精确的g i s 系统来实现车辆( 移动台) 的自身定位，并对其基本应用和发展提 出了自己的看法。 本文首先介绍了位置服务系统的特点、典型结构和相关技术，包括移动定位技术、 移动互联网访问技术、地理信息系统等；然后对其核心技术一移动定位技术做了深入的 分析阐述，就其分类、目前已有的几种定位方式一一做了说明；随后根据移动定位系统 的设计要求，提出了一个简单的定位系统：里程表结合陀螺仪和g i s 系统( 0 g g ) ，并对其 基本原理和实际应用做了阐述。 关键词：位置服务系统、移动定位技术、地理信息系统 abstract l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e sa n d m o b i l ep o s i t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h m s c a n d i d a t e ：j i nh u i ，s u p e r v i s o r ：c h e nx i a o s h u d e p a r t m e n to fr a d i oe n g i n e e r i n g ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y , c h i n a 瞄t h e r a p i dd e v e l o p m e n to f w i r e l e s sm o b i l ep o s i t i o nt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k ，g e o g r a p h i c a li n f o i t n a t i o ns y s t e ma n dm o b i l ei n t e r a c tt e c h n o l o g y , t h ea p p l i c a t i o no f l o c a t i o nb a s e ds c r v i c e s ( l b s ) a l eb o o m i n g l b si san e wt y p eo f b u s i n e s ss e r v i c ew h i c h p r o v i d e sp o s i t i o ns e r v i c ei n c l u d i n gi n f o r m a t i o nt r a c k i n g ，n a v i g a t i n g ，a n dm o v i n gy e l l o w p a g eb yo b t a i n i n gt h ep o s i t i o ni n f o m a a t i o n ( t h el o n g i t u d ea n dl a t i t u d ec 0 0 r d i n a t e ) o f t h e m o b i l ee n dc l i e n tt h r o u g ht h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n db yt h es u p p o r t i n go fg e o g r a p h i c a l i n f o r m a f i o ns y s t e m 。m o b i l ep o s i t i o nt e c h n o l o g ya l et h ek e y w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n d m a t u r a t i o no ft h em o b i l ep o s i t i o nt e c h n o l o g y ，t h el o c a t i o nb a s e ds e r v i c ea r eg o i n gi n t ot h e h i g h d e v e l o p m e n tp h a s ew h i c hf a c e d t h em a r k e t i nt h i st h e s i s ，t h ep i v o t a lt e c h n o l o g yo f l b s a n dm a i ni n s t r u m e n to f m pa r ed e s c r i b e d a n da l le a s ym e a n so f m pi sr e i n f o r c e d ：u s c o d o m e t e rc o m b i n e dw i t hg y r o s c o p ea n dg i st oa c h i e v et h ep o s i t i o no f c a r s a n dp u tm yv i e w o ni t sa p p l i a n c ea n dd e v e l o p m e n tf o r w a r d ， f i r s t l y ，t h ef e a t u r e s ，t y p i c a la r e h i t e c t u r ea n d t h ep i v o l a lt e c h n o l o g i e so f l b sa l e i n t r o d u c e d ，w h i c hi n c l u d i n gm o b i l ep o s i t i o nt e c h n o l o g y ，m o b i l ei n t e m e ta c c e s s i n g t e c h n o l o g ya n dg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m t h e nt h ep i v o t a lt e c h n o l o g y - m 【p t e c h n o l o g yi sd e e p l yd i s c u s s e d i n t h ef o l l o w i n g w ep u tf o r w a r das i m p l em ps y s t e mb a s e d t h ed e s i g nd e m a n do f m ps y s t e m - o g gs v s l j e m ( o d o m e t e r g y r o s c o p eg i ss y s t e m ) k e yw o r d s ：l b s ；m o b i l ep o s i t i o nt e c h n o l o g y ( m p ) ；g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ；o g g 图形目录 图形目录 图2 1 移动计算环境示意图j o fo i 0 6 图2 2 位置服务系统结构简图0 8 图3 1 基于距离测量的定位技术1 9 图3 2 基于角度测量的定位技术2 1 图3 3 基于邻近关系的定位技术2 2 图3 - 4 基于信号强度的定位技术2 3 图3 5a o a 定位技术2 4 图3 6 上行链路信号到达时间2 5 图3 7d c m 定位系统2 6 图3 8a g p s 定位技术2 7 图3 - 9 移动定位中的多径传播问题2 9 图3 一l o 移动定位中的n l o s 问题3 0 图4 1 自我定位模式的定位过程3 8 图4 2 第三方定位模式的定位过程3 9 图5 1 陀螺仪工作原理图3 1 图5 2 里程表工作原理图3 2 图6 一l 汽车直行通过交叉点5 4 图6 2 汽车拐弯通过交叉点5 5 i v 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南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 表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名澌 第一章绪论 第一耄绪论 1 1 位置服务业务的产生背景： 位置服务( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e ，l b s ) “1 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，为用户提供相应位置服务的一种新型 业务。随着移动电话成为我们的生活中不可或缺的一部分，移动服务市场对利用移动电 话实现位置信息的需求越来越迫切。 位置信息服务首先从美国发展起来。1 9 9 6 年，美国联邦通信委员会( f c c ) 下达指示， 要求移动运营商为手机用户提供e 9 1 l ( 紧急求助) 服务，即提供呼叫者的位置以便及时救 援，这实际上就是位置服务的开始。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用位置服务。耳前，世界许多国家都以法律的形式颁布了对移动位 置服务的要求。我们日常使用的大部分信息都与位置存在某种关系。特定的位置信息服 务类型包括娱乐消息、交通报告、地图和向导、目标广告、交互式游戏、车辆跟踪、运 程信息和网络管理系统等类型。 具体的说位置服务是指用户通过移动通讯网络获取其基础位置信息如经纬度，利用地理信息系 统计算终端的位置，并提供位置相关信息的新型业务。其服务特点包括两方面：其一，能智能地提供 与信息需求者及其周国有关事物的信息与服务：其二。无论是普透用户还是专业人员，无论是在移动 终端，穿戴式计算机，还是在台式计算机上都能在任何时刻、任何地点获得有关的空间信息和服务。 1 2 位置服务的应用： 位置服务系统的巨大价值在于通过移动和固定网络发送基于位置的信息与服务，使 这种服务应用到任何人、任何位置、任何时间和任何设备。 位置服务系统得到广泛应用的原因在于： 1 ) 定位手段的多样性。除广泛使用的g p s 系统，基于手机或基于网络的无线定位技术也 得到广泛应用。 2 ) 通信手段的广泛性。基于g s m ，g p r s ，c d m a 等网络的s m s ，m m s ，h t t p 都可以作为l b s 服 务器数据交换的方法“。此外，国内己建成的众多无线通信专网，以及有线电话、寻呼 网、卫星通信等均可成为l b s 的通信手段。 3 ) 用户终端的多样性。与通信手段相对应g p s 车载硬件、手机、p d a 、寻呼机等均可成为 l b s 的用户终端。 由于手机终端的灵活性、方便性以及普及性，使用手机作为l b s 系统的终端具有很高的实用价 东南大学硕士学位论文 值。 1 3 位置服务的发展前景： 目前，无论是公众还是行业用户对于获得位置及其相关服务都有着广泛的需求。对 于公众来说，主要是要求系统提供位置服务网关，发布与位置相关的信息如最近的商店、 车站等公众查询服务。对于行业应用，在交通运输方面，可以开发物流配送管理调度系 统( 包括运输车队和船队) ，公交车辆指挥调度系统，车辆跟踪防盗系统，车辆智能导航 系统( 包括车辆定位系统、最佳路径规划系统和行车引导系统) ，铁路列车指挥调度系统： 在农业、环保、医疗、消防、警务、国防等方面分别可以开发智能农业生产系统、环境 监测管理系统、紧急救援指挥调度系统、智能接警处警系统、支持作战单元的移动式空 间信息交换系统等：面向政府的空间信息移动技术主要有移动办公系统，与位置相关的网 络会议，水灾、地震、林火等自然灾害的防灾、抗灾和灾后重建管理系统。因此，对于 位置服务系统关键技术及其应用的研究具有很高的价值和战略意义。 1 4 移动定位业务的产生背景： 移动通信是当今发展最快的科技之一，各种全新的无线通信概念层出不穷，各种新 体制及其关键技术目新月异，这些重大的观念的改变已经成为2 1 世纪移动通信的标志。 第三代移动通信系统是国际电信联盟( i t u ) 在1 9 8 5 年提出的，当时称为未来公众陆地 移动通信系统( e p l m t s ) ，1 9 9 6 年正式更名为国际移动通信- 2 0 0 0 ( i t u - 2 0 0 0 ) ，业界 习惯将其称为第三代移动通信系统( 3 g ) 。它主要工作在2 g h z 频段，使用智能网技术 进行移动性管理和业务控制，能集成蜂窝系统、无绳系统、卫星系统等多种无线网络环 境，提供广泛的移动电信业务。无线定位技术是第三代移动通信的一个重要技术。移动 用户在移动通信网地区范围内位置随时变动，在发生紧急时间需要救援或者在其它一些 需要其位置信息的情况下，利用无线电波测定用户的位置信息，及时采取措施具有非常 重要的意义。而且准确测定移动电话的位置可以使移动通信网络对于何时进行小区切换 做出更好的判决，长期对移动电话位置的检测也有助于移动通信网的建设规划。1 9 9 6 年美国联邦通信委员会( f c c ) 就公布了e 9 1 1 ( e m e r g e n c y 9 1 1 ) 的定位需求，要求在 2 0 0 1 年1 0 月1 日前，各种无线蜂窝网络系统必须能提供精度在1 2 5 m 内的定位服务， 而且满足此定位精度的概率不能低于6 7 4 1 ，并且在2 0 0 1 年以后，提供更高的定位精 度和三维位置信息。 准确的讲移动定位服务就是指通过无线终端( 手机、p d a 、笔记本电脑等) 和无线 第一章绪论 网络的配合，确定移动用户的实际位置信息( 经纬度坐标数据) ，从而提供用户所需的 与位置和方向相关的增值服务。定位服务又q 移动位置服务，它是通过移动运营商的弼 络如g s m 网、c d m a 网等获取移动终端用户的位置信息，在电子地图平台的支持下， 为用户提供相应服务的一项增值业务。 根据统计，在2 0 0 4 年各种移动通信业务甩产数排名中，定位业务用户己超过移动电子商务、移 动银行等增值业务，仅低于语音业务而位居第二。移动定位技术代表着全新的商机，代表着移动技 术发展的一个颓的阶段。 1 5 移动定位的应用： 目前无线定位技术( 主要是手机定位服务) 有着极为广泛的应用前景： 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 l ，美国的9 1 l 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 援成功的几率。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，从而擒获盗车者。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n 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 踪目标上安教一个移动台，在需要的地方设置好移动基站就可解决覆盖闳题。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。 东南丈学硕士学位论文 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。 6 国防军事应用 对于绝大多数的军兵种，移动定位技术都有着非常巨大的应用发展前景，如我方的车辆定位、 指挥所定位、机动部队定位等等，同样我们也要大力发展通过对敌方信息源的分析从而实现对敌方 相关目标的定位技术，比如说一旦掌握了敌方的通信频率我们就可以对其移动指挥所或者其它移动 目标进行准确的定位打击。目前这种技术美军在两次海湾战争和恐怖打击活动中都已运用过了。并 取得了较好的效果。 1 6 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已经开 始在3 g 网络中提供这项极具潜力的增值业务。如日本的n t td o c o m 哪。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，据业内人士估计，至i 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，n 2 0 0 5 年美国的无线定位服务业的年产值将达至l j 4 0 亿 美元，而全球的年产值将为3 0 0 亿美元 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 4 一一一 墨二兰堑堡 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。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。商精度的 定位技术与多媒体的用户界面楣结合可以吸弓l 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) 。 东南大学硕士学位论文 第二章位置服务系统介绍 2 1 移动计算环境： 移动计算的概念可根据移动性做不同程度的定义。移动性总是作为移动系统的必要 特征而客观存在，也是确定系统类型的基本依据之一。移动性指系统中逻辑或物理实体 的移动特性。最常见的是客户的移动，如设备的移动和用户的移动，并且两者可以独立 发生：另外，移动性也表现在计算实体上，具体包括：简单的数据，封装了数据、代码的 对象，独立自主运行的移动a g e n t ，甚至整个应用程序等。计算实体的移动性构成新 一代分布式计算的基础，再将移动性的概念拓展，计算逻辑实体也可以移动，如：进程 迁移、远程调用等”1 。因此广义地讲，移动计算指分布式系统中存在可移动的设备、用 户或程序，相应计算模式需要支持这些实体移动性：狭义的移动计算指用户携带可移动 设备通过公共设施访问信息服务，而不论他处于什么物理位置，或具有怎样的移动行为。 本文中移动计算为狭义概念。在传统的分布计算系统中，各个计算结点之间都是通过固 定网络连接的，并始终保持网络的持续连接性，而移动计算机系统不具备这种条件。移 动计算系统假设计算结点包括固定结点和移动结点，它使用户可以携带移动终端自由移 动，并在移动过程中通过移动通信网络与固定结点和其它移动结点连接和交换信息1 。 下图展示了移动计算环境的典型体系结构。 囤固 图2 - 1 移动计算环境示意图 一个移动计算系统由移动设备( 或称移动单元m o b i l eu n i t - m u ) 、无线单元、移动 6 第二章位置服务系统介绍 服务支持结点( 或称移动基站m o b i l es u p p o r ts t a t i o n m s s ) 、固定结点( 或称固定主机 f i x e dh o s t f h ) 和固定网络连接组成。1 。其中高速固定弼络构成连接固定结点的主干。 固定结点包含通常的文件服务器和数据库服务器。m s s 则是一类特殊的固定结点，它带 有支持无线通信的接口，负责建立一个无线网络单元( 无线广播单元或无线局域网单 元) 。固定结点( 固定主机积服务器) 以及其它移动计算机连接。相比常规两络环境。无 线环境具有相当多的不同之处，这就导致了移动计算系统的研究必须面临更多的问题和 挑战，主要来自无线通信、移动性和便携式设备等三方面。 首先，移动鼹络环境中基于无线设备和协议的两络通信是基本的特征之一。无线网 络性能与常规有线网络相比，还存在许多缺点。具体包括：普遍存在的可预知及突发性 非连接状态，而且这种状态往往会持续保持较长时间：低带宽，网络数据传输相比有线 网络，带宽总是处于较低水平：高度的带宽波动，无线通信的传输性能波动是客观存在： 异种网络环境，由于设备经常移动到不同的网络，因此从硬件到协议在各个地方都可能 不一样，移动系统必须能处理这种变化：各种安全隐患，使用无线通信的分布式应用会 面临更多的安全问题，如通信本身的安全，以及由于改变安全域而引起的复杂问题等。 其次，改变位置的同时连接到网络也会产生特殊的移动性问题，许多在常规网络中 的静态信息需要动态可变，移动主机的位置随时变化，可能会导致两方面影响：系统需 要根据当前位置进行动态配置，应用必须获得一此仿置敏感的信息用于各种计算：另外， 位置的变化可能对通信状况产生很大的影响，例如：主机少量的物理位置移动可能导致 与服务器的逻辑距离大幅度增加，因此，对逻辑位置的自适应是需要解决的重要的问题。 同时，便携式设备是移动环境中的主要用户终端，移动应用的设计，需要充分考虑 到这类设备的特点，主要包括：低能耗、数据容易丢失、用户界面的特殊性、计算和存 储能力有限等。而且，对这类问题的处理往往需要与无线网络自适应进行折衷。 2 2 位置移动服务系统的关键技术： 2 2 1 位置服务系统结构： 移动位置服务系统主要由移动终端、通讯网络、移动位置后台服务器系统三大部分 组成。 东南大学硕士学位论文 目 f t 业务服务器 移动终端 位置服务器 图2 - 2 位置服务系统结构简图 2 2 2 基于移动网络的无线接入方式 无线接入技术可分为两类，一是基于蜂窝的接入技术，如g s m ，c d m a ，g p r s 等，二是 基于局域网的技术，如蓝牙技术( b l u e t o o t h ) ，无线局域网技术等。 g s m 技术是目前个人通信的一种常见技术代表，采用窄带t d m a ，允许在一个射频同 时进行8 组通话，具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，备容量大，频 率资源利用率高，接口开放，功能强大。自1 9 9 1 年投入使用起，目前已成为欧洲和亚洲 事实上的标准。 c d m a 也是一种比较成熟的无线通信技术，其运作利用扩频( s p r e a ds p e c t r u m ) 伽技 术，与t d m a 不同，c d m a 不是给每个通话者分配一个确定的频率，而是让每个频道使用所 能提供的全部频谱，利用码分多址技术区分不同的通话。因此具有高效的频带利用率、 更大的网络容量、简化网络规模、高通话质量、高保密性、高覆盖率等优点啪1 。目前， c d m a 技术是第三代移动通信的首选技术。 g r p s 接入技术采用分组交换技术，可有效避免数据传送时断线情况发生，并且g p r s 手机目前的速率可达11 5 k b p s ，是常用5 6 k m o d e m 理想速率的两倍，因此该技术可将移动 电话的应用提升到一个更高的层次：并且发展c p r s 技术只需沿用现有的g s m 网络来发展 即可，因此十分经济。 蓝牙工作在全球开放的2 4 g h zi s m ( 即工业、科学、医学) 频段；它使用跳频频 谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道( h o pc h a n n e l ) ，在一次连接中，无线电收发 器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道：蓝牙的数据传输速率可达 第二章位置服务系统介绍 1 m b i t s ；具有低功耗、通讯安全性好、支持语音传输、组网简单等特点。 无线局域网( w l 心) 是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算 机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线 局域网l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) 的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的 宽带网络接入。y r l a n 具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗 干扰等特点。 2 2 3 通用的移动终端应用协议 高性能的无线接入方式只有与丰富高效的无线应用协议相结合才能刨造出多种基 于移动终端的应用。随着移动通信数据业务的发展，逐步产生了三种较成熟的终端应用 “”：移动终端访问互联网服务、短消息服务s m s ( s h o r tm e s s a g e s e r v i c e ) 、多媒体短消 息服务踊s ( m u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c e ) 1 、移动终端访问互联网服务 大多数移动终端不具备计算机的运算和显示能力。因此需要通过不同于h t t p 的特殊 协议访问和浏览互联网。目前世界通用韵移动终端的协议是w a p ( w i r e l e s sa c e s s p r o t o c 0 1 ) o ”，该协议首次定义了一个开放的标准以实现互联网的无位置服务系统研究 及终端实现线接入访问。 w a p 规范是种无线应用程序的编程模型和语言，主要定义了以下几种组件： ( 1 ) w a p 编程模型：该模型在很大程度上利用了现有的w w w 编程模型，从而有利于开发人员 最大限度的利用原有经验和开发工具。此外，该模型还针对无线环境的通信特点对原有 的w w w 模型进行了优化和扩展。 ( 2 ) 无线标记语言( w m l ) ：w m l 特别适合于在性能方面严重受限的手持设备。它不要求用户 使用传统的p c 机键盘或鼠标进行输入，并且考虑到手机屏幕尺寸限制，将页面文件分割 成一套用户交互操作单元，一个交互操作单元被称为一个卡，用户在进行互联网访问时 需要在一个或多个w m l 文件产生的各个卡之间来回导航。通过w a p 网关，所有的w m l p q 容 均可通过互联网使用h t p1 1 请求进行访问。因此传统的w e b 服务器、工具和技术均可继 续使用。 ( 3 ) 微浏览器规范：该规范与标准的w e b 浏览器规范类似，定义了一个适合于手持设备的功 能强大的用户接口模型，即手机如何解释w m l 和w m ls c r i p t ，并显示给用户。用户通过上 移键和下移健在各个卡之间来回导航，此外还提供了各种导航功1 i 昱鸯g b a c k ，h o m e 、书签 等，并允许较大屏幕和更多特性的设备自动显示更多内容。 9 东南大学硕士学位论文 ( 4 ) 轻量级协议栈：该协议栈将无线手机访问互联网的带宽要求降到最低。要完成同一操 作，使用该协议栈涉及到的数据包数量不到使用全标志的h t p t c p 1 p 协议栈的一半。因 此十分适用于带宽严重受限的无线网络。 ( 5 ) 无线电话应用( w t a ) 框架：它允许无线手机访问各种电话功能如呼叫控制、w m ls c r i p t a p p t e t 中的信息，从两允许商家开发各弛电话应用并且将其集成至4 嘲l 贼ls c r i p t 服务 中。如呼叫转移这样的服务，商家可以提供一个用户接口，提醒用户是准备接收呼叫、 转移它处，还是将其转发为一个语音邮件。 ( 6 ) 轷是p 网关：w a p 网关用标准的h t p 协议从_ j | | f 姗服务器上获取信恩，然后将其转换为嘲l 格 式的文档，并提供给终端。因此只需增加网关设备即可将现有的w w w 服务器上的内容发 给移动用户，而不需要专门开发相关的信息内容。此外，网关还可完成d n s 功能，故终 端只需要输入u r l 就可得到相关信息，从而减少了终端设备浏览器的负担。两关的另一 个功能是通过与其他信息服务器之间的高速连接，减少信息获取时间，从而尽可能减少 用户浏览网络的时延。 此外协议网关可将w a p 协议栈的请求积译到w 稀协议栈( h t 仰和t c p i p ) 中；而内容编 码器和解码器可将w e b 内容翻译成紧密编码的格式，以减少通过无线数据网络传输的数 据包的大小和数量。 2 、短消息服务 短消息服务s m s 是现阶段使用频率最高的移动数据通信业务，其主要表现形式为移 动终端之间以及移动终端和短消息实体之间基于字符的信息转换。短消息是g s m 中唯一 不要求建立端一端业务路径的业务，即移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消 息传输。系统认为不同的消息之间彼此独立，短消息的传输总是于g s m c f 部的短消息服 务中心( s m s c ) 进行中继。短消息有起源地和目的地，但只与用户和s m s c 有关，而与其它 g s m 基础设施无关。 涉及s m s 管理的协议包括： 短消息实体( s h o r tm e s s a g ee n t i t y ，s m e ) ：位于固话系统、移动基站或其他服务中 心内，可接受或改善短消息： 短消息服务中心( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ，s m s c ) ：负责在机站和s m e 问中继、 储存或转发短消息。移动台到s m s c 的协议能传输来自移动台或超向移动台的短消息，协 议名为s m t p ( s h o r tm e s s a g et r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 ) 。该协议最初由e t s 收录在 g s m 0 3 3 9 规范中，描述了短消息中心与短消息实体之间通信交互的协议关系及数据传输 第二章位置服务系统介绍 格式。s m p p 协议可以t c p i p 或x 2 5 作为底层通信承载。该协议提供了短消息实体与短消 息中心的交互模型，从而为不同应用服务中心利用短消息的方式，为移动用户提供信息 和服务提供了统一的途径。 s l s 网关：接收由s m s c 发送的短消息，i i i h l r 查询路由信息，并将短消息传送给接收 者所在基站的交换中心。 归属位置寄存器( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ，h l r ) ：用于永久储存管理用户和服务记 录的数据库，有s m s c 产生。s m s 网关与h l r 之间的协议使前者可要求h l r 搜索可找到的用 户地址，它与m s c 与h l r 之阕的协议一起，能在移动台因超出覆盖雨丢失报文、随后又可 找到时加以提示。 移动交换中心( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r ，m s c ) ：负责系统切换管理并控制来自或 发向其他电话或数据系统的援叫。 访问位置寄存器( v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ，v l r ) ：含有用户临时信息的数据库， 交换中心服务访问用户是需要这些信息。 3 、多媒体短消息服务 多媒体短消息服务( m u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c e ，m m s ) 的工业标准是由w a p 论坛和 3 g 伙伴工程( 3 gp a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 这两个组织制定的。m m s 在w a p 协议的上层运行， 因此它对传输格式没有严格的限制，既支持电路交换数据格式，也支持通用分组无线业 务g p r s 格式。其工作原理是利用高速传输技术e d g e ，可使数据传输速率由目前的 9 6 k b i t s 提高到8 4 k b i t l s 。从而可实现语音、互联网浏览、电子邮件、会议电视等多 种高速数据业务，被称为“g s m 3 8 4 ”，是g s m 向第三代移动通信系统i m t2 0 0 0 过渡的台 阶。 2 2 4 地理信息管理技术 g i s ( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是以空间数据库为其信怠管理的核心，将 庞大复杂的信息结构按实际应用行业及专业分类，有效的组织在一个空间信息库中，并 提供图形、文字的综合查询系统。g i s 己经成为地理信息管理的规范和标准o ”。 g i s 箭主要功能之一是管理大量的专业鲍图，按专题分类将各部门所需的地图合理 的组织为空间数据库。由于城市中资源及设施密集，一般采用大比例尺地形图，几十、 乃至上百张图按地图网格拼装为一个图层，而每张图层上包括的资源设施对象，在取舍 上有严格的分类标准。按专业含义由粗到细划分为层次状专题分类，每一图层上的空间 对象归属于某一专题类，因此常称为专题图层。这些图层与各行业的更为专业的图层相 东南大学硕士学位论文 叠置( 透明叠放在一起) ，并进行空间关系分析，可以得出有用的决策信息。 g i s 支持空间查询，即可把满足一定条件的空间对象查出，并将其按空间位置绘出， 同时列出他们的相关属性等。空间查询是支持综合图形与文字的多种查询的主要方法， 它支持由图查图、由图查文和由文查图，并给出新图和有关数据。 g i s 通常使用空间数据引擎存储和查询空间数据库。空间数据引擎在用户和异构空 间数据库的数据之间提供一个开放的接口，它是一种处于应用程序和数据管理系统之间 的中间件技术，空间数掘引擎是开放且基于标准的，这些规范和标准包括o g c 的s a m p l e f e a t u r es q ls p e c i f i c a t i o n ，i o s i e c 的s q l 3 以及s q l 多媒体与应用程序包( s q l m m ) 等【”l 。目前市场上主要的空间数据引擎产品都是与上述范围高度兼容。几种常用的分布 式计算模型也都可以很好的溶入空间数据引擎中。 2 2 5 移动定位技术 移动台定位技术的基本原理是：目标移动台向多个己知坐标位置的固定基站发送定 位信号，通过对定位信号的测量，获得相应测量参数的估计后，利用适当的处理方法就 能获得移动台在空间的位置。测量参数一般包括无线电波的传输时间、幅度、相位和到 达角等m 1 。 由于无线通信信道的极度随机性以及现有各种不同移动通信系统的并存，加之不同 的应用对定位服务质量的要求又有较大差异，因此在不同的服务系统中采用不同的定位 方法以适应不同的无线环境，为不同种类的应用提供定位服务。1 9 9 9 年，美国联邦通信 委员会对e 一9 1 l 条例做了进一步的修正，要求移动通信运营商在不改动用户终端的情况 下，其定位误差在6 7 的概率下必须保持在1 5 0 米以内，当需要对用户终端作修改时，定 位误差在6 7 的概率下必须保持在5 0 米以内或者在9 5 的概率下保持在1 5 0 米以内。作为 对移动终端定位技术的发展有着非常重要意义的法规，e - 9 1 l 条例促使大多数公司和研 究者将定位技术分为三大类，即基于网络的定位技术( n e t w o r k b a s e de c h n o l o g y ) ，基 于移动终端的定位技术( h a n d s e t - b a s e dt e c h n o l o g y ) 以及基于网络与移动终端的混合方 式定位技术。 美国国家标准化协会( a n s i ，a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r d si n s t i t u t e ) ，与欧洲 电信标准化协会( e t s i ，e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u e ) 提交了位 置服务系统的标准，规定采用增强观测时间差分( e - o t d ) 、到达时间( t o m 和辅助g p s ( a - g p s ) 作为对起源小区技术( c 0 0 ) 的补充。在实现方面：a g p s 需要附件装置或者对移动 台进行修改：e - o t d 需要对网络和移动台进行修改；t o a 主要需要对网络进行修改( 需要新 第二章位置服务系统介绍 型手机投入使用) ；c 0 0 对手机不需要修改。在下一章里我们将详细对移动定位技术进行 分析阐述。 2 3 现有的典型的位置服务系统： 世界各国政府，都对基于位置的服务提出了一些规范和基本要求，其中最著名的是 美国联邦通信委员会( f c c ) 提出的e 一9 1 1 和欧盟通信委员会提出的e 一1 1 2 服务。这些政府 行为直接推动了基于位置服务的相关技术的研究。美国在1 9 9 6 颁布了一系列的规范来提 高9 1 1 服务的质量及可靠性，这就是所谓的e 一9 1 l 规范。这个规范强调了每个运营商必须 把9 1 l 服务作为一个基本服务提供给每个移动用户，并对服务的质量提出了一些要求。 欧洲在1 9 9 8 也提出了要建立一个统一的e 一1 1 2 号码，其目的是处理来自于移动用户和固 定电话用户的紧急呼叫。e - 1 1 2 服务要求在欧盟成员国范围之内的任何固定电话以及移 动电话用户都能够通过统一的e 一1 1 2 号码进入火警，盗警，医疗救护服务系统。在2 0 0 0 年7 ) q ，欧洲通信委员会对e - 1 1 2 j 艮务的移动通信网的结构和用户的权利提出了规范性建 议。 2 3 1e 一9 1 1 ( e n h a n c e d9 11 ) f c c 提出增强性9 1 1 ( e - 9 1 1 ) 主要为了两个目的，第一是为了提高无线9 1 1 1 艮务的质 量和可靠性，也可以理解为对定位精度的要求，第二个目的是为了减小紧急呼叫用户位 置信息的获取的时间，从而使用户尽快的得到救护服务，也可以理解为对定位响应时间 要求。e - 9 1 1 还对提供9 1 1 j i 务的运营商的范围给出了定义，要求所有持有蜂窝通信许可 证。包括持有宽带个人通信许可证的运营商必须提供基于位置的服务。随着移动通信技 术的发展，无线蜂窝网的覆盖面越来越广，移动电话普及率也越来越高，移动电话发起 的紧急呼叫数量在全部紧急呼叫中所占的比例也随之上升，现有的移动网能为移动电话 紧急呼叫提供的辅助决策信息非常少，调查表明，约有2 5 的移动电话用户在发起紧急 呼叫时不知道自己所处的确切位置，这对及时有效的处理报警带来了很多不便，因此 e 一9 1 1 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 1l 紧急呼叫的移动 电话提供精度在1 2 5