摘要：本文在研究国际规范和中国联通网络现状的基础上，分析综合定位平台基本要求，给出了实现综合定位平台的关键技术：1.不同定位方式的选择策略，2.定位过程的缓冲功能。该综合定位平台能够为CDMA(Code Division Multiple Access)网络用户和GSM(Global System Mobile)网路用户提供位置业务。本文还重点讨论了综合定位平台的系统总体结构设计，软硬件结构，进程拓扑图以及前后台的自适应调度机制并给出了系统性能说明。

关键词：综合定位平台,系统结构,CDMA,GSM

1 引言

      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。鉴于对位置业务未来发展前景的良好预期，作为移动通信网提供的增值业务，基于用户位置的移动定位业务(LBS)服务已经受到了世人的瞩目。根据有关资料显示[1]，全球各大移动运营商都正在积极部署这项极具潜力的增值业务。

      目前中国联通已在全国部分大城市推出“定位之星”定位产品。该产品技术先进，定位精度高，并能够提供基于位置的丰富的业务，但“定位之星”对移动网络和手机终端的要求都比较高，要求网络支持CDMA1x (Code Division Multiple Access 1x)，同时要求手机终端包含GPSOne (Global Position System One)定位模块。这样就为用户使用定位业务设立了较高的门槛，“定位之星”面向CDMA (Code Division Multiple Access)高端用户，使得中国联通CDMA网络低端用户和中国联通GSM (Global System Mobile)网络用户无法使用位置业务。

      本文在研究相关国际标准和深入了解中国联通网络现状的基础上提出了一种综合定位平台。该平台可以提供定位精度较低，但与终端无关的基于现有网络状况的位置服务。考虑到目前中国联通的网络现状，该平台能够为CDMA网络用户和GSM网络用户提供位置业务，同时允许CDMA网络用户、GSM网络用户互相查找双方的位置。此定位平台既能提供位置，同时能够提供基于位置的业务，并兼容第三方SP (Service Provider)，既能够快速推出位置服务业务，又具有良好的可扩展性。

      本文组织结构如下，第2节简要分析了综合定位平台的基本要求；第3节详细介绍了与综合定位平台相关的两个关键技术；第4节详细分析了综合定位平台总体结构，软硬件结构以及进程部署图和自适应调度算法，并给出了相关的性能指标；最后进行了总结。

2综合定位平台的基本要求

      图1[2]展示了可以支持CDMA和GSM两种网络的综合定位平台的网络结构图。综合定位平台包括CDMA定位系统和GSM定位系统，定位系统包括定位中心和定位实体两大逻辑功能模块。定位中心主要负责LCS (Location Services)客户端的接入鉴权，用户隐私鉴权以及向LCS客户端反馈定位结果；定位系统通过高级信令转接点同核心网络进行信令交互以获取移动终端的经纬度信息。

                                                                 
                                                                                    图1 综合定位平台网络结构图

      为了使综合定位平台能够全方位地支持位置业务，综合定位平台有以下基本要求：

• (1) 同时支持CDMA、GSM网络

        综合定位平台支持向普通CDMA网络用户、GSM网络用户提供位置信息，同时还需要支持两种网络互相查询对方的位置。

• (2) 要包括定位中心和定位实体模块

        按照国际规范的要求，定位平台需要包括定位中心和定位实体两个物理实体。定位中心执行定位逻辑，协同定位实体向第三方提供手机用户的经纬度信息，同时负责对第三方和用户进行鉴权。定位实体同HLR (Home Location Register)、MSC (Mobile Switch Center)交互并计算用户的经纬度，并将经纬度反馈给定位中心。

• (3) 多协议控制

        综合定位平台既要支持欧洲电联制定的MAP (Mobile Application Protocol)操作，还要支持TIA (Telecommunications Industry Association)制定的MAP操作，同时还要支持同第三方的HTTP (Hypertext Transfer Protocol)接口，并支持同短信网关的接口协议。

• (4) 支持卡定位和网络定位两种定位方式

     能够实现基于网络和STK/UTK(SIM Tool Kit/Ultimate Tool Kit)卡的定位方式的位置服务。网络定位方式主要指综合定位平台主动向核心网络发起定位请求以获取移动终端位置；卡方式主要指移动终端通过内嵌于手机中的卡发起定位请求，且请求参数中自身包含移动终端当前所在CellId (Cell Identifier)等相关信息，而不需要综合定位平台再向核心网络发起定位请求来获取相关位置信息。

3关键技术分析

      综合定位平台的实现，涉及到以下关键技术。

3.1定位方式的选择

      鉴于基于STK/UTK卡的定位方式自身能够提供CellId以及TA (Time Advance)等相关信息，综合定位平台仅需利用相关参数信息就可以计算用户当前所在位置，不涉及到定位方式的选择。所以定位方式选择主要针对网络定位方式。在网络定位方式中，可以通过多种不同信令协议来获取与终端相关的位置信息。

      本着最大程度上满足用户需求、尽量降低网络负荷的建设思路，从三个层面来选择定位方法：用户QOS (Quality of Service)需求、网络配置、默认方式。总体原则是GSM网络用户不区分QOS，CDMA网络用户区分QOS。CDMA网络定位平台接收到客户端的定位请求后，首先根据用户QOS需求选择不同的定位方式，如果用户没有QOS需求，按照默认方式选择较高精度的定位方式。如果是较高精度的请求，首先根据网络配置情况判定一下网络是否支持PN4747定位方式[3]，如果支持则按照PN4747方式来获取移动终端位置信息，如果不支持则按照POSREQ[3]方式来获取移动终端位置信息。

      表1给出了不同QOS需求下对应的定位方式选择策略。

      定位方式选择策略的详细流程图如图2所示：

                                                                  
                                                                                      图2 定位方式选择策略流程图

注：

• (1) GSM网络ATI全称AnyTimeInterrogation，用于综合定位平台向HLR查询手机状态和位置信息。
• (2) GSM网络SRI全称SendRoutingInfo，用于MSC发送SRI消息到HLR以查询路由信息。
• (3) CDMA网络SMSREQ全称SMSRequest，用于发送短信时向HLR查询拜访地MSC地址。
• (4) CDMA网络POSREQ全称PositionRequest，用于综合定位平台向HLR请求目标手机位置信息和状态信息。
• (5) CDMA网络ISPOSREQ全称InterSystemPositionRequest，用于综合定位平台向拜访地MSC获取目标手机位置信息和当前无线环境信息。

3.2定位过程的CACHE功能

      对同一用户的两次定位时间如相隔较短可直接Cache读取，时间可以根据需求灵活配置：综合定位平台缓存用户上一次定位结果信息和定位时间等信息，在接收到新的定位请求后，综合定位平台计算被定位用户当前定位请求时间与上次被定位时间的差值，当该值小于所配置的阈值时，直接将用户的上次定位结果返回，否则进行正常的定位流程获取被定位用户位置信息，并在最后获得用户位置信息后更新该用户的上一次被定位时间和定位结果信息。

4综合定位平台系统结构

4.1 系统总体结构设计

      本设计中综合定位平台总体结构在逻辑上分为三层：定位逻辑软件层、系统软件层和支撑软件层。如图3所示：

                                                              
                                                                                             图3 系统总体结构图

• (1) 定位逻辑层

        定位逻辑层位于软件结构的顶层，在系统软件层上运行。它可以有一个或若干个彼此独立的定位逻辑程序。定位逻辑程序可以基于XML(Extensible Markup Language)来编写，用来描述具体定位流程并控制定位流程的执行。

        定位逻辑层采用了模块化的设计思想，按照实现定位业务的基本功能分成若干独立定位逻辑组件，需要生成新的定位逻辑时，将已有的组件连接，即构成新的定位逻辑程序。将新的定位逻辑程序和相关数据加载到系统中，即获得新的定位逻辑。

• (2) 系统软件层

        系统软件位于定位逻辑层的下一层，是整个定位系统软件的核心。系统软件负责定位逻辑的具体执行、提供定位逻辑运行需要的系统和业务数据、提供与外部实体的消息交互以及其它系统功能。概括起来主要为如下几个方面：

  • 1. 定位流程控制和处理功能
          包括定位逻辑的选择，协议版本的处理，定位逻辑的执行，实时数据库交互，消息的接收与发送、对接收消息的分配、同一定位逻辑消息的排队，在一个请求中支持多个消息对话，控制特殊资源的选择，与用户的交互，差错处理等功能。
  • 2. 计费功能
          包括对定位请求计费的控制，对用户计费数据的更新，计费数据的存储和传送等。
  • 3. 数据与业务功能
          包括数据库管理，系统和业务数据管理，用户数据管理及业务管理等功能。
  • 4. 与外部功能实体的通信功能
          通过外部接口与各种外部实体如短信中心、MSC/HLR通信。
  • 5. 流量/差错控制和统计等功能
          为保证系统的正常运行，还提供了流量/差错控制；为方便系统和网络的管理，客观评价系统的服务质量，提供有关的统计功能，对所要统计的项目进行测量和记录。

• (3) 支撑软件层

        系统的底层软件，这里指的是支撑系统软件运行的操作系统的软件和数据库管理软件，均采用已经成熟和通用的第三方软件。操作系统包括C/C++编译器，数据库管理系统主要用来存储综合定位平台中系统、业务和用户隐私数据。

4.2 系统软硬件结构和进程部署

      系统的软硬件结构和进程部署图如图4所示：

                                                               
                                                                                图4 系统软硬件结构和进程部署图

      整个系统基本上可以分为接入服务器(FEP)，7号接口机，后台服务器(LBSP)三个部分。在关键节点LBSP采用了多点负载分担的机制。接入服务器负责业务提供商接入和手机用户短信接入；后台服务器LBSP包含了定位中心和定位实体两大功能模块，主要负责接收定位请求，用户隐私鉴权，执行定位逻辑，根据用户定位精度的要求选择不同的定位方式，同HLR/MSC交互获取与终端位置相关的信息并向业务提供商返回定位结果；7号接口机器上安装有特殊的7号信令卡，负责综合定位平台同HLR/MSC的7号信令交互。全部设备通过两个互为备份的LAN (Local Area Network)相连，LAN通过一台高性能的交换机连接到IP (Internet Protocol)网络，其中７号接口机还需要通过Ｅ1连接到高级信令转接点。

      为了保证软件的可靠性，在每个节点上设立一个Manager进程，它负责对本节点内部的进程进行启动和实时监控：被监控进程定期(如1秒)发送心跳消息给Manager进程，若Manager进程在指定时间（如5秒）内没有收到被监控进程的心跳消息，Manager进程便认定该被控进程发生故障，对其进行重新启动。Manager的另外一个作用是作为内部消息通信代理，负责维护进程间应用层消息转发和重传。SLEE（Script Logic Execute Environment）是脚本逻辑执行环境，它负责对定位逻辑和计费逻辑脚本进行加载、执行、管理，对定位流程的修改通过编写和加载相应的脚本到SLEE即可实现。LBSF进程是系统的核心进程，其兼有定位中心和定位实体的功能，LBSF进程加载执行SLEE对应的定位流程脚本文件，根据定位精度的要求选择不同的定位流程以获取移动终端的经纬度信息和误差半径；OAM是管理维护接口进程，处理网管、告警等请求。短信前置进程负责用户短信接入管理；HTTP前置进程负责业务提供商接入综合定位平台以请求移动终端的位置信息；N7Server负责综合定位平台同HLR/MSC的7号信令交互。

      当业务提供商向综合定位平台发起定位请求后，HTTP前置进程接收HTTP请求，并将其转换为内部消息发送给Manager进程，Manager根据负荷分担的原则将定位请求映射到一个指定的LBSF进程上，由该LBSF为用户建立定位逻辑状态自动机，LBSF进程首先对业务提供商和被定位用户隐私进行检查后，根据定位精度要求按照图2的方式选择适应的定位流程，在需要同HLR/MSC进行信令交互时，LBSF通过Manager将信令请求消息发送给7号接口机的N7Server进程，N7Server进程将信令请求封装为标准的MAP操作发送给HLR/MSC，并接收从HLR/MSC返回的相关信息，然后转换为内部消息通过Manager进程返回给LBSF，LBSF在接收到信令返回结果后通过计算获取移动终端的经纬度信息，然后通过FEP机的HTTP前置进程返回给业务提供商。

4.3 自适应调度

      为了提高综合定位平台的可靠性，采用集群方式来构建综合定位平台。接入服务器FEP根据后台服务器系统运行状态，把业务提供商发起的定位请求分发给较轻负荷的后台服务器进行处理，以缩短请求响应时间，提高系统的整体性能。 接入服务器作为服务器端负责监听业务提供商的定位请求，当有新的请求定位请求到来时，如果接入服务器缓冲队列还有空闲节点，则将请求放置在缓冲队列中。接入服务器从缓冲队列中提取消息并分发给后台服务器。为了便于说明，设后台服务器i的CPU占用率为Ci，内存占用率为Mi，则接入服务器选择(Mi2+Ci2) 值最小的后台服务器作为分发目标。分发成功后，接入服务器将缓冲队列中对应的请求节点置空。

4.4 性能概述

      在实验室环境中对综合定位平台进行了各种配置的性能测试。如以一台HP DL380 （2*1GCPU，1G内存）作为综合定位平台后台服务器，达到100CAPS（call attempts per second）的水平。

5结论

      为了适应移动定位业务的发展，本文在分析综合定位平台基本需求的基础上分析了相关的关键技术，并给出了综合定位平台的设计和实现方案。该方案能够全方位满足综合定位业务的需求。

      本文中关键技术本着最大程度上减少网络负荷、提高定位精度的原则，提供了一种严谨、有效的定位方式选择策略，其中缓冲策略则能进一步降低综合定位平台和核心网络的负荷。本文提出的综合定位平台实现方案经过了实验室的验证，具有好的可扩展性和高可靠性。对系统在性能方面的验证是下一步需要研究的方向。

参考文献：