技术和应用让LBS动起来


■ 李冬航 罗宁





据统计,人们的日常生活中有80%的信息与位置相关,位置信息也因此成为人们最渴求的信息之 一。究竟什么是LBS?实现LBS应用需要哪些关键技术的支持?

位置信息通常可以归纳为两大类:移动位置信息,主要指车辆和人的实时位置,通常以平面坐标方式给出,或者指出附近最具代表性的地物、单位名称;固定位置信息,也称为地图类信息,指重要或明显地物、建筑、机构的详细属性(方位、距离、到达路线等)。

调查发现,用户对移动位置信息的需求远远超过了对固定位置信息的需求,甚至在寻求固定位置服务时也需要借助移动位置信息完成,这也就决定了LBS技术的主要发展方向。

在无线世界里,“Who,What,When and Where”四要素中,历来最具挑战性的就是确定移动目标的位置信息。如果可以在移动通信的系统服务中加入位置信息服务功能,对普通移动用户来说将是极具吸引力的,无论这种功能是基于SMS还是WAP或是其他技术,甚至是基于移动多媒体画图板都可以。

什么是LBS系统?

一个完整的LBS系统有四个部分组成:定位系统、移动服务中心、通信网络以及移动智能终端,如图1所示。

其中,定位系统包括全球卫星定位系统和基站定位系统两个部分。空间定位技术是整个LBS系统得以实现的核心技术,这一部分正在不断完善当中,移动运营商可以选用某种定位技术或者组合定位技术,来获得适当的定位精度。

移动服务中心负责与移动智能终端的信息交互和各个分中心(定位服务器、内容提供商等)的网络互连,完成各种信息的分类、记录和转发以及分中心之间业务信息的流动,并对整个网络进行监控。

通信网络是连接用户和服务中心的,要求实时准确地传送用户请求及服务中心的应答。通常可选用GSM、CDMA、GPRS(General Packet Radio Service)、CDPD(Cellular Digital Packet Data)等无线通信手段,在此基础上依托LBS体系发展无线增值服务。另外,国内已建成的众多无线通信专用网,甚至有线电话、寻呼网和卫星通信、无线局域网、蓝牙技术等都可以成为LBS的通信链路,在条件允许或必须时可接入Internet网络,传输更大容量的数据或下载地图数据。

移动智能终端是用户惟一接触的部分,手机、PDA均有可能成为LBS的用户终端。但是在信息化的现代社会,出于更完善的考虑,它要求有完善的图形显示能力,良好的通信端口,友好的用户界面,完善的输入方式(键盘控制输入、手写板输入、语音控制输入等),因此PDA以及某些型号的手机成为个人LBS终端的首选。

LBS系统工作的主要流程如下:用户通过移动终端发出位置服务申请,申请经过各种通信网关以后,为移动定位服务中心所接受,经过审核认证后,服务中心调用定位系统获得用户的位置信息(另一种情况是,用户配有GPS等主动定位设备,这时可以通过无线网络主动将位置参数发送给服务中心),服务中心根据用户的位置,对服务内容进行响应,如发送路线图等,具体的服务内容由内容提供商提供。图2就是该过程的主要信息流程。基于位置服务的种类可大致分为4种,如图3所示。


图2


图3

不同的基于位置的应用所需要的精度水平也不同。例如,对于航船来说,它们到海岸的距离以及海水的深度等数据都要求一定精度,而人群的定位精度能够达到100米就可以接受了。表1列举了一些基于位置的应用,并提供了这些应用所需的下限精度和能被市场所接受的精度数据。

移动通信用户群和互联网用户群是当今发展最为迅速的信息产业领域中的两大支柱用户群。各类信息技术之间的不断融合和相互渗透,也逐渐导致这两大用户群体不断统一合并。在这种趋势下,移动通信与互联网技术逐渐统一到一种技术平台下,即许多专家学者和技术厂家所倡导的移动互联网概念,而移动互联网的形成主要是依赖于移动数据通信技术的发展。

随着移动通信系统技术的发展和移动数据传输技术的不断提高,移动数据业务也必将由简单的短消息方式向综合信息服务的方向发展。能够向移动用户提供高速率的多媒体综合信息服务将最终成为各移动运营商的主要业务方向。从图4可以看到通过调查总结出的用户青睐的移动数据业务的比例划分。

LBS应用的软环境

前面我们看到了一个LBS系统的外在硬件框架,而要开展LBS的应用服务,则必须具有完整的LBS应用架构,主要包括定位技术、定位网关、中间件和定位应用,可以说它们是LBS系统实现的软环境。

定位技术是指如何获取用户的位置,基本可以分为基于网络的、基于终端的和混合型三类。采用不同的定位技术,需要电信运营商增加的投入是不一样的,如果采用基于MAP-ATI的Cell-ID定位技术,运营商只需要保证网络支持MAP PhaseⅡ+就可以了,而采用AGPS技术,则需要移动终端和网络设备的双重支持。

定位网关是LBS业务在运营商网络中需要配置的核心设备。由于LBS是一类较为特殊的电信增值服务,不仅需要把电信网络作为一种通信和信息传输的手段,还需要利用电信网络的资源对用户进行定位。因此相应的电信网络结构也会有所变化。其中GMLC(网关移动定位中心)既是核心的网络设备,也是对外开展LBS业务的接口,它主要具备以下几项功能:定位应用接入控制功能(LACF),外部应用需要通过它和GMLC接口,才能完成鉴权、服务、计费等功能;定位应用的授权功能(LAAF),主要完成网络和具体用户对某个LBS应用的授权;用户坐标的转换功能(LCTF);定位应用计费(LCBF);定位的操作和维护(LOMF)。

中间件其实是运营商专门为ISP设计的LBS统一接入平台。

由于GMLC的具体规范并不统一,各大厂商的接口设计均有不同,而且对于不同的通信网络,如GSM和CDMA,接口规范差别也很大。运营商为了方便ISP的接入和应用开发商的LBS业务设计,将各种GMLC的接入规范进行统一。这样ISP接入时只需要遵循一个标准,中间件将会自动完成到不同GMLC的协议转换。中国移动和中国联通都制定了相应的LBS中间件规范。

LBS应用的最后一个基本元素就是定位应用,下面将详细介绍LBS应用服务中心的结构和功能,以便ISP和应用提供商对开展和设计LBS业务有一个基本认识。

LBS运营中心如何搭建?

一个完整的LBS增值服务运营中心的基本结构如图 5所示。

该结构以LBS应用为核心,配备了相应的接口和服务数据支持。接口主要包括三类:和定位中间件的接口、用户访问和管理接口以及服务数据接口。服务数据主要包括含有空间信息的GIS数据和普通数据。

和定位中间件的接口

对运营商中间件的接口是LBS应用特有的接口,主要用于完成以下几项功能:

定位的请求与授权 由于用户的位置涉及到用户的隐私,一个接入的定位应用需要经过双重检测,首先确定它是否是一个合法的定位应用,如果不合法,GMLC将不会对定位请求进行响应,因此ISP在接入时必须得到相应的服务代码和密码,以保持LBS服务的合法性。一般来说,只要ISP和GMLC的连接不中断,这样授权过程只需在初始连接时做一次即可。授权的另一层含义是指该应用是否具有访问某个特定用户位置信息的许可,这种授权可以防止一个ISP随意了解非注册用户的位置信息,这类授权过程将伴随每个定位请求。

定位的请求与响应 这是ISP获得用户位置信息最为直接的方法,ISP不仅将获得用户的位置信息,还将获得其QoS数据,如位置的精度、时间上的有效性等。ISP将以此数据作为LBS服务以及相应收费的基础。

如前文所述,ISP的LBS应用和GMLC并不直接接口,而是经过由电信运营商标准化后的中间件。一个可以借鉴的接口规范是LIF-MLP(Location Interoperability Forum-Mobile Location Protocol),它采用安全方式的HTTP传输协议,并用XML语言描述接口字段和功能,因此ISP接入时也会被分配相应的HTTP端口。

用户接口

LBS业务中的用户接口包括两类,一类是用户的访问接口,另一类是用户隐私管理接口,参见图 5。用户访问接口是指用户的不同使用方式。对ISP而言,不管用户采用什么样的使用方式,ISP接受用户请求的物理接口基本上都是通过HTTP协议传输的,但其承载的高层协议却各不相同,参见图6。


呼叫中心和普通上网方式的HTTP接口应该是一致的,因为在进行位置查询时呼叫中心的接听人员和自己上网的用户所进行的操作基本上一致。而HTTP承载的高层协议则完全由LBS本身的应用逻辑决定。

采用手机短信进行LBS业务请求时,ISP需要和短信中心有直接或间接的接口,以便接收用户的短信查询并反馈结果短信。一般而言需要在HTTP的基础上加载用于短信传输的SMPP(Short Message Peer to Peer)协议。

用户通过WAP产生的请求一般是标准网络访问的简化版本,对应产生的结果也会相应简单,以便在手机终端上显示结果。

至于用户隐私管理接口,用户可通过它对LBS业务进行授权,ISP一般不可能干预这一接口。这类似于网上支付业务,账单是在ISP的网站上生成的,而支付则是在银行的网站上完成的。LBS用户通过ISP的应用服务器得到服务,但授权却是直接在电信网络中完成。有时LBS的授权逻辑和应用逻辑高度相关,因此ISP在申请开展某种LBS业务时,需要了解运营商为用户提供的隐私管理逻辑是否支持自己的LBS业务。

LBS应用服务

应用服务是ISP运营的有特色的LBS服务,和大多数其他服务相同,该服务大多是多线程的并发服务,程序一般采用Java语言编写,运行在EJB和Web服务器上,如JBoss、Tomcat等。ISP运营规模的不同和LBS应用服务的复杂度不同决定了服务器的处理能力要求也会有很大的不同,一般ISP在选择LBS应用时,应充分考虑其部署的可扩展性,以便日后用户数量增加时,可以快速升级和扩容。

GIS数据库和其他ICP接口

单纯的位置信息,如经纬度等,对用户来说缺乏直观的意义,因此要使位置信息真正产生价值,LBS应用服务中一般都需要配合使用GIS系统,例如返回用户附近的标志性建筑,为用户提供周边信息甚至导航信息等。

GIS系统是一个庞大和复杂的系统,它包括了软件和数据两部分。常用的GIS软件有MapInfo、ArcInfo等,它们通常具有丰富的API资源和工具包。不过GIS数据的有效性却是LBS的一个应用瓶颈,因为GIS数据是否完整、真实和实时将直接影响到用户对LBS业务的感受,所以选择合适的GIS数据源是ISP开展LBS业务时必须慎重对待的。

由于GIS数据量非常庞大,而且在不断变化中,绝大部分ISP不具备自我完善和快速更新GIS数据的能力,因此需要向专业的GIS数据生产单位进行购买或租用。如果采用购买方式,GIS数据源在本地,ISP就需要有一个专业的服务器运行整个GIS系统(包括软件和数据)。这样的好处是LBS业务的系统响应速度快,但ISP的运营成本则会相应提高。另一种方式是ISP向GIS数据提供商申请远程数据访问,并根据访问情况,支付数据使用费。这样可以达到资源最为有效的共享,同时也能降低ISP的运营和维护成本,但问题是LBS业务响应速度会因为数据的远程访问而降低,降低的程度取决于ISP向GIS数据提供商租借的带宽和GIS数据提供商本身的服务器处理能力。ISP可以根据不同的需要,选择合适的方式开展LBS业务。

其他ICP接口的目的也是为了补充ISP本身数据不足而设计的,这样结合用户的位置信息就可以派生出更多有用的其他服务信息,从而突出LBS以人为本的服务特点。

关于建立LBS服务的几点建议

从以上LBS应用服务中心的架构可以看到,真正的LBS应用逻辑设计在LBS业务设计中只占较小的比例,而大量的工作集中在数据获取和接口设计上。接口设计特别是中间件的接口设计本质上对所有的LBS业务都是一样的,因此最好的方法就是根据运营商提供的中间件接口规范设计一个统一的接口工具包供所有的应用设计商共享,这样就可以在很大程度上避免应用设计的重复,也可以帮助设计商更快地开发产品。工具包的设计采用Java语言最为合适,因为它的平台移植性最好,也才能被真正地共享。

基础数据共享、强调特色数据、特色服务也是ISP发展LBS的重要方向。大量的ISP不可能自行采集、制作和维护复杂的基础GIS数据,只有通过有偿共享的方法,才能使ISP把精力真正地集中在LBS服务上,也才能真正地发挥自己的特点和专长去吸引更多的用户使用。

和WAP应用更紧密的结合是LBS业务的另一个重要发展方向。和短信相比,WAP是一种更为高速和廉价的传输手段,高速无线数据传输也是移动通信不可逆转的发展方向。当传输手段逐步完善时,LBS业务的优势就能更好地体现出来,如更友好的用户界面、更大的反馈信息量等。

·小资料·

移动通信系统设备商的LBS解决方案

由于存在巨大的市场潜力,全球各大主要移动设备制造商都在开展与LBS服务相关的研发和市场开拓工作。为运营商提供一套实用的移动位置定位服务平台设备,已成为移动通信设备制造商保持和扩大其市场份额的一种战略手段。

摩托罗拉的MALS系统

Motorola MALS提供的是基于STK Cell ID方式的端到端位置服务解决方案,支持GSM和CDMA网络以及利用基站和卫星的混合定位解决方案,系统由三部分组成:含STK卡的普通手机、短信中心和定位服务器。其中定位服务器包括服务应用平台(中间件)、定位服务引擎及地图/应用服务提供商。

该系统的实施不涉及任何网络单元的硬件和软件升级,可以支持不同设备提供商的网络,可实现漫游。其业务实施无需对HLR(Home Location Register)进行任何查询,不影响现网业务。

诺基亚的mPosition移动业务系统

mPositiont也是完全的端到端移动位置服务解决方案。它将用户的位置信息、依赖于位置信息的应用程序、中间件以及服务结合在一起,为最终用户提供了新的应用空间。

它支持现有网络向GPRS、3G和IPRN的平滑过渡,并支持多种不同的定位方法,经过升级它还能满足更高的系统精度要求。通过开放接口,运营商能够将mPosition与现有服务平台集成使用。将来,mPosition定位系统还将提供支持传统电话的mPosition方案、支持E-OTD的mPosition、支持AGPS的mPosition、支持WCDMA的RAN1版mPosition、支持WCDMA的RAN2版mPosition以及支持IPRN的mPosition。

基于SMS方法的LBS系统

短信服务是当前最为成功,应用最广泛的无线通信业务之一,它提供手机用户之间文本信息的交流方式。利用SMS作为通信链路来开展LBS服务,可以充分利用现存的GSM骨干网络,投资小、回报快,因此成为当前开展LBS服务的主流方案。中国移动新近推出的动感地带业务,附加了一系列的增值服务。如确定某个手机号码的位置、查找最近的饭店等,是此种方法的简单实例。

用短信方式实现的LBS系统由SMS中心、移动服务中心(由SME仿真器和应用服务器组成)、定位系统和内容提供商四个部件组成。其中,SMS中心负责在SME和手机基站之间传送和存储短消息;移动服务中心在逻辑上可以分成SME仿真器和应用服务器,SMS中心把信息传送给SME仿真器,而SME仿真器通过Socket与SMS中心进行通信,对端口进行监听;SMPP协议是一个公开的工业标准,定义了外部实体如因特网应用和移动网络SMS中心之间的接口。

用户以短信的方式发送位置服务请求,SMS中心把信息发给移动服务中心,SME仿真器则从短信中提取移动用户的标识信息和特定的应用信息,然后把这些信息转发给应用服务器,应用服务器再利用这些信息向位置提供商发出定位请求。之后内容提供商对请求进行处理,并将处理结果返回给应用服务器。最后,SME对结果进行处理,转换成短信的格式返回给移动设备。如果消息的长度超过设备的设定值,消息会被自动拆分成多条来发送。移动服务中心则会追踪/监察事务的整个流程。(文/李冬航)

(计算机世界报 第29期 B5、B6、B7)


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