基于移動通信網定位技術的緊急救援服務

林 昊

(杭州電子科技大學,浙江 杭州 310018)

0 引 言

現在移動通信行業(yè)已進入3G時代,3G除了在帶寬方面比2G有了明顯的提高之外,還可以支持更加豐富的移動增值業(yè)務.其中移動定位業(yè)務就是其中之一[1].基于這種增值業(yè)務,就可以實現緊急救援及呼叫中心定位服務.

緊急救援服務包括政府提供的緊急救援服務(包括火警、匪警、急救)和提供緊急救援服務的企業(yè),如高山救援、海洋救援、戶外遠足救援、臺風洪災救援等.

緊急救援服務定位是指當用戶撥打緊急救援電話或需要緊急定位用戶時,緊急救援服務中心可通過通信網定位該用戶.

本文通過實例,介紹中國移動緊急救援以及呼叫中心定位技術的應用背景、技術原理以及實現方式.

1 基于通信網定位技術的應用背景

無線電定位技術的起源可以追溯到上世紀初,隨著CDMA等原屬于軍事應用的領域的先進技術快速民用化及蜂窩網絡的迅猛發(fā)展,國外早已開始研究蜂窩移動通信系統定位技術.1996年,美國FCC制定的E911規(guī)范要求所有的移動運營商必須以67%的概率提供緊急救援服務,從而加速了該技術的進步及基于無線電定位技術的位置服務(LCS)在全球的發(fā)展.快速增長的中國移動通信市場為開展和普及移動定位系統在中國的建設奠定了堅實的基礎.在TD-SCDMA/WCDMA系統中,就有三種主要技術可以實現移動定位.包括基于CELLID(小區(qū)識別)的定位技術、OTDOA(ObservedTimeD-ifferenceOfAr rival)定位技術等[2].

2 基于通信網定位技術的技術原理

對于通信網的定位技術(如Cell-ID、OTDOA),根據用戶的行為,可分為用戶語音通話時的定位技術和用戶待機狀態(tài)下的定位技術兩種形式.用戶語音通話時的定位技術其基本原理是在(無線交換關口局)GMSC和呼叫中心之間的中繼線路上加上語音監(jiān)控,來實時監(jiān)控用戶的語音呼入,而又不影響呼叫中心的正常業(yè)務,監(jiān)控語音呼入的同時,記錄用戶的CELL-ID等信息,并記錄基站下行導頻的TOA(TimeofArrival,到達時刻),一般的,語音信令監(jiān)測平臺是移動各省公司現有的平臺.用戶待機狀態(tài)下的定位技術其基本原理是本地定位平臺(LSP)通過用戶歸屬的HLR,向GSM網絡請求用戶目前登記的具體位置,GSM網絡把用戶的位置返回給本地定位平臺(LSP).

定位業(yè)務平臺內含地圖以及經緯度信息,通過定位網絡返回的用戶位置信息,通過計算,轉化為經緯度信息,同時顯示相應地圖.

2.1 基于CELL-ID的定位技術

基于CELL-ID的定位技術是一種最基本的定位方法,適用于所有的蜂窩網絡.它的定位原理很簡單：當用戶產生呼叫時,在A口信令中包含了用戶CELL-ID信息,可以采用信令收集的方式獲取用戶CELL-ID.在交換機的原始話單中也會有用戶CELL-ID信息,也可以通過交換機原始話單獲取.獲取CELL-ID后,可根據CELL-ID的覆蓋資料來定位用戶.若小區(qū)為全向小區(qū),則移動臺的位置是以服務基站為中心,半徑為小區(qū)覆蓋半徑的一個圓內;若小區(qū)分扇區(qū),則可以進一步確定移動臺處于某扇區(qū)覆蓋的范圍內.

顯而易見,這種定位方法的精度完全取決于移動臺所處小區(qū)的大小,從幾百米到幾十公里不等.目前國內GSM網基站密度很大,CELL-ID小區(qū)定位的精度可高達100～150 m,這樣級別的精度足以滿足大部分應用服務的要求.郊區(qū)和農村地區(qū)的小區(qū)半徑遠大于城區(qū)的小區(qū)半徑,因此城區(qū)CELL-ID的定位精度要遠遠高于郊區(qū)和農村.

由于CELL-ID定位不需要移動臺的定位測量,并且空中接口的定位信令傳輸很少,所以定位響應時間較短,一般在3 s以內[3].

2.2 基于OTDOA的定位技術

OTDOA(ObservedTimeDifferenceOfAr rival)是一種應用于3G網絡下的定位方式.在GSM網絡中也有類似的定位方法,稱為 E-OTD(EnhancedObservedTimeDifference).這種定位方法的基本原理是：移動臺測量不同基站的下行導頻信號,得到不同基站下行導頻的TOA(TimeofArrival,到達時刻),即所謂的導頻相位測量.根據該測量結果并結合基站的坐標,采用合適的位置估計算法,就能夠計算出移動臺的位置.實際的位置估計算法需要考慮多基站(3個或3個以上)定位的情況,因此算法要復雜很多.一般而言,移動臺測量的基站數目越多,測量精度越高,定位性能改善越明顯.

使用這種方法,需要移動臺所測量的基站同時發(fā)出下行導頻信號.因此,網絡中的所有基站必須實現時間同步.一般可通過在基站安裝GPS(TDSCDMA采用北斗衛(wèi)星授時系統)接收機或連接到時間同步網來實現基站的同步.

OTDOA的定位精度相比CELLID方法要高,但它的精度受到環(huán)境的影響,在郊區(qū)和農村可以將移動臺定位在10～20 m范圍內;在城區(qū)由于高大建筑物較多,電波傳播環(huán)境不好,信號很難直接從基站到達移動臺,一般要經過折射或反射,下行導頻信號的TOA也就出現了誤差,因此定位精度會受到影響,定位范圍為100～200 m.一般情況OTDOA定位響應時間在3～6 s之間[4].

3 基于通信網定位技術的組網結構

基于通信網定位技術的緊急救援服務分為全國業(yè)務、本地業(yè)務和國際漫游業(yè)務,緊急救援服務中心的業(yè)務服務器可接入位置業(yè)務網關(LBMP/LBAP)或者本地定位平臺(LSP),不同的接入方式其系統結構不同.若需要支持漫游業(yè)務,則必須使用定位網關接入方案;LSP直接接入方案只適用于各省的本地業(yè)務.

每個人在小時候都模仿過電視里的人物吧？披個床單就相信自己是白娘子，拿根樹枝就覺得自己是執(zhí)劍走江湖的大俠。那么如果你真的參演了某部電視劇，那么最適合你的角色會是什么呢？一起來測測吧！

3.1 緊急救援定位系統的設備組網

3.1.1 定位網關接入方案

定位網關接入方案適用于全國業(yè)務及國際漫游業(yè)務.

定位網關接入方案下的緊急救援服務定位系統結構圖-全國業(yè)務,見圖1.

當用戶產生語音呼叫時,語音信令監(jiān)測平臺(或IVR平臺)通過Mi接口將用戶的呼叫信息(包含臨時訂購關系),傳送給定位網關LBMP或LBAP,LBMP或LBAP生成臨時訂購關系.緊急救援服務中心(或業(yè)務平臺)的服務器以Gv接口將定位請求發(fā)送至定位網關,對于此類帳戶,定位網關必須在本服務器做臨時訂購關系鑒權,如果存在訂購關系,則定位網關將定位請求發(fā)送至定位業(yè)務平臺,如果不存在則鑒權失敗.臨時訂購關系的保留時間系統對于不同的帳戶可分別配置,默認為20分鐘.業(yè)務平臺收到定位請求后,通過用戶的呼叫信息,提取用戶的位置信息,并根據經緯度顯示用戶所在區(qū)域以及周邊的地圖.

圖1 緊急救援服務定位系統結構圖-全國業(yè)務

當用戶處于待機狀態(tài)時,若定位網關LBMP或LBAP對業(yè)務平臺所提交的臨時訂購關系鑒權成功,則用戶歸屬的LSP,通過Lh接口向GSM網絡請求用戶目前登記的具體位置,GSM網絡把用戶的位置返回給本地定位平臺(LSP).業(yè)務平臺通過定位網絡返回的用戶位置信息,通過計算,轉化為經緯度信息,同時顯示所在區(qū)域以及周邊的地圖.

對于國內用戶,定位網關向用戶歸屬的定位平臺(LSP)發(fā)送定位請求.

3.1.2 LSP直接接入方案

LSP直接接入方案一般只適用于各省的本地業(yè)務,不支持全國業(yè)務以及國際漫游業(yè)務,見圖2.

圖2 緊急救援服務定位系統結構圖-本地業(yè)務

在本地業(yè)務中,緊急救援服務中心的服務器接入本地LSP,臨時訂購關系保存于LSP,Mi接口中必須包含VMSC Number,以供LSP尋址并接入MSC.業(yè)務流程與定位網關接入方式類似.當他省漫游用戶發(fā)起呼叫時,通過用戶的呼叫信息可成功定位用戶.但當用戶處于待機狀態(tài)時,LSP無法查詢用戶歸屬的HLR信息,只能根據最近一次呼叫的MSC地址進行定位,可能無法準確定位用戶.但該方案對于本地用戶,有著定位時間短、投入小、建設周期短、維護方便等優(yōu)勢.

3.1.3 兩種接入方案小結

網接入與LSP接入方案總結,見表1.

表1 兩種接入方案比較

3.2 業(yè)務流程

緊急救援服務/IVR業(yè)務定位流程,見圖3.

圖3 緊急救援服務流程

(1)用戶的語音呼叫,通過GMSC到信令監(jiān)測平臺(或IVR平臺).

(2)信令監(jiān)測平臺(或IVR平臺)將手機用戶的呼叫信息,請求的呼叫中心、SP ID、Service ID(業(yè)務代碼)等信息發(fā)送到定位網關.

(3)定位網關生成臨時訂購關系.

(4)緊急救援呼叫中心(或業(yè)務平臺)向定位網關發(fā)送定位請求,請求當前呼叫的用戶位置.

(5)定位網關做臨時訂購關系鑒權.

(6)如果臨時訂購關系鑒權失敗,則定位網關返回給緊急救援呼叫中心服務器(或業(yè)務平臺)返回鑒權失敗消息;否則定位網關做定位,并返回定位結果.對于國內用戶,定位網關將定位請求發(fā)送至被定位用戶歸屬定位平臺;對于國外用戶,定位網關將定位請求發(fā)送至MSC歸屬省的定位平臺.

3 結 語

作為未來移動數據的主要應用之一,基于位置信息的移動數據應用因能提供個性化服務,在世界范圍內迅速發(fā)展,各種定位技術和定位解決方案不斷涌現[5].基于移動通信定位技術的緊急救援服務就是一個很好的應用.在此服務的基礎上,還可以開發(fā)后續(xù)附加服務,比如用戶可以選擇哪些人可以看到其所在的位置,并讓他們知道你是安全的.還可以向固定收件人發(fā)送緊急救援郵件,向固定接收者發(fā)送緊急救援短信,并提供全天候的電話救援支持,還有處理緊急情況的建議和救援服務、人身安全提示和相關的危急事件管理服務.

[1] 趙學軍,陸 立,林 俐,等.軟交換技術與應用[M].北京：人民郵電出版社,2004.

[2] 陶 鵬,王 剛.GSM 無線定位技術[J].通訊技術,2001(6)：32-35.

[3] 范平志,鄧 平,劉 林.蜂窩網無線定位[M].北京：電子工業(yè)出版社,2002.

[4] 彭 飛.移動通信網定位技術發(fā)展及應用[J].2003,9(4)：44-46.

[5] 陳建亞,余 浩.軟交換與下一代網絡[M].北京：北京郵電大學出版社,2003.