基于移动通信网定位技术的紧急救援服务

林 昊

(杭州电子科技大学,浙江 杭州 310018)

0 引 言

现在移动通信行业已进入3G时代,3G除了在带宽方面比2G有了明显的提高之外,还可以支持更加丰富的移动增值业务.其中移动定位业务就是其中之一[1].基于这种增值业务,就可以实现紧急救援及呼叫中心定位服务.

紧急救援服务包括政府提供的紧急救援服务(包括火警、匪警、急救)和提供紧急救援服务的企业,如高山救援、海洋救援、户外远足救援、台风洪灾救援等.

紧急救援服务定位是指当用户拨打紧急救援电话或需要紧急定位用户时,紧急救援服务中心可通过通信网定位该用户.

本文通过实例,介绍中国移动紧急救援以及呼叫中心定位技术的应用背景、技术原理以及实现方式.

1 基于通信网定位技术的应用背景

无线电定位技术的起源可以追溯到上世纪初,随着CDMA等原属于军事应用的领域的先进技术快速民用化及蜂窝网络的迅猛发展,国外早已开始研究蜂窝移动通信系统定位技术.1996年,美国FCC制定的E911规范要求所有的移动运营商必须以67%的概率提供紧急救援服务,从而加速了该技术的进步及基于无线电定位技术的位置服务(LCS)在全球的发展.快速增长的中国移动通信市场为开展和普及移动定位系统在中国的建设奠定了坚实的基础.在TD-SCDMA/WCDMA系统中,就有三种主要技术可以实现移动定位.包括基于CELLID(小区识别)的定位技术、OTDOA(ObservedTimeD-ifferenceOfAr rival)定位技术等[2].

2 基于通信网定位技术的技术原理

对于通信网的定位技术(如Cell-ID、OTDOA),根据用户的行为,可分为用户语音通话时的定位技术和用户待机状态下的定位技术两种形式.用户语音通话时的定位技术其基本原理是在(无线交换关口局)GMSC和呼叫中心之间的中继线路上加上语音监控,来实时监控用户的语音呼入,而又不影响呼叫中心的正常业务,监控语音呼入的同时,记录用户的CELL-ID等信息,并记录基站下行导频的TOA(TimeofArrival,到达时刻),一般的,语音信令监测平台是移动各省公司现有的平台.用户待机状态下的定位技术其基本原理是本地定位平台(LSP)通过用户归属的HLR,向GSM网络请求用户目前登记的具体位置,GSM网络把用户的位置返回给本地定位平台(LSP).

定位业务平台内含地图以及经纬度信息,通过定位网络返回的用户位置信息,通过计算,转化为经纬度信息,同时显示相应地图.

2.1 基于CELL-ID的定位技术

基于CELL-ID的定位技术是一种最基本的定位方法,适用于所有的蜂窝网络.它的定位原理很简单：当用户产生呼叫时,在A口信令中包含了用户CELL-ID信息,可以采用信令收集的方式获取用户CELL-ID.在交换机的原始话单中也会有用户CELL-ID信息,也可以通过交换机原始话单获取.获取CELL-ID后,可根据CELL-ID的覆盖资料来定位用户.若小区为全向小区,则移动台的位置是以服务基站为中心,半径为小区覆盖半径的一个圆内;若小区分扇区,则可以进一步确定移动台处于某扇区覆盖的范围内.

显而易见,这种定位方法的精度完全取决于移动台所处小区的大小,从几百米到几十公里不等.目前国内GSM网基站密度很大,CELL-ID小区定位的精度可高达100～150 m,这样级别的精度足以满足大部分应用服务的要求.郊区和农村地区的小区半径远大于城区的小区半径,因此城区CELL-ID的定位精度要远远高于郊区和农村.

由于CELL-ID定位不需要移动台的定位测量,并且空中接口的定位信令传输很少,所以定位响应时间较短,一般在3 s以内[3].

2.2 基于OTDOA的定位技术

OTDOA(ObservedTimeDifferenceOfAr rival)是一种应用于3G网络下的定位方式.在GSM网络中也有类似的定位方法,称为 E-OTD(EnhancedObservedTimeDifference).这种定位方法的基本原理是：移动台测量不同基站的下行导频信号,得到不同基站下行导频的TOA(TimeofArrival,到达时刻),即所谓的导频相位测量.根据该测量结果并结合基站的坐标,采用合适的位置估计算法,就能够计算出移动台的位置.实际的位置估计算法需要考虑多基站(3个或3个以上)定位的情况,因此算法要复杂很多.一般而言,移动台测量的基站数目越多,测量精度越高,定位性能改善越明显.

使用这种方法,需要移动台所测量的基站同时发出下行导频信号.因此,网络中的所有基站必须实现时间同步.一般可通过在基站安装GPS(TDSCDMA采用北斗卫星授时系统)接收机或连接到时间同步网来实现基站的同步.

OTDOA的定位精度相比CELLID方法要高,但它的精度受到环境的影响,在郊区和农村可以将移动台定位在10～20 m范围内;在城区由于高大建筑物较多,电波传播环境不好,信号很难直接从基站到达移动台,一般要经过折射或反射,下行导频信号的TOA也就出现了误差,因此定位精度会受到影响,定位范围为100～200 m.一般情况OTDOA定位响应时间在3～6 s之间[4].

3 基于通信网定位技术的组网结构

基于通信网定位技术的紧急救援服务分为全国业务、本地业务和国际漫游业务,紧急救援服务中心的业务服务器可接入位置业务网关(LBMP/LBAP)或者本地定位平台(LSP),不同的接入方式其系统结构不同.若需要支持漫游业务,则必须使用定位网关接入方案;LSP直接接入方案只适用于各省的本地业务.

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3.1 紧急救援定位系统的设备组网

3.1.1 定位网关接入方案

定位网关接入方案适用于全国业务及国际漫游业务.

定位网关接入方案下的紧急救援服务定位系统结构图-全国业务,见图1.

当用户产生语音呼叫时,语音信令监测平台(或IVR平台)通过Mi接口将用户的呼叫信息(包含临时订购关系),传送给定位网关LBMP或LBAP,LBMP或LBAP生成临时订购关系.紧急救援服务中心(或业务平台)的服务器以Gv接口将定位请求发送至定位网关,对于此类帐户,定位网关必须在本服务器做临时订购关系鉴权,如果存在订购关系,则定位网关将定位请求发送至定位业务平台,如果不存在则鉴权失败.临时订购关系的保留时间系统对于不同的帐户可分别配置,默认为20分钟.业务平台收到定位请求后,通过用户的呼叫信息,提取用户的位置信息,并根据经纬度显示用户所在区域以及周边的地图.

图1 紧急救援服务定位系统结构图-全国业务

当用户处于待机状态时,若定位网关LBMP或LBAP对业务平台所提交的临时订购关系鉴权成功,则用户归属的LSP,通过Lh接口向GSM网络请求用户目前登记的具体位置,GSM网络把用户的位置返回给本地定位平台(LSP).业务平台通过定位网络返回的用户位置信息,通过计算,转化为经纬度信息,同时显示所在区域以及周边的地图.

对于国内用户,定位网关向用户归属的定位平台(LSP)发送定位请求.

3.1.2 LSP直接接入方案

LSP直接接入方案一般只适用于各省的本地业务,不支持全国业务以及国际漫游业务,见图2.

图2 紧急救援服务定位系统结构图-本地业务

在本地业务中,紧急救援服务中心的服务器接入本地LSP,临时订购关系保存于LSP,Mi接口中必须包含VMSC Number,以供LSP寻址并接入MSC.业务流程与定位网关接入方式类似.当他省漫游用户发起呼叫时,通过用户的呼叫信息可成功定位用户.但当用户处于待机状态时,LSP无法查询用户归属的HLR信息,只能根据最近一次呼叫的MSC地址进行定位,可能无法准确定位用户.但该方案对于本地用户,有着定位时间短、投入小、建设周期短、维护方便等优势.

3.1.3 两种接入方案小结

网接入与LSP接入方案总结,见表1.

表1 两种接入方案比较

3.2 业务流程

紧急救援服务/IVR业务定位流程,见图3.

图3 紧急救援服务流程

(1)用户的语音呼叫,通过GMSC到信令监测平台(或IVR平台).

(2)信令监测平台(或IVR平台)将手机用户的呼叫信息,请求的呼叫中心、SP ID、Service ID(业务代码)等信息发送到定位网关.

(3)定位网关生成临时订购关系.

(4)紧急救援呼叫中心(或业务平台)向定位网关发送定位请求,请求当前呼叫的用户位置.

(5)定位网关做临时订购关系鉴权.

(6)如果临时订购关系鉴权失败,则定位网关返回给紧急救援呼叫中心服务器(或业务平台)返回鉴权失败消息;否则定位网关做定位,并返回定位结果.对于国内用户,定位网关将定位请求发送至被定位用户归属定位平台;对于国外用户,定位网关将定位请求发送至MSC归属省的定位平台.

3 结 语

作为未来移动数据的主要应用之一,基于位置信息的移动数据应用因能提供个性化服务,在世界范围内迅速发展,各种定位技术和定位解决方案不断涌现[5].基于移动通信定位技术的紧急救援服务就是一个很好的应用.在此服务的基础上,还可以开发后续附加服务,比如用户可以选择哪些人可以看到其所在的位置,并让他们知道你是安全的.还可以向固定收件人发送紧急救援邮件,向固定接收者发送紧急救援短信,并提供全天候的电话救援支持,还有处理紧急情况的建议和救援服务、人身安全提示和相关的危急事件管理服务.

[1] 赵学军,陆 立,林 俐,等.软交换技术与应用[M].北京：人民邮电出版社,2004.

[2] 陶 鹏,王 刚.GSM 无线定位技术[J].通讯技术,2001(6)：32-35.

[3] 范平志,邓 平,刘 林.蜂窝网无线定位[M].北京：电子工业出版社,2002.

[4] 彭 飞.移动通信网定位技术发展及应用[J].2003,9(4)：44-46.

[5] 陈建亚,余 浩.软交换与下一代网络[M].北京：北京邮电大学出版社,2003.