定位业务的架构演进和互通策略

在众多的移动数据业务中,一个能体现移动网特色的业务是移动定位业务。由于人们对移动业务的依赖,移动终端已经非常普及,而且人们习惯将手机随身携带,这样,通过手机终端来定位用户,为许多应用提供了美好的前景。
本文就定位业务的架构演进和互通策略进行了介绍和分析,探讨了定位业务的应用策略和互通策略。为简便起见,本文大部分内容的描述就移动承载网是WCDMA的情况展开。
由于定位业务在移动数据业务中有一定的典型性,其应用和互通策略对其它移动数据业务的开展也有借鉴意义。

定位业务的架构

定位业务,即基于位置的业务LBS(Location Based Service),有时也称为LCS(Location Service),是指通过移动网络特定的定位技术获取移动终端的地理位置信息(经纬度坐标),提供给移动用户本人、通信系统或第三方,并借助地图信息的支持,为移动用户提供与其位置相关信息的业务。
目前在定位业务的架构主要由3GPP的一系列规范规定,OMA的架构与3GPP的架构基本保持一致,仅在用户平面定位方面有新的思路,这里先以3GPP的规范为准介绍定位业务的架构。
在3GPP的规范中,根据请求发起方的不同,定位业务可以分为三种:
1. 终端始发定位请求MO-LR(Mobile Originated Location Request):终端通过空中接口向定位管理系统直接发起的定位请求,它可以向网络直接请求位置信息、请求辅助数据或请求将自己的位置发送给第三方。由于该功能目前应用模式不清晰、灵活性差,几乎不能在实际应用中见到。
2. 终端终止定位请求MT-LR(Mobile Terminated Location Request):使用最普遍的请求方式,终端通过定位客户端LCS Client(即第三方或SP)向定位管理系统发出定位请求,终端和LCS Client之间一般要通过为定位业务接入网关(短消息系统、多媒体消息系统或WAP网关等)接入到LCS Client。
3. 网络触发定位请求NI-LR(Network Induced Location Request):请求从正在为移动终端提供服务的PLMN内部发出,主要应用于支持对紧急呼叫发起方的定位,在这种方式下,定位的结果往往通过定位管理系统发送到能处理紧急呼叫的专用LCS Client处。
图1示意了定位业务系统的体系结构和三种定位请求发起方式的区别。

在图1中,网关移动定位中心GMLC(Gateway Mobile Location Center)是核心的设备,也就是前面提到的定位管理系统,它不仅处理各种定位请求、根据请求所要求的精度调用无线网络的能力得到定位信息,而且完成定位业务的运营,包括用户数据管理、业务数据管理、签约信息管理、增值应用的鉴权认证和计费等功能。

服务移动定位中心SMLC(Serving Mobile Location Center)是具体完成定位功能的逻辑设备,主要功能是在收到请求后调用相应的定位方法进行定位,并将测量消息转换为用户的经纬度信息。
3G核心网设备MSC或SGSN在这里类似一个请求代理,主要起着将请求路由并转发到SMLC的作用。

面向开放业务体系的发展
1、 基本的趋势
从以上的描述可以看到,尽管通过移动网络进行用户定位具有天然的优势,这种技术的本身还是很复杂的,其原因在于完成一次定位往往需要核心网和无线网甚至终端的参与。
在3GPP对定位业务进行规范制定时,已经充分考虑到了这种复杂性,并提出了前面描述定位业务架构来将这种复杂性简单化:
1. 3GPP将最终的定位计算单元SMLC固定在无线网侧,这主要是因为位置与无线侧设备位置往往是相关的:最基本的定位方法Cell ID可以在无需终端主动参与的情况下通过无线网络确定终端所处蜂窝的ID得到;而OTDOA的定位方法通过内置在Node B中的位置测量单元LMU协作完成,这种协作的控制中心SMLC设置在RNC即可;对A-GPS的定位方法言,参考GPS基准站一般每直径200～500km需要部署一个,可以考虑和RNC共建,并将相关计算在RNC中的SMLC模块中完成。
2. 核心网的MSC或SGSN作为一个请求处理的中间代理出现,它们可以通过Lg接口(MAP信令)接入各种GMLC的请求。
3. 3GPP将定位业务的核心接入部件制定为业务层设备GMLC。GMLC不仅负责接入和各种定位请求,同时还是LCS业务的运营平台,完成用户数据管理、业务数据管理、业务签约信息管理、SP数据管理和计费等功能。
通过以上的努力,定位业务的运作模式已经比较清晰。虽然在提供业务时,运营商需要考虑到终端、无线网、核心网和业务网设备对定位业务的支持,但各部分的功能和接口都已经划分得很清晰,各部分的规划也已经具有一定的独立性。

2、 面向用户平面的发展
尽管3GPP已经将定位业务架构清晰化、简单化,但因为涉及到核心网、无线网甚至终端在信令底层的参与,整个架构还是相对复杂的,这时,一种更加简单的架构——基于用户平面实现定位的架构SUPL(Secure User Plane for Location)被OMA提出,并成为了新的趋势和可替代方案。相对而言,3GPP的实现方案被称为基于控制平面实现的方案。
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图2示意了SUPL的定位业务架构,定位通过SUPL定位平台SLP(SUPL Location Platform)和支持SUPL定位的终端SET(SUPL Enabled Terminal)协同完成。SUPL定位平台又由定位中心SLC(SUPL Location Center)和位置中心(SUPL Positioning Center)两个部分组成,SLC的功能类似GMLC,SPC的功能类似SMLC。值得注意的是SLP和SET之间的接口LuP,它遵循用户平面定位协议ULP(User plane Location Protocol),是定义在从SLP出发经由SGSN、RNC、NodeB到SET建立的IP承载之上的协议,就定位本身而言,SUPL对移动承载网并没有直接的要求。

在SUPL实现具体的定位方法时,由于不再能直接使用承载网的能力,相关的工作主要依赖于终端和定位平台。对Cell ID的定位方法,需要终端告知平台自己所处Cell;如果要实现RTT或OTDOA,也都完全依赖于终端是否能调动无线网资源实现相关测量;对于A-GPS,情况简单一些,GPS基准站通过数据网与SPC相连接,SPC通过用户面向SET传递必要的GPS辅助数据。
用户平面的方案由于无需无线网和核心网设备直接参与定位的过程,对于新老移动运营商都具有较大的吸引力,毕竟,在无线网部署定位相关的功能部件不是很容易的事:
1. 对老运营商来说,旧的承载网设备可能并不支持定位业务要求的功能,而升级这些设备支持定位功能将是及其困难的;
2. 对新的运营商来说,如果采用用户面定位方案,对承载网的规划将得到简化。
不过,应该注意到,用户面定位方案并不能简化定位本身的复杂性,所以在进行选择的时候,各运营商还需要根据自己的运营策略统筹考虑。
3、 定位业务的互通
在定位中,另一个值得注意的问题是定位业务的互通。


1、 需求
对于中国可能的新兴移动运营商而言,定位业务的互通主要是为了满足用户以下几个方面的需求:
1. 发起对各种用户的定位:用户不仅可以发起对本地用户的地位,还应该能发起对异地用户、异网用户(含PHS网和其它移动运营商的网)定位;
2. 漫游时仍能选择开通对自身定位的能力:本网用户漫游到异地时或其它采用相同无线接入技术运营商的网络时,仍然能选择开通对自身定位的能力。
为了满足需求1,要求GMLC在收到对异地用户或异网用户的定位请求时,能直接调用网络资源对该用户的终端进行定位或知道将请求转发给哪个GMLC去处理;为了满足需求2,网络需要知道用户漫游到了那里,并能通过转发请求或直接调用用户拜访地的网络资源对用户终端进行定位。以下将区分异地的互通和与异网的互通展开分析。
2、 与异地定位业务的互通
与异地定位业务的互通是指同一PLMN内有多个GMLC时能实现对用户的定位。
当全网只有一个GMLC时,该GMLC通过查询HLR得到终端当前所拜访的MSC或SGSN的地址,然后通过信令网将定位请求发送到该MSC或SGSN即可。
当用户量较大的时候,或处于区域划分的需要(定位是一个区域特征较强的业务),可能需要多个GMLC来协同实现定位业务,此时可能有两种方案:
1. 方案一为每个GMLC都能直接调动所有的MSC或SGSN实现对任一用户的定位,设置多个GMLC主要是为了实现业务请求处理的负载分担;
2. 方案二为每个GMLC负责一个区域的用户的定位,GMLC间通过Lr接口互通,使用OMA制定的漫游定位协议RLP(Roaming Location Protocol)协同完成定位。
在方案二中,GMLC之间的交互流程如图3所示:LCS Client代理用户的请求,将之发送到其归属的GMLC(该GMLC称为请求GMLC,简写为R-GMLC),R-GMLC会将该请求转发到被定位方归属的GMLC处理(该GMLC称为终端归属GMLC,简写为TH-GMLC);如果用户就在本区域,TH-GMLC直接向MSC或SGSN下发定位请求;如果用户漫游了,TH-GMLC将定位请求转发到终端当前所拜访的MSC或SGSN相关的GMLC(该GMLC称为终端拜访GMLC,简写为TV-GMLC),然后TV-GMLC,由TV-GMLC调动网络资源完成定位,最后再将结果返回。


尽管方案二的流程比方案一复杂,但可以看到这种方案的逻辑清晰,业务请求先由归属地业务系统处理,然后根据是否漫游将请求转发到漫游地业务系统,这对业务计费结算、业务统计和业务管理都极有好处。正因如此,3GPP和OMA一起通过规范确定了这种交互架构和流程。
3、 与异网的互通
与异网的互通包括与采用其它无线接入技术网络的业务互通和与其它PLMN定位业务的互通。
对采用其它无线接入技术网络(比如PHS网、cdma2000网络等)而言,关键是要满足“需求”中描述的问题1,因为不存在漫游的问题。此时有三种方案:
1. PLMN中的GMLC和PHS网中的GMLC通过RLP互通,要求GMLC支持对对方号码的路由解析;
2. PLMN的GMLC和PHS网中的GMLC通过移动定位协议MLP互通(即图1中的Le接口),双方互为对方的SP;
3. 要求SP实现对号码的解析,将请求提交到相应的GMLC,即如果是对PHS用户的定位就发送到PHS的GMLC,如果是PLMN的用户就发送到PLMN的GMLC。
从技术的复杂度而言,方案三是最可取的,但SP处于业务的外层,不好统一控制,比如中国移动和中国联通通过这种方式互通,就要求SP同时满足两个企业对SP的要求;方案二也可行,但增加了GMLC作为SP,管理模式不是很清晰,而且增加了流程;相对而言,方案一在业务流程控制和管理上都是思路清晰的,也吻合了漫游定位协议RLP制定的初衷,是值得推荐的方案。
对采用了相同无线接入技术的异网而言,在满足“需求”中描述的问题1上,分析和结论是一致的,不过它又增加了两个问题:
1. 通过承载网的设备的支持,用户在不同PLMN之间的漫游时也能实现对终端的定位,由于采用的无线接入技术相同,只要运营商之间实现了网间漫游,这一要求能实现;
2. 由承载网技术是相同的,运营商之间可以采用紧合作方式,要求自己的GMLC能直接访问对方的MSC或SGSN,不过,根据前面的讨论,这种方式类似于“与异地互通”的方案一,其管理模式是不清晰的,不值得提倡。
经过以上的分析,可以看到,3GPP和OMA一起制定的定位业务互通方案具有强大的普适性,在各种网络间定位业务互通的情形下都是最适方案。
小结和展望
本文通过对定位业务的架构演进和互通问题进行分析,明晰了两个问题:
1. 在定位业务的架构上,目前3GPP和OMA提出的分层架构有利于网络的扩展和互通,在定位实现方案方面,OMA提出的基于用户面的定位实现方案给运营商提供了新的选择;
2. 在定位业务互通方面,基于3GPP和OMA提出的分层架构采用RLP进行互通,能较好实现定位业务在异地、异网间的互通。
目前,定位业务由于在架构复杂性、互通、定位方法选择、隐私控制和GIS策略方面还存在一些问题,还有待于各方面进一步的努力。随着这些问题的逐步解决,定位业务将逐步深入人们的生活,给大家带来更多的方便和利益。

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