WiMAX网络下的定位系统(LBS)介绍

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前言

过去Internet因诸多限制而无法将使用者定位，但是，随着无线及移动通信网络系统之蓬勃发展，也因为手持式移动装置已能利用基地台及卫星定位，故能导入依据位置信息定位使用者所在的服务，此种服务称之为：移动定位服务(Location-Based Service，lbs)。

如今的无线通信业者可运用移动网络定位优势，提供特定地域性的无线网络服务，在此基础上所开发出来的应用将超越过往取得信息的方式，如今LBS服务包括了紧急求救(emerging call)，道路救援(roadside ass’istance)、地点查询(10cation finding)、车队管理(fIeet management)，在地信息提供(10calizationinformation)、交通信息(traffic information)等。

随着wimax(Worldwide Interope rability forMicrowave Access)技术和环境逐渐成熟，移动加值服务将成为生活中不可或缺的机能，未来，只要根据使用者位置，即可动态取得符合个人化的实时生活信息，透过移动通信装置即可取得真正需要且适时适地的有价信息，有鉴于此市场商机无限，各通信业者已着手进行LBS的布局，而本篇文章将会为读者简介目前WiMAX Forum上讨论LBS的进展，以及LBS的相关技术。

LBS背景介绍

随着市场需求带动移动网络通信和空间信息技术的进步，还有开放GPS(Global Positioning System)，以及整合式移动通信装置的普遍，使目前市面上已有许多定位相关产品，结合移动定位与信息系统GIS(Geographic Information Systems)的加值服务也越来越多，LBS因此逐渐开展出新的服务时代。

传统Gls具备强大的空间分析能力和丰富的电子图资，但实时性的空间分析能力仍不够，而手机通话则无从让对方得知拨号者目前位置：LBS可让使用者透过移动装置(手机、PDA或车用计算机等)查询自己的空间位置，并透过实时所在位置连结到附近环境，取得地理信息以及根据实时需求所撷取到的生活信息等，更进一步解决使用者于此地域性的实时需求，其用途可是单纯的游戏或消费行为，复杂的可以是大型的急难救援或车队管理等。

如今，因政府及业者的推动下，LBS已经为消费者的必需功能，未来，整合式移动管理(mobilitymanagement)服务会是未来LBS发展的趋势，除了提供地理信息外，还会根据个人喜好量身订作的个人化窗口(portal)等。可以预见的是，未来LBS应用将会发展到极致，例如：小刘是一位高阶商务人士，由于业务上的需求，经常需要到各地开会，因此，他需要在各类型的交通工具中快速地决定行程中的需求，在WiMAX环境下完备的LBS将满足他随时随地撷取到实时的当地信息，找当地住宿，并且可以藉由旅馆位置进而查询到四周交通以及饮食等生活机能信息，也可预测到达时间及预先安排开会时间等，加强时间管理和提升效能，达到一次完美的任务。在美国，LBS已经有实际应用，如911紧急救援。

LBS目前有的定位技术有CelI-ID(ceII siteIDentification)，E-OTD(Enhanced Observed TimeDifference)、OTDOA(Observed Time Difference ofArrival)，A-GPS(Assisted GPS)，HYBRID(A-GPS+others)等，各有其优缺点及适用的通信系统，现今比较被广为采用的是UTDOA。

有鉴于LBs技术的持续发展，立志成为4G标准的WiMAX系统，也针对这个议题进行讨论和设计。WiMAX Forum上讨论LBS的进展内容，之后将持续订定最新版本(version)的LBS相关文件，文件再进行细部的修订后，就会交付表决成为正式文件，之后在交由NWG(Network Working Group)来进行细部的实作设计，其名称为”NWG LBS_baseline”。本文将针对此文件内容作初步说明，如读者对LBS有相当浓厚的兴趣，可自行详细阅读NWG所提供之LBS相关文件，谢谢。

简介LBs网络架构

LBS在WiMAX网络下运作所需的功能模块，此LBS架构模型是一个包含了WiMAX networkreference model INRM)基础的架构，支持以下几点：

・周期性和以事件来驱动的定位信息服务

・使用者驱动或是网络端驱动的定位程序，不论是哪一种都是根据基本的功能模块运作，藉此达到相同功能

・根据Bs的涵盖范围(cell／Sector)决定的定位信息服务

・加强性子区域位置的定位计算是根据手持移动装置为基准或是网络为基准

・MS具备支持GPS的侦测和运用能力

在WiMAX网络中，具备位置信息的能力可以被用在以下几点：

・透过知道移动式装置的位置，能够启动LBS，此种加值服务能提供给使用者特殊且个人化的应用信息，例如：道路驾驶导航，地区的商店和餐厅等。

・能够支持紧急救难的呼叫服务，提供使用者地点给服务中心，帮助救难人员作出实时性的响应，此服务在某些地区是必须提供的。例如：在美国，所有VOIP业者必须具备LBS加值服务。

・可以藉由使用者所在网络内的位置信息进行额外的运作功能，像是需要用到位置信息的换手服务；网络流量和覆盖范围测量等。

接下来我们将会针对图内的对象逐一介绍，之后的文章也将会依照此简称来进行描述。LBS功能对象如下：

・Location Server(LS)

位于CSN内部的Ls决定和分配WiMAX网络中的MS位置，如何决定则依据多种机制，包括了：三角测量、从Lc或是MS得知的BSID，从MS的GPS量测，或是混合性的测量方式等。Ls分配MS已决定的位置给经过认证的营运商内部或是外部的网络。Ls根据位于外部的位置请求者要求，驱动网络端进行LBS的初始流程，因此，对于一个有效且主动性的LBS装置而言，Ls可以具有Location ControIler的ID才能配合完成LBS的流程。

・Location Control ler(LC)

位于ASN-GW内的LC是负责协调MS位置测量的对象。当定位测量的方法是根据网络后端所驱动的，那么Lc将会负责完成协调相互沟通以决定位置参数信息的Bs群，而后Lc提供MS的位置测量信息给Ls。当MS或是网络端的LS，甚至是其它在ASN内的功能模块发出位置信息的请求，Lc将驱动相对的位置测量流程并且搜集所有能决定位置的相关数据。Lc随时要知道正在服务移动装置的Bs并且提供Bs信息给Ls知道。

・Location Agent(LA)

LA负责位置量测，或是搜集和回报MS位置的相关信息给LC，而LA是透过R6接口(interface)跟Lc连接，LA位于Bs内，需要与MS沟通以透过R1搜集测量信息。

・Location Requester(LR)

LR是一个实体入口或是一个功能模块，LR可能位于WiMAX网络的外部(例如：一个外部的应用实体请求查询使用者的位置)，也可能在MS的内部，主要功能为产生对于MS位置信息的请求。

・Mobile Station(MS)

MS可执行多种关于LBS的功能，在MS中的LR可以跟Ls请求位置信息，或是MS本身具有GPS的功能模块，此模块就可自行从Ls询问GPS的辅助数据并且将GPS的预测范围送回到Ls。在其它的情境中，MS可透过R2的接口送WiMAX扫描报告数据到_s，或是经由R1到LA。如果MS靠自己决定位置(不论是有没有Ls或是LA的辅助)，MS将会回报位置信息给Ls。

这些对象之间的接口如下：

・R2界面：MS与Ls之间的R2可能以OMA SUPL或是WiMAX Location Protocol(WLP)二种协议作为开发的基础

・R3界面：可能依据RADlus或是Diameter作为开发协议，并且使用AAA协议来进行安全性的保护，一切依营运商以及设计者的选择和建置为准则

・R4，R6、R8界面：此三者都是在UDP协定之上建构的接口

・u1界面：u1有几个可运用之已存在协议，例如：Parlay x，MLP，ESP等。

一、LBS的流程介绍

说明流程之前，先说明决定位置信息有二种主要使用模式：

A，MS管理位置信息

・移动装置和后端网络进行最少的互动以完成测量、计算和使用定位的位置信息

B，网络端管理位置信息

・网络后端负责驱动、决定和回报定位的位置信息

1　MS自行管理定位信息(MS Managed Location)

此情境中，MS(经网络认证的移动装置使用者)在刚进入网络和认证之时，将会向专属的LS或是Navigation Service(导航服务)进行类似登记注册的动作，

每一个Bs都会广播自己的地理位置和邻近Bs的位置给使用者知道，此信息会藉由Serving Bs以L2 LBS-ADV信息作周期性广播来传递，MS可使用LBS-ADV的信息自行测量和计算定位的位置，MS不需回报位置给WiMAX网络，MS可将自己的位置传送给自身的应用程序。MS可具备自己定位的能力像是GPS或是可依据来自WiMAX网络中地理位置的广播，在此，ASN／CSN不需要特殊的LBS支持功能。

2　网络端管理定位信息(Network ManagedLocation)

此种方式将会有二种不同的情境，一种是移动装置驱动，也就是MS主动发出位置请求，另一种是网络端驱动，就是定位请求可以来自任何一个L只：或是来自内部的实体模块进入点。请求位置信息可以有二种模式，可以是周期性的或是一次性的。网络管理位置信息的决定是依据Ls的请求和使用透过Lc的R3接口来测量。以网络端管理定位信息而言，为了符合LBS文件中的规范，当一个认证的Ls发出定位信息的请求时，一个Lc应该要支持以下的特性：a)有能力提供Serving BS-ID；b)有能力提供MOB―sCN-REP的量测。一个Lc应该可具备支持U-TDOA量测的能力。是LBS架构中的网络端点之间一般的量测流程。图3，MS(L R)和Ls之间的沟通需经过认证，二者之间在传送位置信息时也需有安全性的考量，安全性是须要解决的议题，此篇文章中将不针对此点多作说明。

(1)此小节将说明如果MS本身不具有独立定位能力时(例如：不具备有GPS定位能力)，网络管理以决定定位信息的基本流程是如何进行：

Location　ServiceInitiatton，这初始化的步骤可以是移动装置或是网络驱动。在WiMAX网络中，Ls总是扮演着驱动初始化的角色。所有WiMAX网络外部或是内部需要使用到位置信息的应用，都可藉由Ls提出取得MS位置信息的要求。所以，Ls传送使用者(移动式装置)位置请求(Location Request)到LC，不论此请求是根据已认证的功能实体或是MS本身，换句话说，LC只能够接受来自Ls的位置请求的驱动，Lc也会提供使用者位置信息给一些ASN内部功能，以达到多样性无线资源(radio resource)最佳化的分配和管理。Ls和Lc之间的沟通程序，分为周期性的回报定位信息以及一次性回报。

大致上的流程为：不论是MS或是外部的LR请求定位的位置信息，都会先传送到Ls，Ls会将此请求传送到AAA，通过安全认证后，传送至ASN内部，先至Anchor Auth再到Anchor ASN，最后到Serving ASN，经过LC、LA和移动式装置协同合作的量测和运算，得出定位位置信息，再经由LC(serving ASN)传回给Ls，Ls再回报给MS或是LR。

(2)此小节则说明如果MS本身具有独立定位能力时候(例：有GPS定位能力)，网络管理以决定定位信息的基本流程是如何进行。MS或是LR一样会先传送请求信息给Ls，Ls将会检查MS是否具有定位能力，此情境中，MS是具备定位信息能力，故MS会直接与Ls进行沟通，最后依然会把定位位置的信息回传给MS和LR，使MS和LR能够利用此信息进行应用程序上的运作。

①如果MS本身具有独立定位能力时候(例如：具备有GPS定位能力)，有二种方式能够增强LBS系统定位的能力，一种是透过GPS搭配网络端进行量测，名为Accurancy Enhancement；另一种是Time To First-Fix(TTFF)Enhancement，此技术是利用卫星信息搭配GPS服务，此二种方式主要都是利用二种位置信息的互补来提升定位信息的准确性，让定位信息更为精确，使LBS的应用能够提供更好的服务。

②此小节中，我们将为读者介绍MS和LS之间如何沟通LBS的能力。这个流程必须要是MS主动趋动，MS利用WLP(WiMAX LocationProtocol：一个XML名称空间集合，需要运作的参数搭配使用)将本身所具备的信息和能力经由CapabilitiesADV(包覆能力信息的信息格式)传递给Ls，同时，MS也随时更新自身信息和能力，相对的，Ls要能够选择自身能配合MS的信息和能力，并且将回传ACK给MS，以通知MS确认配合的信息和能力，同时Ls也会将这些信息和能力储