GPSone在物联网中的应用探讨

2012-08-04罗万可

通信技术 2012年3期

倪磊，罗万可，向军

（①四川师范大学成都学院，四川成都 611745；②西南交通大学，四川成都 611759)

0 引言

2010年3月5日国务院总理温家宝在十一届全国人大三次会议上作政府工作报告中提到：要加快物联网的研发应用，加大对战略性新兴产业的投入和政策支持。将"物联网"首次写进政府工作报告中[1]。目前，物联网已被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，更成为学术界的一个研究热点。

通过现在覆盖范围最广的电信网和互联网以及三网融合作为信息的承载，为物联网的实际应用提供了很好的物质基础。本文将以3G通信中的GPSone技术在物联网定位业务中应用作为探讨研究。

1 物联网

1.1 物联网的定义

物联网是由美国麻省理工学院的Ashton教授在研究射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）时首次提出的。在2005年，互联网全球权威组织国际电信联盟发布的《The Internet of things》年度报告中提出了物联网的概念，并向世界宣告物联网时代即将到来[2]。对于物联网，世界各国都有自己的提法。

物联网（Internet of Things），从字面理解，就是物物相连的互联网，它是互联网在现实世界的延伸。2011年5月，中国工业和信息化部电信研究院发布的《物联网白皮书（2011年）》正式官方给出物联网的解释：物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它是利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的[3]。也就是说，物体通过装有RFID装置或国际移动设备识别码(IMSI，International Mobile SubscriberIdentification Number)标识等信息传感设备，按约定的协议与承载网相连，形成智能网络。物品将其信息通过承载网络（电信网、互联网、广电网）传送到管理者的电脑或手机终端，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

1.2 物联网的网络架构

由《物联网白皮书（2011年）》中可知，物联网网络架构是由感知层、网络层和应用层组成，如图1所示。

图1 物联网网络架构

感知层，是物联网的基础。它是以RFID、传感器、二维码等为主，利用射频技术对物体进行智能感知、识别、信息采集处理，并通过承载层将实体信息传送至应用层。

网络层（承载层），由三网（电信网、互联网、广电网）或者下一代通信网络(NGN, Next Generation Network)构成，将感知层所采集的巨量数据信息传输至应用层。

应用层，是由各种应用程序及系统组成。主要对联网物体进行定位、监控以及管理（如查询信息，监控信息、控制信息等）[3]。

1.3 物联网的标识及应用

物体在标识方面的标准众多，如二维码条码标识是自动识别和移动技术协会标准；手机标识包括GSM和WCDMA手机的国际移动设备标识、CDMA 手机的电子序列编码（ESN，Electronic Series Number）和国际移动设备识别码（IMSI，International Mobile Subscriber Identification Number）；通信标识目前正在使用如IPv4、IPv6、E.164等。

物联网应用广泛，遍及智能交通、环境保护、智能监测等领域，显然物联网已发展成为一个超大规模的新兴市场[4]。随着现代社会的快速发展，物流配送业被提高到了一个新的水平[5]，在物流商品中通过引入传感标识，就可从采购、装卸、仓库运输、配送销售的供应链上的每一个环节做到精确掌控，实现了对整个物流过程的管理。

2 GPSone

2.1 当前的几种定位技术

目前移动通信中常用的定位技术主要有：小区标识定位技术，它是根据手机在归属位置寄存器（HLR，Home Location Register）中登记的小区信息，定位到某个基站BSC或者基站下面的某个扇区；前向链路三角定位技术，它是手机在定位过程中，监听3个及以上的基站导频信息，利用码片时延确定手机到这些基站的距离，再利用三角定位法计算出用户的位置[6]；网络辅助全球定位系统(GPS,Global Positioning System)定位技术（AGPS），它是利用网络将GPS卫星解调出的导航信息提供给移动台来完成定位操作，此时网络侧需增加定位实体（PDE，Position Department Equipment）和移动定位中心（MPC，Mobile Position Center）。GPSone是基于位置业务开发的定位技术[7]，它是上述 3种定位技术的融合。通过采用C/S结构，GPSone将小区标识定位技术、前向链路三角定位技术和AGPS有机结合，实现高精度、高速度和高可用性定位，当前向链路三角定位技术和 AGPS在无法使用的环境下，GPSone会自动切换到小区标识定位技术，确保定位成功率[8]。

本文的研究对象是利用手机标识中的IMSI，将GPSone技术应用在物联网中业务的定位、监控和管理中。

2.2 定位网元在移动通信系统中的位置

定位网元有移动定位中心 MPC和定位实体 PDE功能实体[9]，如图2所示。

图2 定位网元

MPC：负责位置信息的获取、传递及控制；将PDE提供的定位结果通过通信网传送至 SP。MPC还将对定位用户进行鉴权授权检查，实现基本的安全和保密控制。

PDE：负责与基站、移动台以及交换机等相关设备交换定位信息（定位消息包含有手机位置信息和手机测量的伪距信息等）。定位信息交换采用短消息交互方式，且基站和交换机之间的交互基本为透传。

按照电信运营商的实际组网，一个PDE只能与一个MPC相连，但一个MPC能与覆盖其该区域的多个 PDE连接；各省的移动交换中心（MSC，Mobile Switch Ccenter）只能与一个 MPC相连，一个 MPC能同时服务于多个MSC。此外，MPC与HLR和MSC是通过7号信令网进行信令交互。

3 GPSone在物联网定位业务的探讨

3.1 GPSone在物流行业中的通信应用

物流行业用户利用GPSone可对其企业的车辆人员进行定位，采用如图3的通信网络架构[10]。当企业管理人员SP对定位人员发起定位时，通过短信确认形式下发给被定位人员，待被定位人员回复确认后则进行定位。

定位流程如图4所示。

图3 定位流程

图4 定位过程

定位过程说明（各网元名称见图3）：

①SP通过互联网向MPC发送定位请求消息，该消息中包含有 SP标识 SPID、发起者标识和目标用户ORID标识MS；②MPC向HLR发起授权检查请求消息，对目标MS和SPID进行授权检查，检查目标MS是否签约定位业务功能；③HLR向MPC返回鉴权结果响应。该结果包括目标MS是否具备有定位服务业务、目标MS的IMSI是否允许被定位和查询ORID等。图中所示MPC与HLR之间是通过七号信令网的MAP消息进行信息交互；④MPC根据 HLR找到该用户所在的MSC。MSC会通过短信中心向MS发送“定位提示”短消息，MS回复确认信息，再由MSC通过七号信令网送回MPC，完成定位操作；⑤MSC与MS之间进行寻呼响应；⑥MS通过MSC向MPC返回定位确认短消息。若网络出现问题使短信的上行消息无法发送到MPC时，MPC根据手机发起的IS801对话判断手机是否同意；⑦MPC发送GEOPOS REQUEST消息到PDE，请求MS与PDE之间通信；⑧PDE使用geopos request向 MPC返回确认响应；⑨MPC使用 SPP Resqonse消息通知MS与PDE进行通信连接；⑩PDE与MS之间IS801（该消息中含有MS所在的基站位置信息）消息交互，对MS位置定位计算；PDE将定位结果通过MPC和承载网络传送至SP。

3.2 物流行业在物联网中的通信应用

从图5所示可以看出：

①感知层中手机通过 IMSI标识利用承载网将携带的数据信息送到应用层中，应用层由物流企业MIS应用程序及系统组成，由管理人员SP进行信息处理；②管理人员利用通过承载网对本企业车辆和人员进行定位信息的确认（定位流程见3.1节）；③管理人员获取车辆和人员定位信息后，根据实际情况进行任务派发和货物车辆监控管理。