许 玉 斌，陈 秀 万，黄 岚 岚，马 磊，沈 阳

面向多应用系统的位置公共服务（LBCS）模式研究与平台设计

许 玉 斌1，陈 秀 万1，黄 岚 岚1，马 磊1，沈 阳2

（1.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京 100871;2.SK集团（中国），北京 100022）

当前的LBS应用系统多采用独立构建方式，将LBS通用服务功能与应用系统相关功能集成，使系统内部耦合程度较高，虽然能够保证应用系统的完整性，但导致LBS通用服务功能难以共享，造成系统的扩展性差以及数据、计算资源的浪费。该文探索了面向多应用系统的位置公共服务（LBCS）的服务模式与系统体系结构。基于这种服务模式，位置服务系统将由两大部件构成：LBS公共服务平台和专业应用系统，且LBS公共服务平台能被多个应用系统使用。

全球卫星导航系统（GNSS）;位置公共服务（LBCS）;LBS公共服务平台;卫星导航应用

0 引言

基于位置的服务（Location Based Service，LBS）又称定位服务，它是通过移动终端本身的定位功能（如GPS）或电信移动运营商的网络（如GSM网、CDMA网）获取移动终端用户的位置信息，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。一般情况下，LBS系统主要由3部分组成：移动终端、无线网络和应用服务器［1］。LBS系统的基本工作流程为：当移动用户需要LBS服务或监控管理中心需要对某移动终端进行移动监控时，首先移动终端通过内嵌的定位设备获得终端当前的位置信息，实时地通过无线网络将数据上传到服务中心;服务中心根据终端的位置、服务需求进行空间分析，并将结果下发到移动终端。

随着LBS的发展，出现的应用系统较多采用独立构建方式［2－4］，将LBS通用服务与应用领域的业务逻辑整合［5］，系统高度集成，系统内部表现复杂、外部表现单一，虽然增加了系统内部的耦合性，保证应用系统的完整性，但也导致其他应用系统难以共享该系统的LBS通用服务，造成了系统的扩展性差以及数据、计算资源的浪费;同时，这些系统在与别的系统集成时困难重重。为解决上述问题，本文探索采用位置公共服务模式的方法，并将位置服务系统划分为LBS公共服务平台和专业应用系统两个部件。LBS相关功能通过LBS公共服务平台提供，而专业应用系统则专注于领域相关的业务流程和业务逻辑。LBS公共服务平台可在多个应用系统之间共享，当专业应用系统需要LBS服务时，能够通过接口从LBS公共服务平台获得。

1 基于UDDI的LBS服务发布与发现

统一描述、发现和集成协议（Universal Description，Discovery and Integration，UDDI）［6－8］是商业服务的信息注册规范，是Web Services集成的一个体系框架，其核心是 UDDI registry。UDDI registries提供了一种有效的方式来发布、发现、浏览Web Services。本文通过分析现有UDDI在服务发布与发现方面的不足，结合LBS领域的独特需求，对UDDI registry进行扩展设计，增加可扩展的LBS服务分类体系、扩展UDDI的注册和查询接口以及增加额外的数据结构，实现基于属性的UDDI注册中心LBS服务发布与发现。

1.1 UDDI的不足与LBS新需求

目前UDDI registry系统中提供的服务查找方式如图1所示。

图1 现有UDDI registry系统提供的查询方式Fig.1 Query methods of current UDDI registry system

现有UDDI对服务查询能力的支持有限：虽然对商业提供者的信息以及各种分类信息提供了较为完善的描述和查询方法，但不能对具体的服务属性提供支持。当UDDI registry中注册的services数量较大时，“基于关键字”和“分类钻取（drill-down）”的查找方法返回结果过多，且一旦关键字不当，则有可能查不到任何services。上述不足也存在于LBS中，现有的UDDI registry不支持根据地理范围过滤搜索结果。LBS服务通常具有很多附加属性，现有的UDDI registry对Web服务属性缺少描述能力。

在整个LBS的领域活动中，围绕LBS服务注册中心，主要有3类人员：标准化组织、服务提供者、服务消费者，不同的角色对服务关注的重点不同。此外，不同领域对服务信息的需求也不一样。具体到LBS领域，为了在UDDI registry中能对服务进行详细而有效的描述，需要建立描述LBS服务的信息模型。可能被关注的信息包括：服务提供者信息、服务内容信息、服务目标范围、服务数据规格、服务绑定细节、具体LBS服务的结构化属性等。

现有的UDDI可以实现上述部分LBS服务信息的发布和查询：LBS服务提供者的信息可以通过businessEntity表达，LBS服务的基本信息可以通过businessService表达，LBS服务的绑定细节可由binding Template和t Model共同表达。但是，LBS服务的目标范围、服务的数据规格、具体服务的结构化属性则不能通过现有的UDDI registry进行描述;同时，服务消费者在查询服务的过程中，会因为使用的自然语言的不规则性而导致通过关键字查询的方法不能返回最满意的结果。因此，可以通过3方面来弥补现有LBS服务在UDDI注册中心发布和查询方面的不足：1）将LBS服务分类引入UDDI注册中心，体现服务之间的相关性;2）支持LBS服务目标范围的发布和查询;3）支持LBS服务格式化属性的发布和查询。其中，服务分类将通过t Model的方式注册到UDDI中心，以辅助和规范LBS服务的发布和查询，并通过第三方 Web Service的方式为UDDI中心提供分类验证服务;而对LBS目标范围和格式化属性的发布和查询将通过在UDDI registry外增加一个代理层实现。

1.2 扩展UDDI结构

（1）LBS服务分类。本文在参考OGC的OWS、ISO19119和 Open LS［1，9－11］的基础上对 LBS服务进行了归类（图2）：将各种LBS服务按照树型结构组织，以“LBS服务”为根节点，第一层按照OGC对地理信息服务的分类划分;第二层按照Open LS对基于位置服务的分类划分;最后一层是各种服务的实例。分类树的结构可以扩展，当出现新分类时，只需在相应的父节点下添加子节点即可。对于上述分类，通过XML文件描述可以记录各节点之间的继承关系。

图2 LBS服务分类Fig.2 Service classification of LBS

（2）LBS服务的目标范围。LBS服务的一个显著特征是服务区域有明显的地域范围。在注册LBS服务的过程中，LBS服务的目标范围将被记录下来;在LBS服务查询时，服务消费者所处位置或指定的某一位置将作为限制条件，对候选服务进行筛选。LBS服务的目标范围通过XML Schema来描述。

（3）结构化属性的发布与查询。LBS服务的属性包括功能性属性和非功能性属性。功能性属性主要表现为LBS服务空间数据的规格，如数据来源、数据精度、数据形成时间、投影信息、数据类型等;非功能性属性主要表现为服务描述性信息，如服务的资费、服务的响应时间等。一般将结构化属性模型中的值分为3类：1）数值型，通过整数或者浮点数来描述。2）文字型，通过字符来描述的指标，通常这些字符都是对一定类别或者等级的描述，使用固定的几个词语，如“矢量”和“栅格”、“WGS84”和“西安80”等，且这些描述语言在特定的应用中具有特定的含义。3）日期型，使用“XXXX/XX/XX”格式表达的日期数据。属性值类型下的操作定义如表1。在对LBS服务的结构化属性进行描述时，采用如下模型：每个属性由一个三元组（N，D，T）表达：N表示属性的名称，D表示属性的说明信息，T表示属性的类型，可选的包括数值型、文字型和时间型。

通过以上3方面对LBS服务的相关信息进行描述和建模，对现有UDDI注册中心实现上述扩展方法，经过扩展的 UDDI系统结构如图3［12，13］所示。

表1 属性值的操作Table 1 Manipulation of attribute value

图3 扩展 UDDI（CCP-LBS）结构Fig.3 Extensive structure of UDDI（CCP-LBS）

2 LBS公共服务平台

LBS公共服务平台实际上借鉴了软件复用的思想，能够提供可复用的软件构件，LBS应用系统则是基于可复用构件的系统开发。LBS公共服务平台使相关的LBS服务按照自包含、自描述的单个服务形式组织，并促进LBS应用系统按照面向服务架构（Service Oriented Architecture，SOA）的方式进行构建。构建LBS公共服务平台有两种方式：1）将各种LBS服务内置于LBS服务平台中，服务平台提供服务部署、服务查找、服务执行环境、GIS引擎、流程控制等各种模块，LBS应用系统通过平台接口调用各种服务。2）LBS服务可以广泛地分布在应用系统可访问的网络中，各自在LBS公共服务平台注册服务，公共服务平台对这些服务提供分类管理并使用足够的信息描述这些服务，以便服务消费者能够快速、准确的发现这些服务。通过这种方式组织的LBS公共服务平台主要功能是在内部将服务信息进行有效的描述和组织，并提供一组适用于LBS领域的服务发布和发现接口。具体服务的运行并不在LBS平台中，这降低了LBS公共服务平台的复杂性和负担。本文采用此种方式构建LBS公共服务平台。

2.1 LBS公共服务平台体系结构

LBS公共服务平台将LBS服务的整个使用周期划分为3个阶段：服务生产、服务发布和服务消费，并对应到3个角色：LBS服务发布者（LBS服务开发者）、LBS公共服务平台和LBS服务消费者（LBS应用系统），它们之间的关系如图4所示。

图4 LBS公共服务的3个角色Fig.4 Roles in Location Based Common Service

LBS公共服务平台（图5）提供了标准接口为LBS服务发布与发现提供支持，具体的LBS服务并不需要在平台中部署和执行，在LBS公共服务平台中注册的服务可能由不同的服务开发者提供。LBS应用系统将通过从LBS公共服务平台所获信息实现对LBS服务的调用。在LBS公共服务平台中，服务以自包含、自描述的单个服务的形式注册，在服务消费者定位了需要的服务后将被动态调用。目前可采用的技术包括CORBA、COM＋、EJB、Web Services等。本文采用Web Services［3］的方式实现，在LBS公共服务平台中，服务提供商将使用Web Service的方式提供服务，使用WSDL描述服务的接口和绑定信息。LBS公共服务平台的功能包含两方面：为服务发布者和服务消费者提供服务发布和发现功能;在公共服务平台中注册的LBS服务所具有的功能。服务发布和发现功能是实现服务共享的关键步骤，公共服务平台提供完善的方式对LBS服务信息进行描述，并在平台内部进行合理的组织，支持对LBS服务的精确定位。同时，服务发布和发现功能能够满足服务查找条件的多样性，解决LBS服务领域的特殊需求。在公共服务平台中注册的服务需要支持基本LBS功能，包括地图服务、目录服务、地理编码服务、跟踪服务、网关服务、导航服务等。

图5 LBS公共服务平台的体系结构Fig.5 Framework of LBS Common Service Platform

2.2 LBS公共服务平台应用特点

LBS服务使用 Web Service的方式发布，这些LBS服务可能是系统内部提供的，也可能是系统外部提供的。服务消费者在平台上通过标准的接口查找服务，在获取服务的具体信息后，可以绑定和跟踪这些服务。这样做的优势有：1）扩展性强。新的LBS服务可以很方便地集成到系统中。2）开发方便。由于系统逻辑清晰，LBS服务的开发和领域应用可以完全分开。3）数据和计算资源的重用。不需重新实现LBS相关功能，只需调用在LBS公共服务平台发布的服务。4）服务的多源性。LBS服务可能来源于多个服务开发商。5）可以在LBS应用系统中使用服务组合的方式提供复杂的功能。例如，用户需要从所在地前往另一个地方“XXXXXX”，可以通过“地理编码”服务确定“XXXXXX”的坐标位置;“导航服务”输入起始地点的坐标后，计算出行驶的最佳路径;“地图展现”服务将最短路径与底图叠加，最后返回给用户显示在屏幕上。

3 原型系统实现

LBS公共服务平台使用Java开发，UDDI服务器使用Apache JUDDI和PostgreSQL作为外部存储数据库，代理组件的 Web Service通过Axis（A-pache Extensible Interaction System）开发。服务的查找通过关键字“地图”，返回的服务列表包括名字中包含所有“地图”的服务（图6）。

图6 查询实例Fig.6 The query instance

4 结论

近年来，LBS在技术实现、应用领域、用户数量上都得到了很大的突破。在公众应用领域，以导航、基于位置的生活信息查询、移动交友为首的应用得到极大推广。在行业应用领域，LBS与物流、交通、安全、城市规划、农林渔等众多传统产业结合，大大提高了相关领域的精确信息化管理程度。针对目前各LBS应用系统独立构建所造成的系统内部耦合度高、扩展性差以及数据难以共享等问题，本文面向多应用需求，提出了LBS公共服务平台的概念，分析了其体系架构、功能和接口，采用Web Service和UDDI作为构建LBS公共服务平台的基础技术，对LBS服务进行了建模，并通过分析UDDI，提出了扩展解决方案;同时，进行了原型系统的开发并验证了方法的可行性及扩展UDDI在位置服务领域的应用前景。

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Research on Service Pattern and Platform Design of Location Based Common Service on the Basis of Multi-application System

XU Yu－bin1，CHEN Xiu－wan1，HUANG Lan－lan1，MA Lei1，SHEN Yang2
（1.InstituteofRemoteSensingandGIS，PekingUniversity，Beijing100871;2.SKChina，Beijing100022，China）

As an important part of GNSS（Global Navigation Satellite System）application，LBS（Location Based Service）is absolutely a fast-growing mobile value-added service.More and more application systems are emerging with the fast developing of LBS.However，LBS application systems are mainly built individually：they integrate both common LBS functions and domain specific functions.Although it ensures the integrity of application systems，it also results in high level of coupling within the system，poor extension ability and waste of resources.This paper gave a discussion about service building and new service modes of Location Based Common Service，which is based on multiple application systems.And the system is divided into two parts under the new service pattern，LBS common service platform and expertise application system，and the LBS common service platform can be shared by multiple application systems.

Global Navigation Satellite System（GNSS）;Location Based Common Service（LBCS）;LBS common service platform;satellite navigation application

P208

A

1672－0504（2012）03－0040－04

2011－09- 15;

2011－11－30

北京科学技术研究院项目“城市管理案件演化规律空间分析模型研究”

许玉斌（1987－），男，博士研究生，主要从事卫星导航及其应用、位置公共服务研究。E－mail：yubinxu＠pku.edu.cn