LBS包含了多门学科、多项技术以及多个套用领域,是一个複杂庞大的综合体系。本节重点介绍LBS的技术体系、标準体系、系统体系和套用体系。
基本介绍
- 中文名:LBS结构框架
- 外文名:LBS framework
LBS技术体系
LBS是移动设备、网际网路和空间资料库等多学科交叉的产物,是一项集成系统,是地理信息系统、空间定位、移动通信、无线网际网路等技术的综合体,其技术体系涵盖多种技术。
地理信息系统
地理信息系统是LBS重要的技术基础。在移动定位条件下,只有依靠地理信息系统的底层支撑,才能具备对空间信息的查询、搜寻、分析等套用功能。地理信息系统是一门由信息科学、计算机科学、现代地理学、测绘遥感学、空间科学、环境科学和管理科学等多门学科综合而成的新学科,其核心是计算机科学,基本技术是资料库、地图可视化及空间分析技术,是计算机科学与地学相结合的产物。从系统的角度来看,地理信息系统就是一种处理地理数据(信息)的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。
地理信息系统由于其自身特殊的功能结构,在社会各行业领域均有广泛的套用。随着技术进步,地理信息系统正向移动化、网路化、三维化和集成化方向发展。
移动定位
位置信息服务的前提是高质量地获取当前位置信息。移动定位技术是解决空间位置依赖性和实现位置服务所必须的技术,主要是通过无线终端和无线网路的配合,来确定移动用户的实际位置信息。
根据定位方式的不同,移动定位技术可分为基于网路的定位技术和基于终端的定位技术两类。前者是指网路位置伺服器根据移动端的信号到达多个无线网路基站的强度、时间和相位等数据计算出移动终端所处的位置信息,再据此提供位置服务,包括Cell-ID、TOA和OTD等。后者指由移动终端计算出自己所处的位置,包括测量基站到手机信号差得出定位信息的EOTD/AFLT和使用GPS的辅助信息定位A-GPS、差分D-GPS等。
移动通信
移动通信是当今发展最快的科技之一,也是位置信息服务重要的支撑环境。位置信息服务需要移动终端与服务中心之间的频繁通信。
当前,各种全新的无线通信概念层出不穷,各种新体制及其关键技术日新月异,这些重大观念的改变已经成为21世纪移动通信的标誌。特别是第三代移动通信系统,它主要工作在2 GHz频段,使用智慧型网技术进行移动性管理和业务控制,能集成蜂窝系统、无绳系统、卫星系统等多种无线网路环境,提供广泛的移动电信业务。
无线定位技术是第三代移动通信的一个重要技术。移动用户位置在移动通信网範围内随时变动,在发生紧急事件需要救援或者在其他一些需要其位置信息的情况下,利用无线电波测定用户的位置信息,及时採取措施具有非常重要的意义。
Web Service
Web Service在LBS中的套用进一步扩展了LBS开发方式和渠道。Web Service是一个能够实现远程数据互动的技术和协定,通过HTML进行通信。它实现了不同系统平台、不同开发语言和相关技术实现的软体个体之间的通信,也就是说,无论用何种高级程式语言开发的软体,他们只要满足了Web Service的协定,那幺就可以进行自由的数据信息互动。
Web Service是让应用程式与具体的平台、开发语言无关的方式来进行相互通信的技术。它实际上是一个接口规范,表示一组可以在Internet或Intranet上通过标準化的XML讯息传递访问的各种各样的操作。Web Service使用XML语言的各种协定来描述执行的操作或是与另一个Web Service交换的数据。
LBS标準体系
LBS的业务实现可以分成两个步骤,即地理位置的获取和信息的提供。因此,LBS服务相关标準从巨观上也可以划分为两个层面,即移动位置坐标获取标準和LBS服务信息提供标準。移动位置坐标获取标準主要来自于和移动通信网路有关的定位技术体系,而LBS服务信息提供标準则将重心放在了LBS行业套用标準、导航数据标準、数据集成标準、LBS服务质量评价标準以及地理信息领域的相关标準上。
移动定位技术体系标準
移动定位技术体系标準主要针对如何对移动终端进行位置坐标获取,其标準规范涉及定位网路的组网、传输和业务流程等。主要在3GPP、移动开放联盟(OMA)以及位置互动论坛(LIF)中进行标準化工作。
3GPP标準化组织定义的3GPP/3GPP2中LBS协定是为LBS系统中管理控制提供协定支持,主要涉及移动通信网的空中接口、接入网以及核心网标準等。3GPP定义了3种定位方法:Cell-ID/Cell-ID+RTT(Round Trip Time)、OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival)和A-GPS(Assisted Global Positioning Systems)。OMA基于用户层面制定了一系列基于安全用户定位操作的协定SUPL,该协定允许行动电话用户与定位伺服器通信。由于OMA定位标準无法利用移动通信网路中的无线信令资源获取定位信息,因此OMA标準只规定了Cell-ID和A-GPS两种定位方法。LIF定义的MLP(Mobile Location Protocols)是用于获取移动终端设备位置信息的套用协定,详细介绍了Location Server和LSC(Location Service Client)之间的接口规范,它禁止了实际套用中各种具体无线通信网路在技术和结构上的差异,使LBS提供商能更专注于开发LBS的套用内容。MLP提出了一系列API来支持各种不同的无线网路体系下的LBS系统,定义了一系列支持LBS的服务规则。LIF现已被统一在OMA组织内。
除以上3种移动定位技术体系标準外,无线套用协定(WAP)论坛以及我国通信标準化协会(CCSA)也为移动定位技术制定了相应的标準。
地理信息技术与导航数据标準
LBS的核心是位置与地理信息,两者相辅相成,缺一不可。一个经纬度位置只有将其置于一个地理信息中,才能代表为某个地点、标誌、方位等,才能被人们所理解。因此,除了通过定位操作平台获取到终端的位置之外,必须通过GIS系统将经纬度转换成用户真正关心的地理信息。
OGC和ISO分别对地理信息技术定义了相关协定。OGC定义的OpenLS(Open Location Services)定义了无线网路环境下的位置服务及规范。在该规范中,详细描述了空间数据、资源处理如何与无线通信以及Internet服务结合。OpenLS规范由框架、信息模型和核心服务3部分组成。OpenLS框架以移动位置伺服器为基础,定义了LBS包括的5项核心服务模组:网关服务、地理编码服务、显示服务、目录服务和路径服务。ISO分别定义了ISO19132地理信息—基于位置服务标準(Geographic information -Location based services possible standards)、ISO19133地理信息—基于位置的跟蹤与导航服务(Geographic information - Location based services tracking and navigation)和ISO19134地理信息—基于位置的多模式路径和导航服务(Geographic information - Multimodal location based services for routing and navigation)等3项标準。
目前世界上最主要的导航数据标準格式有以下几种:GDF、KIWI和SDAL。GDF(Geographical Data File)是欧洲交通网路表达的空间数据标準,用于描述和传递与路网和道路相关的数据,它规定了获取数据的方法和如何定义各类特徵要素、属性数据和相互关係;KIWI格式是由KIWI-W Consortium制定的标準,是专门针对汽车导航的电子数据格式,旨在提供一种通用的电子地图数据的存储格式,以满足嵌入式套用快速精确和高效的要求;SDAL(Shared Data Access Library)是NavTech公司制定的商用地理数据格式,其格式是公开的,SDAL本身提供了对地图快速查询和显示的最佳化,可提高路径分析和计算速度,并可存储高质量的语音数据,为用户提供语音提示。
在国内,国家测绘局2005年通过了面嚮导航业务的GB/T19711-2005《导航地理数据模型与交换格式》国家标準,该标準採用了ISO GDF 4.0,根据中国国情进行了部分编辑性修改,制定了完整配套的反映汽车导航系统及导航电子地图示準项目类别和结构的标準体系(GB/T 19711-2005)。
LBS服务提供标準
LBS服务提供标準主要由具体的LBS研发机构、企业自行制定,业界尚无统一的标準体系,但国内外很多大型LBS运营服务商都推出了各自的位置服务解决方案和相应标準。其中,中国移动分别定义了基于CELLID的位置业务(LBS)技术要求、中国移动位置服务CMLP接口技术规范(Le部分)、基于位置的业务(LBS)业务总体技术要求、基于位置业务Ls接口测试规范和中国移动位置服务Ls规范。中国联通分别定义了800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信网定位业务技术体制、800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信网定位业务(L1接口)、中国联通CDMA定位业务SPACCESS接口技术要求和CDMA位置服务系统业务暂行规范。
LBS系统体系
一个完整的位置信息服务系统主要由定位系统、移动服务中心、通信网路以及移动终端4大部分组成。
定位系统
位置信息服务系统必须有一个安全、可靠、稳定和动态的实时定位平台。因此,定位系统是位置信息服务系统的基础。定位系统主要负责获取终端实时位置信息,并通过相应渠道将位置信息传输到移动终端套用系统和移动服务中心。常用的定位系统主要有GPS定位和移动通信网路定位等。
移动服务中心
移动服务中心是位置信息服务系统的核心,主要负责与移动终端的信息互动以及与各个分中心(定位伺服器、内容提供商)之间的网路互连,完成各种信息的分类、记录和转发以及分中心之间业务信息的流动,并对整个网路进行监控。移动服务中心在功能上可以分为用户管理和信息服务套用。用户管理主要负责和用户之间的互动、系统监控及用户管理;信息服务套用主要负责根据用户的地理位置回响或者主动发布位置服务。
通信网路
通信网路是连线用户终端与服务中心的桥樑,要求实时準确地传送用户请求及服务中心的应答,通常可选用GSM、CDMA和GPRS等无线通信手段,在此基础上依託LBS体系发展无线增值服务。另外,国内已建成的众多无线通信专用网,甚至有线电话、寻呼网和卫星通信、无线区域网路和蓝牙技术等都可以成为LBS的通信链路,在条件允许时可接入Internet,传输更大容量的数据或下载地图数据。针对位置信息服务要求的信号覆盖範围,可以选择上述一种或几种通信方式来组成位置信息服务终端的通信单元。
移动终端
移动终端是与用户直接互动的部分,手机、PDA均有可能成为LBS的用户终端。移动终端的核心是一个信息处理器,它负责各种信息的处理,包括输入输出控制、位置计算、电子地图显示、地图检索、路径分析和检索等功能。信息处理单元由嵌入式硬体、专门的嵌入式作业系统和地理信息系统组成。
位置信息服务的终端显示单元有两种方式:一种是利用已有的显示设备,将电子地图等信息通过视频转换在设备上显示,其优点是节省了硬体成本和安装空间;另一种是真彩液晶带触摸显示萤幕,其不仅显示细腻清晰、色彩逼真,而且可直接在显示萤幕操作。出于更完善的考虑,还要求移动终端有完善的图形显示能力,良好的通信连线埠,友好的用户界面,完善的输入方式(键盘控制输入、手写板输入、语音控制输入等),因此,PDA和智慧型手机成为LBS个人终端的首选。
LBS套用体系
位置信息服务的巨大价值在于通过移动和固定网路传送基于位置的信息与服务,使这种服务套用到任何人、任何位置、任何时间和任何设备。我们日常使用的大部分信息都与位置存在某种关係,这使得位置信息服务的套用範围十分广阔。
无论是公众还是行业用户对于获得位置及其相关服务都有着广泛的需求,包括娱乐讯息、交通报告、地图和嚮导、目标广告、互动式游戏、车辆跟蹤、运程信息和网路管理系统等众多领域。
公众信息服务
位置信息服务最大的用户群体是公众用户。对于普通用户而言,要求能提供与个人位置有关的信息服务,发布与位置相关的信息。人们还希望位置信息服务能提供个性化信息服务,包括周边信息查询、城市观光、根据位置的内容广播、移动黄页和娱乐游戏等。当用户想购买自己喜欢的商品时,定位系统与信息资料库结合可引导用户购买;用户还可利用定位系统随时获知朋友的位置、发出问候信息;还可和朋友玩基于位置的游戏等。
移动网际网路技术与移动定位业务相结合,可以轻易地实现移动环境下的信息查询。若需要查询离自己最近的旅馆、饭店、医院、银行等地时,网路首先定位移动用户位置,然后给出相应的信息,只需数秒钟就会在手机显示屏上给出所需位置信息。
政府公务服务
面向政府公务的位置信息服务主要套用于移动办公、密级档案管理和社会治安管理等方面。如对保密档案进行实时跟蹤监视,向公众提供相关政府公务信息,公安机关对犯罪嫌疑人进行跟蹤定位等,均可用到位置信息服务。
企业商务服务
与电子商务的结合是LBS商业模式获得盈利的必行之路。随着3G网路的不断完善,手机支付技术的改进,政府和银行相关政策的出台,以及消费者移动购物行为的养成,未来“电子商务+LBS”模式将成为最热的盈利模式之一。对于媒体和广告业而言,LBS也是一个信息快速有效传播的工具。对于企业或商家而言,可以为自己的商铺申请一个移动定位装置,对某一範围的移动台固定传送免费的商业广告和宣传广告,或者为自己的固定客户提供连锁店的定位查询服务,或者为用户提供同伴搜寻、商品搜寻定位等业务,从而扩大自己的业务量。
交通物流服务
LBS在交通物流服务方面的套用主要体现在智慧型交通系统和物流管理系统。LBS在智慧型交通系统中,可为用户提供诸如车辆及旅客位置、车辆调度管理、交通状况监测和交通疏导等服务,提供交通路况及最佳行车路线等;LBS在物流管理系统中,可提供物流空间定位、最佳化配送路线和监视车辆运行轨迹等服务,追求配送资源的最大利用率。
安全救援服务
LBS可套用于水灾、地震、林火等自然灾害的防灾、抗灾和灾后救援,并可为公众提供基于位置的公共安全业务,以及向用户发布飓风、洪水、土石流等警报,提供有危机的个体的準确位置,提供有效快速的紧急救助指引。出于公共安全考虑,国家或地区安全机构可以对进行紧急呼叫的用户进行定位并实施援助。利用位置信息服务系统,手机终端持有者只要按几个按钮,警务中心和急救中心在几秒钟内便可知报警人的位置,从而可以提供及时的救助。
LBS安全机制
信息安全是LBS特别关注的一个方面。在LBS中,各类信息在服务中心与用户终端之间持续反覆地传输,导致信息长期处于危险境地,很容易被窃取。一些重要的信息一旦被毁坏、窃取或盗用,可能会产生非常严重的后果。因此,充分可靠的安全机制是LBS整个体系中的一个重要环节。
网路安全
由于位置信息服务的信息传输方式主要是採用移动通信,因此,对于LBS网路安全的研究也主要集中在行动网路安全方面。对行动网路安全的研究主要集中在两个方面:将传统IP网路的安全技术套用于UMTS网路防护和基于身份鑒权的UMTS接入控制。
网路安全防护的实现从系统结构上可分为终端安全防护、接入网安全防护和核心网安全防护。对移动终端安全防护主要是利用生物特徵、智慧卡和口令实现用户身份认证。接入网安全防护研究主要集中在UMTS无线接入网(RAN)的身份认证和密钥协商。核心网的安全防护研究还处在起步阶段,缺乏公认的、有效的安全技术解决其安全问题。
隐私保护
隐私保护是LBS的另一个非常重要的内容。用户并不希望由于接受了服务而向外界泄露自身位置信息,这既包括当前的具体位置,也包括对象的移动习惯等。一般而言,用户的基于位置信息的隐私对象主要包含3个方面:身份信息隐私、位置坐标隐私和与位置相关的查询服务内容隐私。
在身份信息隐私保护方面,主要是通过身份认证和访问控制等方式加强对用户的验证要求,以提高身份信息的保护;在位置坐标隐私保护方面,根据用户在隐私保护机制中承担的角色和参与的程度,可分别採用基于策略的隐私保护和利用噪声的隐私保护两种保护模式;在查询服务内容隐私保护方面,主要是通过对内容的分级分类控制管理来实现查询内容的用户指向性。
最常用的位置隐私保护解决方案是空间伪装,即用户将位置伪装成为一个区域之后再传送给服务提供商,服务提供商则根据用户所提供的区域信息为用户提供服务。在这种方式下,服务提供商无法準确得知用户的位置。