GPSone在物聯網中的應用探討

倪 磊，羅萬可，向 軍

（①四川師范大學 成都學院，四川 成都 611745；②西南交通大學，四川 成都 611759)

0 引言

2010年3月5日國務院總理溫家寶在十一屆全國人大三次會議上作政府工作報告中提到：要加快物聯網的研發應用，加大對戰略性新興產業的投入和政策支持。將"物聯網"首次寫進政府工作報告中[1]。目前，物聯網已被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，更成為學術界的一個研究熱點。

通過現在覆蓋范圍最廣的電信網和互聯網以及三網融合作為信息的承載，為物聯網的實際應用提供了很好的物質基礎。本文將以3G通信中的GPSone技術在物聯網定位業務中應用作為探討研究。

1 物聯網

1.1 物聯網的定義

物聯網是由美國麻省理工學院的Ashton教授在研究射頻識別技術（RFID，Radio Frequency Identification）時首次提出的。在2005年，互聯網全球權威組織國際電信聯盟發布的《The Internet of things》年度報告中提出了物聯網的概念，并向世界宣告物聯網時代即將到來[2]。對于物聯網，世界各國都有自己的提法。

物聯網（Internet of Things），從字面理解，就是物物相連的互聯網，它是互聯網在現實世界的延伸。2011年5月，中國工業和信息化部電信研究院發布的《物聯網白皮書（2011年）》正式官方給出物聯網的解釋：物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸，它是利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的[3]。也就是說，物體通過裝有RFID裝置或國際移動設備識別碼(IMSI，International Mobile SubscriberIdentification Number)標識等信息傳感設備，按約定的協議與承載網相連，形成智能網絡。物品將其信息通過承載網絡（電信網、互聯網、廣電網）傳送到管理者的電腦或手機終端，實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

1.2 物聯網的網絡架構

由《物聯網白皮書（2011年）》中可知，物聯網網絡架構是由感知層、網絡層和應用層組成，如圖1所示。

圖1 物聯網網絡架構

感知層，是物聯網的基礎。它是以RFID、傳感器、二維碼等為主，利用射頻技術對物體進行智能感知、識別、信息采集處理，并通過承載層將實體信息傳送至應用層。

網絡層（承載層），由三網（電信網、互聯網、廣電網）或者下一代通信網絡(NGN, Next Generation Network)構成，將感知層所采集的巨量數據信息傳輸至應用層。

應用層，是由各種應用程序及系統組成。主要對聯網物體進行定位、監控以及管理（如查詢信息，監控信息、控制信息等）[3]。

1.3 物聯網的標識及應用

物體在標識方面的標準眾多，如二維碼條碼標識是自動識別和移動技術協會標準；手機標識包括GSM和WCDMA手機的國際移動設備標識、CDMA 手機的電子序列編碼（ESN，Electronic Series Number）和國際移動設備識別碼（IMSI，International Mobile Subscriber Identification Number）；通信標識目前正在使用如IPv4、IPv6、E.164等。

物聯網應用廣泛，遍及智能交通、環境保護、智能監測等領域，顯然物聯網已發展成為一個超大規模的新興市場[4]。隨著現代社會的快速發展，物流配送業被提高到了一個新的水平[5]，在物流商品中通過引入傳感標識，就可從采購、裝卸、倉庫運輸、配送銷售的供應鏈上的每一個環節做到精確掌控，實現了對整個物流過程的管理。

2 GPSone

2.1 當前的幾種定位技術

目前移動通信中常用的定位技術主要有：小區標識定位技術，它是根據手機在歸屬位置寄存器（HLR，Home Location Register）中登記的小區信息，定位到某個基站BSC或者基站下面的某個扇區；前向鏈路三角定位技術，它是手機在定位過程中，監聽3個及以上的基站導頻信息，利用碼片時延確定手機到這些基站的距離，再利用三角定位法計算出用戶的位置[6]；網絡輔助全球定位系統(GPS,Global Positioning System)定位技術（AGPS），它是利用網絡將GPS衛星解調出的導航信息提供給移動臺來完成定位操作，此時網絡側需增加定位實體（PDE，Position Department Equipment）和移動定位中心（MPC，Mobile Position Center）。GPSone是基于位置業務開發的定位技術[7]，它是上述 3種定位技術的融合。通過采用C/S結構，GPSone將小區標識定位技術、前向鏈路三角定位技術和AGPS有機結合，實現高精度、高速度和高可用性定位，當前向鏈路三角定位技術和 AGPS在無法使用的環境下，GPSone會自動切換到小區標識定位技術，確保定位成功率[8]。

本文的研究對象是利用手機標識中的IMSI，將GPSone技術應用在物聯網中業務的定位、監控和管理中。

2.2 定位網元在移動通信系統中的位置

定位網元有移動定位中心 MPC和定位實體 PDE功能實體[9]，如圖2所示。

圖2 定位網元

MPC：負責位置信息的獲取、傳遞及控制；將PDE提供的定位結果通過通信網傳送至 SP。MPC還將對定位用戶進行鑒權授權檢查，實現基本的安全和保密控制。

PDE：負責與基站、移動臺以及交換機等相關設備交換定位信息（定位消息包含有手機位置信息和手機測量的偽距信息等）。定位信息交換采用短消息交互方式，且基站和交換機之間的交互基本為透傳。

按照電信運營商的實際組網，一個PDE只能與一個MPC相連，但一個MPC能與覆蓋其該區域的多個 PDE連接；各省的移動交換中心（MSC，Mobile Switch Ccenter）只能與一個 MPC相連，一個 MPC能同時服務于多個MSC。此外，MPC與HLR和MSC是通過7號信令網進行信令交互。

3 GPSone在物聯網定位業務的探討

3.1 GPSone在物流行業中的通信應用

物流行業用戶利用GPSone可對其企業的車輛人員進行定位，采用如圖3的通信網絡架構[10]。當企業管理人員SP對定位人員發起定位時，通過短信確認形式下發給被定位人員，待被定位人員回復確認后則進行定位。

定位流程如圖4所示。

圖3 定位流程

圖4 定位過程

定位過程說明（各網元名稱見圖3）：

①SP通過互聯網向MPC發送定位請求消息，該消息中包含有 SP標識 SPID、發起者標識和目標用戶ORID標識MS；②MPC向HLR發起授權檢查請求消息，對目標MS和SPID進行授權檢查，檢查目標MS是否簽約定位業務功能；③HLR向MPC返回鑒權結果響應。該結果包括目標MS是否具備有定位服務業務、目標MS的IMSI是否允許被定位和查詢ORID等。圖中所示MPC與HLR之間是通過七號信令網的MAP消息進行信息交互；④MPC根據 HLR找到該用戶所在的MSC。MSC會通過短信中心向MS發送“定位提示”短消息，MS回復確認信息，再由MSC通過七號信令網送回MPC，完成定位操作；⑤MSC與MS之間進行尋呼響應；⑥MS通過MSC向MPC返回定位確認短消息。若網絡出現問題使短信的上行消息無法發送到MPC時，MPC根據手機發起的IS801對話判斷手機是否同意；⑦MPC發送GEOPOS REQUEST消息到PDE，請求MS與PDE之間通信；⑧PDE使用geopos request向 MPC返回確認響應；⑨MPC使用 SPP Resqonse消息通知MS與PDE進行通信連接；⑩PDE與MS之間IS801（該消息中含有MS所在的基站位置信息）消息交互，對MS位置定位計算；PDE將定位結果通過MPC和承載網絡傳送至SP。

3.2 物流行業在物聯網中的通信應用

從圖5所示可以看出：

①感知層中手機通過 IMSI標識利用承載網將攜帶的數據信息送到應用層中，應用層由物流企業MIS應用程序及系統組成，由管理人員SP進行信息處理；②管理人員利用通過承載網對本企業車輛和人員進行定位信息的確認（定位流程見3.1節）；③管理人員獲取車輛和人員定位信息后，根據實際情況進行任務派發和貨物車輛監控管理。

圖5 物流行業在物聯網中的通信應用

由此可見，管理人員對企業車輛人員進行定位后，再通過短信或語音形式給人員分配任務，讓業務員在最合理的時間段完成指定任務，管理人員還可對人員及貨物進行監控管理，提高了物流企業的辦公效率。

目前，三大運營商都在積極地將3G技術推廣在行業應用領域中，尤其是中國電信推出的物流E通，就是將基于位置業務開發的定位技術 GPSone應用到物流行業中，對物流企業進行監督管理。物流行業只是物聯網眾多應用中的其中一個，將GPSone技術應用于物聯網的其他領域中，可使得運營商和企業都能達到雙贏的局面。

4 結語

隨著 3G通信技術的發展以及三網融合技術的不斷完善，移動通信業務的應用領域更在不斷的拓寬。基于定位的GPSone技術已在運營商的行業應用中得到廣泛推廣，將此技術引申到物聯網的物流業務中，不僅能拓寬移動通信領域的行業應用，更能促進物聯網的快速普及和發展。

[1] 宋俊德.淺談物聯網的現狀和未來[J].移動通信，2010（15）:8-10．

[2] ATZORI L,ANTONIO I, GIACOMO M.The Internet of things[C].[s.l.]:Computer Networks, 2010:54:15.

[3] 工業和信息化部電信研究院.物聯網白皮書（2011）[S].中國:工業和信息化部電信研究院,2011.

[4] 李紅艷,桂超.物聯網的應用及其發展趨勢[J].福建電腦,2010(09):44-45.

[5] 李曉.促進我國物聯網產業發展的探討[J].中國科技投資,2010(06):74－75.

[6] 王春.3G時代位置服務技術研究[J].通信技術，2010,43(05):158-159.

[7] 中興通訊公司.中國電信定位系統介紹[S]. 中國:中興通訊公司,2010.

[8] 丁大釗，趙飛，季新生.基于GPS和GPSone的車載定位技術研究與實現[J].通信技術，2008,41(11):197-198.

[9] 中興通訊公司.中興位置服務系統解決方案 ZXMLS[S].中國:中興通訊股份有限公司 CDMA事業部南京研究所,2010.

[10] 倪磊.基于不同行業的 GPSone定位技術的應用[J].廣東通信技術，2011(03):67-71.