虛擬通信媒介模式北斗CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信模型實現(xiàn)

張晶晶，胡 可，陳現(xiàn)春，李 鵬，張 熙，石 鑫

(四川省第一測繪工程院，四川 成都 610100)

目前，我國大多數(shù)省市均已建成省級北斗地基增強系統(tǒng)，并對社會提供北斗高精度定位服務(wù)，包括網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)RTD服務(wù)[1-5]。但各省市間的網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)相互獨立，如用戶在A省市注冊網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)賬號，其賬號無法在B省市使用，需在B省市重新注冊網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)賬號，方可使用B省市網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)。各省市間相互獨立服務(wù)的運營模式，一方面增加了用戶多地注冊、多地備案的重復(fù)性工作和時間成本；另一方面，該模式限制了用戶使用服務(wù)的區(qū)域范圍，嚴(yán)重阻礙了北斗高精度位置服務(wù)的大眾化、社會化推廣。因此，本文針對此問題，在相應(yīng)公司授權(quán)許可和現(xiàn)有法律法規(guī)允許下，開展跨網(wǎng)服務(wù)用戶的移動性管理技術(shù)研究，以期在不改變各省市CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)流程，且用戶無需重新注冊的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)用戶在不同省市間網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)的無縫切換。

1 虛擬通信媒介模式CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信模型

1.1 CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換的邏輯流程

CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信模型的目的是不改變現(xiàn)有各省市相互獨立的網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)業(yè)務(wù)及相應(yīng)流程，實現(xiàn)用戶在不同省市間無縫切換網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)，獲取實時定位數(shù)據(jù)。因此，CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換的邏輯流程如圖1所示，以B省用戶漫游至A省獲取A省網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)為例。

如圖1所示，B省用戶漫游至A省，并獲取A省網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)流程說明(從①-⑩)：

(1) B省用戶使用在B省注冊的服務(wù)賬號和密碼，登錄B省對外服務(wù)的公網(wǎng)端口。

(2) B省用戶發(fā)送身份驗證信息至B省用戶身份驗證系統(tǒng)，經(jīng)驗證通過后，向B省服務(wù)系統(tǒng)發(fā)送位置概略信息(GPGGA數(shù)據(jù))。

(3) B省服務(wù)系統(tǒng)根據(jù)用戶的位置概略信息判斷用戶是否在B省，若用戶在B省，則根據(jù)位置信息為其選擇所需數(shù)據(jù)，發(fā)送給該用戶；若判斷該用戶在A省，則觸發(fā)虛擬通信媒介，向A省對外服務(wù)公網(wǎng)端口，發(fā)送A、B兩省間約定的身份驗證信息。

(4) 約定的身份驗證信息通過A省用戶身份驗證系統(tǒng)驗證，然后，虛擬通信媒介發(fā)送B省用戶位置概略信息(GPGGA數(shù)據(jù))至A省服務(wù)系統(tǒng)；A省服務(wù)系統(tǒng)判斷用戶位于A省，并根據(jù)用戶概略位置選擇用戶所需數(shù)據(jù)發(fā)送至虛擬通信媒介，虛擬通信媒介接收到差分?jǐn)?shù)據(jù)后，將差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至B省用戶。

至此，完成B省用戶漫游至A省，并獲取A省網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)的整個流程。

1.2 CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信模型設(shè)計

根據(jù)跨網(wǎng)服務(wù)用戶無縫切換的通信需求，設(shè)計“六次握手，八次揮手”的通信模型，其中“六次握手”模型用于用戶請求并獲取服務(wù)數(shù)據(jù)的過程，“八次揮手”模型用于用戶斷開服務(wù)的過程。“六次握手”模型設(shè)計說明如圖2所示，“八次揮手”模型設(shè)計說明如圖3所示。

1.2.1 請求并獲取服務(wù)數(shù)據(jù)的“六次握手”模型

如圖2所示，“六次握手”過程具體如下：

第1次握手：B省用戶發(fā)送與B省服務(wù)系統(tǒng)建立連接的請求。

第2次握手：B省服務(wù)系統(tǒng)收到建立連接的請求，并發(fā)送同意建立連接的信息至B省用戶。

第3次握手：B省用戶收到同意建立連接的信息，與B省服務(wù)系統(tǒng)建立連接，雙方可以發(fā)送數(shù)據(jù)進行通信。

第4次握手：B省服務(wù)系統(tǒng)判斷B省用戶在A省后，虛擬通信媒介(包含于B省服務(wù)系統(tǒng)中)發(fā)送與A省服務(wù)系統(tǒng)建立連接的請求。

第5次握手：A省服務(wù)系統(tǒng)收到建立連接的請求，并發(fā)送同意建立連接的信息至虛擬通信媒介。

第6次握手：虛擬通信媒介收到同意建立連接的信息，與A省服務(wù)系統(tǒng)建立連接，雙方可以發(fā)送數(shù)據(jù)進行通信。

至此，漫游跨省用戶異地獲取數(shù)據(jù)的通信連接建立完畢，B省用戶可以實時收到A省服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)數(shù)據(jù)。

1.2.2 斷開服務(wù)的“八次揮手”模型

如圖3所示，“八次揮手”過程具體如下：

第1次揮手：B省用戶發(fā)送與B省服務(wù)系統(tǒng)斷開連接的請求。

第2次揮手：B省服務(wù)系統(tǒng)收到斷開連接的請求，確認(rèn)關(guān)閉。

第3次揮手：虛擬通信媒介(位于B省服務(wù)系統(tǒng))發(fā)送與A省服務(wù)系統(tǒng)斷開連接的請求。

第4次揮手：A省服務(wù)系統(tǒng)收到斷開連接的請求，確認(rèn)關(guān)閉。

第5次揮手：A省服務(wù)系統(tǒng)向虛擬通信媒介發(fā)送此后不再給其發(fā)送數(shù)據(jù)的信息。

第6次揮手：虛擬通信媒介收到A省服務(wù)系統(tǒng)不再發(fā)送數(shù)據(jù)的信息，確認(rèn)關(guān)閉雙方的通信通道。

第7次揮手：B省服務(wù)系統(tǒng)向B省用戶發(fā)送此后不再給其發(fā)送數(shù)據(jù)的信息。

第8次揮手：B省用戶收到B省服務(wù)系統(tǒng)不再發(fā)送數(shù)據(jù)的信息，確認(rèn)關(guān)閉雙方的通信通道。

至此，漫游跨省用戶獲取異地服務(wù)的通信斷開完畢，B省用戶將不再收到A省服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)數(shù)據(jù)。

2 跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信系統(tǒng)設(shè)計

基于“六次握手，八次揮手”通信模型，設(shè)計跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)支持Ntrip協(xié)議[6-16]，架構(gòu)如圖4所示。

如圖4所示，跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信系統(tǒng)由用戶管理模塊、所在省差分?jǐn)?shù)據(jù)源獲取模塊和虛擬通信媒介模塊構(gòu)成。當(dāng)B省注冊用戶在B省使用網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)時，直接獲取所需數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶。當(dāng)B省用戶在A省請求網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)時，系統(tǒng)判斷用戶位置，并通過虛擬通信媒介模塊，向A省對外服務(wù)公網(wǎng)端口，發(fā)送驗證信息(模擬一個雙方認(rèn)可的注冊賬號和密碼)，通過身份驗證獲取A省服務(wù)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給B省用戶。

跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信系統(tǒng)不改變現(xiàn)有各省市提供網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD服務(wù)的業(yè)務(wù)流程，各省原有服務(wù)系統(tǒng)不需做任何更改，即可實現(xiàn)跨網(wǎng)用戶服務(wù)。

3 跨網(wǎng)用戶獲取服務(wù)數(shù)據(jù)的時效性試驗

跨網(wǎng)用戶使用跨網(wǎng)服務(wù)最關(guān)注的是跨網(wǎng)服務(wù)獲取數(shù)據(jù)的時效性，即獲取差分定位數(shù)據(jù)的速度，是否影響其實時定位。本文針對時效性問題，開展了測試。

3.1 測試方案

本次測試的時效性指服務(wù)器收到用戶登錄系統(tǒng)請求至用戶獲取跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)的時間間隔。

本文通過2種方式測試跨網(wǎng)用戶獲取數(shù)據(jù)的時效性：一是無干擾環(huán)境測試，通過網(wǎng)絡(luò)通信助手專業(yè)工具開展模擬測試，此方式不受設(shè)備接收數(shù)據(jù)環(huán)境的影響；二是實際環(huán)境測試，使用用戶定位終端，模擬跨網(wǎng)用戶，實測時效性。

兩種方式完成1次測試指：服務(wù)器收到用戶登錄系統(tǒng)請求至用戶獲取跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)為1次。用戶退出登錄后，方可開始第2次測試。

兩種測試方式均測試300次，測試結(jié)果作為時效性評定的依據(jù)。

3.2 測試結(jié)果分析

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)通信助手測試

2018年1月5日9:00—17:00開展無干擾的網(wǎng)絡(luò)通信助手測試。網(wǎng)絡(luò)通信助手模擬用戶登錄信息和用戶GPGGA數(shù)據(jù)，測試300次的結(jié)果如圖5模擬跨網(wǎng)時效性曲線所示。

如圖5所示，通過網(wǎng)絡(luò)通信助手獲取跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)用時小于1 s的只有1次；用時在1～3 s的共有249次，約占總次數(shù)的83%；用時在3～4 s的共有34次，約占總次數(shù)的11.3%；用時大于4 s的共有16次，約占總次數(shù)的5.3%。

無干擾情況下用戶接收到跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)的時效性統(tǒng)計見表1。

表1 無干擾情況下用戶接收到跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)的時效性統(tǒng)計 s

從表1可知，無干擾環(huán)境下用戶異地獲取服務(wù)最長用時7.905 s，最短用時1.162 s，平均用時2.357 s。

3.2.2 用戶定位終端測試

2018年1月8日10:00—20:00，開展測試。測試采用南方S650 GNSS接收機，使用設(shè)備配套且支持Ntrip協(xié)議的手機APP，實現(xiàn)用戶登錄和獲取數(shù)據(jù)，手機APP和S650設(shè)備通過藍(lán)牙進行通信，手機APP使用WiFi網(wǎng)絡(luò)請求服務(wù)。測試300次的結(jié)果如圖5實測跨網(wǎng)時效性曲線所示。

如圖5所示，用戶定位終端獲取跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)用時小于2 s的只有1次；用時在2～7 s的共有16次，約占總次數(shù)的5.3%；用時在7～10 s的共有225次，約占總次數(shù)的75%；用時在10～11 s的共有41次，約占總次數(shù)的13.7%；用時大于11 s的共有17次，約占總次數(shù)的5.7%。

實際情況下用戶接收到跨網(wǎng)服務(wù)數(shù)據(jù)的時效性統(tǒng)計見表2。

從表2可知，實際測試環(huán)境下用戶異地獲取服務(wù)最長用時為2.796 s，最短用時為1.310 s，平均用時為9.029 s。

4 結(jié) 語

綜上所述，本文提出的運用虛擬通信媒介的“六次握手，八次揮手”通信模型，可以作為CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信模型，并應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)RTK/RTD用戶的跨省、跨網(wǎng)服務(wù)應(yīng)用中。本文提出的CORS跨網(wǎng)服務(wù)無縫切換通信模型在無干擾環(huán)境下用戶異地獲取服務(wù)平均用時2.357 s，在實際應(yīng)用環(huán)境下用戶異地獲取服務(wù)平均用時9.029 s，不影響用戶實時定位體驗， 滿足實時定位服務(wù)的時效性需求，且無需改變現(xiàn)有各省市的服務(wù)系統(tǒng)和服務(wù)流程，可靠有效。此方案可支持國家北斗“一張網(wǎng)”建設(shè)、“一帶一路”沿線國家位置服務(wù)互聯(lián)互通、長江經(jīng)濟帶沿線城市位置服務(wù)互聯(lián)互通。