虛擬通信媒介模式北斗CORS跨網服務無縫切換通信模型實現

張晶晶，胡 可，陳現春，李 鵬，張 熙，石 鑫

(四川省第一測繪工程院，四川 成都 610100)

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

1 虛擬通信媒介模式CORS跨網服務無縫切換通信模型

1.1 CORS跨網服務無縫切換的邏輯流程

CORS跨網服務無縫切換通信模型的目的是不改變現有各省市相互獨立的網絡RTK/RTD服務業務及相應流程，實現用戶在不同省市間無縫切換網絡RTK/RTD服務，獲取實時定位數據。因此，CORS跨網服務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省網絡RTK/RTD服務為例。

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

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

(2) B省用戶發送身份驗證信息至B省用戶身份驗證系統，經驗證通過后，向B省服務系統發送位置概略信息(GPGGA數據)。

(3) B省服務系統根據用戶的位置概略信息判斷用戶是否在B省，若用戶在B省，則根據位置信息為其選擇所需數據，發送給該用戶；若判斷該用戶在A省，則觸發虛擬通信媒介，向A省對外服務公網端口，發送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驗證，然后，虛擬通信媒介發送B省用戶位置概略信息(GPGGA數據)至A省服務系統；A省服務系統判斷用戶位于A省，并根據用戶概略位置選擇用戶所需數據發送至虛擬通信媒介，虛擬通信媒介接收到差分數據后，將差分數據轉發至B省用戶。

至此，完成B省用戶漫游至A省，并獲取A省網絡RTK/RTD服務的整個流程。

1.2 CORS跨網服務無縫切換通信模型設計

根據跨網服務用戶無縫切換的通信需求，設計“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數據的過程，“八次揮手”模型用于用戶斷開服務的過程。“六次握手”模型設計說明如圖2所示，“八次揮手”模型設計說明如圖3所示。

1.2.1 請求并獲取服務數據的“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省用戶發送與B省服務系統建立連接的請求。

第2次握手：B省服務系統收到建立連接的請求，并發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省服務系統建立連接，雙方可以發送數據進行通信。

第4次握手：B省服務系統判斷B省用戶在A省后，虛擬通信媒介(包含于B省服務系統中)發送與A省服務系統建立連接的請求。

第5次握手：A省服務系統收到建立連接的請求，并發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省服務系統建立連接，雙方可以發送數據進行通信。

至此，漫游跨省用戶異地獲取數據的通信連接建立完畢，B省用戶可以實時收到A省服務系統的服務數據。

1.2.2 斷開服務的“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省用戶發送與B省服務系統斷開連接的請求。

第2次揮手：B省服務系統收到斷開連接的請求，確認關閉。

第3次揮手：虛擬通信媒介(位于B省服務系統)發送與A省服務系統斷開連接的請求。

第4次揮手：A省服務系統收到斷開連接的請求，確認關閉。

第5次揮手：A省服務系統向虛擬通信媒介發送此后不再給其發送數據的信息。

第6次揮手：虛擬通信媒介收到A省服務系統不再發送數據的信息，確認關閉雙方的通信通道。

第7次揮手：B省服務系統向B省用戶發送此后不再給其發送數據的信息。

第8次揮手：B省用戶收到B省服務系統不再發送數據的信息，確認關閉雙方的通信通道。

至此，漫游跨省用戶獲取異地服務的通信斷開完畢，B省用戶將不再收到A省服務系統的服務數據。

2 跨網服務無縫切換通信系統設計

基于“六次握手，八次揮手”通信模型，設計跨網服務無縫切換通信系統。通信系統支持Ntrip協議[6-16]，架構如圖4所示。

如圖4所示，跨網服務無縫切換通信系統由用戶管理模塊、所在省差分數據源獲取模塊和虛擬通信媒介模塊構成。當B省注冊用戶在B省使用網絡RTK/RTD服務時，直接獲取所需數據發送至用戶。當B省用戶在A省請求網絡RTK/RTD服務時，系統判斷用戶位置，并通過虛擬通信媒介模塊，向A省對外服務公網端口，發送驗證信息(模擬一個雙方認可的注冊賬號和密碼)，通過身份驗證獲取A省服務數據，并轉發給B省用戶。

跨網服務無縫切換通信系統不改變現有各省市提供網絡RTK/RTD服務的業務流程，各省原有服務系統不需做任何更改，即可實現跨網用戶服務。

3 跨網用戶獲取服務數據的時效性試驗

跨網用戶使用跨網服務最關注的是跨網服務獲取數據的時效性，即獲取差分定位數據的速度，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器收到用戶登錄系統請求至用戶獲取跨網服務數據的時間間隔。

本文通過2種方式測試跨網用戶獲取數據的時效性：一是無干擾環境測試，通過網絡通信助手專業工具開展模擬測試，此方式不受設備接收數據環境的影響；二是實際環境測試，使用用戶定位終端，模擬跨網用戶，實測時效性。

兩種方式完成1次測試指：服務器收到用戶登錄系統請求至用戶獲取跨網服務數據為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，測試結果作為時效性評定的依據。

3.2 測試結果分析

3.2.1 網絡通信助手測試

2018年1月5日9:00—17:00開展無干擾的網絡通信助手測試。網絡通信助手模擬用戶登錄信息和用戶GPGGA數據，測試300次的結果如圖5模擬跨網時效性曲線所示。

如圖5所示，通過網絡通信助手獲取跨網服務數據用時小于1 s的只有1次；用時在1～3 s的共有249次，約占總次數的83%；用時在3～4 s的共有34次，約占總次數的11.3%；用時大于4 s的共有16次，約占總次數的5.3%。

無干擾情況下用戶接收到跨網服務數據的時效性統計見表1。

表1 無干擾情況下用戶接收到跨網服務數據的時效性統計 s

從表1可知，無干擾環境下用戶異地獲取服務最長用時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，使用設備配套且支持Ntrip協議的手機APP，實現用戶登錄和獲取數據，手機APP和S650設備通過藍牙進行通信，手機APP使用WiFi網絡請求服務。測試300次的結果如圖5實測跨網時效性曲線所示。

如圖5所示，用戶定位終端獲取跨網服務數據用時小于2 s的只有1次；用時在2～7 s的共有16次，約占總次數的5.3%；用時在7～10 s的共有225次，約占總次數的75%；用時在10～11 s的共有41次，約占總次數的13.7%；用時大于11 s的共有17次，約占總次數的5.7%。

實際情況下用戶接收到跨網服務數據的時效性統計見表2。

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

4 結 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跨網服務無縫切換通信模型，并應用于網絡RTK/RTD用戶的跨省、跨網服務應用中。本文提出的CORS跨網服務無縫切換通信模型在無干擾環境下用戶異地獲取服務平均用時2.357 s，在實際應用環境下用戶異地獲取服務平均用時9.029 s，不影響用戶實時定位體驗， 滿足實時定位服務的時效性需求，且無需改變現有各省市的服務系統和服務流程，可靠有效。此方案可支持國家北斗“一張網”建設、“一帶一路”沿線國家位置服務互聯互通、長江經濟帶沿線城市位置服務互聯互通。