应急通信中的定位问题

       1）个人紧急情况下，对于报警用户的定位（与呼叫相关的定位）：用户遇到个人紧急情况，拨打110、119等电话时，需要对报警用户进行定位，以便准确实施救助，这种情况下的定位是与呼叫相关的，即根据用户当前报警呼叫的信息，判断用户位置，此时的定位能力，很大程度上取决于当前呼叫所携带的信息内容，即与用户报警所使用的公用电信网信息传送能力有关。根据用户拨打电话时所使用的网络不同，涉及固定通信网、移动通信网的定位问题。在用户报警过程中，一方面用户可以说明自己的当前位置，另一方面通过网络传送用户当前的信息，系统可以査询、匹配地理位置信息系统，实现对报警用户的准确定位，快速实施救援。详见5.6.1节。

       2）各类紧急情况下，应急指挥的定位（与呼叫无关的定位）：这种情况下的定位与呼叫无关，主要是对现场人员、车辆和物资进行定位，将他们的位置信息通过各种传输手段及时地传送到定位信息处理中心，定位信息经过处理后，可以对应显示到GIS电子地图上，为应急指挥提供准确的地理信息服务。系统也可以颁布定位信息，使系统内的用户能够接收和使用定位信息，如为现场指挥人员提供物资、车辆等位置信息。这种情况下的定位能力取决于当前所使用的定位技术和定位终端能力。详见5.6.2节。

       当用户拨打110、119等紧急特种业务时，公用电信网络需要在呼叫过程中向紧急业务平台，即应急联动平台传送用户的位置信息，通过位置信息对用户进行定位对于保障用户在紧急情况下的救助是非常重要的。此时的定位能力与呼叫紧密相关，取决于用户报警所使用的网络类型，由于固定电话网和移动网具备不同的网络特性和网络能力，传送位置信息的方案也不相同。

1.固定电话用户的位置信息

       用户通过固定电话网报警时，位置信息需要通过固定电话网传送。固定电话用户的位置信息包括用户的电话号码、开户人姓名、开户登记地址3段信息。

2.固定电话用户位置信息传送方式

       在固定电话网中，由于主叫用户的位置相对固定，固定电话网用户数据库通常是以本地网为单位设置，这样的设置方式正好可以与一个城市的紧急特种业务平台，即应急联动平台一一对应。位置信息的传送有数据库同步和实时査询两种方式。

       对于数据库同步方式，紧急业务平台需要有一个固定电话网用户的数据库，并定期与运营企业的数据库同步，以便获取固定用户的电话号码、开户人姓名以及开户登记地址3段信息，同步方式可以通过数据网络或数据磁带（硬盘）进行复制。数据库同步方式下，用户位置信息的传送过程如图5-58所示。

图5-58  数据库同步方式下用户位置信息的传送过程

        如图5-58所示，数据库同步方式下用户位置信息的传送过程如下：

       1）运营企业的数据库通过数据网络或者是数据磁带、硬盘的复制过程，实现与特种业务平台之间的数据库定期同步；

       2）用户拨打紧急特服号，呼叫紧急特种服务平台；

       3）运营企业的固定电话网将呼叫接续至紧急特种服务平台，在发送的IAM/IAI消息中向紧急特种业务平台发送主叫用户号码；

       4）紧急特种业务平台根据主叫用户号码在平台数据库上查找主叫用户的位置信息。

       对于实时查询方式，运营企业用户数据库提供与紧急特种业务平台之间的数据接口。根据紧急特种业务平台的查询要求，返回主叫用户的3段信息。实时查询方式下，用户位置信息的传送过程如图5・59所示。

图5-59  实时查询主叫用户位置信息的传送过程

如图5-59所示，实时查询方式下位置信息的传送过程如下：

       1）用户拨打紧急特服号，呼叫紧急特种服务平台；

       2）运营企业的固定电话网将呼叫接续至紧急特种服务平台，在发送的IAM/IAI消息中向紧急特种业务平台发送主叫用户号码；

       3）紧急特种业务平台接收到呼叫后，根据主叫号码，判断该用户属于哪个运营企业，向该运营企业的数据库发起针对该主叫号码的查询请求，该请求通过专用的数据网络发送至对应运营企业的用户数据库；

       4）运营企业的用户数据库返回主叫用户的3段信息。

       或者3）当发起呼叫的网络发现用户是拨打紧急特服业务时，由发端网络直接触发将主叫用户的位置信息通过数据网络发送到紧急特种业务平台。

       各运营企业数据库要提供标准的数据接口与紧急特种业务平台互联，数据接口应包括如下内容：

       查询请求：用户的电话号码；

       査询结果：用户的电话号码、开户人姓名、开户登记地址3段信息。

3.小灵通用户位置信息的传送

       小灵通电话作为一种特殊的固定电话，近年来获得很大的发展，用户也可以使用小灵通电话拨打紧急特种业务号码。小灵通用户的位置信息包括小灵通用户的MSISDN号码、开户人姓名以及用户拨打紧急特种业务平台时的地理位置信息。

       小灵通用户拨打紧急特种业务时，小灵通所在的交换局应通过No.7信令消息，将主叫用户号码以及用户的位置信息传送给紧急特种业务平台，同时该位置信息对应的具体地理位置信息也应当保存在运营企业的数据库中。目前该信息的精度应做到小灵通的呼叫区范围内。一个呼叫区可以是一个基站的位置编码，也可以包括几个基站的位置编码。

       紧急特种业务平台要从运营企业数据库获得用户的地理位置信息。从管理体制上，小灵通虽然等同于固定用户，但从技术特征看，小灵通具有一定的移动性，其位置信息传送方案与移动电话用户一致，见5.6.1.2节描述。

1、移动电话用户的位置信息

       移动电话用户的位置信息为用户拨打紧急特种业务号码时的地理位置信息。

      1）在GSM/GPRS网络中，与地理位置信息相关的信息参数主要有以下3种，如图5-60所示。

图5-60  地理位置相关的信息格式

       ①LAI（LocationAreaIdentification,位置区域标识）表示一个本地网，其所能表示的位置信息的精度为50~200km；

       ②RAI（RoutingAreaIdentification,路由区域标识）表示LAI本地网中的若干区域，每个区域由若干个小区构成，其所能表示的位置信息的精度为几千米到20千米；

       ③CGI（CellGlobalIdentification,小区全球标识）表示一个惟一的小区，其所能表示的位置信息的精度为几百米到几千米。

       2）在CDMA网络中，与地理位置信息相关的信息参数主要有以下4种：

       ①SID（SystemIdentifier,系统识别码）用来识别一个无线覆盖区。这个特定的无线覆盖区主要影响移动台给用户的漫游指示。

       ②NID（NetworkIdentifier,网络识别码）由于SID号码资源的数量不足，CDMA网中另外定义了NID参数来增加号码资源的数量。在CDMA系统的无线接口中，实际使用的是SID-NID号码对来决定移动台是否处于漫游状态。

       ③REGZONE,在一个SID区或NID区中惟一识别一个位置区的号码，这个参数也用于识别特定的无线覆盖区。但这个覆盖区负责控制移动台的位置更新功能，以及基站的寻呼功能。

      ④BSID（BaseStationIdentifier,基站识别码）是用来识别扇区的，一个基站包含多个扇区时，每个扇区使用的BSID不同。

    SID、NID、REGZONE和BSID分别用于识别一个特定的无线覆盖区，它们之间的关系如下图5-61所示。

 

        移动网络中获得终端位置的定位技术主要包括以下几种：

       这种定位方式是定位精度最低但处理比较简单的一种，可以通过终端直接上报，或从网络中获取终端所在的小区标识，其误差范围就是小区的覆盖范围。

(2)基于网络的定位

       这种定位方式是利用移动网络中已有的一些无线参数对终端进行定位，包括终端与基站之间的传输时延、信号强度的衰减，通过输入这些参数，并经过一定的计算来获取终端的位置。这种定位方式的精度比基于小区ID方式有所提高，但比GPS定位的精度低。该定位方式对网络和终端都有特殊要求。

(3)GPS定位

      对于集成了GPS芯片的终端，可以和网络配合，利用GPS定位系统进行精确定位，在理想情况下，精度可达到10m的数量级。在一些情况下，还可以釆用GPS和网络定位混合的方式，称之为混合定位技术，适用于有GPS卫星可用但数量不够完成GPS定位的情况下(如只能看到3颗以下的GPS卫星)。

    上述定位技术在移动网络中可以基于以下两种不同的传输技术实现：

    (1)基于控制平面的定位操作

       以移动网中设备之间的信令方式实现定位服务器与相关网络设备(包括终端)的交互，从而实现终端位置的计算和获取，基于控制平面的定位操作需要基础网络中相关设备在信令方面的支持。

    (2)基于用户平面的定位操作

       以分组数据的方式实现定位服务器与移动终端之间的信息交互，完成对用户的定位操作，对于基础网络来说，定位操作的交互数据属于上层的用户数据，基础网络中的分组域设备负责透明传输定位操作的相关数据。另外，对于信息量交互不大的小区标识定位也可通过短消息的方式实现。

2.移动电话用户位置信息的传送

      移动用户拨打紧急特种业务号码时，移动电话用户位置信息的传送可以有紧急特种服务平台主动查询和移动电话网主动上报两种方式。

      紧急特种服务平台向第三方査询用户的位置信息：

      根据收到的主叫号码，紧急特种服务平台也可以利用移动网络向开放位置查询功能的第三方査询用户的位置信息，如图5-62所示。

该方案的工作流程如下：

       1) 当紧急特种业务平台收到移动用户发来的呼叫后，向SP发起查询该用户位置的定位服务请求。

       2) SP收到紧急特种业务平台请求后，首先对紧急特种业务平台进行鉴权和授权检查,鉴权通过后，向定位服务器发起定位请求，请求终端的位置信息，定位平台收到定位请求

图5-62 由紧急特种业务平台发起査询

后，将对SP进行再次鉴权和授权操作，以判断SP本身的合法性以及是否有权获得终端的位置信息。

       3) 鉴权和授权通过后，定位服务器从终端侧获取用户位置计算的相关信息，通过一定的算法得出终端的经纬度或CGI信息。

       4) 定位服务器获得终端的经纬度或CGI信息后，返回给SP。

       5) SP得到终端的经纬度信息或CGI信息后，向紧急特种业务平台提供被查询方的位置信息。

       注：该方案的核心是紧急特种业务平台利用目前移动运营企业提供的位置査询的业务，使用该业务时，紧急特种业务平台是作为该业务的一个使用者，该业务能否开放主要取决于运营企业网络是否提供位置査询服务，其査询精度受SP开放的位置服务的精度影响。同时由于该过程与紧急特种业务的呼叫过程相互独立，因此在位置信息的获取上实时性相对较弱，甚至可能会出现在査询时用户已经关机的情况。

      移动电话网主动上报位置信息：

      对于移动电话网主动上报，有利用位置号码参数发送位置信息、利用移动交换机立即计费能力发送位置信息等几种不同的方案。下面分别加以描述。

(1)利用位置号码参数发送位置信息

       利用位置号码参数发送位置信息，根据是否使用定位操作平台，有两种不同的实现方式，分别如图5・63和图5-64所示。

       这种有定位操作平台方案的工作流程如下：

      1) 用户通过移动网拨打紧急特种业务平台。

      2) BTS将呼叫接续到MSC时，MSC能够识别出该呼叫为紧急呼叫。

      3) MSC直接向移动网络中的定位操作平台请求用户的位置信息。

      4) MSC获得定位操作平台返回的位置信息后，将该位置信息放在IAM消息中的位置号码参数中传送给紧急特种业务平台。

      注：该方案基于IAM信令消息实现，其位置信息传递的实时性高，定位精度主要取决于定位操作平台所使用的定位技术。同时还需要移动运营企业中的MSC支持对紧急定位呼叫号码的识别能力。

图5-63  结合呼叫利用位置号码参数发送位置信息的方案一：有定位操作平台

图5-64  结合呼叫利用位置号码参数发送位置信息的方案二：无定位操作平台

       另外一种方案不使用定位操作平台，如图5・64所示。

       无定位操作平台方案的工作原理如下：

       由PLMN运营企业对每个BTS进行编码，使得在提供紧急特种服务的本地网络中，每个蜂窝扇区都有一个惟一的编码(GSM/GPRS网络中为CGI标识，即LAI+小区ID,CDMA网络中为SID+NID+REGZONE+BSID),并将相应的编码提交给紧急特种业务平台的位置服务器。紧急特种业务平台可以完成编码与实际位置的映射，以获得用户的位置信息。

工作流程如下：

      1) 用户通过移动网拨打紧急特种业务平台，同时上报用户所在小区信息。

      2) BTS将呼叫接续到MSC时，同时将用户所在小区信息上报给MSC。

      3) MSC根据收到的呼叫中的小区ID,将该小区ID转换成每个蜂窝对应的惟一编码，并将该编码放在IAM消息中的位置号码参数中传送。紧急特种业务平台收到带有位置号码参数的IAM消息后，通过平台内的位置服务器，将该号码与实际的位置进行映射，获得用户当前的位置信息。

      注：该方案由于可以保证用户在进行紧急特种呼叫时，就已经将对应的位置信息发送到紧急特种业务平台，因此其位置信息传递的实时性非常高，但由于该过程主要是依靠移动网络对蜂窝的编址信息，因此其所能査询到的位置信息与蜂窝的密度有明显的关系，在密集城区中该方案的精度可以做到几百米，但对于空旷地区来讲，则定位精度将达到十几公里。此外由于可能受到移动运营企业对网络覆盖的调整的影响，紧急特种业务平台的位置服务器还需要同移动运营企定期对蜂窝的覆盖区域和编号进行定期的同步。

      (2)利用移动交换机立即计费能力发送位置信息

      利用移动交换机立即计费能力发送位置信息的方案如图5-65所示。

      该方案的工作流程如下：

      1)由PLMN运营企业对每个BTS进行编码，使得在提供紧急特种服务的本地网络中，每个蜂窝都有一个惟一的编码（CGI标识，即LAI+小区ID）,并将相应的编码提交给紧急特种业务平台的位置服务器。

图5-65  利用移动交换机立即计费能力发送位置信息的方案示意

       2）当用户拨打紧急特种业务平台时，BTS将呼叫接续到MSC,MSC再将呼叫接续到紧急特种业务平台。同时发端MSC还应根据被叫号码（紧急业务）的属性，确定该呼叫属于立即计费的呼叫，并由发端MSC启动相应的计费设备。

       3）当该呼叫结束后，发端交换机立即产生计费详单，计费话单中包括该用户呼叫时的CGI,并将该详单发送到运营企业的计费结算营账系统。

       4）运营企业的计费结算营账系统将包含用户位置CGI信息的对应的详单发送到紧急特种业务平台，再由平台内的位置服务器，将该信息与实际的位置进行映射，获得用户当前的位置信息。

       注：该方案由于必须要在呼叫结束后，才可以产生话单，话单首先通过运营企业的计费结算营账系统（分钟级别的延迟），再传送到紧急特种业务平台，因此其位置信息传递的实时性相对较弱，同时该方案中也会存在与位置号码方案类似的定位精度与实际的网络覆盖之间的联系紧密的问题。另外，目前现网上的交换设备对立即计费的实现方式不支持也使得该方案难于实施。这主要是因为立即计费功能通常是对主叫用户的业务属性的一个定义，而紧急特种业务的立即计费要求则是需要根据被叫号码的属性进行判定，因此交换机在该功能上的改造量相对比较大。

       对于固定用户发起的紧急特种业务呼叫，通过局间信令传送的只有主叫用户号码，主叫用户号码是位置信息的查询索引。紧急特种业务平台根据收到主叫用户号码査询自己数据库（数据库同步方式）或运营企业的数据库（实时查询方式），获得固定用户的位置信息，即用户的开户登记地址。

       对于移动用户发起的紧急特种业务呼叫，由于其移动性，需要通过ISUP信令的IAM消息中的位置号码字段传送位置信息，网间及呼叫的全程必须要全部采用ISUP信令，且对该参数不能进行屏蔽和舍弃。其中位置号码参数编码和格式建议如下：

       移动用户拨打紧急特服业务时的位置号码应当为：0X1X2X3+MSCID+CI

      位置号码参数字段的格式如图5-66所示。

图5-66  位置号码参数字段格式

        由IAM消息传送经纬度信息时，IAM消息的位置号码参数应支持传送主叫位置测量参数。ISUP信令IAM消息对位置号码参数不能进行屏蔽和舍弃。该参数规定地理位置信息，包括经度、纬度和高度，格式如图5-67所示。

图5-67  主叫测量位置参数

        与呼叫无关的定位主要指各类紧急情况下应急指挥过程中所需要的定位，如对现场人员、车辆和物资的定位。当发生各类突发事件时，可以随时查到应急指挥中任何一个关键要素（人、车、物）的当前位置，现场指挥人员可以根据所获得的定位信息快速、调配车辆、安排救援人员，尽可能地减轻灾害造成的损失。定位作为应急指挥的重要辅助手段之一，对现场的决策指挥起着至关重要的作用。

       由于应急指挥快速准确响应的需要，这种情况下的定位，需要有相对精确的定位精度，以便实施准确的救援和指挥，要保证定位信息不间断、实时传输，以确保对重要定位对象的不间断定位，要有高可靠性和稳定性，定位信息要通过GIS实时呈现出定位结果，以直观地满足应急指挥的需要。

       这类定位通常都是基于卫星的定位，根据不同的定位场景，可采用全球定位系统（GPS）、伽利略卫星导航定位系统（Galileo）、全球导航卫星系统（GLONASS）和北斗卫星导航定位系统等不同技术手段来满足不同定位对象和定位应用的需求。

      GPS是最成熟、最完善、使用最多的定位技术，在国内外的各行各业中都已经获得了广泛应用，安装GPS的设备已经普及，应用也很多，可以方便地进行全天候全时段的定位应用。伽利略卫星导航定位系统（Galileo）、全球导航卫星系统（GLONASS）也是两种比较成熟的定位系统。在定位精度、定位效率等方面各有千秋，但从目前民用方面来看，这两种系统应用还不如GPS普及。我国自主知识产权的北斗卫星导航系统，覆盖中国及周边国家和地区，可向用户提供全天候、24小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒的同步精度,其精度与GPS相当。