倪 磊，羅萬可，向 軍

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

0 引言

2010年3月5日國務(wù)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(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用，加大對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的投入和政策支持。將"物聯(lián)網(wǎng)"首次寫進政府工作報告中[1]。目前，物聯(lián)網(wǎng)已被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，更成為學(xué)術(shù)界的一個研究熱點。

通過現(xiàn)在覆蓋范圍最廣的電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)以及三網(wǎng)融合作為信息的承載，為物聯(lián)網(wǎng)的實際應(yīng)用提供了很好的物質(zhì)基礎(chǔ)。本文將以3G通信中的GPSone技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)定位業(yè)務(wù)中應(yīng)用作為探討研究。

1 物聯(lián)網(wǎng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

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

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things），從字面理解，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，它是互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實世界的延伸。2011年5月，中國工業(yè)和信息化部電信研究院發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2011年）》正式官方給出物聯(lián)網(wǎng)的解釋：物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它是利用感知技術(shù)與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)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(xué)決策目的[3]。也就是說，物體通過裝有RFID裝置或國際移動設(shè)備識別碼(IMSI，International Mobile SubscriberIdentification Number)標(biāo)識等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議與承載網(wǎng)相連，形成智能網(wǎng)絡(luò)。物品將其信息通過承載網(wǎng)絡(luò)（電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)）傳送到管理者的電腦或手機終端，實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由《物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2011年）》中可知，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

感知層，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。它是以RFID、傳感器、二維碼等為主，利用射頻技術(shù)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(yīng)用層。

網(wǎng)絡(luò)層（承載層），由三網(wǎng)（電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)）或者下一代通信網(wǎng)絡(luò)(NGN, Next Generation Network)構(gòu)成，將感知層所采集的巨量數(shù)據(jù)信息傳輸至應(yīng)用層。

應(yīng)用層，是由各種應(yīng)用程序及系統(tǒng)組成。主要對聯(lián)網(wǎng)物體進行定位、監(jiān)控以及管理（如查詢信息，監(jiān)控信息、控制信息等）[3]。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)識及應(yīng)用

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

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、智能監(jiān)測等領(lǐng)域，顯然物聯(lián)網(wǎng)已發(fā)展成為一個超大規(guī)模的新興市場[4]。隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，物流配送業(yè)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(biāo)識，就可從采購、裝卸、倉庫運輸、配送銷售的供應(yīng)鏈上的每一個環(huán)節(jié)做到精確掌控，實現(xiàn)了對整個物流過程的管理。

2 GPSone

2.1 當(dāng)前的幾種定位技術(shù)

目前移動通信中常用的定位技術(shù)主要有：小區(qū)標(biāo)識定位技術(shù)，它是根據(jù)手機在歸屬位置寄存器（HLR，Home Location Register）中登記的小區(qū)信息，定位到某個基站BSC或者基站下面的某個扇區(qū)；前向鏈路三角定位技術(shù)，它是手機在定位過程中，監(jiān)聽3個及以上的基站導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)輔助全球定位系統(tǒng)(GPS,Global Positioning System)定位技術(shù)（AGPS），它是利用網(wǎng)絡(luò)將GPS衛(wèi)星解調(diào)出的導(dǎo)航信息提供給移動臺來完成定位操作，此時網(wǎng)絡(luò)側(cè)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(yè)務(wù)開發(fā)的定位技術(shù)[7]，它是上述 3種定位技術(shù)的融合。通過采用C/S結(jié)構(gòu)，GPSone將小區(qū)標(biāo)識定位技術(shù)、前向鏈路三角定位技術(shù)和AGPS有機結(jié)合，實現(xiàn)高精度、高速度和高可用性定位，當(dāng)前向鏈路三角定位技術(shù)和 AGPS在無法使用的環(huán)境下，GPSone會自動切換到小區(qū)標(biāo)識定位技術(shù)，確保定位成功率[8]。

本文的研究對象是利用手機標(biāo)識中的IMSI，將GPSone技術(shù)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)的定位、監(jiān)控和管理中。

2.2 定位網(wǎng)元在移動通信系統(tǒng)中的位置

定位網(wǎng)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(wǎng)元

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

PDE：負責(zé)與基站、移動臺以及交換機等相關(guān)設(shè)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(wǎng)，一個PDE只能與一個MPC相連，但一個MPC能與覆蓋其該區(qū)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(wù)于多個MSC。此外，MPC與HLR和MSC是通過7號信令網(wǎng)進行信令交互。

3 GPSone在物聯(lián)網(wǎng)定位業(yè)務(wù)的探討

3.1 GPSone在物流行業(yè)中的通信應(yīng)用

物流行業(yè)用戶利用GPSone可對其企業(yè)的車輛人員進行定位，采用如圖3的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[10]。當(dāng)企業(yè)管理人員SP對定位人員發(fā)起定位時，通過短信確認形式下發(fā)給被定位人員，待被定位人員回復(fù)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(wǎng)元名稱見圖3）：

①SP通過互聯(lián)網(wǎng)向MPC發(fā)送定位請求消息，該消息中包含有 SP標(biāo)識 SPID、發(fā)起者標(biāo)識和目標(biāo)用戶ORID標(biāo)識MS；②MPC向HLR發(fā)起授權(quán)檢查請求消息，對目標(biāo)MS和SPID進行授權(quán)檢查，檢查目標(biāo)MS是否簽約定位業(yè)務(wù)功能；③HLR向MPC返回鑒權(quán)結(jié)果響應(yīng)。該結(jié)果包括目標(biāo)MS是否具備有定位服務(wù)業(yè)務(wù)、目標(biāo)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(wǎng)的MAP消息進行信息交互；④MPC根據(jù) HLR找到該用戶所在的MSC。MSC會通過短信中心向MS發(fā)送“定位提示”短消息，MS回復(fù)確認信息，再由MSC通過七號信令網(wǎng)送回MPC，完成定位操作；⑤MSC與MS之間進行尋呼響應(yīng)；⑥MS通過MSC向MPC返回定位確認短消息。若網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題使短信的上行消息無法發(fā)送到MPC時，MPC根據(jù)手機發(fā)起的IS801對話判斷手機是否同意；⑦MPC發(fā)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(yīng)；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(jié)果通過MPC和承載網(wǎng)絡(luò)傳送至SP。

3.2 物流行業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)中的通信應(yīng)用

從圖5所示可以看出：

①感知層中手機通過 IMSI標(biāo)識利用承載網(wǎng)將攜帶的數(shù)據(jù)信息送到應(yīng)用層中，應(yīng)用層由物流企業(yè)MIS應(yīng)用程序及系統(tǒng)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(wǎng)對本企業(yè)車輛和人員進行定位信息的確認（定位流程見3.1節(jié)）；③管理人員獲取車輛和人員定位信息后，根據(jù)實際情況進行任務(wù)派發(fā)和貨物車輛監(jiān)控管理。

圖5 物流行業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)中的通信應(yīng)用

由此可見，管理人員對企業(yè)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(wù)，讓業(yè)務(wù)員在最合理的時間段完成指定任務(wù)，管理人員還可對人員及貨物進行監(jiān)控管理，提高了物流企業(yè)的辦公效率。

目前，三大運營商都在積極地將3G技術(shù)推廣在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，尤其是中國電信推出的物流E通，就是將基于位置業(yè)務(wù)開發(fā)的定位技術(shù) GPSone應(yīng)用到物流行業(yè)中，對物流企業(yè)進行監(jiān)督管理。物流行業(yè)只是物聯(lián)網(wǎng)眾多應(yīng)用中的其中一個，將GPSone技術(shù)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的其他領(lǐng)域中，可使得運營商和企業(yè)都能達到雙贏的局面。

4 結(jié)語

隨著 3G通信技術(shù)的發(fā)展以及三網(wǎng)融合技術(shù)的不斷完善，移動通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域更在不斷的拓寬。基于定位的GPSone技術(shù)已在運營商的行業(yè)應(yīng)用中得到廣泛推廣，將此技術(shù)引申到物聯(lián)網(wǎng)的物流業(yè)務(wù)中，不僅能拓寬移動通信領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用，更能促進物聯(lián)網(wǎng)的快速普及和發(fā)展。

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