許 玉 斌,陳 秀 萬(wàn),黃 嵐 嵐,馬 磊,沈 陽(yáng)
面向多應(yīng)用系統(tǒng)的位置公共服務(wù)(LBCS)模式研究與平臺(tái)設(shè)計(jì)
許 玉 斌1,陳 秀 萬(wàn)1,黃 嵐 嵐1,馬 磊1,沈 陽(yáng)2
(1.北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所,北京 100871;2.SK集團(tuán)(中國(guó)),北京 100022)
當(dāng)前的LBS應(yīng)用系統(tǒng)多采用獨(dú)立構(gòu)建方式,將LBS通用服務(wù)功能與應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)功能集成,使系統(tǒng)內(nèi)部耦合程度較高,雖然能夠保證應(yīng)用系統(tǒng)的完整性,但導(dǎo)致LBS通用服務(wù)功能難以共享,造成系統(tǒng)的擴(kuò)展性差以及數(shù)據(jù)、計(jì)算資源的浪費(fèi)。該文探索了面向多應(yīng)用系統(tǒng)的位置公共服務(wù)(LBCS)的服務(wù)模式與系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。基于這種服務(wù)模式,位置服務(wù)系統(tǒng)將由兩大部件構(gòu)成:LBS公共服務(wù)平臺(tái)和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng),且LBS公共服務(wù)平臺(tái)能被多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)使用。
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS);位置公共服務(wù)(LBCS);LBS公共服務(wù)平臺(tái);衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用
基于位置的服務(wù)(Location Based Service,LBS)又稱(chēng)定位服務(wù),它是通過(guò)移動(dòng)終端本身的定位功能(如GPS)或電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng))獲取移動(dòng)終端用戶(hù)的位置信息,在電子地圖平臺(tái)的支持下,為用戶(hù)提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。一般情況下,LBS系統(tǒng)主要由3部分組成:移動(dòng)終端、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)器[1]。LBS系統(tǒng)的基本工作流程為:當(dāng)移動(dòng)用戶(hù)需要LBS服務(wù)或監(jiān)控管理中心需要對(duì)某移動(dòng)終端進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)控時(shí),首先移動(dòng)終端通過(guò)內(nèi)嵌的定位設(shè)備獲得終端當(dāng)前的位置信息,實(shí)時(shí)地通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)中心;服務(wù)中心根據(jù)終端的位置、服務(wù)需求進(jìn)行空間分析,并將結(jié)果下發(fā)到移動(dòng)終端。
隨著LBS的發(fā)展,出現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)較多采用獨(dú)立構(gòu)建方式[2-4],將LBS通用服務(wù)與應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)邏輯整合[5],系統(tǒng)高度集成,系統(tǒng)內(nèi)部表現(xiàn)復(fù)雜、外部表現(xiàn)單一,雖然增加了系統(tǒng)內(nèi)部的耦合性,保證應(yīng)用系統(tǒng)的完整性,但也導(dǎo)致其他應(yīng)用系統(tǒng)難以共享該系統(tǒng)的LBS通用服務(wù),造成了系統(tǒng)的擴(kuò)展性差以及數(shù)據(jù)、計(jì)算資源的浪費(fèi);同時(shí),這些系統(tǒng)在與別的系統(tǒng)集成時(shí)困難重重。為解決上述問(wèn)題,本文探索采用位置公共服務(wù)模式的方法,并將位置服務(wù)系統(tǒng)劃分為L(zhǎng)BS公共服務(wù)平臺(tái)和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)兩個(gè)部件。LBS相關(guān)功能通過(guò)LBS公共服務(wù)平臺(tái)提供,而專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)則專(zhuān)注于領(lǐng)域相關(guān)的業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)邏輯。LBS公共服務(wù)平臺(tái)可在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間共享,當(dāng)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)需要LBS服務(wù)時(shí),能夠通過(guò)接口從LBS公共服務(wù)平臺(tái)獲得。
統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議(Universal Description,Discovery and Integration,UDDI)[6-8]是商業(yè)服務(wù)的信息注冊(cè)規(guī)范,是Web Services集成的一個(gè)體系框架,其核心是 UDDI registry。UDDI registries提供了一種有效的方式來(lái)發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、瀏覽Web Services。本文通過(guò)分析現(xiàn)有UDDI在服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)方面的不足,結(jié)合LBS領(lǐng)域的獨(dú)特需求,對(duì)UDDI registry進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì),增加可擴(kuò)展的LBS服務(wù)分類(lèi)體系、擴(kuò)展UDDI的注冊(cè)和查詢(xún)接口以及增加額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)基于屬性的UDDI注冊(cè)中心LBS服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)。
目前UDDI registry系統(tǒng)中提供的服務(wù)查找方式如圖1所示。
圖1 現(xiàn)有UDDI registry系統(tǒng)提供的查詢(xún)方式Fig.1 Query methods of current UDDI registry system
現(xiàn)有UDDI對(duì)服務(wù)查詢(xún)能力的支持有限:雖然對(duì)商業(yè)提供者的信息以及各種分類(lèi)信息提供了較為完善的描述和查詢(xún)方法,但不能對(duì)具體的服務(wù)屬性提供支持。當(dāng)UDDI registry中注冊(cè)的services數(shù)量較大時(shí),“基于關(guān)鍵字”和“分類(lèi)鉆?。╠rill-down)”的查找方法返回結(jié)果過(guò)多,且一旦關(guān)鍵字不當(dāng),則有可能查不到任何services。上述不足也存在于LBS中,現(xiàn)有的UDDI registry不支持根據(jù)地理范圍過(guò)濾搜索結(jié)果。LBS服務(wù)通常具有很多附加屬性,現(xiàn)有的UDDI registry對(duì)Web服務(wù)屬性缺少描述能力。
在整個(gè)LBS的領(lǐng)域活動(dòng)中,圍繞LBS服務(wù)注冊(cè)中心,主要有3類(lèi)人員:標(biāo)準(zhǔn)化組織、服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者,不同的角色對(duì)服務(wù)關(guān)注的重點(diǎn)不同。此外,不同領(lǐng)域?qū)Ψ?wù)信息的需求也不一樣。具體到LBS領(lǐng)域,為了在UDDI registry中能對(duì)服務(wù)進(jìn)行詳細(xì)而有效的描述,需要建立描述LBS服務(wù)的信息模型。可能被關(guān)注的信息包括:服務(wù)提供者信息、服務(wù)內(nèi)容信息、服務(wù)目標(biāo)范圍、服務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)格、服務(wù)綁定細(xì)節(jié)、具體LBS服務(wù)的結(jié)構(gòu)化屬性等。
現(xiàn)有的UDDI可以實(shí)現(xiàn)上述部分LBS服務(wù)信息的發(fā)布和查詢(xún):LBS服務(wù)提供者的信息可以通過(guò)businessEntity表達(dá),LBS服務(wù)的基本信息可以通過(guò)businessService表達(dá),LBS服務(wù)的綁定細(xì)節(jié)可由binding Template和t Model共同表達(dá)。但是,LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍、服務(wù)的數(shù)據(jù)規(guī)格、具體服務(wù)的結(jié)構(gòu)化屬性則不能通過(guò)現(xiàn)有的UDDI registry進(jìn)行描述;同時(shí),服務(wù)消費(fèi)者在查詢(xún)服務(wù)的過(guò)程中,會(huì)因?yàn)槭褂玫淖匀徽Z(yǔ)言的不規(guī)則性而導(dǎo)致通過(guò)關(guān)鍵字查詢(xún)的方法不能返回最滿(mǎn)意的結(jié)果。因此,可以通過(guò)3方面來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)有LBS服務(wù)在UDDI注冊(cè)中心發(fā)布和查詢(xún)方面的不足:1)將LBS服務(wù)分類(lèi)引入U(xiǎn)DDI注冊(cè)中心,體現(xiàn)服務(wù)之間的相關(guān)性;2)支持LBS服務(wù)目標(biāo)范圍的發(fā)布和查詢(xún);3)支持LBS服務(wù)格式化屬性的發(fā)布和查詢(xún)。其中,服務(wù)分類(lèi)將通過(guò)t Model的方式注冊(cè)到UDDI中心,以輔助和規(guī)范LBS服務(wù)的發(fā)布和查詢(xún),并通過(guò)第三方 Web Service的方式為UDDI中心提供分類(lèi)驗(yàn)證服務(wù);而對(duì)LBS目標(biāo)范圍和格式化屬性的發(fā)布和查詢(xún)將通過(guò)在UDDI registry外增加一個(gè)代理層實(shí)現(xiàn)。
(1)LBS服務(wù)分類(lèi)。本文在參考OGC的OWS、ISO19119和 Open LS[1,9-11]的基礎(chǔ)上對(duì) LBS服務(wù)進(jìn)行了歸類(lèi)(圖2):將各種LBS服務(wù)按照樹(shù)型結(jié)構(gòu)組織,以“LBS服務(wù)”為根節(jié)點(diǎn),第一層按照OGC對(duì)地理信息服務(wù)的分類(lèi)劃分;第二層按照Open LS對(duì)基于位置服務(wù)的分類(lèi)劃分;最后一層是各種服務(wù)的實(shí)例。分類(lèi)樹(shù)的結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展,當(dāng)出現(xiàn)新分類(lèi)時(shí),只需在相應(yīng)的父節(jié)點(diǎn)下添加子節(jié)點(diǎn)即可。對(duì)于上述分類(lèi),通過(guò)XML文件描述可以記錄各節(jié)點(diǎn)之間的繼承關(guān)系。
圖2 LBS服務(wù)分類(lèi)Fig.2 Service classification of LBS
(2)LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍。LBS服務(wù)的一個(gè)顯著特征是服務(wù)區(qū)域有明顯的地域范圍。在注冊(cè)LBS服務(wù)的過(guò)程中,LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍將被記錄下來(lái);在LBS服務(wù)查詢(xún)時(shí),服務(wù)消費(fèi)者所處位置或指定的某一位置將作為限制條件,對(duì)候選服務(wù)進(jìn)行篩選。LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍通過(guò)XML Schema來(lái)描述。
(3)結(jié)構(gòu)化屬性的發(fā)布與查詢(xún)。LBS服務(wù)的屬性包括功能性屬性和非功能性屬性。功能性屬性主要表現(xiàn)為L(zhǎng)BS服務(wù)空間數(shù)據(jù)的規(guī)格,如數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)形成時(shí)間、投影信息、數(shù)據(jù)類(lèi)型等;非功能性屬性主要表現(xiàn)為服務(wù)描述性信息,如服務(wù)的資費(fèi)、服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間等。一般將結(jié)構(gòu)化屬性模型中的值分為3類(lèi):1)數(shù)值型,通過(guò)整數(shù)或者浮點(diǎn)數(shù)來(lái)描述。2)文字型,通過(guò)字符來(lái)描述的指標(biāo),通常這些字符都是對(duì)一定類(lèi)別或者等級(jí)的描述,使用固定的幾個(gè)詞語(yǔ),如“矢量”和“柵格”、“WGS84”和“西安80”等,且這些描述語(yǔ)言在特定的應(yīng)用中具有特定的含義。3)日期型,使用“XXXX/XX/XX”格式表達(dá)的日期數(shù)據(jù)。屬性值類(lèi)型下的操作定義如表1。在對(duì)LBS服務(wù)的結(jié)構(gòu)化屬性進(jìn)行描述時(shí),采用如下模型:每個(gè)屬性由一個(gè)三元組(N,D,T)表達(dá):N表示屬性的名稱(chēng),D表示屬性的說(shuō)明信息,T表示屬性的類(lèi)型,可選的包括數(shù)值型、文字型和時(shí)間型。
通過(guò)以上3方面對(duì)LBS服務(wù)的相關(guān)信息進(jìn)行描述和建模,對(duì)現(xiàn)有UDDI注冊(cè)中心實(shí)現(xiàn)上述擴(kuò)展方法,經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的 UDDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3[12,13]所示。
表1 屬性值的操作Table 1 Manipulation of attribute value
圖3 擴(kuò)展 UDDI(CCP-LBS)結(jié)構(gòu)Fig.3 Extensive structure of UDDI(CCP-LBS)
LBS公共服務(wù)平臺(tái)實(shí)際上借鑒了軟件復(fù)用的思想,能夠提供可復(fù)用的軟件構(gòu)件,LBS應(yīng)用系統(tǒng)則是基于可復(fù)用構(gòu)件的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。LBS公共服務(wù)平臺(tái)使相關(guān)的LBS服務(wù)按照自包含、自描述的單個(gè)服務(wù)形式組織,并促進(jìn)LBS應(yīng)用系統(tǒng)按照面向服務(wù)架構(gòu)(Service Oriented Architecture,SOA)的方式進(jìn)行構(gòu)建。構(gòu)建LBS公共服務(wù)平臺(tái)有兩種方式:1)將各種LBS服務(wù)內(nèi)置于LBS服務(wù)平臺(tái)中,服務(wù)平臺(tái)提供服務(wù)部署、服務(wù)查找、服務(wù)執(zhí)行環(huán)境、GIS引擎、流程控制等各種模塊,LBS應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)平臺(tái)接口調(diào)用各種服務(wù)。2)LBS服務(wù)可以廣泛地分布在應(yīng)用系統(tǒng)可訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)中,各自在LBS公共服務(wù)平臺(tái)注冊(cè)服務(wù),公共服務(wù)平臺(tái)對(duì)這些服務(wù)提供分類(lèi)管理并使用足夠的信息描述這些服務(wù),以便服務(wù)消費(fèi)者能夠快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)這些服務(wù)。通過(guò)這種方式組織的LBS公共服務(wù)平臺(tái)主要功能是在內(nèi)部將服務(wù)信息進(jìn)行有效的描述和組織,并提供一組適用于LBS領(lǐng)域的服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)接口。具體服務(wù)的運(yùn)行并不在LBS平臺(tái)中,這降低了LBS公共服務(wù)平臺(tái)的復(fù)雜性和負(fù)擔(dān)。本文采用此種方式構(gòu)建LBS公共服務(wù)平臺(tái)。
LBS公共服務(wù)平臺(tái)將LBS服務(wù)的整個(gè)使用周期劃分為3個(gè)階段:服務(wù)生產(chǎn)、服務(wù)發(fā)布和服務(wù)消費(fèi),并對(duì)應(yīng)到3個(gè)角色:LBS服務(wù)發(fā)布者(LBS服務(wù)開(kāi)發(fā)者)、LBS公共服務(wù)平臺(tái)和LBS服務(wù)消費(fèi)者(LBS應(yīng)用系統(tǒng)),它們之間的關(guān)系如圖4所示。
圖4 LBS公共服務(wù)的3個(gè)角色Fig.4 Roles in Location Based Common Service
LBS公共服務(wù)平臺(tái)(圖5)提供了標(biāo)準(zhǔn)接口為L(zhǎng)BS服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)提供支持,具體的LBS服務(wù)并不需要在平臺(tái)中部署和執(zhí)行,在LBS公共服務(wù)平臺(tái)中注冊(cè)的服務(wù)可能由不同的服務(wù)開(kāi)發(fā)者提供。LBS應(yīng)用系統(tǒng)將通過(guò)從LBS公共服務(wù)平臺(tái)所獲信息實(shí)現(xiàn)對(duì)LBS服務(wù)的調(diào)用。在LBS公共服務(wù)平臺(tái)中,服務(wù)以自包含、自描述的單個(gè)服務(wù)的形式注冊(cè),在服務(wù)消費(fèi)者定位了需要的服務(wù)后將被動(dòng)態(tài)調(diào)用。目前可采用的技術(shù)包括CORBA、COM+、EJB、Web Services等。本文采用Web Services[3]的方式實(shí)現(xiàn),在LBS公共服務(wù)平臺(tái)中,服務(wù)提供商將使用Web Service的方式提供服務(wù),使用WSDL描述服務(wù)的接口和綁定信息。LBS公共服務(wù)平臺(tái)的功能包含兩方面:為服務(wù)發(fā)布者和服務(wù)消費(fèi)者提供服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)功能;在公共服務(wù)平臺(tái)中注冊(cè)的LBS服務(wù)所具有的功能。服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)功能是實(shí)現(xiàn)服務(wù)共享的關(guān)鍵步驟,公共服務(wù)平臺(tái)提供完善的方式對(duì)LBS服務(wù)信息進(jìn)行描述,并在平臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行合理的組織,支持對(duì)LBS服務(wù)的精確定位。同時(shí),服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)功能能夠滿(mǎn)足服務(wù)查找條件的多樣性,解決LBS服務(wù)領(lǐng)域的特殊需求。在公共服務(wù)平臺(tái)中注冊(cè)的服務(wù)需要支持基本LBS功能,包括地圖服務(wù)、目錄服務(wù)、地理編碼服務(wù)、跟蹤服務(wù)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)、導(dǎo)航服務(wù)等。
圖5 LBS公共服務(wù)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)Fig.5 Framework of LBS Common Service Platform
LBS服務(wù)使用 Web Service的方式發(fā)布,這些LBS服務(wù)可能是系統(tǒng)內(nèi)部提供的,也可能是系統(tǒng)外部提供的。服務(wù)消費(fèi)者在平臺(tái)上通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口查找服務(wù),在獲取服務(wù)的具體信息后,可以綁定和跟蹤這些服務(wù)。這樣做的優(yōu)勢(shì)有:1)擴(kuò)展性強(qiáng)。新的LBS服務(wù)可以很方便地集成到系統(tǒng)中。2)開(kāi)發(fā)方便。由于系統(tǒng)邏輯清晰,LBS服務(wù)的開(kāi)發(fā)和領(lǐng)域應(yīng)用可以完全分開(kāi)。3)數(shù)據(jù)和計(jì)算資源的重用。不需重新實(shí)現(xiàn)LBS相關(guān)功能,只需調(diào)用在LBS公共服務(wù)平臺(tái)發(fā)布的服務(wù)。4)服務(wù)的多源性。LBS服務(wù)可能來(lái)源于多個(gè)服務(wù)開(kāi)發(fā)商。5)可以在LBS應(yīng)用系統(tǒng)中使用服務(wù)組合的方式提供復(fù)雜的功能。例如,用戶(hù)需要從所在地前往另一個(gè)地方“XXXXXX”,可以通過(guò)“地理編碼”服務(wù)確定“XXXXXX”的坐標(biāo)位置;“導(dǎo)航服務(wù)”輸入起始地點(diǎn)的坐標(biāo)后,計(jì)算出行駛的最佳路徑;“地圖展現(xiàn)”服務(wù)將最短路徑與底圖疊加,最后返回給用戶(hù)顯示在屏幕上。
LBS公共服務(wù)平臺(tái)使用Java開(kāi)發(fā),UDDI服務(wù)器使用Apache JUDDI和PostgreSQL作為外部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),代理組件的 Web Service通過(guò)Axis(A-pache Extensible Interaction System)開(kāi)發(fā)。服務(wù)的查找通過(guò)關(guān)鍵字“地圖”,返回的服務(wù)列表包括名字中包含所有“地圖”的服務(wù)(圖6)。
圖6 查詢(xún)實(shí)例Fig.6 The query instance
近年來(lái),LBS在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用領(lǐng)域、用戶(hù)數(shù)量上都得到了很大的突破。在公眾應(yīng)用領(lǐng)域,以導(dǎo)航、基于位置的生活信息查詢(xún)、移動(dòng)交友為首的應(yīng)用得到極大推廣。在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,LBS與物流、交通、安全、城市規(guī)劃、農(nóng)林漁等眾多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合,大大提高了相關(guān)領(lǐng)域的精確信息化管理程度。針對(duì)目前各LBS應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立構(gòu)建所造成的系統(tǒng)內(nèi)部耦合度高、擴(kuò)展性差以及數(shù)據(jù)難以共享等問(wèn)題,本文面向多應(yīng)用需求,提出了LBS公共服務(wù)平臺(tái)的概念,分析了其體系架構(gòu)、功能和接口,采用Web Service和UDDI作為構(gòu)建LBS公共服務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)技術(shù),對(duì)LBS服務(wù)進(jìn)行了建模,并通過(guò)分析UDDI,提出了擴(kuò)展解決方案;同時(shí),進(jìn)行了原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了方法的可行性及擴(kuò)展UDDI在位置服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
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Research on Service Pattern and Platform Design of Location Based Common Service on the Basis of Multi-application System
XU Yu-bin1,CHEN Xiu-wan1,HUANG Lan-lan1,MA Lei1,SHEN Yang2
(1.InstituteofRemoteSensingandGIS,PekingUniversity,Beijing100871;2.SKChina,Beijing100022,China)
As an important part of GNSS(Global Navigation Satellite System)application,LBS(Location Based Service)is absolutely a fast-growing mobile value-added service.More and more application systems are emerging with the fast developing of LBS.However,LBS application systems are mainly built individually:they integrate both common LBS functions and domain specific functions.Although it ensures the integrity of application systems,it also results in high level of coupling within the system,poor extension ability and waste of resources.This paper gave a discussion about service building and new service modes of Location Based Common Service,which is based on multiple application systems.And the system is divided into two parts under the new service pattern,LBS common service platform and expertise application system,and the LBS common service platform can be shared by multiple application systems.
Global Navigation Satellite System(GNSS);Location Based Common Service(LBCS);LBS common service platform;satellite navigation application
P208
A
1672-0504(2012)03-0040-04
2011-09- 15;
2011-11-30
北京科學(xué)技術(shù)研究院項(xiàng)目“城市管理案件演化規(guī)律空間分析模型研究”
許玉斌(1987-),男,博士研究生,主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航及其應(yīng)用、位置公共服務(wù)研究。E-mail:yubinxu@pku.edu.cn