Rambler's Top100
Статьи ИКС № 04 2011
Владимир МАКСИМЕНКО  Алексей ВИНОГРАДОВ   05 апреля 2011

Определение местоположения абонента в сетях WiMAX

Сервисы, основанные на определении местоположения, как и другие услуги с добавленной стоимостью, могли бы стать для операторов источником прироста абонентской базы. Но такие услуги требуют беспроводных технологий нового поколения с широкополосным доступом. В этой роли авторы статьи сегодня видят WiMAX.

Владимир МАКСИМЕНКО, профессор МТУСИ   Алексей ВИНОГРАДОВ, МТУСИ  

Мобильная связь как технология телефонной связи между мобильными абонентами практически исчерпала потенциал своего роста, поскольку практически все население развитых стран уже охвачено данной услугой и стоимость ее постоянно снижается. Поэтому основной источник дальнейшего развития мобильной связи и увеличения прибыли операторов – это предоставление абонентам услуг с добавленной стоимостью (VAS-услуг).

 

Основные тенденции развития VAS-услуг в сетях беспроводной связи – широкополосность, мобильность и персонализация. Спектр услуг с добавленной стоимостью, отвечающих этим тенденциям, можно расширить за счет повышения скорости передачи данных на одного абонента и уменьшения погрешности определения местоположения абонента.

 

Среди VAS-услуг особо стоит отметить актуальность персонифицированных (персонализированных) услуг на основе определения местоположения – LBS (Location Base of Service).

 

Услуги LBS

 

Глобальная навигационная спутниковая система как средство определения местоположения имеет существенный недостаток – зависимость от внешних факторов: к примеру, невозможно определить местоположение абонента в городе с плотной застройкой, в помещении или под деревьями в лесу. Этот недостаток устраняется с помощью гибридных методов, использующих одновременно технологии спутниковой навигационной системы и службы сотовых и других беспроводных сетей подвижной связи. Существует несколько методов, различающихся точностью определения местоположения и сложностью реализации аппаратных и программных средств*.

 

 
 
 
 
 
 

Методы определения местоположения в сетях сотовой подвижной связи стандарта GSM достаточно хорошо известны, а в широкополосных сетях стандарта WiMAX они пока не исследованы. По нашему мнению, сети связи на основе мобильного WiMAX могли бы расширить возможности предоставления широкополосных услуг абонентам телематических услуг на основе определения местоположения.

 

Для разработки LBS-услуг необходимо совместить сразу несколько технологий (рис. 1): Интернет, мобильное устройство и геоинформационную систему (ГИС).

 

Ключевой для LBS момент – услуга местоопределения (Location Service, LCS) абонента, что позволяет расширить существующие услуги – знакомства, запрос погоды, биллинговые системы и т.д., – а также предоставить ряд новых услуг, базирующихся на этом знании. Основные категории LBS-услуг приведены в таблице (алгоритм их предоставления показан на рис. 2).

 

Как правило, основная информация, передаваемая пользователю по сети при оказании LBS-услуг, – это текст. Для реализации подобных услуг сейчас используются сети передачи данных GSM, GPRS, EDGE. В этих сетях на LBS-услуги накладывается ряд ограничений, связанных с большими задержками и скоростью передачи данных: зачастую актуальность определенной услуги зависит от сроков ее оказания. Подобную проблему можно решить, используя беспроводные технологии нового поколения с широкополосным доступом. На сегодняшний день на эту роль более всего подходят WiMax-сети. Помимо большой скорости передачи данных технология WiMax поддерживает и заданное качество обслуживания (QoS).

 

LBS в сетях WiMax

 

Применение сетей на основе технологии WiMax для оказания LBS позволит вывести эти услуги на новый уровень: например, информация, получаемая при оказании той или иной услуги, не обязательно должна быть текстовой, появляется возможность передавать целые медиафайлы (изображения, аудио, видео и т.п.). Для реализации такой системы по алгоритму, показанному на рис. 2, потребуются спутниковые навигационные системы – именно они будут определять местоположение абонента (абонентского терминала). Абонентская станция будет передавать информацию о местоположении контент-провайдеру (либо оператору) по беспроводной сети WiMax, который на ее основе сформирует конечную услугу и передаст ее абоненту-заказчику (рис. 3).

 

Представленная система оказания LBS-услуг имеет один существенный недостаток по сравнению с аналогичными системами в сетях GSM/GPRS и т.п. – изначально стандартом IEEE 802.16 не предусмотрена возможность определения местоположения абонента ресурсами самой сети. Но из этой ситуации есть выход – необходимо выяснить, какие элементы сети отвечают за возможность определения местоположения абонента, по аналогии с сетями третьего поколения, где подобные методы предусмотрены стандартом.

 

Для определения местоположения абонентского терминала в сети WiMax потребуются следующие изменения.

 

1. Необходимо оснастить базовые станции соответствующим оборудованием: установить измерительные модули LMU (Location Measurement Unit) для проведения измерений в радиосети с последующим расчетом местоположения терминала, а также сервисный центр определения местоположения SMLC (Serving Mobile Location Center). На основе данных, полученных от LMU, сервисный центр проводит окончательный расчет координат и точности результата.

 

2. В состав ASN-шлюза необходимо включить шлюзовой центр определения местоположения – GMLC (Gateway Mobile Location Center), который будет выполнять функции подсистемы поддержки клиентов системы определения местоположения СОМ (подробнее об этом речь пойдет ниже).

 

3. В сети оператора должен быть установлен сервер СОМ (LCS Server) – система распределенных программно-аппаратных модулей, объединенных различными интерфейсами и реализующих функцию местоопределения.

 

Чтобы понять, что представляет собой сервер системы определения местоположения, воспользуемся описанием логической модели такой системы для сетей сотовой связи GSM, предложенной Партнерством 3GPP (организацией, разрабатывающей спецификации и технические требования сетей GSM и UMTS). Эта же модель практически без изменений рекомендована для сетей UMTS и может быть рекомендована для сетей WiMax. Клиент СОМ запрашивает информацию о местоположении одной или нескольких мобильных станций у сервера СОМ. Сервер включает функцию определения местоположения, обрабатывает полученную информацию о местоположении и передает ее абоненту.

 

Сервер должен определять местоположение мобильной станции с заданным качеством обслуживания. Ответ на запрос об определении местоположения передается в строго определенном стандартном формате.

 

Как работает сервер СОМ

 

Сервер СОМ состоит из нескольких модулей для обслуживания СОМ-клиентов (рис. 4), объединенных различными интерфейсами.

 

В зависимости от применяемой технологии определения местоположения мобильная станция не обязательно должна поддерживать функции определения местоположения. Однако для обеспечения сохранности личной тайны абонента и управления доступом к информации о местоположении мобильная станция, как правило, оказывается вовлечена в процесс определения местоположения.

 

Для описания функций, доступных для клиента СОМ, вводится понятие клиентской функции определения местоположения (Location Client Function, LCF). Эта функция отвечает за взаимодействие клиентского программного обеспечения с сервером СОМ по стандартному интерфейсу.

 

Логическая модель сервера СОМ состоит из четырех подсистем.

 

Подсистема поддержки клиентов. Функция управления клиентами (Location Client Control Function) в этой подсистеме обеспечивает внешний интерфейс с функцией определения местоположения, выполняет верификацию и авторизацию клиентов посредством вызова функции авторизации (Location Client Authorization Function), проверяет полученный результат определения местоположения на соответствие заявленным требованиям качества обслуживания, управляет потоком принимаемых запросов, при необходимости вызывает функцию преобразования системы координат, полученных в процессе измерений, в затребованную клиентом СОМ систему координат (Location Client Coordinate Transformation Function).

 

Подсистема поддержки СОМ. Реализует функцию управления СОМ (Location System Control Fun-ction), а именно:

 

• определяет поддерживаемую мобильной станцией технологию определения местоположения;

 

• выделяет необходимые для обработки запроса ресурсы сети; если необходимо, вызывает мобильную станцию (например, для определения времени распространения сигнала до мобильной станции);

 

• направляет запросы в подсистему определения местоположения;

 

• вызывает функцию биллинга (Location System Billing Function), которая отвечает за сбор и формирование записей, необходимых для выставления счетов клиентам;

 

• направляет результаты обработки запросов функции управления клиентами в подсистему поддержки клиентов.

 

В подсистему поддержки СОМ входит и функция технической поддержки (Location System Operations Function). Эту функцию все подсистемы сервера СОМ используют для обработки ошибок, возможных аварийных ситуаций; она также предоставляет интерфейс для управления базами данных подписки на услуги, доступом к услугам формирования статистики, контроля характеристик и рабочих параметров СОМ.

 

Кроме того, к подсистеме поддержки СОМ относят функцию управления измерительными модулями (LMU Mobility Management Function) и функцию поддержки широковещательного распространения вспомогательных данных (Location System Broadcast Function), необходимых, например, для технологий E-OTD и A-GPS.

 

Подсистема поддержки подписчиков. Эта подсистема реализует функцию авторизации подписчиков на услуги определения местоположения (Location System Authorization Function) и функцию обеспечения конфиденциальности (Location System Privacy Function). Задача этих функций – проверить, возможно ли предоставить информацию о местоположении для конкретного абонента. Если функция определения местоположения выполняется в мобильном терминале, то задача сводится к проверке того, подписан ли данный абонент на услугу определения местоположения соответствующего типа.

   

Рынок СМиДА

 

Одним из наиболее массовых и перспективных направлений коммерческого внедрения глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС являются инфокоммуникационные услуги мониторинга и диспетчеризации автомобильного транспорта. В исследовании, проведенном в 2009 г. компанией «Современные телекоммуникации» по заказу ассоциации «ГЛОНАСС/ГНСС-Форум», были проанализированы особенности более 60 комплексных решений систем мониторинга и диспетчеризации автомобильного транспорта (СМиДА) на отечественном рынке. География компаний, представивших свои решения, практически полностью перекрывает все регионы России.  

На рынке сформировалась группа компаний-лидеров, которые не только предлагают свои решения, но и имеют уже достаточно богатый опыт внедрения: от 10 тыс. до 60 тыс. комплектов бортовых терминалов и до 1500–2000 рабочих мест диспетчерских систем. Тем не менее рынок СМиДА еще далек от насыщения, а достигнутый уровень производства ОЕМ-решений с приемниками ГЛОНАСС/GPS открывает доступ на него для новых разработчиков. По оценке компании «Современные телекоммуникации», в ближайшие три-пять лет объем рынка СМиДА будет составлять порядка

10 млн комплектов бортового оборудования.  

В настоящее время для передачи речевых сообщений и данных в этих системах используются службы пакетной передачи данных GPRS сетей подвижной связи стандарта GSM. Таким образом, операторы беспроводных сетей могут рассчитывать на расширение своей абонентской базы на 10 млн за счет абонентов телематических услуг. Но все это станет реальностью в том случае, если потребителю будут предложены новые востребованные услуги.

 

Терминалы СМиДА

 

В настоящее время основными функциями бортового терминала СМиДА является взаимодействие с системой ГЛОНАСС для определения местоположения и взаимодействие с сетью связи для обмена информацией с диспетчерским центром. Учитывая, что потребитель широкополосных услуг может находиться в зоне действия сетей с разной беспроводной технологией, необходимо иметь многодиапазонный терминал, обеспечивающий определение местоположения и передачу данных в интегрированной сети ГЛОНАСС/UMTS/Wi-Fi/WiMAX, т.е. реализовать в одном терминале несколько методов определения местоположения.  

На данном этапе выпуск таких терминалов представляется вполне реальным: разработчики микропроцессорной элементной базы перешли к созданию многоядерных процессоров, работающих по параллельным алгоритмам. Известны примеры чипов для систем позиционирования, использующих технологии GPS, Wi-Fi, Bluetooth, а также обеспечивающие поддержку четырехдиапазонных сетей GSM/GPRS/EDGE и трехдиапазонных UMTS/HSDPA**.

 

** Широкополосная связь в России в начале XXI века. Под ред. Л.Е. Варакина и Ю.С. Шинакова. – М.: МАС, 2008.

 

Подсистема определения местоположения абонентов. Обеспечивает функцию определения местоположения в радиоподсистеме (Positioning Radio Coordinating Function). Эта подсистема отвечает за общую координацию и выделение ресурсов радиоподсистемы для проведения измерений, определяет технологию определения местоположения с учетом затребованного качества обслуживания, вызывает функцию измерения параметров сигнала при определении местоположения (Positioning Signal Measurement Function), передает результаты измерений функции вычисления местоположения (Position Calculation Function). Когда в процессе определения местоположения необходимо взаимодействие множества различных элементов сети, активируется вспомогательная функция радиоподсистемы при определении местоположения (Positioning Radio Assistance Function).  

Основные информационные потоки в системе определения местоположения – это потоки запросов и потоки результатов определения местоположения. Запрос содержит следующую информацию:

 

• идентификатор мобильной станции;

 

• идентификатор клиента определения местоположения;

 

• требуемое качество обслуживания;

 

• тип запрашиваемого местоположения, например текущее или последнее известное;

 

• приоритет запроса;

 

• тип используемой клиентом СОМ системы координат.

 

Запросы могут требовать немедленного, отложенного или периодического отклика.

 

Структура СОМ в сети WiMax

 

В рамках сети WiMax система определения местоположения логически может быть реализована в виде центра определения местоположения (Mobile Location Center, MLC), а точнее, в виде двух его компонентов: сервисного центра (Serving MLC, SMLC) и шлюзового центра (Gateway MLC, GMLC). Структурная схема сети WiMax с поддержкой функции определения местоположения приведена на рис. 5.

 

Шлюзовой центр определения местоположения выполняет функции описанной выше подсистемы поддержки клиентов СОМ. В одной ASN может быть более одного шлюзового центра.

 

Сервисный центр определения местоположения выполняет функции остальных подсистем сервера СОМ, т.е. обрабатывает сообщения о местоположении и на базе используемой системы координат (например, декартовой) окончательно рассчитывает координаты и точность полученного результата. Лучше всего размещать SMLC в радиоподсистеме БС.

 

За данными для измерений SMLC обращается к стационарным измерительным модулям LMU. Последние могут быть двух типов: модули типа А подключаются по радиоканалу, а модули типа В входят в состав радиоподсистемы БС.

 

Информация из сервисного центра SMLC поступает в шлюзовой центр GMLC, который является защищенным граничным пунктом для внешних модулей, запрашивающих данные о местоположении конкретного абонента. GMLC не только обеспечивает связь с внешним миром, но и предоставляет данные о местоположении, определяя IP абонента.

 

Шлюзовой центр представляет информацию в нескольких форматах. Решение о том, предоставлять услуги определения местоположения третьей стороне или нет, принимает оператор, что требует выполнения ряда служебных функций, таких как аутентификация, ведение счетов, контроль оплаты и т.д.  икс 

        

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!