TC11WG1033具有关联信息提供能力的紧急报警系统技术研究第二次讨论稿.docx
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TC11WG1033具有关联信息提供能力的紧急报警系统技术研究第二次讨论稿
中国通信标准化协会
课题编号:
2013B20
具有关联信息提供能力的紧急报警系统技术研究
(第二次讨论稿)
工业和信息化部电信研究院
中国泰尔实验室
2013.11
目录
目录2
1课题范围3
2国外现状3
2.1美国现状3
2..2日本现状4
2.3欧洲现状4
3移动定位技术介绍4
3.1移动定位技术简介4
3.2CELL-ID定位技术5
3.3AGPS定位技术7
3.3.1AGPS定位平台8
3.3.2AGPS定位技术实现流程9
4各种报警方式可行性分析11
4.1短信报警11
4.2彩信报警12
4.2.1彩信传输机制12
4.2.2彩信报警实现分析13
4.3视频报警16
4.3.1视频报警传输架构17
5提供关联信息的紧急报警系统架构18
5.1基于CELL-ID的移动报警定位19
5.2基于AGPS的移动报警定位19
6直放站环境下报警定位可行性分析20
6.1直放站工作原理20
6.1.1直放站的监控中心22
6.1.2南向接口协议22
6.2直放站定位方案23
6.2.1直放站的新模块24
6.2.2报警数据组包25
6.2.3报警数据传输26
7课题标准研究建议27
7.1基于对移动终端的性能评估27
7.2定位与隐私保护27
7.3报警号码融合27
1课题范围
公共安全是当前社会一项重要并具有挑战性的工作,当报警人遭遇危机时,绝大多数报警人都会通过语音的形式向各类报警指挥中心寻求帮助,在某些客观因素上造成了报警人与接警员交流的困难,不利于接警员明确报警人的所在位置。
另外,根据2012年的数据统计我国移动电话总数达到10.8亿户,面对这一巨大的群体,各类报警指挥中心应针对移动报警用户提供有效、保障性的报警服务,并根据手机多功能的特点,应对移动报警用户开通多渠道的报警方式。
另外,在明确移动报警人的具体位置上,定位技术为报警指挥中心提供了有效的技术手段,为确定报警人位置提供了可能。
但是在当前信息通信快速发展的情况下,我国在公共应急、安全保障等领域还是相对滞后的。
具有关联信息提供能力的紧急报警系统主要是指利用现代通信技术,在报警人通过通信系统向各类紧急报警(在我国,主要包括110、122、119、120以及999)指挥中心报警时,各类报警指挥中心能及时准确地提供报警人的个人信息及定位信息的处置系统。
该系统可以根据具体情况承载话音、短信、彩信及视频报警。
本课题将深入研究具有关联信息提供能力的紧急报警系统的实现方法,解决网络信息整合、组织和传输问题,解决报警指挥中心接警系统与网络的接口问题,以及多种形式接警问题。
还要同步处理好系统冗余可靠性、信息安全相关问题。
在研究过程中还要处理特定环境定位问题,个人信息提取、整合传输等关键问题。
为制定相关技术标准奠定基础。
2国外现状
2.1美国现状
1996年6月美国联邦通信委员会(FCC)通过了一项法令强制推行911无线服务(E911)。
美国E911第一阶段采用了基站定位技术(即CELL-ID定位技术),Verizon在2001年12月推出了基于AGPS技术的定位业务,以用来满足E911第二阶段的需求。
目前E911的报警方式还是以语音为主,FCC早在2010年就有计划开通E911的短信功能,当时的计划还包括带图片和视频的彩信功能,但这项功能从来都没有变成现实。
截止到2012年,Verizon才为公众开通了短信报警的功能。
2..2日本现状
从2007年4月开始,日本境内可通过具备GPS功能的手机向警察局等报警指挥中心进行报警,指挥中心可通过GPS定位技术对报警人实施定位。
不具备GPS功能的手机,指挥中心可通过基站所在地定位其位置,即采用CELL-ID定位。
日本目前并未推出使用短信报警的服务。
视频,彩信的报警方式也未开通。
2.3欧洲现状
欧洲委员会于2002年9月公布了E112计划草案,要求移动运营商为相关的紧急服务提供报警人详细的位置信息。
草案中规定,所有的运营商最低限度应采用CELL-ID技术来提供位置信息。
3移动定位技术介绍
3.1移动定位技术简介
目前,移动定位技术可分为基于移动终端和基于网络的两类定位方式。
基于移动终端的定位是由移动终端根据相关的定位信息,按照一定的算法对其自身位置进行估算,从而得出自身的位置信息。
GPS定位技术采用的就是这种定位方案。
基于网络的定位方案是由移动通信网的网络侧负责计算出目标移动终端的位置信息。
如CELL—ID定位技术。
除此之外,还出现了网络辅助GPS(AGPS,Assistant-GPS)定位等混合定位技术。
各移动定位技术的特点以及性能参数等信息如下表1所示。
表1移动定位技术简介
序号
定位技术
定位性能参数
对终端的改动
对网络的改动
可行性
1
CELL-ID
定位精度取决于蜂窝小区的半径,精度最低,郊区和农村基站分布较少的地区无法满足要求
无
无
在紧急服务中,美国、日本及欧洲都在不同时期采用过这种定位技术。
2
TDOA
TDOA定位技术可应用于各种移动通信系统(GSM、WCDMA、窄带CDMA和CDMA2000中),尤其适合CDMA系统。
无
需改造基站设备
/
3
AGPS
建立一个与移动通信网相连接的GPS参考网络,用以缩短GPS接收机的响应时间与提高定位精度
此外,为了解决在室内及在市区高大建筑物旁的移动终端难以接收GPS信号的缺陷,AGPS定位方式还考虑以移动通信网络的CELL-ID作为备份方案
手机中内置GPS接收机
网络与终端均能接收GPS信息,无需对现有的无线蜂窝网络做任何改动
应用广泛
4
AoA
优点是改善了天线增益模式和话音质量,可以工作在话音信道上,但不适合用于高楼林立的城市等电波传播环境复杂的地区
/
基站侧需要采用定向天线
每个基站需要4—12组的天线阵列,实现比较复杂,投资大
3.2CELL-ID定位技术
CELL-ID定位技术在移动紧急报警定位服务中起到了关键性的作用,美国、欧洲和日本等国都在不同的时期采用了CELL-ID定位技术作为移动紧急报警定位服务的主流技术。
由于CELL-ID定位技术无需对现网与移动终端进行升级改造,因此可以满足现阶段的应用。
目前,北京市交管局采用的就是CELL-ID定位技术。
CELL-ID定位技术的原理是当移动台注册后,网络通过对终端进行寻呼,以获得终端所处的基站小区号,即CELL-ID,再将CELL-ID传至SMLC转换为经纬度信息。
以GSM网络为例,CELL-ID定位技术的实现流程如下图1所示:
图1CELL-ID定位流程图
客户需要查询移动终端的位置时,首先客户将向GMLC(网关移动定位中心)发起对MS的位置查询请求,该请求中携带移动终端的号码。
GMLC根据MS的号码判断其HLR地址,向HLR发送MAPSENDROUTINGINFOFORLCS(发送路由)信息,并取回MS所在的VMSC地址。
GMLC得到MS所在的VMSC地址后,向其发送MAPPROVIDESUBSCRIBERLOCATION(提供位置)信息,根据VMSC存储着MS所在的位置区识别号(LAI),VMSC可通过BTS对其LA区域进行寻呼,从而获得MS所在的基站CELL-ID号。
VMSC将此CELL-ID号以BSSMAP-LEPERFORMLOCATION的消息形式发送到MS当前所在的SMLC(该SMLC基于NSS)。
当SMLC基于BSS时,VMSC首先向MS所在的服务BSC发送BSSMAPLOCATIONREQUEST(位置请求)消息,服务BSC收到请求消息后,再将向SMLC发送BSSMAP-LEPERFORMLOCATION消息,该消息包括MS所在的基站CELL-ID信息。
经由SMLC进行定位计算,将CELL-ID号转换成经纬度信息。
计算完成后,对基于NSS的SMLC,由SMLC直接将相关位置信息返回到VMSC,VMSC再将经纬度信息返回到GMLC,最终将位置信息传送至客户。
对基于BSS的SMLC,首先将SMLC得到的经纬度信息返回到MS服务区的BSC,再由BSC以BSSMAP-LEPERFORMLOCATIONRESPONSE消息的形式转发到VMSC,再将经纬度信息传至客户。
3.3AGPS定位技术
AGPS(AssistedGlobalPositioningSystem)即为网络辅助的全球定位系统,这种定位技术需要网络和移动终端都能够接收到GPS信息,是一种结合了网络基站信息和GPS信息对移动终端进行定位的技术。
该技术在室外的定位精度可达3-20米,是目前精度最高的一种定位技术。
另一方面,利用网络来传输相关的GPS辅助信息,可以大大减少对GPS信号的捕获时间。
此外,为了解决终端在室内难以接收GPS信号的现象,AGPS定位技术还采用了CELL-ID定位技术作为备用方案。
AGPS定位技术需要在移动网络中部署一套定位平台及GPS参考网。
GPS参考网是一个GPS信号接收网络,参考网络中部署了多台GPS接收机以及一个GPS信息管理平台。
一旦启动AGPS定位流程,移动终端首先向定位平台返回自己当前所在的小区号(即CELL-ID)。
定位平台根据CELL-ID可得到移动终端所在小区基站的经纬度信息,并查询GPS参考网中的GPS信息管理平台,通过基站的经纬度信息找出其基站上空当前的卫星信息,然后将这些信息返回至移动终端。
此时移动终端利用这些信息来捕获卫星信号并解调信号,计算出终端至卫星的伪距,再将这一测量信息返回至定位平台,并由定位平台完成对移动终端的位置测量。
如果移动终端在室内,定位平台可以采用非AGPS定位技术,即利用CELL-ID定位技术对终端实施定位。
AGPS定位技术分为控制面(ControlPlane)和用户面(UserPlane)两种实现方式。
控制面方式实现的AGPS定位技术需要对现网的大部分核心网网元进行升级和改造。
用户面方式实现的AGPS定位技术无需对现网的网元进行升级改造,只需要在网络中增加定位平台和在终端添加相应的AGPS模块即可。
目前,多数运营商都采用UserPlane的方式进行部署。
基于UserPlane的AGPS定位技术有两种标准,一种是SUPL标准,适用于GSM/GPRS/WCDMA网络;另一种是3GPP2IS801标准,适用于CDMA网络。
本课题的研究采用了基于UserPlane的SUPL方式实现AGPS的定位技术。
SUPL(安全用户层定位技术)是使用用户层数据承载(采用的是GPRS网络),来传送位置信息的,并在定位平台与移动终端之间传送与定位相关信息的一种技术。
3.3.1AGPS定位平台
图2AGPS定位平台系统结构
图2为AGPS定位系统结构图,下面对相关模块进行说明:
(1)位置中心模块:
该模块由代理模块和业务管理模块组成,两个模块被集成在位置中心里,该模块的作用是对第三方客户进行鉴权验证。
(2)定位中心模块:
该模块由核心网接入模块和服务移动定位中心模块组成,两个模块集成在定位中心里。
该模块的作用是负责与移动终端交互AGPS信息,并计算移动终端的位置。
3.3.1.1主要接口介绍
在AGPS定位平台系统结构中有诸多接口,其中Lup接口起到了定位平台与移动终端交互定位信息的作用。
Lup接口的功能从逻辑上可分为定位服务管理接口和定位计算接口。
其中,定位服务管理接口用于在定位平台和移动终端之间建立会话。
定位计算接口在移动终端和定位平台之间用于传送定位过程中的信息,具体会话消息内容如表2所示:
表2SUPL消息
3.3.2AGPS定位技术实现流程
当移动终端在室内或无法接收到GPS信号时,AGPS定位技术可以采用CELL-ID的定位技术作为补充技术对终端实施定位。
定位平台除了提供AGPS定位算法外,还提供了一种基于CELL-ID定位的方法,即利用MAP-ATI的定位方式,以GSM网络为例,基于网络的MAP-ATI方式使用GSM网络中称为MAP随时询问MAP-AnyTimeInterrogation的标准化MAP信令来获取基站小区识别号(CELL-ID)。
为了支持这种技术,GSM网络需要支持以下信令:
HLR支持MAP-ATI方式,MSC支持MAP-PSI信令(MAP-ProvideSubscriberInfo)。
为了保证ATI提供移动终端最新的位置信息,网络可以向移动终端进行寻呼(Paging),具体的流程如下图3所示:
图3MAP-ATI技术
AGPS定位流程主要是基于定位平台的,它不仅提供了基于CELL-ID定位技术的MAP-ATI定位方式,还支持AGPS本身的定位技术,具体流程如图4所示:
图4AGPS定位实现流程
定位平台经Le接口接收来自网络侧客户的定位请求,首先由定位平台中的位置中心模块进行鉴权验证、鉴权通过后经Lh接口向HLR发送MAP-ATI信令,用来获取移动终端当前所在的基站小区号(CELL-ID),具体流程为基于网络的MAP-ATI定位方式。
定位平台通过Lup接口向移动终端发送SUPLINIT消息,移动终端收到SUPLINIT消息后,自动与定位平台进行连接,并向定位平台发送SUPLPOSINIT消息,此消息中含有移动终端当前所在的CELL-ID信息,定位平台将CELL-ID信息转换成经纬度信息后,向GPS参考网请求GPS辅助数据,并查询GPS参考网中的GPS信息管理平台,通过基站的经纬度信息找出移动终端所在基站当前上空的卫星信息,并使用SUPLPOS消息将该信息通过Lup接口发送至移动终端。
移动终端利用这些信息来捕获卫星信号,再将测量信息返回至定位平台,最终由定位平台进行位置估算。
一旦定位计算完成,定位平台将向移动终端发送SUPLEND消息,用来通知移动终端此次定位会话结束。
最后,定位平台可通过定位应答消息向客户返回移动终端的位置。
4各种报警方式可行性分析
4.1短信报警
目前,公安部已向全国推广了短信报警服务,短信报警号码为12110。
目前,大部分城市已经实现了短信报警的服务。
短信报警的实现机制是由运营商为指挥中心提供相应的网关及接口,从而获取报警短信。
以中国移动用户为例,报警终端根据携带的短信息中心号码将报警短信提交给归属地的短信中心,短信中心通过SMPP协议与短信网关相连,短信网关通过相应接口与传输协议将报警短信上传至短信报警平台,短信报警平台通过接口最终将报警短信上传至接警席。
如下图5所示:
图5报警短信的传输
对于聋哑人及不方便发出声音进行报警求助的报警人,短信报警具有重要的意义。
但是,如果报警人处在漫游状态下,如GSM网络,短信报警服务还不能像话音报警那样可以自动接入到报警人漫游地的公安机关的接警席。
报警短信首先根据报警人手机中的短信中心号码被发送至其归属地的短信中心,再转发至报警人归属地的公安机关的接警席,公安机关的接警席再将报警信息转发至报警人漫游地的公安机关的接警席进行受理。
因此短信报警会产生一定的时延,报警信息可能无法第一时间到达报警人漫游地的公安机关的接警席,因此会对报警人的生命财产安全造成影响。
4.2彩信报警
4.2.1彩信传输机制
彩信(MMS)是短信(SMS)的进一步扩展。
彩信不仅仅局限于文本信息,还可以传递更为丰富的信息,比如图像、音频、视频等数据信息,以满足移动用户日益提高的信息沟通需求。
在网络承载方式上彩信基于GPRS的网络进行承载,如下图6所示
图6彩信的传输机制
(1)WAP网关:
彩信使用WAP无线会话协议WSP作为彩信的传输协议,为了在彩信中使用WSP协议,需要一个WAP网关与彩信中心相连。
(2)重定向器:
该网元负责用户归属地彩信中心的路由选择,例如移动用户1将彩信发至归属地彩信中心之前,需由WAP网关访问重定向器,重定向器根据移动用户1的终端号码判断其归属的彩信中心。
(3)ENUM-DNS:
即电子编号域名服务器。
该网元保存着根据手机号码查询归属彩信中心的路由数据,彩信中心根据对端的手机号码查询ENUM-DNS并获得相应的归属彩信中心。
(4)彩信中心:
彩信中心是用来存储与转发彩信的网元,它的存储转发机制与短信中心类似,唯一的区别在于接收端需要“主动地”从彩信中心提取彩信。
(5)短信中心(SMSC):
当接收端的归属彩信中心收到彩信时,彩信中心将通过短信中心(SMSC)转发一条以短信形式的“通知”,通知接收端对其进行接收。
接收端收到该“通知”后,可自动连接至归属地的彩信中心以提取彩信。
在图6中,
(1)移动用户1编辑彩信,并通过GPRS网络采用WSP协议将彩信发送至所在地的WAP网关。
(2)WAP网关向重定向器发起请求,该请求中包含移动用户1的MSISDN信息,重定向器根据其MSISDN进行分析并向WAP网关返回移动用户1的归属彩信中心。
(3)WAP网关将彩信发至彩信中心,彩信中心向ENUM-DNS发送请求,该请求中包含移动用户2的MSISDN信息,ENUM-DNS根据该号码进行分析并判断移动用户2的归属彩信中心。
(4)彩信将从移动用户1的归属彩信中心发送至移动用户2的归属彩信中心。
(5)移动用户2的归属彩信中心通过WAP网关发送一条以短信形式的“通知”至短信中心(SMSC),短信中心再将该“通知”传至移动用户2,提示用户需从彩信中心取回彩信。
(6)移动用户2根据“通知”可自动连接至自己的归属彩信中心,并提取此条彩信。
4.2.2彩信报警实现分析
彩信作为一种新型的报警方式,不仅为报警人提供了一种新的报警渠道,同时也为接警席提供了更加直观具体的报警内容。
比如,通过手机摄像头拍下犯罪分子的面貌及事故现场等画面,通过手机录下犯罪分子的声音,这些直观的信息都可以作为发送至报警指挥中心接警席的犯罪证据。
目前,我国还未开通彩信报警的服务。
彩信报警的实现机制可以参照中国移动为用户与业务集成商开通的业务信息的交互机制。
其中,包括了支持MO的彩信业务,移动用户可通过彩信经彩信中心发送至业务集成商。
该业务使运营商在彩信的组网中添加了新的网元,即应用网关(IAGW)。
该网关的功能是统一接入移动用户的上行彩信信息,使其形成一条专线的形式进行连接传输。
此业务的实现机制为彩信报警的实现机制提供了参考。
以上述为例,彩信报警同样应由运营商提供专门的彩信报警网关,并提供与彩信中心之间的接口。
彩信报警网关的功能类似于上述实例中的应用网关IAGW,它提供了报警彩信的统一接入,并通过专线将报警指挥中心与彩信报警网关进行连接,提供了一条安全、便捷的报警彩信传输通道。
因此,彩信报警的传输流程如下图7所示:
图7彩信报警传输流程
(1)移动报警终端编辑报警彩信,并通过GPRS网络采用WSP协议将报警彩信发送至报警终端所在地的WAP网关。
(2)WAP网关向重定向器发起请求,该请求中包含移动报警终端的号码(MSISDN)信息,重定向器根据MSISDN进行分析并向WAP网关返回移动报警终端的归属彩信中心。
(3)WAP网关将报警彩信发至彩信中心,彩信中心向ENUM-DNS发送请求,该请求中包含了指挥中心提供的报警号码,ENUM-DNS根据该号码进行分析并判断指挥中心的归属彩信中心。
(4)彩信将从移动报警终端的归属彩信中心发送至指挥中心的归属彩信中心。
(5)指挥中心的归属彩信中心通过相应的接口将报警彩信发送至彩信报警网关,再通过专线将报警彩信发送至指挥中心。
作为新的报警方式,彩信报警首先需将报警彩信发至报警人归属地的彩信中心。
当报警终端在归属地使用彩信进行报警时,需要使用归属地WAP网关和归属地彩信中心,报警彩信的路由过程如下图8所示。
当报警终端在漫游状态下使用彩信报警时,就近接入WAP网关,即接入漫游地WAP网关,使用归属地彩信中心,路由过程如图9所示。
与短信报警类似,彩信报警也会造成一定的时延。
图8报警终端在归属地报警的路由过程
图9报警终端在漫游地报警的路由过程
4.3视频报警
传统的电话、短信报警的最大弊端是无法看到报警现场,无法判断报警人是否误报。
如果指挥中心在接到报警时,不仅仅局限于报警人的描述,而是可以看到现场的实时视频画面,就可以对情况进行更加准确的判断,并实时的了解紧急情况的发展趋势。
因此开展视频报警的服务具有现实意义。
目前,基于公众运营平台的视频监控系统已经投入运营多年,随着3G业务的发展,该业务已经向手机终端扩展,主要形式是以手机作为视频监控客户端,实现“任何时间、任何地点、任何设备”对现场的实时监控。
由于种种原因,以手机作为监控前端,手机视频报警至今没有出现。
视频监控的出现为视频报警方式提供了可行性的参考,并需要考虑以下问题。
Ø报警指挥中心和运营商系统的整合。
在手机上开展视频报警不可避免地涉及到和运营商现有网络和监控系统的融合。
视频监控业务系统具有完善的运营平台和支撑系统,该平台已经成熟。
因此将报警指挥系统和运营商的监控业务系统进行融合互通来支持视频报警是最直接和节省成本的方案。
Ø网络限制。
传统的GSM或GPRS网络受限于手机上行的链路带宽,同时限制了图像传输的实时性。
对于紧急报警这种实时性要求高的应用,实时性差阻碍了图像回传应用的发展。
另一方面,带宽受限也直接导致图像质量不高。
3G的出现使这些限制不再存在,已经可以满足图像传输的要求。
Ø手机硬件平台和操作系统。
CPU和内存处理低会直接影响数据编码延时。
另外,手机操作系统种类繁多,致使视频报警相应软件的可移植性差,也会限制应用的普及。
目前,主流的手机操作系统是以苹果手机为主的IOS操作系统、HTC为代表的Android操作系统以及WindowsMobile、黑莓等操作系统。
基于不同的操作平台,这些操作系统使在智能手机上安装统一的视频报警软件提供了可能。
4.3.1视频报警传输架构
综上所述,视频监控业务的总体组网结构进行参考,提出了以运营商现有监控业务平台为基础的视频报警可行性架构,如下图10所示:
图10视频报警可行性架构
如图10所示,视频报警可基于运营商现有的报警监控管理平台,使指挥中心可接收到报警者的紧急报警,并通过电视墙实时显示报警现场画面。
具体流程为,当移动报警终端进行报警时,运营商报警监控管理平台首先接收到报警呼叫,经查询,将此呼叫发送给相应的报警指挥中心,指挥中心接收呼叫,并开启视频和语音的通道,对现场进行实时监控,必要时发出报警联动功能。
视频报警功能基于现有运营商监控业务平台的实现,并通过运营商现有的IP承载网进行传输。
下面对图中的主要设备进行说明。
Ø报警设备:
在用户报警时实现视频、音频等信号的编码与传输。
Ø报警指挥中心:
实现实时监控的中心平台,主要功能包括实时多路图像显示,指挥中心应配备有负责系统管理和与其他系统进行报警联动的指挥控制终端,并配备电视墙进行多报警现场画面的实时显示。
每个报警指挥中心应具有与其他指挥中心互联的接口,以实现更大规模的信息共享和处理功能。
Ø运营商报警监控管理平台:
运营商通过管理平台实现报警监控业务的运营支撑和业务运营管理功能。
Ø运营商网络:
实现视频、音频、控制信息的传输。
5提供关联信息的紧急报警系统架构
具有关联信息提供能力的紧急报警系统架构是可将移动话音、短信以及彩信等报警方式与定位技术结合在一起,形成具有位置信息的话音报警、短信报警及彩信报警。
如下图11所示。
图11具有关联信息提供能力的紧急报警系统的架构图
移动报警终
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