LTE定位业务系统及用户所在小区网络标识获取方法研究

 摘要：

　　简要论述了LTE(长期演进)定位业务系统方面的内容，就LTE定位业务系统在网络架构、网元功能和2G及3G中的定位业务系统进行了比较，并就如何直接获取用户所在小区网络标识的问题进行了探讨。

　　1 引言

　　当前，移动通信系统蓬勃发展，相关的移动通信业务也不断涌现。其中定位业务即在移动通信网络中，借助定位系统计算出用户当前所在的位置，然后基于用户的位置信息提供对应的服务。本文将就LTE定位业务系统在网络架构、网元功能和2G及3G中的定位业务系统进行比较，并就在LTE定位业务系统中如何直接获取用户所在小区网络标识的问题进行探讨。

　　2 移动通信定位业务系统架构简述

　　2.1 2G与3G的定位业务系统(见图1)

               图1 2G/3G定位业务系统架构

    　　从图1中可以看出，对于2G和3G的定位业务系统，使用控制平面方式实现定位业务，其核心设备即GMLC：网关移动定位中心，它同2G及3G中的传统核心网络实体MSC，SGSN，HLR等设备之间通过No.7信令网相连。

　　GMLC主要包括三个功能，即提供面向定位系统的接口、提供面向本地地理信息系统(GIS)的接口和提供面向本地CP的接口。

　　GMLC负责接收定位结果，再将定位结果发送给CP或外部LCS Client等使用位置信息的应用实体。GMLC同时可以对请求LCS Client进行鉴权和授权检查，实现基本的安全和保密控制。

　　2.2 LTE的定位业务系统和定位技术

　　(1)LTE定位业务系统

　　与2G/3G中使用控制平面方式实现定位业务不同，LTE系统中的定位业务可通过控制平面、用户平面或者两者结合实现。

　　如图2所示，LTE的定位业务系统在2G和3G定位业务系统的架构基础上进行了新网元的引入及功能的增强，最重要的改进就是引入了E-SMLC(Evolved Serving Mobile Location Center)，演进的服务移动位置中心，其功能是将客户端请求的位置要求转化为相应的UTRAN测量参数，并选择定位方法。对返回的位置估计计算最终结果和精度，该工作在2G和3G网络中一般都是交由外部第三方服务器来完成的。

    　　图2 LTE定位业务系统架构

    　　LTE网络在网内引入E-SMLC的好处是由于该网元位于运营商网络内部，故以前交由第三方负责的定位结果计算等工作可由运营商独立完成，运营商在此功能上更具自主性，相关的管理维护工作也更容易完成。

　　2G和3G定位系统中原有的GMLC仍然保留，负责提供外部LCS客户端到移动网络的介入，将位置请求和应答转发到用户当前的MME/SGSN，并负责LCS客户端的认证和鉴权。

　　还引入了几个相关的功能模块，包括：

　　●LRF(Location Retrieval Function)：位置获取功能实体，为外部LCS Client获取与UE有关的位置信息，包括要求定位的实体、临时位置信息、初始定位信息和更新的定位信息。

　　●PPR(Private Profile Register)：私密信息存储器，存储移动用户的私密性信息，执行私密性检查并返回检查结果。

　　●RDF(Routing Determination Function)：路由功能实体，在紧急呼叫中为E-CSCF提供合适的目的地址。

　　(2)LTE定位方法

　　LTE定位业务系统通常采用三种定位方法，即辅助全球导航卫星系统(A-GNSS，Assisted Global Navigation Satellite System)，下行到达时间观测差和增强小区ID。

　　●A-GNSS。结合网络基站信息和卫星导航信息对移动台进行定位的技术。

　　●下行到达时间观测差OTDOA。支持UE辅助的OTDOA定位方法，最终的位置计算工作在计算中心进行。

　　●E-CID：增强小区ID。获取目标手机所在的小区ID来确定其所在的位置，非连接态终端可通过寻呼、跟踪区更新来获取其所处的小区ID。
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3 LTE定位业务系统用户所在小区标识获取方法探讨

　　3.1 定位流程(见图3)

    　　图3 定位流程

    　　以LTE定位业务系统中基于增强小区ID定位技术为例。

　　(1)由客户端发起定位请求。

　　●客户端发送定位请求到移动定位中心(GMLC)。

　　●GMLC进行客户端的鉴权。

　　●鉴权如果失败，则向客户端返回失败消息并结束定位流程。

　　●鉴权如果成功，GMLC会向HSS发送定位请求。

　　●HSS向GMLC返回用户移动终端所在MME地址。

　　(2)GMLC向用户移动终端所在MME请求CELL-ID等相关信息。

　　(3)处于连接态(CONNECTED)的被定位用户当自身发生小区位置变化时，将会向MME主动上报变化后的CELL-ID，使MME得知其所在位置。如果被定位用户处于空闲态(IDLE)，MME将发起业务请求过程将其置于连接态(CONNECTED)，在此过程中MME将获得用户当前所在小区的CELL-ID。

　　(4)MME向被定位用户UE查询其隐私设置情况，看该UE是否允许被定位。

　　(5)被定位UE返回隐私查询结果给MME，如通过隐私检查，则进行后续定位流程；如不通过，发送定位失败消息给MME。

　　(6)MME向E-SMLC发起定位请求，该消息中包含MME中存储的被定位用户CELL-ID。

　　(7)E-SMLC进行定位方式选择等相关定位流程。

　　(8)E-SMLC将获得的用户位置参数进行计算，算出被定位UE的实际地理位置信息，将此信息作为定位响应消息传送给MME。

　　(9)MME将定位响应消息作为应答返回给GMLC。

　　(10)GMLC将应答消息作为定位结果返回给客户端。

　　在LTE网络中某些业务在获取定位结果时仅需要获取用户位置参数，并不需要将用户位置参数转换为实际的地理位置，比如LTE网络侧的推送业务，当进行网络向用户的数据推送时，业务推送服务器需要通过定位业务知道被推送用户所处的位置，业务推送服务器通过用户位置参数CELL-ID即可获知用户所在位置并完成后续的推送工作，无需通过E-SMLC计算用户实际的地理位置。此时E-SMLC执行的被定位用户所在小区CELL-ID与实际地理位置的计算工作为不必要流程。

　　在这种场景下，E-SMLC无须将被定位用户的所在小区CELL-ID计算成最终实际的位置信息，MME可直接将CELL-ID发送给业务推送服务器。

　　3.2 MME直接将CELL-ID发送给业务推送服务器的具体流程(见图4)

        　　图4 MME直接将CELL-ID发送给业务推送服务器的流程

    　　(1)由业务推送服务器发起定位请求

　　●业务推送服务器发送定位请求到移动定位中心(GMLC)。

　　●GMLC进行业务推送服务器的鉴权。

　　●鉴权如果失败，则向位置信息使用方返回失败消息并结束定位流程。

　　●鉴权如果成功，GMLC会向HSS发送定位请求消息。

　　●HSS向GMLC返回用户移动终端所在MME地址。

　　(2)GMLC向用户移动终端所在MME发送定位请求，该请求要求MME直接提供用户移动终端所在小区CELL-ID。

　　(3)处于连接态(CONNECTED)的被定位用户当自身发生小区位置变化时，将会向MME主动上报变化后的CELL-ID，使MME得知其所在位置。如果被定位用户处于空闲态(IDLE)，MME将发起业务请求过程将其置于连接态(CONNECTED)，在此过程中MME将获得用户当前所在小区的CELL-ID。

　　(4)MME向UE查询其隐私设置情况，看该UE是否允许被定位。

　　(5)被定位UE返回隐私查询结果给MME，如通过隐私检查，则进行后续定位流程，如不通过，发送定位失败消息给MME。

　　(6)MME将CELL-ID直接作为应答消息返回给GMLC。

　　(7)GMLC将包含CELL-ID的应答消息作为定位结果返回给业务推送服务器。

　　LTE/EPC网络定位系统中的GMLC在对定位客户端进行鉴权时如果检测到定位客户端是业务推送服务器，则在发送给MME定位请求消息时通知MME直接提供被定位用户移动终端所在小区CELL-ID。为能实现此功能，GMLC与MME间的SLg接口需支持包含GMLC要求MME直接提供被定位用户移动终端所在小区CELL-ID内容的定位请求消息。

　　GMLC要求MME直接提供被定位用户移动终端所在小区CELL-ID时，MME在完成隐私检测后，直接将内部存储的用户所在小区CELL-ID作为响应消息发送给GMLC。

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　4 结束语

　　现有LTE系统针对网络侧推送业务中的定位实现流程并未明确规定。在这种特定场景下，通过E-SMLC无须将被定位用户所在小区的CELL-ID计算成最终实际的位置信息，MME直接将CELL-ID发送给业务推送服务器的方法，可简化该特定环境下LTE定位系统中的位置参数获取流程，减少了网元之间的信令交互，加快了位置参数获取速度，有利于完善LTE系统网络侧推送业务流程。这种方法也可适用于任何仅需获取小区的CELL-ID，可实现后续数据分析工作的业务服务器。