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北美E911系統建設和發展初探

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  北美地區有一項政府強制的增強911電信服務,該項服務如果從1970年開始正式出現算起的話,已經走過了將近40年的發展歷程。通過撥打911這個簡單的號碼,不論你是何種身份,只要是在北美地區,都能夠及時得到包括警察、救火、醫療等多種救援服務。這里的奧秘就在于,接聽911電話的緊急呼叫服務中心不僅可以從話音中了解到撥打者所需要的救援類型,還可以通過文字或者地圖的方式了解到撥打者的位置。為此服務所需要建設的支撐體系非常龐大,電信運營商和政府等機構的付出不可小視。   下面,從移動通信網絡的角度來介紹E911系統的現狀和未來發展,希望能夠幫助中國運營商在類似E911系統的設計、方案選擇和標準化方面有所幫助。   北美無線增強911系統結構介紹   增強911服務的目的,一是電信系統可以識別所有用戶撥打的緊急呼叫,并自動將其路由到合適的公共安全應答點(PSAP),同時將用戶號碼和粗略位置一起帶給它。另外,該服務還要求公共安全應答點可以在接到電話后獲取撥打者的較準確的位置,以便于用文字或者地圖的方式顯示出來,供進一步救援之用。   這種服務在固定網絡中實現起來較為簡單:因為每一個固網電話號碼是和一個物理位置相關的;只要把全部的對應關系都搜集到數據庫中,公共安全應答點就可以根據用戶號碼查詢數據庫,并利用GIS系統來顯示用戶的位置。   但是,對于移動網絡來說,用戶的號碼(對于漫游和非法用戶而言)和位置都不是確定的信息,用戶的準確位置信息更是難以獲取。因此,美國聯邦通信委員會(FCC)分為兩個基本階段要求移動運營商提供增強911服務:一階段要求可以根據用戶的粗略位置將呼叫路由到正確的PSAP并攜帶用戶號碼;二階段要求PSAP可以獲取用戶較精確的位置。   由于移動通信運營商的網絡覆蓋區域和緊急服務區通常不是一一對應的,因此首先要建立移動網絡中每個基站小區和緊急服務區的對應關系,并依照它來把呼叫路由到合適的PSAP去。在現實中,由于多家運營商都需要建立和PSAP之間的冗余的信令和話音通路,從經濟的角度考慮,把上述路由功能集中到一些中心交換局,也就是SR(Selective Router)中去實現。這種交換局通常是由已經具備和PSAP之間物理鏈路的運營商管理,其他的運營商只需要利用這個基礎設施就可以了。   由于PSAP并不和每個運營商的設備全部對接,因此在獲取用戶較精確位置的時候,需要通過一個中間設備,也就是ALI(Automatic Location Identification)。由ALI從移動定位中心(圖1中的GMLC/MPC)獲取用戶較精確的位置信息。圖1表示了從移動運營商的角度來看的整個無線E911系統的完整架構。

  常用的E911定位方法   由于標準化的原因,GSM和CDMA網絡中計算并獲取用戶位置的系統架構略有不同,但都是在相對集中的設備中進行。其中,GMLC(Gateway Mobile Location Center)和MPC (Mobile Positioning Center)是負責會話控制和粗精度定位的,SMLC(Serving Mobile Location Centre)和PDE (Position Determining Entity)是負責計算終端精確位置的。   為了滿足FCC提出的E911二階段定位精度要求:定位精度在100m以內的概率不能低于67%,定位精度在300m以內的概率不能低于95%,在不同的網絡中,運營商分別選擇了不同的技術模式。在CDMA同步網絡中,采用的是基于終端的實現方案。在GSM網絡中主要是采用U-TDOA這種基于網絡的實現方式。   在基于終端的方案中,PDE(Position Determining Entity)采用高通的專利技術,實現了AGPS/AFLT/混合定位計算功能。這種方案需要終端支持GPS和專門的軟件協議。不過,北美地區的政府已經強制要求新入網終端都要具備GPS功能。   基于網絡的方案,對于運營商來說,成本更高一些,因為需要在網絡側部署大量的LMU(Location Measurement Unit)。當然,不少運營商也在試圖通過基于終端的SUPL AGPS方案來滿足FCC對定位精度的要求。   面向全IP時代911系統的發展   以美國和歐洲交通管理部門為首的相關機構提出了面向全IP時代的下一代911系統的構想。它的先進性體現在:不僅能夠承載語音,還能夠用文字、語音和圖像等多媒體形式更好地、自動地為緊急救援服務;PSAP的位置將變得不再重要,呼叫將根據地理坐標自動進行路由,并且系統可以支持轉接回退等功能;可以利用IP路由技術更好地處理鏈路擁塞問題。   在實現這個目標之前,NENA(Notional Emergency Number Association)提出了針對已經廣泛商用的VoIP業務的E911服務模型,如圖2所示。這個模型充分考慮了對既有系統的兼容。在這個模型中主要體現了將集中式的位置獲取功能改變為分布式獲取的思路,以適應不同IP接入網絡的技術特點。在這些不同的網絡中用來確定終端位置的技術可能差別很大,例如可能涉及二層和三層IP技術、無線網絡中的定位技術、甚至包括無線自組織網絡中的定位技術。

  其他各國考慮到自身的市場特點和發展階段,從經濟、法律等角度考慮,也正在設計最適合本國的VoIP E911方案。多個國際標準化組織正在不同的領域中討論制定相關的規范。中興通訊積極參與到這些活動中,并提出了諸如融合SUPL/IETF(Secure User Plane for Location/Internet Engineering Task Force)、利用MO(Mobile Originated)支持未注冊用戶等多個建設性方案。   隨著移動通信越來越深入到人們的生活中,它所肩負的社會責任也將越來越多。尤其是當人們急需政府、社會公共機構或者他人的救援時,身邊觸手可及的移動通信設備幾乎是唯一可以依賴的工具。因此建設類似于E911系統的需求是真實而廣泛存在的。建議政府和運營商應該抓住新的一輪技術發展的機遇,結合自身的發展階段和實際需求,積極參與到相關標準化制定活動中,并施加有效的影響,避免今后受到一些事實標準的束縛。

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