許 玉 斌，陳 秀 萬，黃 嵐 嵐，馬 磊，沈 陽

面向多應(yīng)用系統(tǒng)的位置公共服務(wù)（LBCS）模式研究與平臺設(shè)計

許 玉 斌1，陳 秀 萬1，黃 嵐 嵐1，馬 磊1，沈 陽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（中國），北京 100022）

當(dāng)前的LBS應(yīng)用系統(tǒng)多采用獨立構(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)的擴展性差以及數(shù)據(jù)、計算資源的浪費。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)?；谶@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)平臺和專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，且LBS公共服務(wù)平臺能被多個應(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;衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用

0 引言

基于位置的服務(wù)（Location Based Service，LBS）又稱定位服務(wù)，它是通過移動終端本身的定位功能（如GPS）或電信移動運營商的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)）獲取移動終端用戶的位置信息，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應(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：移動終端、無線網(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)移動用戶需要LBS服務(wù)或監(jiān)控管理中心需要對某移動終端進行移動監(jiān)控時，首先移動終端通過內(nèi)嵌的定位設(shè)備獲得終端當(dāng)前的位置信息，實時地通過無線網(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)需求進行空間分析，并將結(jié)果下發(fā)到移動終端。

隨著LBS的發(fā)展，出現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)較多采用獨立構(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)的擴展性差以及數(shù)據(jù)、計算資源的浪費;同時，這些系統(tǒng)在與別的系統(tǒng)集成時困難重重。為解決上述問題，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LBS公共服務(wù)平臺和專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)兩個部件。LBS相關(guān)功能通過LBS公共服務(wù)平臺提供，而專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)則專注于領(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)平臺可在多個應(yīng)用系統(tǒng)之間共享，當(dāng)專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)需要LBS服務(wù)時，能夠通過接口從LBS公共服務(wù)平臺獲得。

1 基于UDDI的LBS服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)

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)的信息注冊規(guī)范，是Web Services集成的一個體系框架，其核心是 UDDI registry。UDDI registries提供了一種有效的方式來發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、瀏覽Web Services。本文通過分析現(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)域的獨特需求，對UDDI registry進行擴展設(shè)計，增加可擴展的LBS服務(wù)分類體系、擴展UDDI的注冊和查詢接口以及增加額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)基于屬性的UDDI注冊中心LBS服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)。

1.1 UDDI的不足與LBS新需求

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)提供的查詢方式Fig.1 Query methods of current UDDI registry system

現(xiàn)有UDDI對服務(wù)查詢能力的支持有限：雖然對商業(yè)提供者的信息以及各種分類信息提供了較為完善的描述和查詢方法，但不能對具體的服務(wù)屬性提供支持。當(dāng)UDDI registry中注冊的services數(shù)量較大時，“基于關(guān)鍵字”和“分類鉆?。╠rill-down）”的查找方法返回結(jié)果過多，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Web服務(wù)屬性缺少描述能力。

在整個LBS的領(lǐng)域活動中，圍繞LBS服務(wù)注冊中心，主要有3類人員：標(biāo)準(zhǔn)化組織、服務(wù)提供者、服務(wù)消費者，不同的角色對服務(wù)關(guān)注的重點不同。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中能對服務(wù)進行詳細而有效的描述，需要建立描述LBS服務(wù)的信息模型?？赡鼙魂P(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可以實現(xiàn)上述部分LBS服務(wù)信息的發(fā)布和查詢：LBS服務(wù)提供者的信息可以通過businessEntity表達，LBS服務(wù)的基本信息可以通過businessService表達，LBS服務(wù)的綁定細節(jié)可由binding Template和t Model共同表達。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)化屬性則不能通過現(xiàn)有的UDDI registry進行描述;同時，服務(wù)消費者在查詢服務(wù)的過程中，會因為使用的自然語言的不規(guī)則性而導(dǎo)致通過關(guān)鍵字查詢的方法不能返回最滿意的結(jié)果。因此，可以通過3方面來彌補現(xiàn)有LBS服務(wù)在UDDI注冊中心發(fā)布和查詢方面的不足：1）將LBS服務(wù)分類引入UDDI注冊中心，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;3）支持LBS服務(wù)格式化屬性的發(fā)布和查詢。其中，服務(wù)分類將通過t Model的方式注冊到UDDI中心，以輔助和規(guī)范LBS服務(wù)的發(fā)布和查詢，并通過第三方 Web Service的方式為UDDI中心提供分類驗證服務(wù);而對LBS目標(biāo)范圍和格式化屬性的發(fā)布和查詢將通過在UDDI registry外增加一個代理層實現(xiàn)。

1.2 擴展UDDI結(jié)構(gòu)

（1）LBS服務(wù)分類。本文在參考OGC的OWS、ISO19119和 Open LS［1，9－11］的基礎(chǔ)上對 LBS服務(wù)進行了歸類（圖2）：將各種LBS服務(wù)按照樹型結(jié)構(gòu)組織，以“LBS服務(wù)”為根節(jié)點，第一層按照OGC對地理信息服務(wù)的分類劃分;第二層按照Open LS對基于位置服務(wù)的分類劃分;最后一層是各種服務(wù)的實例。分類樹的結(jié)構(gòu)可以擴展，當(dāng)出現(xiàn)新分類時，只需在相應(yīng)的父節(jié)點下添加子節(jié)點即可。對于上述分類，通過XML文件描述可以記錄各節(jié)點之間的繼承關(guān)系。

圖2 LBS服務(wù)分類Fig.2 Service classification of LBS

（2）LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍。LBS服務(wù)的一個顯著特征是服務(wù)區(qū)域有明顯的地域范圍。在注冊LBS服務(wù)的過程中，LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍將被記錄下來;在LBS服務(wù)查詢時，服務(wù)消費者所處位置或指定的某一位置將作為限制條件，對候選服務(wù)進行篩選。LBS服務(wù)的目標(biāo)范圍通過XML Schema來描述。

（3）結(jié)構(gòu)化屬性的發(fā)布與查詢。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LBS服務(wù)空間數(shù)據(jù)的規(guī)格，如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)形成時間、投影信息、數(shù)據(jù)類型等;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、服務(wù)的響應(yīng)時間等。一般將結(jié)構(gòu)化屬性模型中的值分為3類：1）數(shù)值型，通過整數(shù)或者浮點數(shù)來描述。2）文字型，通過字符來描述的指標(biāo)，通常這些字符都是對一定類別或者等級的描述，使用固定的幾個詞語，如“矢量”和“柵格”、“WGS84”和“西安80”等，且這些描述語言在特定的應(yīng)用中具有特定的含義。3）日期型，使用“XXXX/XX/XX”格式表達的日期數(shù)據(jù)。屬性值類型下的操作定義如表1。在對LBS服務(wù)的結(jié)構(gòu)化屬性進行描述時，采用如下模型：每個屬性由一個三元組（N，D，T）表達：N表示屬性的名稱，D表示屬性的說明信息，T表示屬性的類型，可選的包括數(shù)值型、文字型和時間型。

通過以上3方面對LBS服務(wù)的相關(guān)信息進行描述和建模，對現(xiàn)有UDDI注冊中心實現(xiàn)上述擴展方法，經(jīng)過擴展的 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 擴展 UDDI（CCP-LBS）結(jié)構(gòu)Fig.3 Extensive structure of UDDI（CCP-LBS）

2 LBS公共服務(wù)平臺

LBS公共服務(wù)平臺實際上借鑒了軟件復(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)開發(fā)。LBS公共服務(wù)平臺使相關(guān)的LBS服務(wù)按照自包含、自描述的單個服務(wù)形式組織，并促進LBS應(yīng)用系統(tǒng)按照面向服務(wù)架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）的方式進行構(gòu)建。構(gòu)建LBS公共服務(wù)平臺有兩種方式：1）將各種LBS服務(wù)內(nèi)置于LBS服務(wù)平臺中，服務(wù)平臺提供服務(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)通過平臺接口調(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)可訪問的網(wǎng)絡(luò)中，各自在LBS公共服務(wù)平臺注冊服務(wù)，公共服務(wù)平臺對這些服務(wù)提供分類管理并使用足夠的信息描述這些服務(wù)，以便服務(wù)消費者能夠快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)這些服務(wù)。通過這種方式組織的LBS公共服務(wù)平臺主要功能是在內(nèi)部將服務(wù)信息進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)的運行并不在LBS平臺中，這降低了LBS公共服務(wù)平臺的復(fù)雜性和負擔(dān)。本文采用此種方式構(gòu)建LBS公共服務(wù)平臺。

2.1 LBS公共服務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu)

LBS公共服務(wù)平臺將LBS服務(wù)的整個使用周期劃分為3個階段：服務(wù)生產(chǎn)、服務(wù)發(fā)布和服務(wù)消費，并對應(yīng)到3個角色：LBS服務(wù)發(fā)布者（LBS服務(wù)開發(fā)者）、LBS公共服務(wù)平臺和LBS服務(wù)消費者（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個角色Fig.4 Roles in Location Based Common Service

LBS公共服務(wù)平臺（圖5）提供了標(biāo)準(zhǔn)接口為LBS服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)提供支持，具體的LBS服務(wù)并不需要在平臺中部署和執(zhí)行，在LBS公共服務(wù)平臺中注冊的服務(wù)可能由不同的服務(wù)開發(fā)者提供。LBS應(yīng)用系統(tǒng)將通過從LBS公共服務(wù)平臺所獲信息實現(xiàn)對LBS服務(wù)的調(diào)用。在LBS公共服務(wù)平臺中，服務(wù)以自包含、自描述的單個服務(wù)的形式注冊，在服務(wù)消費者定位了需要的服務(wù)后將被動態(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］的方式實現(xiàn)，在LBS公共服務(wù)平臺中，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)平臺的功能包含兩方面：為服務(wù)發(fā)布者和服務(wù)消費者提供服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)功能;在公共服務(wù)平臺中注冊的LBS服務(wù)所具有的功能。服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)功能是實現(xiàn)服務(wù)共享的關(guān)鍵步驟，公共服務(wù)平臺提供完善的方式對LBS服務(wù)信息進行描述，并在平臺內(nèi)部進行合理的組織，支持對LBS服務(wù)的精確定位。同時，服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)功能能夠滿足服務(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)平臺中注冊的服務(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)平臺的體系結(jié)構(gòu)Fig.5 Framework of LBS Common Service Platform

2.2 LBS公共服務(wù)平臺應(yīng)用特點

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)消費者在平臺上通過標(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)勢有：1）擴展性強。新的LBS服務(wù)可以很方便地集成到系統(tǒng)中。2）開發(fā)方便。由于系統(tǒng)邏輯清晰，LBS服務(wù)的開發(fā)和領(lǐng)域應(yīng)用可以完全分開。3）數(shù)據(jù)和計算資源的重用。不需重新實現(xiàn)LBS相關(guān)功能，只需調(diào)用在LBS公共服務(wù)平臺發(fā)布的服務(wù)。4）服務(wù)的多源性。LBS服務(wù)可能來源于多個服務(wù)開發(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，用戶需要從所在地前往另一個地方“XXXXXX”，可以通過“地理編碼”服務(wù)確定“XXXXXX”的坐標(biāo)位置;“導(dǎo)航服務(wù)”輸入起始地點的坐標(biāo)后，計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，最后返回給用戶顯示在屏幕上。

3 原型系統(tǒng)實現(xiàn)

LBS公共服務(wù)平臺使用Java開發(fā)，UDDI服務(wù)器使用Apache JUDDI和PostgreSQL作為外部存儲數(shù)據(jù)庫，代理組件的 Web Service通過Axis（A-pache Extensible Interaction System）開發(fā)。服務(wù)的查找通過關(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 查詢實例Fig.6 The query instance

4 結(jié)論

近年來，LBS在技術(shù)實現(xiàn)、應(yīng)用領(lǐng)域、用戶數(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、移動交友為首的應(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。針對目前各LBS應(yīng)用系統(tǒng)獨立構(gòu)建所造成的系統(tǒng)內(nèi)部耦合度高、擴展性差以及數(shù)據(jù)難以共享等問題，本文面向多應(yīng)用需求，提出了LBS公共服務(wù)平臺的概念，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)平臺的基礎(chǔ)技術(shù)，對LBS服務(wù)進行了建模，并通過分析UDDI，提出了擴展解決方案;同時，進行了原型系統(tǒng)的開發(fā)并驗證了方法的可行性及擴展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