虚拟通信媒介模式北斗CORS跨网服务无缝切换通信模型实现

张晶晶，胡 可，陈现春，李 鹏，张 熙，石 鑫

(四川省第一测绘工程院，四川 成都 610100)

目前，我国大多数省市均已建成省级北斗地基增强系统，并对社会提供北斗高精度定位服务，包括网络RTK服务和网络RTD服务[1-5]。但各省市间的网络RTK/RTD服务相互独立，如用户在A省市注册网络RTK/RTD服务账号，其账号无法在B省市使用，需在B省市重新注册网络RTK/RTD服务账号，方可使用B省市网络RTK/RTD服务。各省市间相互独立服务的运营模式，一方面增加了用户多地注册、多地备案的重复性工作和时间成本；另一方面，该模式限制了用户使用服务的区域范围，严重阻碍了北斗高精度位置服务的大众化、社会化推广。因此，本文针对此问题，在相应公司授权许可和现有法律法规允许下，开展跨网服务用户的移动性管理技术研究，以期在不改变各省市CORS系统网络RTK/RTD服务流程，且用户无需重新注册的基础上，实现用户在不同省市间网络RTK/RTD服务的无缝切换。

1 虚拟通信媒介模式CORS跨网服务无缝切换通信模型

1.1 CORS跨网服务无缝切换的逻辑流程

CORS跨网服务无缝切换通信模型的目的是不改变现有各省市相互独立的网络RTK/RTD服务业务及相应流程，实现用户在不同省市间无缝切换网络RTK/RTD服务，获取实时定位数据。因此，CORS跨网服务无缝切换的逻辑流程如图1所示，以B省用户漫游至A省获取A省网络RTK/RTD服务为例。

如图1所示，B省用户漫游至A省，并获取A省网络RTK/RTD服务流程说明(从①-⑩)：

(1) B省用户使用在B省注册的服务账号和密码，登录B省对外服务的公网端口。

(2) B省用户发送身份验证信息至B省用户身份验证系统，经验证通过后，向B省服务系统发送位置概略信息(GPGGA数据)。

(3) B省服务系统根据用户的位置概略信息判断用户是否在B省，若用户在B省，则根据位置信息为其选择所需数据，发送给该用户；若判断该用户在A省，则触发虚拟通信媒介，向A省对外服务公网端口，发送A、B两省间约定的身份验证信息。

(4) 约定的身份验证信息通过A省用户身份验证系统验证，然后，虚拟通信媒介发送B省用户位置概略信息(GPGGA数据)至A省服务系统；A省服务系统判断用户位于A省，并根据用户概略位置选择用户所需数据发送至虚拟通信媒介，虚拟通信媒介接收到差分数据后，将差分数据转发至B省用户。

至此，完成B省用户漫游至A省，并获取A省网络RTK/RTD服务的整个流程。

1.2 CORS跨网服务无缝切换通信模型设计

根据跨网服务用户无缝切换的通信需求，设计“六次握手，八次挥手”的通信模型，其中“六次握手”模型用于用户请求并获取服务数据的过程，“八次挥手”模型用于用户断开服务的过程。“六次握手”模型设计说明如图2所示，“八次挥手”模型设计说明如图3所示。

1.2.1 请求并获取服务数据的“六次握手”模型

如图2所示，“六次握手”过程具体如下：

第1次握手：B省用户发送与B省服务系统建立连接的请求。

第2次握手：B省服务系统收到建立连接的请求，并发送同意建立连接的信息至B省用户。

第3次握手：B省用户收到同意建立连接的信息，与B省服务系统建立连接，双方可以发送数据进行通信。

第4次握手：B省服务系统判断B省用户在A省后，虚拟通信媒介(包含于B省服务系统中)发送与A省服务系统建立连接的请求。

第5次握手：A省服务系统收到建立连接的请求，并发送同意建立连接的信息至虚拟通信媒介。

第6次握手：虚拟通信媒介收到同意建立连接的信息，与A省服务系统建立连接，双方可以发送数据进行通信。

至此，漫游跨省用户异地获取数据的通信连接建立完毕，B省用户可以实时收到A省服务系统的服务数据。

1.2.2 断开服务的“八次挥手”模型

如图3所示，“八次挥手”过程具体如下：

第1次挥手：B省用户发送与B省服务系统断开连接的请求。

第2次挥手：B省服务系统收到断开连接的请求，确认关闭。

第3次挥手：虚拟通信媒介(位于B省服务系统)发送与A省服务系统断开连接的请求。

第4次挥手：A省服务系统收到断开连接的请求，确认关闭。

第5次挥手：A省服务系统向虚拟通信媒介发送此后不再给其发送数据的信息。

第6次挥手：虚拟通信媒介收到A省服务系统不再发送数据的信息，确认关闭双方的通信通道。

第7次挥手：B省服务系统向B省用户发送此后不再给其发送数据的信息。

第8次挥手：B省用户收到B省服务系统不再发送数据的信息，确认关闭双方的通信通道。

至此，漫游跨省用户获取异地服务的通信断开完毕，B省用户将不再收到A省服务系统的服务数据。

2 跨网服务无缝切换通信系统设计

基于“六次握手，八次挥手”通信模型，设计跨网服务无缝切换通信系统。通信系统支持Ntrip协议[6-16]，架构如图4所示。

如图4所示，跨网服务无缝切换通信系统由用户管理模块、所在省差分数据源获取模块和虚拟通信媒介模块构成。当B省注册用户在B省使用网络RTK/RTD服务时，直接获取所需数据发送至用户。当B省用户在A省请求网络RTK/RTD服务时，系统判断用户位置，并通过虚拟通信媒介模块，向A省对外服务公网端口，发送验证信息(模拟一个双方认可的注册账号和密码)，通过身份验证获取A省服务数据，并转发给B省用户。

跨网服务无缝切换通信系统不改变现有各省市提供网络RTK/RTD服务的业务流程，各省原有服务系统不需做任何更改，即可实现跨网用户服务。

3 跨网用户获取服务数据的时效性试验

跨网用户使用跨网服务最关注的是跨网服务获取数据的时效性，即获取差分定位数据的速度，是否影响其实时定位。本文针对时效性问题，开展了测试。

3.1 测试方案

本次测试的时效性指服务器收到用户登录系统请求至用户获取跨网服务数据的时间间隔。

本文通过2种方式测试跨网用户获取数据的时效性：一是无干扰环境测试，通过网络通信助手专业工具开展模拟测试，此方式不受设备接收数据环境的影响；二是实际环境测试，使用用户定位终端，模拟跨网用户，实测时效性。

两种方式完成1次测试指：服务器收到用户登录系统请求至用户获取跨网服务数据为1次。用户退出登录后，方可开始第2次测试。

两种测试方式均测试300次，测试结果作为时效性评定的依据。

3.2 测试结果分析

3.2.1 网络通信助手测试

2018年1月5日9:00—17:00开展无干扰的网络通信助手测试。网络通信助手模拟用户登录信息和用户GPGGA数据，测试300次的结果如图5模拟跨网时效性曲线所示。

如图5所示，通过网络通信助手获取跨网服务数据用时小于1 s的只有1次；用时在1～3 s的共有249次，约占总次数的83%；用时在3～4 s的共有34次，约占总次数的11.3%；用时大于4 s的共有16次，约占总次数的5.3%。

无干扰情况下用户接收到跨网服务数据的时效性统计见表1。

表1 无干扰情况下用户接收到跨网服务数据的时效性统计 s

从表1可知，无干扰环境下用户异地获取服务最长用时7.905 s，最短用时1.162 s，平均用时2.357 s。

3.2.2 用户定位终端测试

2018年1月8日10:00—20:00，开展测试。测试采用南方S650 GNSS接收机，使用设备配套且支持Ntrip协议的手机APP，实现用户登录和获取数据，手机APP和S650设备通过蓝牙进行通信，手机APP使用WiFi网络请求服务。测试300次的结果如图5实测跨网时效性曲线所示。

如图5所示，用户定位终端获取跨网服务数据用时小于2 s的只有1次；用时在2～7 s的共有16次，约占总次数的5.3%；用时在7～10 s的共有225次，约占总次数的75%；用时在10～11 s的共有41次，约占总次数的13.7%；用时大于11 s的共有17次，约占总次数的5.7%。

实际情况下用户接收到跨网服务数据的时效性统计见表2。

从表2可知，实际测试环境下用户异地获取服务最长用时为2.796 s，最短用时为1.310 s，平均用时为9.029 s。

4 结 语

综上所述，本文提出的运用虚拟通信媒介的“六次握手，八次挥手”通信模型，可以作为CORS跨网服务无缝切换通信模型，并应用于网络RTK/RTD用户的跨省、跨网服务应用中。本文提出的CORS跨网服务无缝切换通信模型在无干扰环境下用户异地获取服务平均用时2.357 s，在实际应用环境下用户异地获取服务平均用时9.029 s，不影响用户实时定位体验， 满足实时定位服务的时效性需求，且无需改变现有各省市的服务系统和服务流程，可靠有效。此方案可支持国家北斗“一张网”建设、“一带一路”沿线国家位置服务互联互通、长江经济带沿线城市位置服务互联互通。