2023年5月6日 星期六

ISO-21434 TISAX ISO-27001 VDA ECE R155 R156

TISAX
Trusted Information Security Assessment eXchange (汽車安全評估訊息交換平台)

Assessment Level
      AL2到場檢驗與否由檢驗公司決定才是


雲端服務供應商 Google/Amazon/Microsoft 有 TISAX 認證


https://www.bureauveritas.com.tw/tisax-automotive-information-security-management
TISAX®為全球認可的汽車業資訊安全管理系統標準。與德國主要汽車品牌有來往的組織都需取得TISAX®,預計後續會有更多車廠要求供應鏈加入。在此建議處理敏感資訊的汽車供應商和服務提供者早了解TISAX®,並即時規劃應對之道。

主要益處
  • 台灣稽核員執行TISAX®稽核,為您在溝通上減少障礙
  • 防止資訊安全漏洞和網路攻擊
  • 取得客戶的對組織數據保護方式的信任
  • 識別風險,證明組織資訊安全符合業界標準
  • 全球通用的汽車行業資訊安全標準,取得汽車市場的進入門票


https://www.bsigroup.com/zh-TW/blog/Cybersecurity-and-Information-Resilience-Blog/2021/2021-infosec-standards-summit-TISAX-ISO21434/ 

2021年資安年會會後報導-連網汽車資安要求,以ISO 21434和TISAX規範因應汽車網路安全風險

隨著數位化、自動化科技的開展,汽車產業亦大步邁向車聯網與自動駕駛的未來。車聯網的概念就是物聯網,運用多重通訊技術,實現車輛與車輛、車輛與駕駛員,甚至車輛與雲端或公共基礎設施之間的互動;換句話說,透過一套縝密的網路通訊系統進行數據資料的傳遞,打造出能協同人、車、路以及環境的智慧網絡。

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綜觀整個聯網自動車的產業生態系統,若將車子置於核心位子,聯網科技所牽涉的對象相當廣泛,包含車體的製造商、上下游供應商、購車客戶、相關基礎建設、監管機構與驗證機構等等,因科技的應用連結眾多單位,使得當我們在談論車子時,其概念已不僅限於單個機械車體,而是在聯網技術下,運作的電腦(程式)與潛在的資安風險。有鑑於此,BSI臺灣隱私保護與車聯網資安產品經理孫文良於演講中特別提醒:「當新的應用科技生成時,將可能辦伴隨著全新的(資安)風險,應做妥善地評估與處理。」

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當眾所期待的車聯網或自動駕駛車逐漸在市場上嶄露頭角時,首個重要問題就是──如何加強資安風險的控管? BSI孫經理表示,汽車產業的安全標準涵蓋三個範疇,分別為功能安全(Functional Safety)、品質(Quality),以及資訊與網路安全(Information & Cyber Security);除了被視為資安標準的基礎ISO 27001之外,ISO/SAE 21434與TISAX(Trusted Information Security Assessment Exchange)也是目前資訊與網路安全(Information & Cyber Security)範疇中較受關注的相關標準。

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ISO 21434標準於2021年8月正式公告,孫經理表示,聯合國日前所制定的法規中,規範汽車產業的製造商須符合網路安全管理體系(Cyber-Security Management System,CSMS)的要求,而ISO/SAE 21434的標準則展現出CSMS的具體訴求,不僅確保整個供應鏈的流程與管理都達到合規性,也能透過實踐標準,形塑組織的網路安全文化。

孫經理提及ISO 21434的前身是 SAE J6031。綜觀其標準,從第5到第8的條款,講述的重點在於組織層面的網路安全政策,建立、維護並實施整體的資安規則和流程;另外,在第9-11條中,ISO 21434標準側重車輛的總體(V-model)開發過程和產品生命週期,分別在概念、開發、驗證、生產、營運與維護及退役等階段提出相關要求,依照其規定能產出該階段的工作文件,以確保其驗證有效。

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概括而言,ISO/SAE 21434的優勢在於協助組織採取合理措施,不僅預防網路安全問題與培養內部網路安全之文化,也彰顯組織企業對網路安全的承諾。

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另一部分,資訊的透明化也是重要議題,TISAX(Trusted Information Security Assessment Exchange)為目前2,500多個公司所共同使用的資安標準交換平台,該標準的存在能確保供應鏈夥伴間資訊安全的透明度,並保持彼此間對安全評估標準的一致性;在TISAX平臺之上,無論供應鏈中的哪個環節,通過公認的資訊安全評估流程其稽核結果都可放置於TISAX平臺上,從而促進組織間的資訊交流。

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孫經理特別提出TISAX與ISO 27001的關聯與差異,他表示TISAX其中所羅列的41個安全控制項目與ISO 27001附錄A中的控制要求相似,不過整體而言兩個標準作用的面向是不同的,ISO 27001係以維持組織自身的資安安全性為主TISAX則是作為資訊交換的第三平台方,可促成整個產業供應鏈的資安管理透明化與標準化

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於演講最後,孫經理再次強調TISAX的執行不僅能減少供應商之間對資訊安全的重複評估,增加效率,也能促進整個汽車供應鏈的信任與信心。如今汽車產業的數位化在進步,資安面向的需求當然也要有所保固!

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VDA

Verband Der Automobilindustrie
German Association of the Automotive Industry
德國汽車工業協會

https://www.tuvsud.com/zh-tw/services/auditing-and-system-certification/vda-6-x

證明在可靠性和品質方面的承諾

汽車是一種非常複雜的機器,由多種複雜零部件組成。在整個製造和維修流程中確保品質始終如一,這點十分重要。因此,汽車零部件製造商必須根據IATF 16949和/或VDA 6.1的標準進行驗證,而汽車服務供應商應滿足更高的VDA 6.2標準,工裝/機器製造商應獲得VDA 6.4驗證。

什麼是VDA 6.X?

VDA 6.X品質管理系統驗證是根據德國汽車製造商要求,針對汽車行業ISO 9001標準進行的一項擴展。

IATF 16949和VDA 6驗證根源於ISO 9001品質管理系統。 VDA 6分為兩個區域; 管理和產品與流程。

为什么这非常重要?

IATF 16949和VDA 6.1只是適用於汽車製造商的強制性要求,但汽車服務供應商還需要滿足VDA 6.2標準,汽車工具和機器製造商需要滿足VDA 6.4標準。透過實施VDA 6.X計畫,您的公司能夠致力於實現長期目標,始終滿足甚至超越客戶的期望。除了提高組織效率和產品品質,遵守驗證要求可以在最大限度上減少浪費和錯誤,從而提高整體生產力。

https://www.sgs.com.tw/service/page/119/2/120-certification-business-enhancement-services/155-vda-6-3-process-audits
VDA 6.3 PROCESS AUDITS
VDA 6.3 製程稽核 – 優化組織與供應鏈製程並控管製程風險。

ECE R155 R156
https://linchew.com/2021/04/ece-r155-r156/

ECE R155, R156: 車輛網絡安全和軟體更新法規概述

(更新2021/1/12) 聯合國歐洲經濟委員會(UNECE)的世界車輛法規協調論壇(WP29)在2020年6月24日頒布了有關車輛網絡安全和軟體更新的兩項新ECE法規,並於2021年1月份,正式生效。

目錄 > 概述

  1. ECE R155, R156: 車輛網絡安全和軟體更新法規概述
  2. ECE R155: 汽車產業-「網絡安全管理系統(CSMS)」法規概述
  3. ECE R155: 汽車產業-「網絡安全管理系統(CSMS)」法規細部解讀
  4. ECE R156: 汽車產業-「軟體更新和軟體更新管理系統」法規概述
  5. ECE R156: 汽車產業-「軟體更新和軟體更新管理系統」法規細部解讀

隨著車輛系統的高度發展,汽車產業正歷經了數位化的變革。如今,一輛汽車包含多達150個電子控制單元(ECU)和大約1億行的軟體代碼,而這個數字將在2030年再成長3倍。

當汽車走向高度數位化,資訊安全的風險也將遽增,由駭客攻擊而導致安全性問題,將威脅著車輛安全和消費者的隱私;如同筆者在ISO/SAE 21434文章中,也提到騰訊科恩實驗室成功駭入特斯拉的實例,汽車產業的資訊安全已刻不容緩。

R155, R156 所涵蓋的四大主題

有鑑於汽車的資訊安全風險,聯合國歐洲經濟委員會(UNECE)的世界車輛法規協調論壇(WP29)在2020年6月24日通過了兩個ECE法規要求,分別是R155及R156,這兩個法規要求已經於2021年1月份,正式生效。這兩項法規將涵蓋以下4個主題,分別為:

  1. R155: 管理車輛的資訊風險(或稱「網絡風險」,原文為Cyber Rik)
  2. R155: 透過設計來減輕在價值鏈中的風險,以確保車輛的安全
  3. R155: 偵測並回應整個車隊的安全事件
  4. R156: 針對「空中升級」(OTA updates),提供安全及保全(safe and secure)的軟體更新,並確保不損害到車輛安全(Safe)
額外補充: OTA updates

一般所謂的OTA updates,指的是Over-The-Air updates,即空中升級的意思。車輛的空中升級,一般可以分為兩類,分別是:

1) 空中軟體升級(Software Over-the-Air, SOTA)
2) 空中韌體升級(Firmware Over-the-Air, FOTA)

常見的導航圖資更新、媒體應用系統更新等皆屬於空中軟體升級的範圍,相對來說,空中韌體升級則是能夠針對電子控制單元(ECU)進行升級,由於ECU的改動可能導致或造成車輛安全或網絡安全的風險,因此在技術上非常具有挑戰性。
額外補充:各國對於新法規的反應與動向

由世界車輛法規協調論壇(WP29)所頒布的兩項法規,將於2021年1月份,正式生效,目前主要反應的國家:

1. 日本:當法規生效後,計畫採用這些規定
2. 南韓:採取循序漸進的方式,在2020年下半年將《網絡安全法規》的規定納入了一項國家指南,並在第二步著手實施該法規
3. 歐盟:新的《網絡安全法規》將從2022年7月起對所有新車型強制實施,並將對2024年7月起對所有新生產的車輛強制實施
額外備註:歐盟法規的參照

歐盟於2020年1月發布了《一般安全條例》(Regulation (EU) 2019/2144),原文提到:

(26) The connectivity and automation of vehicles increase the possibility for unauthorised remote access to in-vehicle data and the illegal modification of software over the air. In order to take into account such risks, UN Regulations or other regulatory acts on cyber security should be applied on a mandatory basis as soon as possible after their entry into force.

根據該指令,歐盟已宣布計劃引入EU的安全相關法規,以便從2022年7月開始對所有"新車型"強制執行,並在2024年7月之後針對所有“首次註冊”車輛的強制性要求。
ISO-21434 
https://linchew.com/2021/04/cybersecurity-trends-for-automotive/

車輛網絡安全趨勢 – ISO/SAE 21434 標準即將正式發行

近年,由於「車聯網」概念蓬勃發展,具備聯網功能的車輛占比持續提升;隨著這股風潮而起的另外一個議題「網絡安全(Cybersecurity)」,也越來越被業界重視。本文章, 將針對道路車輛的相關安全(Cybersecurity)法規進行整理,並聊聊即將發行的ISO/SAE 21434。

因應網絡安全議題,各國的反應:

美國

  • 2016年10月,美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)發布了《現代車輛網絡安全最佳實踐( Cybersecurity Best Practices for Modern Vehicles),目的在幫助汽車製造廠商和軟體設計公司提升現代車輛網絡安全,並針對如何防止及抵禦網絡攻擊提供指引。
  • 2017年9月,NHTSA又發布了《自動駕駛系統2.0》(Automated Driving Systems 2.0,即ADS指南),該指南取代了2016年發布的聯邦自動駕駛汽車政策,並建議汽車產業投入資源進行風險評估和測試車輛網絡安全。

英國

英國標準協會( British Standards Institute, BSI)於 2018年12月19發布了《汽車網絡安全基礎指南-規格書(The fundamental principles of automotive cyber security. Specification),該指南由捷豹路虎( Jaguar Land Rover)、福特汽車( Ford)、賓利( Bentley)等企業及英國國家網絡安全中心( National Cyber Security Centre)共同編寫,由英國運輸部提供資金支持。該指南針對研發自動駕駛車輛的公司設置了標準,並提供了網絡安全的原則。

歐盟

  • 2017年1月, 原歐盟網路資訊安全局(現為歐盟網絡安全局 European Union Agency for Cybersecurity, ENISA)發布了《智能汽車的網絡安全和適應性》(Cyber Security and Resilience of smart cars),該指南列舉了汽車存在的問題及網絡威脅、風險及降低風險的因素和可以採取的安全措施。值得一提的是該指南並未將自動駕駛汽車涵蓋在範圍內。
  • 2019年,ENISA又發布了第二版 — 《智能汽車安全最佳實踐》(Good practices for security of Smart Cars),該指南特別包含了自動駕駛和半自動駕駛汽車,並針對上述兩者提供最佳網絡安全實踐。
  • 2021年,ENISA與JRC針對人工智慧與自動駕駛的網絡安全議題,共同起草了一份報告 – 《採用人工智慧來實現自動駕駛的網絡安全挑戰》(Cybersecurity Challenges in the Uptake of Artificial Intelligence in Autonomous Driving),該報告針對在自動駕駛車輛中採用AI技術的議題,提出了網絡安全的挑戰與見解。

德國

汽車產業資安事件層出不窮,因此德國汽車工業協會(VDA)的資訊安全委員會(Information Security Committee),制定了汽車產業的資訊安全的標準 Information Security Assessment(簡稱 VDA-ISA),並以此標準創造創建了《資訊安全評估與交換機制》(Trusted Information Security Assessment Exchange, TISAX),該機制是基於汽車產業的要求量身定製的標準,並參考國際標準ISO/IEC 27001、 ISO/IEC 27002 和 ISO/IEC 27017等標準,主要目的是要實現汽車行業資訊安全評估的相互認可,並並提供通用的評估和交換機制。

中國

2020年4月28日,由全國信息安全標準化技術委員會(SAC/TC260)提出國家標準《信息安全技術汽車電子系統網絡安全指南》(GB/T 38628-2020),並於2020年11月1日正式實施。

本指南(架構請參考下圖)針對具有網絡安全要求的汽車電子產品提供統一的規範和基於標準的活動指南,其標準內容主要包容三個部分,分別是:

  • 網絡安全組織管理(即公司管理層級)
  • 網絡安全活動(即產品開發生命週期,包含概念設計、產品開發、硬體開發、軟體開發、產品生產、運行和服務等階段)
  • 網絡安全支持保障(即一般支持的流程)
額外補充 - 標準起草單位

值得一提的是,這份標準的起草單位包含中國電子技術標準化研究院 、電子科技大學 、東軟集團股份有限公司 、國家信息技術安全研究中心 、中國汽車技術研究中心有限公司、等共計21個單位。
額外補充 - 標準的相似性

中國所提出的「信息安全技術汽車電子系統網絡安全指南」與UNECE R155的CSMS及ISO/SAE 21434有高度的相似性,建議在採用這份指南時,要同時關注其他兩個單位。

信息安全技術汽車電子系統網絡安全指南 指南架構
信息安全技術汽車電子系統網絡安全指南 指南架構

UNECE

有鑑於汽車的資訊安全風險,聯合國歐洲經濟委員會(UNECE)的世界車輛法規協調論壇(WP29)在2020年6月24日,針對汽車製造商制定了兩個規定,並於2021年1月份正式生效。這兩項規定分別是:

  • UN Regulation No. 155 : 網絡安全即網絡安全管理系統(Cyber security and cyber security management system)
  • UN Regulation No. 156 : 軟體更新即軟體更新管理系統(Software update and software update management system)

這兩個法規共涵蓋了四個主題,分別是:

  1. 管理車輛的網絡風險(Cyber Rik)
  2. 透過設計來減輕在價值鏈中的風險,以確保車輛的安全
  3. 偵測並回應整個車隊的安全事件
  4. 針對「空中升級」(OTA updates),提供安全及保全(safe and secure)的軟體更新,並確保不損害到車輛安全(Safe)
額外補充 - 關於R155, R156

建議可以延伸閱讀: ECE R155, R156法規概述

VDA QMC

VDA QMC為了因應網絡安全的趨勢、及其他法規(UNECE R155)與標準(ISO/SAE 21434)。相繼於2020年及2021年推出兩份參考文件,分別是:

  • 2020年6月,推出《車用網絡安全系統稽核》(Automotive Cybersecurity Management System Audit)黃色草稿版;本文件是因應UNECE R155針對車用網絡安全系統法規所制定的稽核查檢內容;目前本文件(ACSMS ENG_2020)已於2020年12月,發行正式版本。
  • 2021年2月,推出《ASPICE網絡安全增訂版》(ASPICE for Cybersecurity)黃色草稿版,該文件是針對ISO/SAE 21434在產品開發階段,做細部的延伸展開,以補足ISO標準的不足。值得一提的是,該文件仍處於審稿階段,預計在5月後會發行正式版本。
額外補充 - 取得文件

ACSMS ENG_2020可於VDA QMC的網站中購買,價格為€50.00。
ASPICE for Cybersecurity則可以在VDA QMC的網站中下載到黃色草稿版。

如果有想要取得這兩份文件的黃色草稿版,可以寫信給筆者,我可以提供一些幫忙 :)

國際標準組織3GPP、ISO和SAE

隨著各國相繼發展智慧車輛的相關標準,其中的車輛網絡安全已成為2020國際組織主要關注的議題,在國際組織中,3GPP( 3rd Generation Partnership Project,即第三代合作夥伴計劃)對V2X(車聯網)的技術建立了資訊安全技術要求,以保證通信層面的安全。而致力於汽車安全標準的ISO( 國際標準化組織)與SAE(Society of Automotive Engineers,即國際汽車工程師學會)組成聯合工作組,並在ISO/SAE TC22中起草了ISO/SAE 21434國際標準,旨在解決汽車產業的網絡安全問題。

ISO/SAE 21434的推出意味著OEM必須為連網汽車建立起網絡安全架構,在供應鏈中的所有供應商都遵循該標準。ISO/SAE 21434已經於2021/3/9進入FDIS(最終國際標準草案)版本,待審查完畢後,即將發布。關於此標準的狀態請詳參:ISO官方網站

ISO/SAE 21434 已經進入FDIS版本,正式版即將發布!
ISO/SAE 21434 已經進入FDIS版本,正式版即將發布!

功能安全實際上也是網絡安全的一部分,因此待ISO/SAE 21434 網絡安全標準推出後,業界勢必會同時考慮網絡安全與功能安全(ISO 26262),並搭配汽車產業既有的標準發開流程(如: ASPICE),以此形成三角架構。這個新的組合將會變成汽車產業的主要標準架構。

2023年4月21日 星期五

A-GPS

Source: https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/tech/B8621B3CA49446569786794C1A20291C


結合連線/離線式架構優勢 A-GPS定位效能再升級

2008-07-22
全球衛星定位系統(GPS)的應用愈來愈普及,如個人導航裝置(PND)就已是3C賣場中的熱門產品,而愈來愈多手機也開始將GPS功能納入其中,希望能提供個人用戶多樣的定位服務(Location-based Service, LBS)。不過,為了提供更好的使用經驗,今日的GPS設備仍得在縮短首次定位時間(TTFF)、準確性(Accuracy)和靈敏度(Sensitivity)上下功夫。其中,輔助式GPS(Assisted GPS, A-GPS),即是在此一市場訴求下而備受重視。
A-GPS最早的發展背景是來自於美國聯邦通訊傳播委員會(FCC)所制定的E911政策,要求美國境內手機均須具備即時定位功能,以在緊急時刻發揮定位尋人的用途。A-GPS是可協助達成此目標的技術之一,其他技術還包括微細胞識別碼(Cell-ID)、時差抵達(Time Difference of Arrival, TDoA)、加強觀察時間差(Enhanced Observed Time Difference, E-OTD)、角度到達時間(Angle of Arrival, AOA)及混合式的技術等。然而,隨著GPS走向消費性,加上A-GPS又有助縮短TTFF,因而從政策驅動轉變為市場驅動的明星技術。  

A-GPS大幅縮短TTFF 準確衛星時間扮要角

要建置A-GPS技術,必須先從衛星訊號接收的基本原理開始認識。在沒有輔助訊號的自主定位(Autonomous Positioning)模式下,GPS接收器必須從天空中完整接收到四顆以上的衛星訊號,才能順利解出終端用戶所在的三度空間位置。這個過程包括三個階段:衛星搜尋(Acquisition)與訊號下載、追蹤(Tracking)和導航(Navigation),又以第一階段最耗時間。  

在前面幾期新通訊元件雜誌專欄中已經介紹過衛星訊號的組成,在此就不再贅述。衛星訊號的每個訊框,提供衛星的星期時間(Time of Week, TOW)、廣播星曆(Broadcast Ephemeris)、電離層參數及萬年曆(Almanac)等資料,這些資料的取得決定了定位所需的時間與準確性。其中廣播星曆為個別衛星本身的精確軌道位置,每小時更新一次,每次更新有效性約4小時;萬年曆則為所有衛星在軌道上的概略位置及其狀況等,每天更新一次,有效時間可達數週。  

要完成定位,關鍵資料是衛星訊框中的前三個子訊框,即廣播星曆和星期時間、時間改正係數等,完整下載至少需要18秒鐘。然而,當用戶處於建築物林立的街道中、騎樓下,甚至是室內環境中,由於訊號接收條件差,只要有一些訊號未被完整的下載,就得再重複30秒的訊框下載。衛星訊息組成及接收所需時間請參考圖1。

圖1 衛星訊息組成及接收所需時間

A-GPS是透過其他網路來即時或預先提供這些衛星資料,以加速定位計算時間。欲求得GPS用戶的位置,必須量測出四顆衛星與終端器之距離,這可以從訊號傳輸時間乘以光速來求得,而傳輸時間就必須計算TOW。衛星導航定位系統測距的基礎是測時,而定軌和定位的前提是各觀測量的時間同步(Time Synchronization),故時間同步正是衛星導航定位的關鍵。  

因此,雖然同樣是A-GPS,但提供準確衛星時間(Precise GPS Time)或粗略衛星時間(Coarse GPS Time),對定位速度影響差異甚大(圖2)。當GPS接收器預先獲得廣播星曆和同步準確性小於400微秒的準確GPS時間,此時將可得到最佳定位速度,如冷啟動TTFF只需4秒。這是因為兩項資料讓待搜尋頻率和訊號延遲視窗(Window of Code Delay)範圍變小;此外,準確的GPS時間能夠用來計算衛星位置,而且可跳過對TOW的求解。

圖2 透過輔助資料有助於加速定位,額外的同步訊號能進一步縮短定位時間。

相較之下,在A-GPS模式下若只能獲得粗略衛星時間,定位時間會大幅拉長,如同步準確性若小於8毫秒,還須要進行位元同步(Bit Sync),冷啟動的TTFF約需12秒;如果同步準確性大於8毫秒,會同時須要進行位元同步和訊框同步(Frame Sync),TTFF約需24秒以上。  

一旦衛星時間不夠準確,就無法有效預估訊號延遲視窗,若要達到與具有準確時間相同的表現,將需要500倍的搜尋資源。此外,因為衛星速度達每秒800公里,太快的速度也無法求得精確的衛星位置,將和自主式模式一樣必須求解TOW,這會造成定位時間拉長至6秒,在弱訊號下更無法解碼。雖然還有另一個方式是求解衛星時間,不過這需要多一顆衛星的資料,也就是五顆衛星才能進行定位。 在了解A-GPS的原理與優勢後,接著來談談A-GPS的建置方法。要取得衛星定位輔助資料有兩種方式,一是即時性的透過GSM、GPRS、CDMA或UMTS等行動通訊系統來取得,也就是連線式A-GPS(Online A-GPS);另一種是採離線(Offline),也就是依使用者的方便,透過行動網路或直接由網際網路預先下載衛星資料,當需要時就能做為輔助定位之用。  

連線式A-GPS提供即時資訊  

由於衛星的軌道資料會定時更新,因此理想上最好能夠即時獲得最新的輔助資料,這就得採用連線式A-GPS模式。不過,既然是連線方式,其獲取資料的速度就會受到行動網路速率的影響,這是較不可控的因素。CDMA和GSM/GPRS的協定中都定義出A-GPS手機的最低運作效能標準:CDMA的標準定義在3GPP2 C.S0036-0(TIA 916),GSM/GPRS則是3GPP TS 25.171。其中CDMA要求最大的反應時間,即最長的TTFF是在16秒之內,GSM則是20秒。目前各家的解決方案都致力於滿足這項要求。  

當支援A-GPS的終端啟動時,它會同時接收來自天空中的衛星訊號,並從行動網路的基地台獲取輔助資料,這些資料並不儲存在GPS接收器或系統的記憶體中,而且每次啟動連結時,資料都會更新。在終端與基地台的連結介面上,A-GPS的發展可分為政策導向和市場導向,其中政策導向的語音緊急服務因需要高可靠性的定位功能,因此產生了控制平面(Control Plane)架構;市場導向的LBS或導航應用,強調透過無線資料傳輸來達成的定位應用服務,因此產生了用戶平面(User Plane)架構。  

控制平面和用戶平面的差異在於,前者是專為緊急救援而設計,目的是要讓手機能提供隨時隨地的定位功能,因而不允許其他應用優先於此需求,例如為了強化GPS接收器的靈敏度而優先進行戶外的定位;相較之下,用戶平面被使用在非緊急的應用上,其目的是要縮短TTFF的時間及提升定位的準確性。進一步解釋如下:

控制平面
 A-GPS只是定位技術之控制平面標準的一種,其他還包括基於CDMA通訊技術的進階前向鏈路三角定位(Advanced Forward Link Trilateration, AFLT)、WCDMA的觀察到達時間差(Observed Time Difference of Arrival, OTDOA)和GSM的強化到達時間差(E-OTD)等。因此,控制平面中的終端設備(Mobile Station, MS)可以是本身具有GPS接收器的手機,也可以是普通手機;通訊架構中各個單元的功能基本上維持不變,但為了支援位置服務,必須新增閘道伺服器(Gateway Server)、定位伺服器(Positioning Server)和定位業務(Location Services, LCS)終端。控制平面標準與架構定義如表1。

表1 控制平面標準與架構定義

空中介面定位技術定位伺服器閘道伺服器

CDMA(IS-95)

IS-801 PDSSPDEMPC
WCDMATS 25.331 RRC
(Radio Resource Control)
SASGMLC
GSMTS 04.31 RRLP
(Radio Resource LCS Protocol)
SMLCGMLC
不同行動系統針對定位輔助功能定義出不同的介面規格,其中GSM/GPRS是無線資源定位協議(RRLP),UMTS/WCDMA是無線資源控制(RRC),CDMA則是IS-801A。除了介面規格不同外,不同的系統服務商往往會建立屬於自己的控制平面運作系統,此舉雖然能保證較佳的服務品質,但建置成本極高,用戶也得受限於系統服務商。目前美國的CDMA系統已使用於E911,而GSM業者在進行3G建置時也開始加入相關架構。
用戶平面
 用戶平面主要以TCP/IP做為資料傳送方式,目前包括CDMA、3GPP2和OMA都制定出用戶平面的標準,其中OMA制定的安全用戶平面位址(Secure User Plane Location, SUPL)獲得業者普遍的支援。用戶平面標準與架構定義如表2。SUPL透過將RRC、RRLP等訊息包裹為一致性的規格後再發送出去。其定位的運算通常也在用戶端(MS-based),能減少網路成本及維護管理上的需求;若是主要運算端為網路伺服器,則稱為MS-assisted。
表2 用戶平面標準與架構定義
組織User Plane標準定位技術標準定位伺服器閘道伺服器
CDMAV1/V2(CDG)IS-801 PDSSPDEMPC
3GPP2(CDMA-2000)X.S0024IS-801 PDSSPDEPS
OMASUPLIS-801 PDSS
TS 04.31 RRLP
TS 25.331 RRC
SPCSLC
在建置上,用戶平面較控制平面來得容易施行,用戶平面提供的位置服務相關訊號包括定位等級(Positioning Level)和服務等級(Service Level)兩類,它使用控制平面定位技術的相關協定,基本上功能相當,差別在於以TCP/IP的方式傳送,而優勢在於通用性高,系統建置成本較低,也不必受到GSM、CDMA、WCDMA不同系統的限制,因此有助於A-GPS在手機等行動設備中的推行。

離線式A-GPS不受服務品質影響連線效率  

由於連線式容易因行動通訊商的服務品質及用戶所在位置而影響連線效率,而且會受限於行動通訊商的管理,因此發展出離線模式。採用離線式A-GPS,用戶只須在外出定位前,先透過行動網路或網際網路從伺服器端中取得輔助資料,下載後即可中斷連線。當啟動GPS功能,這些資料就會用來協助定位,同樣能加速定位所需的時間。離線式A-GPS服務架構如圖3。

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圖3 離線式A-GPS服務架構示意圖

由於離線式所提供的輔助資料必須具有較長的有效性,因此資料提供者得具備專業的衛星軌道預測能力,如藉由天文學及重力等模式來預測及修正衛星軌道。有能力提供離線式服務的供應商並不多,不過目前已有業者可以透過差分萬年曆修正資料(Differential Almanac Correction Data)的作法,將衛星軌道的準確度從3~5公里提升到10~50公尺(圖4)。

圖4 透過差分萬年曆修正資料來提升軌道預測的準確度

採用離線式A-GPS,能省下衛星軌道資料的下載時間,而且加上定位時毋須隨時保持連線,因此可省下不少連線費用。目前已有業者能提供達14天的有效時間,讓用戶下載使用。不過,由於輔助資料的準確性會隨著時間而下降,因此最好能經常維持資料的更新。相較於透過SUPL等連線式A-GPS等複雜的方案,用戶若能免費利用網路來獲得衛星輔助資料,將能大幅降低A-GPS系統建置的門檻,有助於推廣A-GPS的應用。  

連線/離線可並行 A-GPS效能加倍  

具備GPS功能的終端設備要支援A-GPS並不困難,若要採用連線式,則須考慮是採用MS-based或MS-assisted模式,也就是定位運算的主體在終端或伺服端。MS-based較為單純,在取得網路輔助資料後,就回到獨立運算的狀態,但對終端系統的運算資源要求較高;MS-assisted則較為複雜,終端器將接收到的衛星訊號資料傳送給網路伺服器,由伺服器計算出結果後再將位置資訊送回給終端器,此舉雖能降低終端器的運算負荷,而且能進行較複雜的運算以取得更精確的位置,但對於連線品質要求甚高,一旦在過程中失聯就會失去定位結果。  

在記憶體需求方面,連線式只需一些即時的資料,對於記憶體容量的要求極低,每次下載的檔案大小只有1~3KB;離線式的記憶體需求量也不大,下載1天的衛星預測資料,大約只需要10KB,14天的預測資料量則約為90KB。這些資料通常儲存於非揮發性的快閃可擦除可程式唯讀存儲器(Flash EPROM)中,而依系統架構的不同,有的GPS接收器會配置記憶體,可以直接溝通;另一種架構則是使用主處理器的記憶體來儲存,可節省記憶體的成本與占用空間(圖5)。

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圖5 GPS接收器透過主處理器取得儲存資料的運作架構

值得一提的是,連線式或離線式並非二選一的方案,兩者其實可以互補。其作法上能以連線式為優先,也就是當終端器能與網路順暢的連線時,即採用連線式來取得最佳化的定位服務,當連線品質下滑時,就轉為離線方式;也可以離線方式為優先來降低連線費,即當記憶體中的衛星資料過時了,才轉為即時連線方式,並可同步再下載新的衛星資料。  

對於GPS市場的既有業者來說,手機開始內建GPS功能無疑是一大利多,這意味著整個市場將大幅擴展開來。不過,手機的GPS應用與PND大為不同,訴求目標已從車載導航轉移到個人用途,因此須要在更多樣的使用環境下獲得快速的定位服務,而A-GPS就成了不可或缺的一項實現技術。  

(本文作者任職於u-blox)