IMS中基于呈現的位置服務體系研究

倪 奕

0 引言

LBS是指通過移動終端和移動網絡的配合，確定移動用戶的實際地理位置，從而提供用戶所需的與位置相關的服務[1]。LBS業務被認為是繼短信之后的殺手級業務之一，有著巨大的市場規模和良好的盈利前景。

本質上來說，位置服務成功地整合3類基礎構建塊：定位系統、（移動）通信系統以及位置內容。定位系統用于確定終端用戶位置。通信系統為定位通知和位置內容交換提供可靠的實現方式。位置內容指的是以不同方式表示的與位置相關的信息。由于位置內容正逐漸向多媒體格式演進，LBS的開發自然而然地就考慮使用最新的通信技術，如IP多媒體子系統（IMS）。

IMS是一個國際標準，包含一些核心網絡元素來為終端用戶提供高級的多媒體業務。當前 IMS的基本服務包括呈現、群組以及消息等。圍繞IMS服務可以開發大量的位置應用，這些應用除了涉及到位置信息的處理外，還很大程度上涉及到對呈現信息的處理。通過分析可以發現，呈現服務對授權、訂閱以及隱私管理方面的要求實際上與位置服務是一致的，可以把位置信息視為特殊類型的呈現信息。據此，在重用IMS呈現服務主要處理機制的基礎上，提出一種基于呈現的位置服務的體系架構，從而使現有呈現服務能平滑地適應位置信息的處理。

1 技術背景

1.1 IMS呈現服務

呈現服務是一種基礎服務，可為其他業務提供業務能力。呈現服務允許用戶發布自己的呈現信息，查詢其他用戶的狀態，或者訂閱其他用戶的呈現信息而被通知被訂閱信息的改變。呈現信息包含用戶狀態，用戶終端狀態、能力，聯系方式以及業務狀態等。

呈現服務包括以下一些功能實體[2]：

①呈現服務器：接收、存儲和分發呈現信息的功能實體；②呈現者（Presentity）：提供呈現信息的實體，包括呈現用戶代理、呈現網絡代理等類型；③觀察者（Watcher）：請求呈現者呈現信息的實體，位于用戶終端或應用服務器中；④資源列表服務器（RLS）：接受和管理對于呈現列表的訂閱，使得觀察者能通過一次訂閱就能訂閱整個資源列表中所有呈現者的呈現信息；⑤呈現代理：提供為支持跨IMS網絡的呈現服務所需的路由和安全功能，包括觀察者呈現代理和呈現者呈現代理。

1.2 定位技術

位置服務依賴于準確、可靠地確定移動終端的位置。為了獲取準確、可靠的位置信息，通常會采用幾種定位方法，使用其中一種或結合幾種方法。由于衛星定位有著巨大的性能優勢，因此被認為是最佳方法，目前有美國的GPS及中國的北斗等導航系統可以使用。

除了衛星定位方法外，還有其他不依賴于衛星的定位方法，如網絡定位方法，它使用移動通信網絡信令來確定移動物體的位置。當前廣泛采用的網絡定位技術有3種[3]：基于網絡的Cell ID、OTDOA方法以及網絡與終端結合的網絡輔助定位方法（A-GPS）。

2 IMS基于呈現的位置服務體系架構

2.1 體系架構建議

這里提出的基于呈現的位置服務（稱為呈現與位置服務）的 IMS方案如圖 1所示。呈現與位置服務服務器與S-CSCF之間通過ISC接口，采用SIP協議進行交互，用于業務觸發與控制等。移動終端與P-CSCF之間通過Gm接口，采用SIP協議進行交互，該接口被移動終端用于向IMS注冊、呼叫建立/釋放以及通信。用戶可通過Ut接口對駐留在應用服務器上的業務進行配置，管理用戶檔案和私有設置。

圖1 IMS呈現與位置服務網絡體系

基于呈現的位置服務體系主要包含兩類設備，其功能模塊如圖2所示（參考文獻[4]）。

（1）用戶終端

在用戶的移動終端上有2個基本功能模塊：用于提供位置信息的LBS客戶端模塊，以及實現呈現信息處理等功能的IMS客戶端模塊。IMS客戶端模塊允許第三方應用或者用戶終端訂閱位置與呈現信息通知。觀察者應用可以直接使用SIP協議來請求位置呈現信息。在移動終端上的衛星定位設備（如GPS接收器）被用于發送原始的位置坐標給請求者。在LBS客戶端模塊與應用服務提供者之間的接口使用HTTP或者基于SIP的通信。而在LBS客戶端與衛星定位接收器之間，可使用藍牙進行通信。

（2）呈現與位置服務器

呈現與位置服務重用了IMS呈現服務的主要處理機制：

認證模塊：在收到訂閱某個特定用戶的呈現和位置信息的SIP SUBSCRIBE請求時，認證模塊根據訂閱授權策略對觀察者進行認證授權，決定是否允許觀察者訂閱呈現者的呈現位置信息。

訂閱通知模塊：訂閱請求經認證授權后，把從用戶終端或者從移動網絡獲取（通過位置服務功能模塊）的被請求終端的位置信息與呈現狀態信息，使用PIDF-LO格式[5]，一起放入SIP NOTIFY響應消息中，再發送給訂閱用戶。此后，每當接收到用戶呈現狀態信息更新的SIP PUBLISH消息后，該服務器都會刷新用戶的呈現狀態，并向所有訂閱用戶呈現和位置信息的觀察者發送帶有呈現狀態更新的SIP NOTIFY消息。

觀察者列表服務器（WLS）：為了能減少用戶終端IMS客戶端模塊所需的無線帶寬，建議采用 WLS[4]，該呈現服務的功能實體管理訂閱相同事件的觀察者的列表。用戶終端的IMS客戶端模塊通過與WLS之間的ut接口來配置這些列表。一旦配置好觀察者列表，任何發送到觀察者列表的呈現通知都會發送給列表的所有觀察者（見圖 2中箭頭b2和 c2）。另外，在其他一些情況下，如呈現體在進入特定區域時獲取通知，使用類似點對點這樣的直接通知方式（如圖2中的箭頭b3）。

圖2 呈現與位置服務功能模塊示意

對在 GPS定位和網絡定位信息都存在的情況下位置信息的整合問題可由呈現集合代理來解決[4]。它在IMS的呈現體側截取所有訂閱消息，基于用戶數據庫或者訂閱策略來確定如何定位呈現體。如果位置只能在網絡中獲取，那訂閱請求就會被轉發到呈現服務器。如果用戶有衛星定位接收器，訂閱請求將被發送到終端。如果兩者都存在，聚合器將檢查數據的可靠性。圖2中的箭頭B1和b1顯示了向聚合器發送通知的情況，聚合器將只會發送其中一個通知（C1或 c1）給觀察者。

另外，位置服務功能模塊主要用于通過網絡定位方法獲取用戶終端的位置。此時位置服務功能模塊對IMS來說是作為呈現網絡代理，對移動網絡來說則作為外部位置服務客戶端（LCS）訪問移動網的網關移動位置中心（GMLC）節點請求終端的位置信息，如圖2所示。移動網終端定位的具體過程不作詳述。

2.2 位置信息處理

2.2.1 位置信息來源

可以使用兩種定位方法來獲取用戶的位置信息：

（1）自定位

衛星定位模塊內置于用戶終端設備中，用戶位置是通過衛星定位方法（如GPS）獲取，定位直接在用戶設備中進行。該方式是本架構推薦的方式，因為當前網絡定位方法總體精度不高，對其提升成本較高。如果采用基于終端的定位，如在終端內置GPS模塊，就要相對便宜。而且只需要升級那些希望使用位置服務的終端以支持該功能即可。

（2）遠程定位

當終端未配置衛星定位模塊或者衛星定位模塊不可用的情況下，可以通過呈現位置服務的位置服務功能模塊采用網絡定位方法（如Cell ID以及A-GPS）來獲取終端的位置數據。

2.2.2 位置信息格式

呈現信息數據格式（PIDF）把呈現信息編碼為XML格式。PIDF只定義了基本的狀態和聯系信息，因此又創建了不同的 PIDF擴展。GEOPRIV擴展了 PIDF，建議采用PIDF-LO[5]（位置對象）的方式來封裝位置信息到呈現信息中，封裝使用地理標簽語言（GML）來實現。另外，文獻[6]提出了如何在呈現服務架構中進行位置對象分發的能力。如此，呈現服務對呈現信息的處理機制同樣也可用于位置信息的處理。

由于用戶的整個呈現與位置信息、配置以及訂閱數據相當大，對其進行整體的讀、添加、刪除以及修改將嚴重影響系統和網絡性能，因此如果用戶關注或修改的只是信息的某部分的話，只需獲取或更新信息的相關部分。XML配置訪問協議（XCAP）就是用于部分修改此類信息的協議，能指向XML文檔的特定部分，如圖5所示。

2.2.3 位置信息過濾器

通知過濾器除了實現位置更新通知外還能實現復雜的通知。過濾器同訂閱消息一起從觀察者發送給呈現體。舉例來說，過濾規則“距離中心X公里范圍”將會在呈現體進入中心坐標對應的圓形范圍時發送通知。這就以在呈現體終端上添加一定復雜性為代價來減少了空中接口的數據流量，只需要發送一個通知即可，而不用持續地對位置數據進行更新。在文獻[7]中已經提出了一個通知過濾器的格式。

3 應用設想

呈現與位置服務可與 IMS其他服務一起配合實現高級的位置業務，包括：

①呈現和位置（地址薄中朋友位置的可見）；②用戶只與特定區域的用戶通信；③基于用戶位置的環境感知自適應（比如根據用戶所處位置不同而優先通信方式自動改變）；④用戶通過共享地圖來共享其位置；⑤位置感知的多媒體信息廣播（用戶進入特定區域，如商場時，收到商場促銷信息）。

另外，當前除移動用戶之外，車輛幾乎正演變為最大的IMS移動用戶，需要越來越多的無線應用。在市場上有許多針對車輛的想法或應用，如車聯網。IMS則提供了1個更簡單的方法來融合這些想法和應用，幾乎所有這些應用都可以由LBS來支持。

4 結語

LBS業務作為一類新興的增值業務，具有良好的發展前景，全球各大移動運營商都正在積極部署這項極具潛力的業務。由于未來的融合網絡會形成以IMS為核心的網絡結構，在這種背景下，研究IMS中基于呈現服務的LBS服務體系是非常有意義的。該體系能促進移動用戶位置與核心通信業務之間的統一，并能據此開發高級的位置相關的業務。

[1]楊骎,孟祥武. 一種融合網絡條件下的 LBS業務提供體系研究[J].現代電信科技,2010(05):8-10.

[2]龐韶敏,李亞波,沈宇超. 3G核心網技術揭秘—CS,PS,IMS[M].北京:電子工業出版社,2008:285-287.

[3]付曉,雷建設.3G系統中的定位技術[J].電信技術,2005(08):76-77.

[4]PAILER R, WEGSCHEIDER F, BESSLER S. A Terminal-Based Location Service Enabler for the IP Multimedia Subsystem[EB/OL].(2010-8-16)[2011-01-11].http://userver.ftw.at/~bessler/pap ers/WCNC06.pdf.

[5]IETF RFC 4119—2005. A Presence-based GEOPRIV Location Object Format[S].

[6]IETF RFC 4079—2005. A Presence Architecture for the Distribution of GEOPRIV Location Objects[S].

[7]Internet Draft draft-mahy-geopriv-loc-filters-03.txt—2009.A Document Format for Filtering and Reporting Location Notifications in PIDF-LO[S].