IMS中基于呈现的位置服务体系研究

倪 奕

0 引言

LBS是指通过移动终端和移动网络的配合，确定移动用户的实际地理位置，从而提供用户所需的与位置相关的服务[1]。LBS业务被认为是继短信之后的杀手级业务之一，有着巨大的市场规模和良好的盈利前景。

本质上来说，位置服务成功地整合3类基础构建块：定位系统、（移动）通信系统以及位置内容。定位系统用于确定终端用户位置。通信系统为定位通知和位置内容交换提供可靠的实现方式。位置内容指的是以不同方式表示的与位置相关的信息。由于位置内容正逐渐向多媒体格式演进，LBS的开发自然而然地就考虑使用最新的通信技术，如IP多媒体子系统（IMS）。

IMS是一个国际标准，包含一些核心网络元素来为终端用户提供高级的多媒体业务。当前 IMS的基本服务包括呈现、群组以及消息等。围绕IMS服务可以开发大量的位置应用，这些应用除了涉及到位置信息的处理外，还很大程度上涉及到对呈现信息的处理。通过分析可以发现，呈现服务对授权、订阅以及隐私管理方面的要求实际上与位置服务是一致的，可以把位置信息视为特殊类型的呈现信息。据此，在重用IMS呈现服务主要处理机制的基础上，提出一种基于呈现的位置服务的体系架构，从而使现有呈现服务能平滑地适应位置信息的处理。

1 技术背景

1.1 IMS呈现服务

呈现服务是一种基础服务，可为其他业务提供业务能力。呈现服务允许用户发布自己的呈现信息，查询其他用户的状态，或者订阅其他用户的呈现信息而被通知被订阅信息的改变。呈现信息包含用户状态，用户终端状态、能力，联系方式以及业务状态等。

呈现服务包括以下一些功能实体[2]：

①呈现服务器：接收、存储和分发呈现信息的功能实体；②呈现者（Presentity）：提供呈现信息的实体，包括呈现用户代理、呈现网络代理等类型；③观察者（Watcher）：请求呈现者呈现信息的实体，位于用户终端或应用服务器中；④资源列表服务器（RLS）：接受和管理对于呈现列表的订阅，使得观察者能通过一次订阅就能订阅整个资源列表中所有呈现者的呈现信息；⑤呈现代理：提供为支持跨IMS网络的呈现服务所需的路由和安全功能，包括观察者呈现代理和呈现者呈现代理。

1.2 定位技术

位置服务依赖于准确、可靠地确定移动终端的位置。为了获取准确、可靠的位置信息，通常会采用几种定位方法，使用其中一种或结合几种方法。由于卫星定位有着巨大的性能优势，因此被认为是最佳方法，目前有美国的GPS及中国的北斗等导航系统可以使用。

除了卫星定位方法外，还有其他不依赖于卫星的定位方法，如网络定位方法，它使用移动通信网络信令来确定移动物体的位置。当前广泛采用的网络定位技术有3种[3]：基于网络的Cell ID、OTDOA方法以及网络与终端结合的网络辅助定位方法（A-GPS）。

2 IMS基于呈现的位置服务体系架构

2.1 体系架构建议

这里提出的基于呈现的位置服务（称为呈现与位置服务）的 IMS方案如图 1所示。呈现与位置服务服务器与S-CSCF之间通过ISC接口，采用SIP协议进行交互，用于业务触发与控制等。移动终端与P-CSCF之间通过Gm接口，采用SIP协议进行交互，该接口被移动终端用于向IMS注册、呼叫建立/释放以及通信。用户可通过Ut接口对驻留在应用服务器上的业务进行配置，管理用户档案和私有设置。

图1 IMS呈现与位置服务网络体系

基于呈现的位置服务体系主要包含两类设备，其功能模块如图2所示（参考文献[4]）。

（1）用户终端

在用户的移动终端上有2个基本功能模块：用于提供位置信息的LBS客户端模块，以及实现呈现信息处理等功能的IMS客户端模块。IMS客户端模块允许第三方应用或者用户终端订阅位置与呈现信息通知。观察者应用可以直接使用SIP协议来请求位置呈现信息。在移动终端上的卫星定位设备（如GPS接收器）被用于发送原始的位置坐标给请求者。在LBS客户端模块与应用服务提供者之间的接口使用HTTP或者基于SIP的通信。而在LBS客户端与卫星定位接收器之间，可使用蓝牙进行通信。

（2）呈现与位置服务器

呈现与位置服务重用了IMS呈现服务的主要处理机制：

认证模块：在收到订阅某个特定用户的呈现和位置信息的SIP SUBSCRIBE请求时，认证模块根据订阅授权策略对观察者进行认证授权，决定是否允许观察者订阅呈现者的呈现位置信息。

订阅通知模块：订阅请求经认证授权后，把从用户终端或者从移动网络获取（通过位置服务功能模块）的被请求终端的位置信息与呈现状态信息，使用PIDF-LO格式[5]，一起放入SIP NOTIFY响应消息中，再发送给订阅用户。此后，每当接收到用户呈现状态信息更新的SIP PUBLISH消息后，该服务器都会刷新用户的呈现状态，并向所有订阅用户呈现和位置信息的观察者发送带有呈现状态更新的SIP NOTIFY消息。

观察者列表服务器（WLS）：为了能减少用户终端IMS客户端模块所需的无线带宽，建议采用 WLS[4]，该呈现服务的功能实体管理订阅相同事件的观察者的列表。用户终端的IMS客户端模块通过与WLS之间的ut接口来配置这些列表。一旦配置好观察者列表，任何发送到观察者列表的呈现通知都会发送给列表的所有观察者（见图 2中箭头b2和 c2）。另外，在其他一些情况下，如呈现体在进入特定区域时获取通知，使用类似点对点这样的直接通知方式（如图2中的箭头b3）。

图2 呈现与位置服务功能模块示意

对在 GPS定位和网络定位信息都存在的情况下位置信息的整合问题可由呈现集合代理来解决[4]。它在IMS的呈现体侧截取所有订阅消息，基于用户数据库或者订阅策略来确定如何定位呈现体。如果位置只能在网络中获取，那订阅请求就会被转发到呈现服务器。如果用户有卫星定位接收器，订阅请求将被发送到终端。如果两者都存在，聚合器将检查数据的可靠性。图2中的箭头B1和b1显示了向聚合器发送通知的情况，聚合器将只会发送其中一个通知（C1或 c1）给观察者。

另外，位置服务功能模块主要用于通过网络定位方法获取用户终端的位置。此时位置服务功能模块对IMS来说是作为呈现网络代理，对移动网络来说则作为外部位置服务客户端（LCS）访问移动网的网关移动位置中心（GMLC）节点请求终端的位置信息，如图2所示。移动网终端定位的具体过程不作详述。

2.2 位置信息处理

2.2.1 位置信息来源

可以使用两种定位方法来获取用户的位置信息：

（1）自定位

卫星定位模块内置于用户终端设备中，用户位置是通过卫星定位方法（如GPS）获取，定位直接在用户设备中进行。该方式是本架构推荐的方式，因为当前网络定位方法总体精度不高，对其提升成本较高。如果采用基于终端的定位，如在终端内置GPS模块，就要相对便宜。而且只需要升级那些希望使用位置服务的终端以支持该功能即可。

（2）远程定位

当终端未配置卫星定位模块或者卫星定位模块不可用的情况下，可以通过呈现位置服务的位置服务功能模块采用网络定位方法（如Cell ID以及A-GPS）来获取终端的位置数据。

2.2.2 位置信息格式

呈现信息数据格式（PIDF）把呈现信息编码为XML格式。PIDF只定义了基本的状态和联系信息，因此又创建了不同的 PIDF扩展。GEOPRIV扩展了 PIDF，建议采用PIDF-LO[5]（位置对象）的方式来封装位置信息到呈现信息中，封装使用地理标签语言（GML）来实现。另外，文献[6]提出了如何在呈现服务架构中进行位置对象分发的能力。如此，呈现服务对呈现信息的处理机制同样也可用于位置信息的处理。

由于用户的整个呈现与位置信息、配置以及订阅数据相当大，对其进行整体的读、添加、删除以及修改将严重影响系统和网络性能，因此如果用户关注或修改的只是信息的某部分的话，只需获取或更新信息的相关部分。XML配置访问协议（XCAP）就是用于部分修改此类信息的协议，能指向XML文档的特定部分，如图5所示。

2.2.3 位置信息过滤器

通知过滤器除了实现位置更新通知外还能实现复杂的通知。过滤器同订阅消息一起从观察者发送给呈现体。举例来说，过滤规则“距离中心X公里范围”将会在呈现体进入中心坐标对应的圆形范围时发送通知。这就以在呈现体终端上添加一定复杂性为代价来减少了空中接口的数据流量，只需要发送一个通知即可，而不用持续地对位置数据进行更新。在文献[7]中已经提出了一个通知过滤器的格式。

3 应用设想

呈现与位置服务可与 IMS其他服务一起配合实现高级的位置业务，包括：

①呈现和位置（地址薄中朋友位置的可见）；②用户只与特定区域的用户通信；③基于用户位置的环境感知自适应（比如根据用户所处位置不同而优先通信方式自动改变）；④用户通过共享地图来共享其位置；⑤位置感知的多媒体信息广播（用户进入特定区域，如商场时，收到商场促销信息）。

另外，当前除移动用户之外，车辆几乎正演变为最大的IMS移动用户，需要越来越多的无线应用。在市场上有许多针对车辆的想法或应用，如车联网。IMS则提供了1个更简单的方法来融合这些想法和应用，几乎所有这些应用都可以由LBS来支持。

4 结语

LBS业务作为一类新兴的增值业务，具有良好的发展前景，全球各大移动运营商都正在积极部署这项极具潜力的业务。由于未来的融合网络会形成以IMS为核心的网络结构，在这种背景下，研究IMS中基于呈现服务的LBS服务体系是非常有意义的。该体系能促进移动用户位置与核心通信业务之间的统一，并能据此开发高级的位置相关的业务。

[1]杨骎,孟祥武. 一种融合网络条件下的 LBS业务提供体系研究[J].现代电信科技,2010(05):8-10.

[2]庞韶敏,李亚波,沈宇超. 3G核心网技术揭秘—CS,PS,IMS[M].北京:电子工业出版社,2008:285-287.

[3]付晓,雷建设.3G系统中的定位技术[J].电信技术,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].