IMS中基于呈現(xiàn)的位置服務(wù)體系研究

倪 奕

0 引言

LBS是指通過移動終端和移動網(wǎng)絡(luò)的配合，確定移動用戶的實(shí)際地理位置，從而提供用戶所需的與位置相關(guān)的服務(wù)[1]。LBS業(yè)務(wù)被認(rèn)為是繼短信之后的殺手級業(yè)務(wù)之一，有著巨大的市場規(guī)模和良好的盈利前景。

本質(zhì)上來說，位置服務(wù)成功地整合3類基礎(chǔ)構(gòu)建塊：定位系統(tǒng)、（移動）通信系統(tǒng)以及位置內(nèi)容。定位系統(tǒng)用于確定終端用戶位置。通信系統(tǒng)為定位通知和位置內(nèi)容交換提供可靠的實(shí)現(xiàn)方式。位置內(nèi)容指的是以不同方式表示的與位置相關(guān)的信息。由于位置內(nèi)容正逐漸向多媒體格式演進(jìn)，LBS的開發(fā)自然而然地就考慮使用最新的通信技術(shù)，如IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）。

IMS是一個國際標(biāo)準(zhǔn)，包含一些核心網(wǎng)絡(luò)元素來為終端用戶提供高級的多媒體業(yè)務(wù)。當(dāng)前 IMS的基本服務(wù)包括呈現(xiàn)、群組以及消息等。圍繞IMS服務(wù)可以開發(fā)大量的位置應(yīng)用，這些應(yīng)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(xiàn)信息的處理。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)服務(wù)對授權(quán)、訂閱以及隱私管理方面的要求實(shí)際上與位置服務(wù)是一致的，可以把位置信息視為特殊類型的呈現(xiàn)信息。據(jù)此，在重用IMS呈現(xiàn)服務(wù)主要處理機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于呈現(xiàn)的位置服務(wù)的體系架構(gòu)，從而使現(xiàn)有呈現(xiàn)服務(wù)能平滑地適應(yīng)位置信息的處理。

1 技術(shù)背景

1.1 IMS呈現(xiàn)服務(wù)

呈現(xiàn)服務(wù)是一種基礎(chǔ)服務(wù)，可為其他業(yè)務(wù)提供業(yè)務(wù)能力。呈現(xiàn)服務(wù)允許用戶發(fā)布自己的呈現(xiàn)信息，查詢其他用戶的狀態(tài)，或者訂閱其他用戶的呈現(xiàn)信息而被通知被訂閱信息的改變。呈現(xiàn)信息包含用戶狀態(tài)，用戶終端狀態(tài)、能力，聯(lián)系方式以及業(yè)務(wù)狀態(tài)等。

呈現(xiàn)服務(wù)包括以下一些功能實(shí)體[2]：

①呈現(xiàn)服務(wù)器：接收、存儲和分發(fā)呈現(xiàn)信息的功能實(shí)體；②呈現(xiàn)者（Presentity）：提供呈現(xiàn)信息的實(shí)體，包括呈現(xiàn)用戶代理、呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)代理等類型；③觀察者（Watcher）：請求呈現(xiàn)者呈現(xiàn)信息的實(shí)體，位于用戶終端或應(yīng)用服務(wù)器中；④資源列表服務(wù)器（RLS）：接受和管理對于呈現(xiàn)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(xiàn)者的呈現(xiàn)信息；⑤呈現(xiàn)代理：提供為支持跨IMS網(wǎng)絡(luò)的呈現(xiàn)服務(wù)所需的路由和安全功能，包括觀察者呈現(xiàn)代理和呈現(xiàn)者呈現(xiàn)代理。

1.2 定位技術(shù)

位置服務(wù)依賴于準(zhǔn)確、可靠地確定移動終端的位置。為了獲取準(zhǔn)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(jié)合幾種方法。由于衛(wèi)星定位有著巨大的性能優(yōu)勢，因此被認(rèn)為是最佳方法，目前有美國的GPS及中國的北斗等導(dǎo)航系統(tǒng)可以使用。

除了衛(wèi)星定位方法外，還有其他不依賴于衛(wèi)星的定位方法，如網(wǎng)絡(luò)定位方法，它使用移動通信網(wǎng)絡(luò)信令來確定移動物體的位置。當(dāng)前廣泛采用的網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)有3種[3]：基于網(wǎng)絡(luò)的Cell ID、OTDOA方法以及網(wǎng)絡(luò)與終端結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)輔助定位方法（A-GPS）。

2 IMS基于呈現(xiàn)的位置服務(wù)體系架構(gòu)

2.1 體系架構(gòu)建議

這里提出的基于呈現(xiàn)的位置服務(wù)（稱為呈現(xiàn)與位置服務(wù)）的 IMS方案如圖 1所示。呈現(xiàn)與位置服務(wù)服務(wù)器與S-CSCF之間通過ISC接口，采用SIP協(xié)議進(jìn)行交互，用于業(yè)務(wù)觸發(fā)與控制等。移動終端與P-CSCF之間通過Gm接口，采用SIP協(xié)議進(jìn)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(yīng)用服務(wù)器上的業(yè)務(wù)進(jìn)行配置，管理用戶檔案和私有設(shè)置。

圖1 IMS呈現(xiàn)與位置服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系

基于呈現(xiàn)的位置服務(wù)體系主要包含兩類設(shè)備，其功能模塊如圖2所示（參考文獻(xiàn)[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(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)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(yīng)用或者用戶終端訂閱位置與呈現(xiàn)信息通知。觀察者應(yīng)用可以直接使用SIP協(xié)議來請求位置呈現(xiàn)信息。在移動終端上的衛(wèi)星定位設(shè)備（如GPS接收器）被用于發(fā)送原始的位置坐標(biāo)給請求者。在LBS客戶端模塊與應(yīng)用服務(wù)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(wèi)星定位接收器之間，可使用藍(lán)牙進(jìn)行通信。

（2）呈現(xiàn)與位置服務(wù)器

呈現(xiàn)與位置服務(wù)重用了IMS呈現(xiàn)服務(wù)的主要處理機(jī)制：

認(rèn)證模塊：在收到訂閱某個特定用戶的呈現(xiàn)和位置信息的SIP SUBSCRIBE請求時，認(rèn)證模塊根據(jù)訂閱授權(quán)策略對觀察者進(jìn)行認(rèn)證授權(quán)，決定是否允許觀察者訂閱呈現(xiàn)者的呈現(xiàn)位置信息。

訂閱通知模塊：訂閱請求經(jīng)認(rèn)證授權(quán)后，把從用戶終端或者從移動網(wǎng)絡(luò)獲?。ㄍㄟ^位置服務(wù)功能模塊）的被請求終端的位置信息與呈現(xiàn)狀態(tài)信息，使用PIDF-LO格式[5]，一起放入SIP NOTIFY響應(yīng)消息中，再發(fā)送給訂閱用戶。此后，每當(dāng)接收到用戶呈現(xiàn)狀態(tài)信息更新的SIP PUBLISH消息后，該服務(wù)器都會刷新用戶的呈現(xiàn)狀態(tài)，并向所有訂閱用戶呈現(xiàn)和位置信息的觀察者發(fā)送帶有呈現(xiàn)狀態(tài)更新的SIP NOTIFY消息。

觀察者列表服務(wù)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(xiàn)服務(wù)的功能實(shí)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(fā)送到觀察者列表的呈現(xiàn)通知都會發(fā)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(xiàn)體在進(jìn)入特定區(qū)域時獲取通知，使用類似點(diǎn)對點(diǎn)這樣的直接通知方式（如圖2中的箭頭b3）。

圖2 呈現(xiàn)與位置服務(wù)功能模塊示意

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

另外，位置服務(wù)功能模塊主要用于通過網(wǎng)絡(luò)定位方法獲取用戶終端的位置。此時位置服務(wù)功能模塊對IMS來說是作為呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)代理，對移動網(wǎng)絡(luò)來說則作為外部位置服務(wù)客戶端（LCS）訪問移動網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)移動位置中心（GMLC）節(jié)點(diǎn)請求終端的位置信息，如圖2所示。移動網(wǎng)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(wèi)星定位模塊內(nèi)置于用戶終端設(shè)備中，用戶位置是通過衛(wèi)星定位方法（如GPS）獲取，定位直接在用戶設(shè)備中進(jìn)行。該方式是本架構(gòu)推薦的方式，因?yàn)楫?dāng)前網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(wù)的終端以支持該功能即可。

（2）遠(yuǎn)程定位

當(dāng)終端未配置衛(wèi)星定位模塊或者衛(wèi)星定位模塊不可用的情況下，可以通過呈現(xiàn)位置服務(wù)的位置服務(wù)功能模塊采用網(wǎng)絡(luò)定位方法（如Cell ID以及A-GPS）來獲取終端的位置數(shù)據(jù)。

2.2.2 位置信息格式

呈現(xiàn)信息數(shù)據(jù)格式（PIDF）把呈現(xiàn)信息編碼為XML格式。PIDF只定義了基本的狀態(tài)和聯(lián)系信息，因此又創(chuàng)建了不同的 PIDF擴(kuò)展。GEOPRIV擴(kuò)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(xiàn)信息中，封裝使用地理標(biāo)簽語言（GML）來實(shí)現(xiàn)。另外，文獻(xiàn)[6]提出了如何在呈現(xiàn)服務(wù)架構(gòu)中進(jìn)行位置對象分發(fā)的能力。如此，呈現(xiàn)服務(wù)對呈現(xiàn)信息的處理機(jī)制同樣也可用于位置信息的處理。

由于用戶的整個呈現(xiàn)與位置信息、配置以及訂閱數(shù)據(jù)相當(dāng)大，對其進(jìn)行整體的讀、添加、刪除以及修改將嚴(yán)重影響系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)性能，因此如果用戶關(guān)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(guān)部分。XML配置訪問協(xié)議（XCAP）就是用于部分修改此類信息的協(xié)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(shí)現(xiàn)位置更新通知外還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的通知。過濾器同訂閱消息一起從觀察者發(fā)送給呈現(xiàn)體。舉例來說，過濾規(guī)則“距離中心X公里范圍”將會在呈現(xiàn)體進(jìn)入中心坐標(biāo)對應(yīng)的圓形范圍時發(fā)送通知。這就以在呈現(xiàn)體終端上添加一定復(fù)雜性為代價來減少了空中接口的數(shù)據(jù)流量，只需要發(fā)送一個通知即可，而不用持續(xù)地對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。在文獻(xiàn)[7]中已經(jīng)提出了一個通知過濾器的格式。

3 應(yīng)用設(shè)想

呈現(xiàn)與位置服務(wù)可與 IMS其他服務(wù)一起配合實(shí)現(xiàn)高級的位置業(yè)務(wù)，包括：

①呈現(xiàn)和位置（地址薄中朋友位置的可見）；②用戶只與特定區(qū)域的用戶通信；③基于用戶位置的環(huán)境感知自適應(yīng)（比如根據(jù)用戶所處位置不同而優(yōu)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(jìn)入特定區(qū)域，如商場時，收到商場促銷信息）。

另外，當(dāng)前除移動用戶之外，車輛幾乎正演變?yōu)樽畲蟮腎MS移動用戶，需要越來越多的無線應(yīng)用。在市場上有許多針對車輛的想法或應(yīng)用，如車聯(lián)網(wǎng)。IMS則提供了1個更簡單的方法來融合這些想法和應(yīng)用，幾乎所有這些應(yīng)用都可以由LBS來支持。

4 結(jié)語

LBS業(yè)務(wù)作為一類新興的增值業(yè)務(wù)，具有良好的發(fā)展前景，全球各大移動運(yùn)營商都正在積極部署這項(xiàng)極具潛力的業(yè)務(wù)。由于未來的融合網(wǎng)絡(luò)會形成以IMS為核心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在這種背景下，研究IMS中基于呈現(xiàn)服務(wù)的LBS服務(wù)體系是非常有意義的。該體系能促進(jìn)移動用戶位置與核心通信業(yè)務(wù)之間的統(tǒng)一，并能據(jù)此開發(fā)高級的位置相關(guān)的業(yè)務(wù)。

[1]楊骎,孟祥武. 一種融合網(wǎng)絡(luò)條件下的 LBS業(yè)務(wù)提供體系研究[J].現(xiàn)代電信科技,2010(05):8-10.

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

[3]付曉,雷建設(shè).3G系統(tǒng)中的定位技術(shù)[J].電信技術(shù),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].