Presence Service im IMS

13. Mobilfunktagung des VDE - Technologien und Anwendungen, Osnabrück Mai 2008
Presence Service im IMS Architektur, Protokolle und Testverfahren
Dipl.-Ing. Matthias Bormann, Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel, Germany
Dipl.-Ing. Vigo Sandhaus, Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel, Germany
Prof. Dr.-Ing. Diederich Wermser, Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel, Germany
Kontakt: d.wermser@fh-wolfenbuettel.de
Kurzfassung
Der Presence Service ist ein wesentlicher Teil des Konzepts für das IP Multimedia Subsystem (IMS). Der Presence Service im IMS bietet weitaus komplexere Funktionen als etwa heute im Markt bekannte ChatApplikationen wie ICQ, AOL-Instant Messenger oder Jabber.
Der Presence Service des IMS bietet für das Heimat-Netz die Möglichkeit, teilnehmerbezogene Presence Informationen über das Endgerät, den genutzten Dienst sowie die für den Dienst genutzten Medienströme zu verwalten und zwar auch für den Fall des Roamings in ein anderes Netz. Presence Informationen über einen Teilnehmer
können durch Eingaben des Teilnehmers, Informationen von Netzelementen und auch von Instanzen außerhalb
des Heimat-Netzes bereitgestellt und aktualisiert werden. Nutzer von Presence Informationen - Watcher genannt
- können sich innerhalb oder außerhalb des Heimat-Netzes befinden. Der Presence Service standardisiert dementsprechend neben Datenstrukturen und Aktualisierungsmechanismen auch komplexe Zugriffsregeln, um dem
Datenschutz gerecht zu werden.
Architektur und Protokolle für den Presence Service im IMS sind in Zusammenarbeit der Organisationen IETF,
3GPP und OMA standardisiert worden. In diesem Beitrag werden Funktionen, Architektur und Protokolle für die
Umsetzung des Presence Service im IMS exemplarisch erläutert. Des Weiteren werden Anforderungen sowie
Konzeption, Realisierung und Einsatz von Testverfahren für die komplexen Protokolle des Presence Service im
IMS vorgestellt, die mittels der von ETSI spezifizierten Testsprache TTCN-3 umgesetzt werden.
Die vorgestellten Ergebnisse basieren auf Arbeiten im Forschungsschwerpunkt "Modellbasierte Validierung automotiver Kommunikationsnetze" (gefördert im Rahmen des AGIP-Programms des Nds. MWK) sowie einer
F&E-Kooperation mit der Firma Testing Technologies IST GmbH, Berlin (www.testingtech.com).
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Durch die Nutzung des Presence Service stellen
Nutzer und deren Endgeräte, Dienste und deren
Netzelemente sich gegenseitig Informationen über
ihren derzeitigen Status zur Verfügung. Auf Basis
dieser Daten entstehen weitere Dienste, manche
Dienste erweitern die bereits vorhandenen. Abb. 1
gibt einen Überblick über den Presence Service und
die dadurch erweiterbaren Dienste.
Presence Service
Zusätzlich können existierende Dienste durch die
Presence-Information erweitert genutzt werden.
Z.B. möchte ein Nutzer gerade keine Sprachanrufe
entgegennehmen, da er sich in einem Meeting befindet. Durch den Presence Service kann dann auch
die automatische Konvertierung der Gesprächsdaten in Textform und die Weiterleitung der Nachricht mittels schon existierenden Diensten wie
SMS, MMS, Email gesteuert werden.
Abb. 1: Untersützende Dienste auf Basis des Presence
Service [7]
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Abb. 2: Rechteverwaltung im Presence Service [7]
Die Presence Information hat gewisse Ähnlichkeit
mit dem Erreichbarkeitsstatus in Mobilfunknetzen,
allerdings beinhaltet sie wesentlich mehr Information. Der Presentity, in diesem Beispiel in Abb. 2 mit
Namen Marc zu sehen, definiert einen Satz
Zugriffsegeln für seinen Presence Status, der hier
aus seinem Userstatus und seinem Aufenthaltsort
besteht. Peggy, Paul und Jude sind die Nutzer der
zur Verfügung gestellten Informationen. Jeder erhält, durch die Zugriffsregeln von Marc definiert,
seinen individuellen Blick auf den Status von Marc.
Paggy kann alle Informationen sehen (Land und
Stadt), Paul nur teilweise (Land) und Jude sieht
keinerlei Aufenthaltsort, obwohl er verfügbar ist.
Für die restlichen Watcher ist er „unsichtbar“, sie
sehen keinerlei Informationen über Marc.
Abb. 3: Presence Information
Die Funktionsweise des Presence Service ist sehr
einfach strukturiert, die drei Instanzen zur Umsetzung sind:
• Presentity
o Stellt die Information zur Verfügung
• Presence Server
o Speichert die Information
o Versorgt die Watcher gemäß
Zugriffsregeln mit den Informationen
• Watcher
o Bezieht die Information über die
Presen tities vom Presence Server
Zusätzliche Informationen, die das Netz von dem
Benutzerverhalten ableiten und noch hinzufügen
kann (wie z.B. regelmäßige Offlinezeiten, momentan genutztes Endgerät, gewünschte Kommunikationsmedien …), sind hier nicht dargestellt.
Abb. 3 stellt das logische Modell der Presence Information dar, welche aus einer willkürlichen Anzahl von sogenannten Tupeln bestehen kann. [s.
IETF RFC 2778] beschreibt die Inhalte der Tupel:
•
•
•
Die folgende Abbildung illustriert den genutzten
SIP-Nachrichtenaustausch zwischen den Instanzen.
STATUS:
Momentane Verfassung des Presentity
COMMUNICATION MEANS:
Momentane Medien der Kommunikationsbereitschaft
CONTACT ADDRESS:
Entsprechende Kontaktadressen zu angebotenen Medien
Abb. 4: SIP-basierter Presence Service [12]
Standardisiert sind die SIP-Nachrichten und der
Nachrichtenfluss in RFC 3265 und RFC 3903 der
IETF.
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Presence Service im IMS
Die Bereitschaft eines Benutzers, eine solche Session zu erstellen, einer vorhandenen Session beizutreten, und auch mit welchen Medien er gerade verbunden werden möchte, wird durch den Presence
Service im IMS geregelt. Die Abb. 6 bildet die
Netzelemente für den Presence Service auf das IMS
ab. Die Schnittstellen zwischen den Elementen und
die dort definierten Protokolle sind in 3GPP TS
23.141 standardisiert. Watcher, Presentity und Presence Server werden als Application Server (AS)
verstanden und befinden sich somit in der Applikationsschicht.
Das IMS (IP Multimedia Subsystem) ist das Next
Generation Netzwerk, das von der 3GPP als Kernsystem des UMTS ab Release 5 bestimmt worden.
Es ist in drei Schichten aufgeteilt.
•
•
•
Applikationsschicht
Signalisierungsschicht
Transportschicht
Abb. 5: Schichtenarchitektur des IMS (Quelle: www.dataconnection.com)
Die Transportschicht verbindet Teilnehmer aus den
verschiedenen Zugangsnetze durch ein gemeinsamen All-IP Netz. In der Signalisierungsschicht sorgen die Call Session Control Functions (CSCF)
mittels Session Initiation Protocol für einen Aufund Abbau von sogenannten Mulitmedia-Sessions
zwischen Teilnehmern.
Auch die individuelle QoS für unterschiedliche
Nutzdatenströme zu einzelnen Verdingungen werden in der Signalisierungsschicht gesteuert.
Abb. 6: Elemente des Pesence Service abgebildet auf das
IMS
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Abb. 7: Referenzarchitektur für den Presence Service im IMS [7]
Der SIP-Nachrichtenablauf zwischen User Equipment (UE) und Presence Server, wie in Abb. 7 dargestellt, dient zum Abbonnieren des Präsenzstatus
eines Presentity.
Diese gelangt durch den Proxy des Watchers und
durch den Proxy der Presentity nach der Anfrage
beim HSS zum Presence Server. Dieser quittiert die
Anfrage und schickt eine NOTIFY-Nachricht mit
dem momentanen Status des Abbonnierten. Sobald
sich der Status ändert, wird der Watcher (UE) darüber informiert, solange seine Subscription noch
gültig ist. Die dazugehörige Architektur ist in Abbildung 6 dargestellt.
Es wird eine SUBSCRIBE-Nachricht versendet.
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Testverfahren
Durch die hohe Komplexität des IMS und des dazugehörigen Presence Service besteht die Notwendigkeit des genauen Testens der einzelnen Netzelemente und deren Schnittstellen auf Konformität
zu den jeweils genutzten Protokollstandards. Abb. 9
zeigt das prinzipielle Vorgehen zur Erstellung und
Anwendung von Konformitätstests.
Abb. 8: IMS Watcher Subsrciption
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Abb. 9: Prozess des Konformitätstests [2]
Ziel von Konformitätstests ist, einzelne Endgeräte
ausreichend zu testen und dadurch die Interoperabilität so getesteter Netzelemente zu garantieren. Um
das Testen einer einzelnen Schnittstelle des Presence Service zu verdeutlichen, zeigt die folgende Abbildung eine Testumgbung, in der ein Presence Server als „System Under Test“ (SUT) auf Konformität an dem Referenzpunkt PWP (Presentity Proxy Presence Server), siehe auch dazu [12] getestet
wird. Das Protokoll für diesen Referenzpunkt ist
SIP, Abbildung 7 stellt einen beispielhaften Nachrichtenfluss dar.
Abb. 11: Testablauf für einen durchgeführten Test :
System = SUT (Presence Server)
Presence Client 1= PTC1
Presence Resource = PTC2
Der abgebildete Testablauf ist ein Beispiel von insgesamt 300 Testfällen der Testsuite, die in der Kooperation mit der Firma Testing Technologies entwickelten TTsuite-Presence für das IMS. Entwickelt wurde.
Abb. 10: SUT und Testsuite mit mehreren PTCs
Die nicht zu testenden Elemente des Systems werden von der TTCN 3 - Testsuite simuliert. Angedeutet sind hier zwei parallele Testkomponenten
(PTCs), die von der Testsuite gesteuert werden. Für
weitere Details zu Testmethoden mittels TTCN-3
wird auf [2] und [13] verwiesen.
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Zusammenfassung/Ausblick
Der Presence Service gewinnt als leistungsfähige
und flexible Basis für die Entwicklung von
Diensten für Next Generation Networks immer
mehr an Bedeutung. Für den kommerziellen Erfolg
des Presence Service im IMS ist die problemlose
Interoperabilität
der
Presence-spezifischen
Netzelemente verschiedener Hersteller von
zentraler Bedeutung.
Bei jedem Testablauf ist es nötig, das Endgerät in
seinen Testzustand (Preamble) und nach dem Ausführen des Testcases wieder in ein Ausgangszustand zu bringen (Postamble). Erst dieses macht es
möglich, Tests automatisch ablaufen zu lassen und
eine Testreproduzierbarkeit zu gewährleisten.
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Die von den Autoren erarbeitete Presence Test
Suite bietet mit bisher über 300 Testfällen, die aus
19 relevanten Standards von IETF, 3GPP und OMA
abgeleitet wurden, eine sehr gute Testabdeckung,
die es Entwicklern der verschiedenen Netzelemente
für einen Presence Service erlaubt, die
Voraussetzungen für Interoperabilität zu überprüfen
und signifikant zu verbessern. Feedback von
Nutzern der Test Suite wie auch die Überarbeitung
einiger bisher nur als Draft vorliegender Standards
werden für die Weiterentwicklung der Test Suite
berücksichtigt.
[8] 3GPP TS 23.141: "3rd Generation Partnership
Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Presence Service;
Architecture and functional description"
[9] 3GPP TS 24.141: ""3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group
Core Network and Terminals; Presence service
using IP Multimedia (IM) Core Network (CN)
subystem; Stage 3"
[10] Poiselka, M, et.al.: "IMS - IP Multimedia
Concepts and Services in the Mobile Domain", 2nd, Wiley 2006
[11] Camarillo G., et.al.: "The 3G IP Multimedia
Subsystem (IMS) - Merging the Internet and
the Cellular Worlds", 2nd, Wiley 2006
[12] Chakraborty, S; et.al.: ”IMS Multimedia Telephony over Cellular Systems”, Wiley 2007
[13] Willcock, C.: An Introduction to TTCN-3,
Wiley, 2005
Verfahren zur systematische Optimierung der
Testabdeckung bei Konformitätstests sind ein
Fokus
der
aktuellen
und
zukünftigen
Forschungsaktivitäten der Autoren.
5
Literatur
[1] Wermser, D.; Bormann, M.; Sandhaus V.:
IMS: Protocols, Services and Assuring Conformance. ZVEI-Elektronik – Wireless Congress 2007. München, Nov. 2007.
[2] Sandhaus, V.; Bormann, M.; Wermser, D.:
Spezifizierung von Konformitätstests für anwendungsorientierte Kommunikationsprotokolle in Mobilfunknetzen mittels der Testsprache TTCN-3. ITG Fachbericht Band 202, 12.
ITG Fachtagung „Mobilfunk“ des VDE, Osnabrück Mai 2007, VDE-Verlag 2007.
[3] Wermser, D.; Hauptmann, F.; Sandhaus, V.:
Entwicklung von Mobilfunkanwendungen im
Spannungsfeld zwischen Rich- und Thin
Clients. In: Mobilfunk – Technologien und
Anwendungen. ITG Fachbericht Band 187,
10. ITG Fachtagung „Mobilfunk“ des VDE,
Osnabrück Juni 2005, VDE-Verlag 2005.
[4] Wermser, D.; Büch, C.; Hans, M.; Jusek, A.;
Kowalewski, F.: Adaptive Mobile Multimedia-Dienste für das zukünftige All-IP UMTS.
ITG-Fachtagung "Ambient Intelligence" auf
dem VDE Kongress 2004. VDE-Verlag, Berlin
2004.
[5] Rosenberg, J.; Schulzrinne, H., et al: SIP: Session Initiation Protocol, IETF SIP RFC 3261,
Juni 2002.
[6] ETSI TS 102 027-2, v.4.1.1: Methods for Testing and Specification (MTS); Conformance
Test Specification for SIP (IETF RFC 3261);
Part 2: Test Suite Structure and Test Purposes
(TSS&TP), Juli 2002.
[7] 3GPP TS 22.141: "3rd Generation Partnership
Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Presence Service;
Stage 1"
6
Abkürzungen
3rd Generation Partnership Project
Application Server
Breakout Gateway Control Function
Call Session Control Function
European Telecommunications Standards
Institute
GPRS General Packet Radio Service
HSS
Home Subscriber Server
I-CSCF Interrogating Call Session Control Function
IETF Internet Engineering Task Force
IMS
IP-based Multimedia Subsystem
MGCF Media Gateway Control Function
MGW Media Gateway
OMA Open Mobile Alliance
P-CSCF Proxy Call State Control Function
PDA
Protocol Data Unit
RFC
Request for Comments
RTP
Real Time Protocol
SAP
Service Access Point
S-CSCF Service Call State Control Function
SGW Security Gateway
SIP
Session Initiation Protocol
SLF
Subscription Location Function
SSF
Service Switching Function
SUT
System Under Test
TE
Terminal Equipment
TTCN Testing and Test Control Notation
UMTS Universal Mobile Telecommunication System
3GPP
AS
BGCF
CSCF
ETSI
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