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 Chat- Applikationen 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). 1 Presence Service Abb. 1: Untersützende Dienste auf Basis des Presence Service [7] 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. 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. 1/6
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. 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: STATUS: Momentane Verfassung des Presentity COMMUNICATION MEANS: Momentane Medien der Kommunikationsbereitschaft CONTACT ADDRESS: Entsprechende Kontaktadressen zu angebotenen Medien 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 Die folgende Abbildung illustriert den genutzten SIP-Nachrichtenaustausch zwischen den Instanzen. Abb. 4: SIP-basierter Presence Service [12] Standardisiert sind die SIP-Nachrichten und der Nachrichtenfluss in RFC 3265 und RFC 3903 der IETF. 2/6
2 Presence Service im IMS 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 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. 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 3/6
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. Es wird eine SUBSCRIBE-Nachricht versendet. 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. 3 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 4/6
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 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. 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. 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. 4 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. 5/6
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. 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" [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 6 Abkürzungen 3GPP 3 rd Generation Partnership Project AS Application Server BGCF Breakout Gateway Control Function CSCF Call Session Control Function ETSI 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 6/6