ISIM标准及关键标识参数分析

郑海霞　中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师郑崇恩　中国信息通信研究院泰尔终端实验室助理工程师王　东　中国信息通信研究院泰尔终端实验室助理工程师



ISIM标准及关键标识参数分析

郑海霞中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师
郑崇恩中国信息通信研究院泰尔终端实验室助理工程师
王东中国信息通信研究院泰尔终端实验室助理工程师

摘要：通过对ISIM现有标准情况的梳理和规范概括，以及对ISIM文件架构及标识符参数的归纳分析，得出ISIM标识符参数特征，并对ISIM/USIM在IMS网络中当前和将来的应用情况做总结。

关键词：IMS；ISIM；标识符；应用接入

1　引言

IMS（IP Multimedia Subsystem）即IP多媒体子系统，是由3GPP标准组织在R5版本基础上提出的、基于IP网络提供多媒体业务的通用网络架构。IMS旨在建立一个与接入无关、基于开放的SIP/IP协议及支持多种多媒体业务类型的平台，可实现为不同接入技术的用户提供融合的业务服务。因此，IMS网络被越来越多的运营商视为是下一代网络的核心演进方向，力求借此向用户提供差异化的服务，满足终端客户更多样化的业务需求，提升用户体验，达到提高自身运营竞争力的目的。

对于用户来说，IMS网络的多种特性使得用户的通信需求得以想象和拓展，用户能够随时随地使用任何终端享受不间断丰富业务的体验也有了实现的可能。当然，用户能够享受个性化定制服务的前提是成功接入了IMS网络，统一的IMS网络支持多种终端用户初始注册的接入方式，如IMS AKA、HTTP Digest及面向2G用户的Early IMS等。

众所周知，终端用户接入到IMS网络需要经过一系列的认证和密钥协商过程。细化这些过程，同样涉及终端与网络间的各类参数（如身份识别、用户授权、安全验证和终端设置数据等）的交互验证。因此，终端用户要成功接入，首先是要获得注册过程所需的专有数据。与蜂窝移动网络相同，终端所需的这些专有参数的存储核心在用户的通用集成电路卡（UICC）上。标准定义了UICC平台应用ISIM（IMS业务识别模块）来存储终端接入IMS网络需要的专有数据，并对数据内容等进行了规范。终端首先完成与UICC的交互，获取所需参数后才能发起与网络的对话，从而完成用户准确而安全的通信。

2　ISIM标准进展

ISIM（IP Multimedia Services Identity Module，IP多媒体业务识别模块）为UICC通用集成电路卡上的平台应用之一。如上文所述，ISIM是针对IMS网络的业务识别模块，ISIM中存储了运营商提供的IMS专用的用户数据，其中多数的参数在用户进行IMS注册时会被用到。ISIM是移动终端用户实现所有基于IMS核心网的业务接入和认证的标准功能模块。

ISIM的标准定义和规范由3GPP制定，与ISIM特性及IMS网络标识符相关的主要标准如表1所示，其中：

（1）3GPP TS 23.003：标准的第13章定义了接入IMS网络需要的相关标识符的参数格式。本部分内容自R5（V5.3.0-2002/06）开始补充，目前最新版本已更新至R13（V13.4.0-2015/12）。

（2）3GPP TS 23.228：标准的第4.3节定义了标识符的使用规范和系统需求。本部分自R5（V5.0.0-2001/ 04）开始发布有内容的正式版，目前最新版本为R13 （V13.4.0-2015/09）。

表1　3GPP与ISIM相关主要标准列举

（3）3GPP TS 31.103：标准自R5（V5.0.0-2002/06）开始发布正式版，主要定义了ISIM的应用特性，保障接入IMS网络时ISIM卡与终端间的独立互操作性，目前最新版本为R13（V13.0.0-2015/07）。标准规范的ISIM特性包括：

●具体的命令参数。

●文件结构。

●EF文件的内容（文件要素）。

●应用安全特性。

●UICC卡（ISIM）与终端接口间的应用协议等。

（4）3GPPTS 31.134：本标准测试规范于R11提出，研究范围包括IMS终端的一致性测试、ISIM与IMS网络间的互通性测试等。该标准目前仍在制定中，未有正式版本发布，已预留至R13。

（5）3GPP TR 31.828：本研究报告于R10（V1.0.0-2010/12）提出立项，围绕UICC接入IMS网络的使用场景和技术解决方案展开分析，提出3种设想并分别就方案实现各类流程的过程和对终端及系统的需求进行了分析，包括卡上支持能力的发现、注册和认证、注销、信息流传递等。本研究报告旨在确立一种机制，使得存在于UICC卡上的IMS应用能够通过终端实现与IMS网络的会话。本报告的现有最新版本为R10 （V10.0.0-2011/04）。

（6）3GPP TR 31.829：本研究报告于3GPP CT6-68次会上提出了第一份草稿R12（V2.0.0-2015/06），会后修改发布第一份正式版R13（V13.0.0-2015/07），并预留至R14。主要定义了ISIM应用的一致性测试要求，同时结合部分现有标准如TS 31.121［5］、TS 31.124［6］和TS 34.229［8］中涉及的ISIM测试规范，进行方案的重新设计和编排，以适用ISIM的实际测试验证。编写目的是为了确保当ISIM存在时，其应用的内容能够正确被终端读取和使用，并为实现验证目的提供建议。目前，TR中已有罗列部分不完全测试内容，包括：

●ISIM的选择和初始化。

●IMS注册相关测试，包括初始注册时ISIM的使用、ISIM的P-CSCF寻址、ISIM参数的更新和隐式注册集的初始登记等。

●基于IP的短信相关测试，包括ISIM上短信的正确存储、读取和发送。

●UICC接入IMS网络相关测试，包括用户初始注册中包含UICC相关IARI的验证、返回的IMS数据报告等。

总的来说，随着IMS技术及产品的逐渐成熟，适用于IMS网络的ISIM技术标准化进程也在相应的跟进及完善的过程中。目前，技术要求均已比较成熟且得到采用，测试规范也在加紧丰富和修订，有部分运营商（如Verizon）和测试仪表厂商（如Comprion）已根据现有标准，展开了ISIM测试例的定制开发合作和终端能力验证。下节将对标准中提及的ISIM相关关键标识符逐一做简单介绍。

3　ISIM关键参数

3.1 ISIM的文件结构

UICC上所有平台应用均通过应用标识符AID进行选择，AID及该应用的标签均存储在主文件下的EFDIR基本文件中。EFDIR也提供了对应ISIM应用条目的一个记录。标准定义ISIM的应用编码为1004。

ISIM的应用专用文件ADF的架构如图1所示。

可以看到，ISIM中主要存储的数据类型包括私有用户标识符、公共用户标识符、安全密钥、管理数据、归属地网络域名、接入规则引用ARR等。

（1）归属地网络域名（Home Network Domain Name）：由归属地网络接入点的名字组成，用在注册消息中把消息路由到所属地网络。归属地网络域名被安全地存储在ISIM应用上或IMC中（IMS Credentials，对于非3GPP终端），终端没有修改的权限。

图1　ISIM的ADF文件架构

标准中定义了当3GPP终端上无ISIM应用但存在USIM应用时，支持从IMSI值中转换获取归属地网络域名（归属地域名格式：ims. mnc＜MNC＞.mcc＜MCC＞.3gppnetwork.org）。规则如下：

●从IMSI中获得MCC和MNC，若MNC为2位数，则前面添加0。

●按“mnc＜MNC＞.mcc＜MCC＞.3gppnetwork.org”格式创建域名。

●在域名前面添加“ims.”标签。

（2）安全密钥（Security Keys）：由完整性密钥（提供SIP信令的完整性保护）、加密密钥（提供SIP信令的保密性保护）和密钥组标识符组成。

（3）管理数据（Administrative Data）：包含根据ISIM类型有关的操作模式信息和各种数据；可被订阅者用来进行IMS操作，或者被设备制造商用来执行自己的自动化测试。

（4）接入规则引用（Access Rule Reference）：用于保存访问ISIM时需要的身份验证信息。

3.2 ISIM的主要标识符

ISIM中存储的数据除了以上提及的四类外，还包括重要的用户标识符：私有用户标识符IMPI及公共用户标识符IMPU。

（1）私有用户标识符IMPI IMPI（IP Multimedia Private Identity，私有用户标识符）存储在ISIM应用程序或IMC中，是由归属运营商网络分配给IMS用户的网络身份标识，具有全球唯一性。IMPI主要用于实现网络认证目的（注册和授权），标识用户和网络的签约（订阅），也可用于实现管理和计费功能。一个IMS用户可以拥有一个或多个私有用户标识符，只在设备内部传递，不对外使用，终端没有修改IMPI的权限。

此外，在用户接入过程中，IMS系统对IMPI的需求定义还包括：

●标识归属网络内用户的一个订阅，不用于SIP消息的路由。

●从终端到归属网络的所有注册请求类型中均必须包含IMPI值，且IMPI仅在用户注册过程才会被认证。

●S-CSCF在注册时或者处理发往未注册用户的请求时，需要获取和存储IMPI值。

●可识别存储在HSS上的用户信息，HSS上需要存储IMPI值。

IMPI采用NAI方式标识，参数格式为：用户名@归属网络域名。

标准中还定义了当3GPP终端上无ISIM应用但存在USIM应用时，从IMSI值中获得衍生私有用户标识符的规则：将私有标识符的用户名部分由IMSI中的数字串代替。

（2）公共用户标识符IMPU

IMPU（IP Multimedia Public Identity，公共用户标识符）存储在ISIM应用程序或IMC中，是指在IMS系统内被用于请求和其他用户通信的任何用户标识符。IMPU可以对外公布（例如显示在通信录、网页、名片中）。一个IMS用户可以拥有一个或多个公共用户标识符，网络在用户注册过程中不会认证IMPU值，终端也没有修改IMPU的权限。

IMPU采用SIP-URI或TEL-URI方式标识，以便能够发起或接受来自不同网络的会话。因此，为了能和英特网用户通信，IMPU必须遵从英特网编号方式；而和CS网络用户通信时，IMPU必须遵从电信编号方式。IMPU参数格式如表2所示。

表2　IMPU参数格式

若卡上无ISIM来保存IMPU时，也支持从IMSI值中获取临时公共用户标识符。但只能采用SIP-URI的格式。

标准中还定义了通配符WPUI为一组相互关联的IMPU的集合，在系统中起到优化网络节点操作和维护的目的。

同时，IMPU与Instance-ID组合成GRUU，能够唯一标识用户使用的不同终端，用于会话时的用户终端寻址。每个IMPU可对应一个或多个GRUUs，同时一个GRUU集对应一个IMPU和终端ID。

3.3 ISIM的初始化及相关过程

终端上电后，通过机卡接口与ISIM卡进行交互会话，待卡初始化完成，终端将获得ISIM卡内存储的相关标识符和参数信息。接着终端将会发送特殊Status返回给ISIM卡，表示终端-ISIM的会话初始流程完成。具体过程如图2所示。

图2　终端-ISIM的会话初始流程

会话过程中，在UICC—终端接口的所有30s非活动周期内，Status命令应被终端发起。非活动被定义为自上一次通信结束起或最后一次发起Status命令起。如果该Status命令没有收到ISIM的响应数据或与前一次响应指示的内容不相同，那么在Status命令被发送后5s内将结束会话。即终端需要终止ISIM会话，也是通过发送特殊Status命令去指示ISIM会话终止程序开始，然后由终端将所有与订阅相关的消息参数从存储器中删除。这些消息参数如果在ISIM会话过程中有所更新但数值没有变化，那么终端在会话终止程序操作中可以忽略这些更新。

在ISIM会话终止之后，可以通过关闭对应的逻辑通道来完成ISIM应用的关闭。

3.4标识符关系及特性

上文中的用户标识符IMPI和IMPU在IMS系统中可形成多对多的关系，一个IMPI可对应多个IMPUs，同时多个IMPIs可对应同一个IMPU（见图3）。

此外，在IMS系统中，除了存储在卡中的用户标识符外，还包括网络节点标识符和公共服务标示符PSI等。这些标识符类型多样，层层对应，相互关联，形成统一完备的体系，贯穿IMS系统的网络实体中，共同完成用户的认证、通信以及寻址等目的。IMS系统中的标识符特性可以归纳为：

（1）全局性：标识符的标识方式均有明确定义，通常采用归属地网络域名来作为标识符的固定组成部分，使得各种实体能够在全局范围内进行定位、寻址和通信，奠定了漫游状态下终端的无关性与寻址的唯一性。

（2）灵活性：各种标识符都有明确的分类和分工，如认证的、通信的、寻址的等，按照不同功能分离，便于管理和组合，有利于IMS网络和服务的扩展。

（3）互通性：IMS网络标识符符合现网的情况以及未来融合的必要，支持不同标识方式的兼容和对应关系，包括支持衍生标识符的兼容，跨终端跨网也可融合。

4　结束语

对于3GPP终端接入IMS网络的实现，根据已有的机制可通过ISIM应用或USIM应用完成接入。ISIM应用是针对IMS网络的业务识别模块，能够很好地适应IMS网络的业务特性，但需要对当前庞大的USIM用户卡进行ISIM应用的升级。目前，有少数运营商（美国Verizon、韩国SKT等）启用了ISIM的商用，但包括国内3家在内的约40多个运营商都是在现网4G用户卡里预置有ISIM的Profile，却没有实际应用。

图3　IMPI和IMPU的关系示意

现阶段多数运营商针对个人用户主推IMS的VoLTE话音服务，因此仅使用USIM接入即可达到需求，比较容易实现，也能免去换卡或升级的麻烦。但随着RCS等各类IMS业务的不断扩展，衍生标识符的局限性以及对终端和网络的支持能力的要求会日益凸显，届时为满足服务对ISIM的需求和演进将更加普及，但不可否认的是，USIM会在此之前的过渡时期占有很大的应用市场。

参考文献

［1］3GPP TS 23.003. Numbering，addressing and identification.

［2］3GPP TS 23.003. IP Multimedia Subsystem（IMS）；Stage 2.

［3］3GPP TR 31.829. Conformance requirements for IP Multimedia Services Identity Module（ISIM）application test specification.

［4］ETSI TS 101 220. Smart cards；ETSI numbering system for telecommunication application providers.

［5］白鹤，李培林，李婷婷，等. IMS系统内标识符体系的概述［J］.广播与电视技术，2011（05）.89-91+15.

Analysis of ISIM standards and key identifiers

Zheng Haixia， Zheng Chongen，Wang Dong

Abstract：This paper introduces the latest progress of the ISIM standards and specifications， including the file structure and identifier characteristics， also the current or future application situations for ISIM/USIM access to IMS are mentioned.

Key words：IMS； ISIM； identifiers； application access（

收稿日期：2016-01-11）