公網用戶占用GSM-R網絡無線信道資源問題分析

趙武元

趙武元:北京鐵路通信中心 高級工程師 100038 北京

隨著GSM-R系統在客專等鐵路線的推廣應用，GSM-R通信系統在保障鐵路運輸安全和提高運輸效率等方面發揮了越來越重要的作用。但在運營維護過程中，鄭西、石太等部分GSM-R運營線路經常發生信令信道分配成功率、信令信道擁塞率、無線系統接通率等指標不合格的情況，給GSM-R系統通信業務暢通造成了安全隱患。通過對這些不合格指標進行分析，發現主要原因是由于大量公網用戶占用GSM-R系統無線信令信道資源造成，下面就公網用戶占用GSM-R系統資源過程及影響等進行探討，并提出技術解決方案。

1 資源占用發生條件

相對于鐵路GSM-R網絡，公網用戶是指中國移動、中國聯通及中國電信的移動用戶。當公網用戶終端在公網盲區、弱場區段檢測不到公網信號，只有GSM-R網絡信號，并當公網用戶終端支持GSM-R頻段，移動臺的接入不被GSM-R網絡小區禁止時，將啟動位置更新過程，會發生占用GSMR隨機接入信道 (RACH)，向GSM-R網絡發送信道請求消息 (channel request);GSM-R網絡BTS基站設備將為此次信道請求分配一條空閑的SDCCH信道，啟動用戶鑒權過程，GSM-R網絡MSC(VLR)請求用戶身份IMSI，公網用戶終端上報IMSI，MSC(VLR)發現該用戶非 GSM-R網絡(MNC為20)用戶，下發位置更新拒絕消息“Location_Updating_Reject”，原因值為 “PLMN not allowed”;終端收到“PLMN not allowed”消息后，將GSM-R網絡MCC+MNC(46020)寫入SIM卡的forbidden PLMN列表，此列表最多是4個，新加入的存在最后位置，如果4個已滿，刪除第1個，后續的全部前移。在forbidden PLMN列表中含有GSM-R網絡，即公網終端用戶SIM卡中forbidden PLMN列表中GSM-R網絡標示 (46020)未被清除情況下，該公網用戶終端將不再嘗試接入GSM-R網，不再占用GSM-R無線資源。上述通信過程遵循3GPP GSM相關規范。

綜上所述，公網用戶占用GSM-R網絡無線信道資源，發生在如下場景。

1．公網用戶終端支持GSM-R頻段。

2．公網用戶終端僅檢測到GSM-R網絡信號。

3．公網用戶終端SIM卡中forbidden PLMN列表中不包含有GSM-R網絡。

4．公網用戶終端接入等級不被GSM-R網絡小區禁止。

2 問題產生的影響

由于公網用戶數量龐大，市場中部分“山寨”手機終端不完全遵循3GPP規范，請求接入GSM-R網絡被拒絕后，不將GSM-R網絡寫入SIM卡的forbidden PLMN列表，而是在公網覆蓋盲區反復嘗試接入GSM-R網絡，因此在GSM-R網絡中大量存在公網用戶占用無線資源問題，影響GSM-R網絡性能指標。尤其是在列車行駛至公網覆蓋盲區、只有GSM-R網絡時，車廂內大量公網用戶同時嘗試在同一小區內接入GSM-R網絡，搶占GSM-R網絡信令信道資源，嚴重時將發生信令信道阻塞，GSM-R網絡用戶占用無線信令信道不成功，小區切換不成功引起掉話和C3列控數據傳輸中斷，呼叫失敗 (用戶起呼或C3列控區段RBC切換區MT建鏈不成功)等故障，給鐵路運輸安全帶來不利影響。

3 解決資源占用方法

根據上述公網用戶占用GSM-R網絡無線信道資源發生的4種場景，改變前3種場景條件都需要對公網用戶終端或SIM卡進行相關改動或設置，由于公網用戶數量龐大及終端 (如山寨機)遵循規范的不確定性，存在很大的難度。可行的方法只能從第4種場景出發，對GSM-R網絡本身采取措施，禁止公網用戶接入。

根據相關規范，每個GSM用戶都會分配一個接入等級。接入等級分為0～9等10種，存儲于移動用戶的SIM卡中。接入等級數值的大小并不表示接入優先級的高低。對于一些特殊用戶GSM規范保留有5個特殊的接入等級，即等級11～15，通常具有較高的接入優先級，特殊用戶同時可以擁有一個或多個接入等級 (11～15之間)，其接入等級同樣存儲在用戶SIM卡中。

接入等級為0～9的用戶，其接入權力同時適用于歸屬的運營商和拜訪的 (漫游的)運營商，此等級范圍公網用戶會發生誤接入GSM-R網絡情形;接入等級為11和15的用戶，其接入權力僅適用于歸屬的運營商，此等級范圍公網用戶不會發生誤接入GSM-R網絡情形;接入等級為12、13、14的用戶，其接入權力適用于歸屬運營商所屬的國家區域內，此等級范圍公網用戶會發生誤接入GSMR網絡情形。

公網及GSM-R網接入等級分配原則如下。

等級0～9:普通用戶。

等級11:用于運營商的管理。

等級12:安全部門應用。

等級13:公用事業部門 (水、煤氣等)。

等級14:緊急業務。

等級15:運營商職員。

普通用戶SIM卡中的接入等級在制卡的過程中會根據IMSI號碼的最后一位設置不同的接入等級 (即0～9級)，其他用戶按用戶類別或特殊需求設置12～15接入等級。接入等級控制參數由16比特組成，分別為C0-C15，以比特映射的方式分別對應于15個接入等級 (其中C10用于表示緊急呼叫允許)。某一比特為1表示不允許具有相應等級的移動臺接入本小區，否則允許接入。如果要禁止某用戶接入本小區，只需要將其對應的接入等級控制參數的比特位置1。

占用GSM-R網絡資源的公網用戶可能是0～9等級普通用戶和12、13、14等級用戶，而公網用戶中幾乎全部為接入等級設置為0～9的普通用戶;通過改變GSM-R網絡接入等級設置，禁止0～9等級用戶接入，從而達到控制公網用戶占用GSM-R無線資源的目的是可行的。

4 方案實施

1．設置GSM-R網絡用戶SIM卡接入等級。目前鐵路SIM卡已經分配的0～9接入等級予以保留，同時增加SIM卡接入等級11～15級中的一級。

2．設置GSM-R無線網絡側接入等級。無線網絡側設置為0～9級 (含)以下用戶禁止接入，允許11～15級用戶接入GSM-R網絡。

這樣設置后，GSM-R網絡用戶均可正常接入GSM-R網絡，公網用戶中普通用戶由于GSM-R網絡設置為0～9級 (含)以下用戶禁止接入，將不再在GSM-R網絡發起位置更新請求，公網用戶接入等級為11、15用戶，其接入權力僅適用于歸屬的運營商，本身不再占用GSM-R網絡無線資源，而公網用戶中12～14級用戶數量極少，從而大大減少公網用戶占用GSM-R資源問題的發生。而保留鐵路SIM卡已經分配的0～9級接入等級，便于減少GSM-R用戶SIM卡改動工作量和網絡接入等級設置的分期實施。

5 總結

按照上述解決方案，先在鐵道部GSM-R實驗室進行試驗驗證，對GSM-R網絡用戶SIM卡接入等級和無線網絡側參數進行修改，不再發生公網用戶占用GSM-R網資源情況。試驗成功后，在鄭西客專西安核心網機房基站按照上述解決方案又進行試驗驗證，公網用戶占用GSM-R網資源情況同樣不再發生，說明方案可行。目前，鄭西、長吉客專線正在進行方案實施，其他各線正在制定實施計劃，隨著實施工作的推進，公網用戶占用GSM-R系統資源問題將得到解決。

GSM-R網絡由GSM網派生而來，相關設置遵循GSM規范，如何根據鐵路業務需要和網絡運營環境特點，研究GSM-R網絡的不同特殊設置，需要在運營維護工作中不斷研究試驗，以提高GSMR網絡性能和業務質量，充分發揮GSM-R系統在確保鐵路運輸暢通和安全中的重要作用。

［1］ 韓斌杰．GSM原理及其網絡優化［M］ ．北京．機械工業出版社．2007．

［2］ European Telecommunications Standards Institute［S］ ．3GPP TS 22．011 V4．8．0 2002