公網(wǎng)用戶占用GSM-R網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)在客專等鐵路線的推廣應(yīng)用，GSM-R通信系統(tǒng)在保障鐵路運輸安全和提高運輸效率等方面發(fā)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(jīng)常發(fā)生信令信道分配成功率、信令信道擁塞率、無線系統(tǒng)接通率等指標(biāo)不合格的情況，給GSM-R系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)暢通造成了安全隱患。通過對這些不合格指標(biāo)進行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是由于大量公網(wǎng)用戶占用GSM-R系統(tǒng)無線信令信道資源造成，下面就公網(wǎng)用戶占用GSM-R系統(tǒng)資源過程及影響等進行探討，并提出技術(shù)解決方案。

1 資源占用發(fā)生條件

相對于鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)用戶是指中國移動、中國聯(lián)通及中國電信的移動用戶。當(dāng)公網(wǎng)用戶終端在公網(wǎng)盲區(qū)、弱場區(qū)段檢測不到公網(wǎng)信號，只有GSM-R網(wǎng)絡(luò)信號，并當(dāng)公網(wǎng)用戶終端支持GSM-R頻段，移動臺的接入不被GSM-R網(wǎng)絡(luò)小區(qū)禁止時，將啟動位置更新過程，會發(fā)生占用GSMR隨機接入信道 (RACH)，向GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信道請求消息 (channel request);GSM-R網(wǎng)絡(luò)BTS基站設(shè)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(quán)過程，GSM-R網(wǎng)絡(luò)MSC(VLR)請求用戶身份IMSI，公網(wǎng)用戶終端上報IMSI，MSC(VLR)發(fā)現(xiàn)該用戶非 GSM-R網(wǎng)絡(luò)(MNC為20)用戶，下發(fā)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(wǎng)絡(luò)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(xù)的全部前移。在forbidden PLMN列表中含有GSM-R網(wǎng)絡(luò)，即公網(wǎng)終端用戶SIM卡中forbidden PLMN列表中GSM-R網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示 (46020)未被清除情況下，該公網(wǎng)用戶終端將不再嘗試接入GSM-R網(wǎng)，不再占用GSM-R無線資源。上述通信過程遵循3GPP GSM相關(guān)規(guī)范。

綜上所述，公網(wǎng)用戶占用GSM-R網(wǎng)絡(luò)無線信道資源，發(fā)生在如下場景。

1．公網(wǎng)用戶終端支持GSM-R頻段。

2．公網(wǎng)用戶終端僅檢測到GSM-R網(wǎng)絡(luò)信號。

3．公網(wǎng)用戶終端SIM卡中forbidden PLMN列表中不包含有GSM-R網(wǎng)絡(luò)。

4．公網(wǎng)用戶終端接入等級不被GSM-R網(wǎng)絡(luò)小區(qū)禁止。

2 問題產(chǎn)生的影響

由于公網(wǎng)用戶數(shù)量龐大，市場中部分“山寨”手機終端不完全遵循3GPP規(guī)范，請求接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)被拒絕后，不將GSM-R網(wǎng)絡(luò)寫入SIM卡的forbidden PLMN列表，而是在公網(wǎng)覆蓋盲區(qū)反復(fù)嘗試接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)，因此在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中大量存在公網(wǎng)用戶占用無線資源問題，影響GSM-R網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。尤其是在列車行駛至公網(wǎng)覆蓋盲區(qū)、只有GSM-R網(wǎng)絡(luò)時，車廂內(nèi)大量公網(wǎng)用戶同時嘗試在同一小區(qū)內(nèi)接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)，搶占GSM-R網(wǎng)絡(luò)信令信道資源，嚴(yán)重時將發(fā)生信令信道阻塞，GSM-R網(wǎng)絡(luò)用戶占用無線信令信道不成功，小區(qū)切換不成功引起掉話和C3列控數(shù)據(jù)傳輸中斷，呼叫失敗 (用戶起呼或C3列控區(qū)段RBC切換區(qū)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(jù)上述公網(wǎng)用戶占用GSM-R網(wǎng)絡(luò)無線信道資源發(fā)生的4種場景，改變前3種場景條件都需要對公網(wǎng)用戶終端或SIM卡進行相關(guān)改動或設(shè)置，由于公網(wǎng)用戶數(shù)量龐大及終端 (如山寨機)遵循規(guī)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(fā)，對GSM-R網(wǎng)絡(luò)本身采取措施，禁止公網(wǎng)用戶接入。

根據(jù)相關(guān)規(guī)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(shù)值的大小并不表示接入優(yōu)先級的高低。對于一些特殊用戶GSM規(guī)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(yōu)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(quán)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(wǎng)用戶會發(fā)生誤接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)情形;接入等級為11和15的用戶，其接入權(quán)力僅適用于歸屬的運營商，此等級范圍公網(wǎng)用戶不會發(fā)生誤接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)情形;接入等級為12、13、14的用戶，其接入權(quán)力適用于歸屬運營商所屬的國家區(qū)域內(nèi)，此等級范圍公網(wǎng)用戶會發(fā)生誤接入GSMR網(wǎng)絡(luò)情形。

公網(wǎng)及GSM-R網(wǎng)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(yīng)用。

等級13:公用事業(yè)部門 (水、煤氣等)。

等級14:緊急業(yè)務(wù)。

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(jù)IMSI號碼的最后一位設(shè)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(shè)置12～15接入等級。接入等級控制參數(shù)由16比特組成，分別為C0-C15，以比特映射的方式分別對應(yīng)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(yīng)等級的移動臺接入本小區(qū)，否則允許接入。如果要禁止某用戶接入本小區(qū)，只需要將其對應(yīng)的接入等級控制參數(shù)的比特位置1。

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

4 方案實施

1．設(shè)置GSM-R網(wǎng)絡(luò)用戶SIM卡接入等級。目前鐵路SIM卡已經(jīng)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(shè)置GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)接入等級。無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)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(wǎng)絡(luò)。

這樣設(shè)置后，GSM-R網(wǎng)絡(luò)用戶均可正常接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)用戶中普通用戶由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為0～9級 (含)以下用戶禁止接入，將不再在GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)起位置更新請求，公網(wǎng)用戶接入等級為11、15用戶，其接入權(quán)力僅適用于歸屬的運營商，本身不再占用GSM-R網(wǎng)絡(luò)無線資源，而公網(wǎng)用戶中12～14級用戶數(shù)量極少，從而大大減少公網(wǎng)用戶占用GSM-R資源問題的發(fā)生。而保留鐵路SIM卡已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)接入等級設(shè)置的分期實施。

5 總結(jié)

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(wǎng)絡(luò)用戶SIM卡接入等級和無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)參數(shù)進行修改，不再發(fā)生公網(wǎng)用戶占用GSM-R網(wǎng)資源情況。試驗成功后，在鄭西客專西安核心網(wǎng)機房基站按照上述解決方案又進行試驗驗證，公網(wǎng)用戶占用GSM-R網(wǎng)資源情況同樣不再發(fā)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(wǎng)用戶占用GSM-R系統(tǒng)資源問題將得到解決。

GSM-R網(wǎng)絡(luò)由GSM網(wǎng)派生而來，相關(guān)設(shè)置遵循GSM規(guī)范，如何根據(jù)鐵路業(yè)務(wù)需要和網(wǎng)絡(luò)運營環(huán)境特點，研究GSM-R網(wǎng)絡(luò)的不同特殊設(shè)置，需要在運營維護工作中不斷研究試驗，以提高GSMR網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)質(zhì)量，充分發(fā)揮GSM-R系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［M］ ．北京．機械工業(yè)出版社．2007．

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