公网用户占用GSM-R网络无线信道资源问题分析

赵武元

赵武元:北京铁路通信中心 高级工程师 100038 北京

随着GSM-R系统在客专等铁路线的推广应用，GSM-R通信系统在保障铁路运输安全和提高运输效率等方面发挥了越来越重要的作用。但在运营维护过程中，郑西、石太等部分GSM-R运营线路经常发生信令信道分配成功率、信令信道拥塞率、无线系统接通率等指标不合格的情况，给GSM-R系统通信业务畅通造成了安全隐患。通过对这些不合格指标进行分析，发现主要原因是由于大量公网用户占用GSM-R系统无线信令信道资源造成，下面就公网用户占用GSM-R系统资源过程及影响等进行探讨，并提出技术解决方案。

1 资源占用发生条件

相对于铁路GSM-R网络，公网用户是指中国移动、中国联通及中国电信的移动用户。当公网用户终端在公网盲区、弱场区段检测不到公网信号，只有GSM-R网络信号，并当公网用户终端支持GSM-R频段，移动台的接入不被GSM-R网络小区禁止时，将启动位置更新过程，会发生占用GSMR随机接入信道 (RACH)，向GSM-R网络发送信道请求消息 (channel request);GSM-R网络BTS基站设备将为此次信道请求分配一条空闲的SDCCH信道，启动用户鉴权过程，GSM-R网络MSC(VLR)请求用户身份IMSI，公网用户终端上报IMSI，MSC(VLR)发现该用户非 GSM-R网络(MNC为20)用户，下发位置更新拒绝消息“Location_Updating_Reject”，原因值为 “PLMN not allowed”;终端收到“PLMN not allowed”消息后，将GSM-R网络MCC+MNC(46020)写入SIM卡的forbidden PLMN列表，此列表最多是4个，新加入的存在最后位置，如果4个已满，删除第1个，后续的全部前移。在forbidden PLMN列表中含有GSM-R网络，即公网终端用户SIM卡中forbidden PLMN列表中GSM-R网络标示 (46020)未被清除情况下，该公网用户终端将不再尝试接入GSM-R网，不再占用GSM-R无线资源。上述通信过程遵循3GPP GSM相关规范。

综上所述，公网用户占用GSM-R网络无线信道资源，发生在如下场景。

1．公网用户终端支持GSM-R频段。

2．公网用户终端仅检测到GSM-R网络信号。

3．公网用户终端SIM卡中forbidden PLMN列表中不包含有GSM-R网络。

4．公网用户终端接入等级不被GSM-R网络小区禁止。

2 问题产生的影响

由于公网用户数量庞大，市场中部分“山寨”手机终端不完全遵循3GPP规范，请求接入GSM-R网络被拒绝后，不将GSM-R网络写入SIM卡的forbidden PLMN列表，而是在公网覆盖盲区反复尝试接入GSM-R网络，因此在GSM-R网络中大量存在公网用户占用无线资源问题，影响GSM-R网络性能指标。尤其是在列车行驶至公网覆盖盲区、只有GSM-R网络时，车厢内大量公网用户同时尝试在同一小区内接入GSM-R网络，抢占GSM-R网络信令信道资源，严重时将发生信令信道阻塞，GSM-R网络用户占用无线信令信道不成功，小区切换不成功引起掉话和C3列控数据传输中断，呼叫失败 (用户起呼或C3列控区段RBC切换区MT建链不成功)等故障，给铁路运输安全带来不利影响。

3 解决资源占用方法

根据上述公网用户占用GSM-R网络无线信道资源发生的4种场景，改变前3种场景条件都需要对公网用户终端或SIM卡进行相关改动或设置，由于公网用户数量庞大及终端 (如山寨机)遵循规范的不确定性，存在很大的难度。可行的方法只能从第4种场景出发，对GSM-R网络本身采取措施，禁止公网用户接入。

根据相关规范，每个GSM用户都会分配一个接入等级。接入等级分为0～9等10种，存储于移动用户的SIM卡中。接入等级数值的大小并不表示接入优先级的高低。对于一些特殊用户GSM规范保留有5个特殊的接入等级，即等级11～15，通常具有较高的接入优先级，特殊用户同时可以拥有一个或多个接入等级 (11～15之间)，其接入等级同样存储在用户SIM卡中。

接入等级为0～9的用户，其接入权力同时适用于归属的运营商和拜访的 (漫游的)运营商，此等级范围公网用户会发生误接入GSM-R网络情形;接入等级为11和15的用户，其接入权力仅适用于归属的运营商，此等级范围公网用户不会发生误接入GSM-R网络情形;接入等级为12、13、14的用户，其接入权力适用于归属运营商所属的国家区域内，此等级范围公网用户会发生误接入GSMR网络情形。

公网及GSM-R网接入等级分配原则如下。

等级0～9:普通用户。

等级11:用于运营商的管理。

等级12:安全部门应用。

等级13:公用事业部门 (水、煤气等)。

等级14:紧急业务。

等级15:运营商职员。

普通用户SIM卡中的接入等级在制卡的过程中会根据IMSI号码的最后一位设置不同的接入等级 (即0～9级)，其他用户按用户类别或特殊需求设置12～15接入等级。接入等级控制参数由16比特组成，分别为C0-C15，以比特映射的方式分别对应于15个接入等级 (其中C10用于表示紧急呼叫允许)。某一比特为1表示不允许具有相应等级的移动台接入本小区，否则允许接入。如果要禁止某用户接入本小区，只需要将其对应的接入等级控制参数的比特位置1。

占用GSM-R网络资源的公网用户可能是0～9等级普通用户和12、13、14等级用户，而公网用户中几乎全部为接入等级设置为0～9的普通用户;通过改变GSM-R网络接入等级设置，禁止0～9等级用户接入，从而达到控制公网用户占用GSM-R无线资源的目的是可行的。

4 方案实施

1．设置GSM-R网络用户SIM卡接入等级。目前铁路SIM卡已经分配的0～9接入等级予以保留，同时增加SIM卡接入等级11～15级中的一级。

2．设置GSM-R无线网络侧接入等级。无线网络侧设置为0～9级 (含)以下用户禁止接入，允许11～15级用户接入GSM-R网络。

这样设置后，GSM-R网络用户均可正常接入GSM-R网络，公网用户中普通用户由于GSM-R网络设置为0～9级 (含)以下用户禁止接入，将不再在GSM-R网络发起位置更新请求，公网用户接入等级为11、15用户，其接入权力仅适用于归属的运营商，本身不再占用GSM-R网络无线资源，而公网用户中12～14级用户数量极少，从而大大减少公网用户占用GSM-R资源问题的发生。而保留铁路SIM卡已经分配的0～9级接入等级，便于减少GSM-R用户SIM卡改动工作量和网络接入等级设置的分期实施。

5 总结

按照上述解决方案，先在铁道部GSM-R实验室进行试验验证，对GSM-R网络用户SIM卡接入等级和无线网络侧参数进行修改，不再发生公网用户占用GSM-R网资源情况。试验成功后，在郑西客专西安核心网机房基站按照上述解决方案又进行试验验证，公网用户占用GSM-R网资源情况同样不再发生，说明方案可行。目前，郑西、长吉客专线正在进行方案实施，其他各线正在制定实施计划，随着实施工作的推进，公网用户占用GSM-R系统资源问题将得到解决。

GSM-R网络由GSM网派生而来，相关设置遵循GSM规范，如何根据铁路业务需要和网络运营环境特点，研究GSM-R网络的不同特殊设置，需要在运营维护工作中不断研究试验，以提高GSMR网络性能和业务质量，充分发挥GSM-R系统在确保铁路运输畅通和安全中的重要作用。

［1］ 韩斌杰．GSM原理及其网络优化［M］ ．北京．机械工业出版社．2007．

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