51学通信

深度解析 3GPP TS 23.122：4.4 PLMN selection process (Part 3 - 特殊扫描、异常处理与边界行为)

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好的，我们继续下一篇的规范深度解读。在前两篇中，我们已经详细剖析了手机在开机/失网后的首次网络选择，以及成功驻网后的用户重选和周期性“寻家”行为。这些构成了PLMN选择的主干流程。然而，真实的通信世界充满了各种“意外”和“特殊情况”。

本次，我们将深入探讨PLMN选择流程中的“特殊分支”与“异常处理”，揭示3GPP规范是如何为一些非主流场景、物联网特定需求以及彻底的通信失败，设计出精巧的应对策略的。我们将合并解读4.4.3.4至4.4.5这几个内容相对简短但逻辑上关联紧密的章节。

深度解析 3GPP TS 23.122：4.4 PLMN selection process (Part 3 - 特殊扫描、异常处理与边界行为)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 23.122 V18.10.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“4.4.3.4 Investigation Scan for higher prioritized PLMN”、“4.4.3.5 Periodic attempts for signal level enhanced network selection”、“4.4.4 Abnormal cases”和“4.4.5 Roaming not allowed in this LA or TA”的核心章节。本文旨在为读者揭示在常规PLMN选择流程之外，终端如何处理一些特殊的、非主流的以及异常的网络交互场景，展现3GPP标准的全面性与健壮性。

如果说常规的PLMN选择流程是一条设计精良的“高速公路”，那么本章我们将要探索的，就是这条高速旁的“服务区”、“应急车道”和“事故处理指南”。这些机制虽然不常用，但它们的存在，确保了整个系统在面对各种非理想状况时，依然能够有序、智能地运行。

我们将探讨以下几个关键问题：

  • 当手机驻留在一个“跛脚”的网络上（比如只有语音没有高速数据），它会如何为用户寻找更好的数据网络？（4.t.3.4 Investigation Scan）
  • 对于物联网设备，当它为了省电而选择了一个信号好的漫游网络后，它会如何“反思”自己的选择？（4.4.3.5 Periodic SENSE attempts）
  • 当手机遭遇网络最决绝的“身份拒绝”时，它会如何处理？（4.4.4 Abnormal cases）
  • 当手机被告知“此路不通”（漫游区域受限）时，它的第一反应是什么？（4.4.5）

为了串联起这些看似零散的场景，让我们继续跟随背包客“小李”的探险之旅。小李此时正身处一个网络环境复杂多变的边境小镇，他的手机将在这里经历一系列前所未有的考验。同时，我们也会短暂地将视线投向之前提到的智能环境监测器“静静”，看看它在物联网世界里的“反思”。

1. “调查扫描”：为更好的数据体验而“侦察” (4.4.3.4)

小李漫游到了边境镇的一个VPLMN上，他发现手机可以正常打电话，但上网速度却慢如蜗牛，还停留在2G时代。然而，他的SIM卡是由一家技术前卫的运营商提供的，卡里藏着一个“秘密武器”。

Investigation Scan for higher prioritized PLMN An MS capable of both GSM voice and packet service shall, when indicated in the SIM, investigate if there is service from a higher prioritized PLMN not offering GSM voice service… If a higher prioritized PLMN not offering GSM voice service is found, this shall be indicated to the user. The MS shall not select the PLMN unless requested by the user.

深度解析：

这个“调查扫描（Investigation Scan）”机制，是一个非常人性化但已略显陈旧的可选功能，主要针对GSM COMPACT这类历史网络。

  • 触发条件：
    1. SIM卡指示：该功能必须由SIM卡明确开启。
    2. 终端能力：终端必须同时支持语音和数据业务。
    3. 特定场景：当终端驻留在一个网络上，但有更高优先级的PLMN可能只提供数据业务（如GSM COMPACT）时。
  • 核心行为：
    1. “侦察”而非“进攻”：与常规的周期性搜索不同，调查扫描的目的不是自动切换网络。它只是在后台进行一次“侦察”，看看有没有这样一个更高优先级的、可能只提供优质数据服务的网络存在。
    2. “报告”而非“决策”：如果侦察到了这样的网络，手机不会自动切换过去（因为这可能意味着失去当前的语音服务），而是会向用户弹出一个通知，例如：“发现可用的高速数据网络‘Data-Max’，但切换后可能无法通话。是否切换？”
    3. 用户主导：最终的决定权完全交给了用户。只有当用户明确点击“是”，手机才会去尝试连接那个数据专网。

为什么有这种设计？ 这体现了在技术演进过程中，对用户核心体验（语音通话）的保护。在那个数据业务和语音业务分离的时代，为了一个更快的“网”，而放弃基础的“电话”功能，是一个需要用户亲自权衡的重大决策。规范将这个决策权保留给了用户。

小李的场景：

小李的手机检测到SIM卡的指示，启动了调查扫描。它在后台发现了一个属于更高优先级运营商、只提供GSM COMPACT数据服务的网络信号。于是，手机屏幕上弹出了一个通知：“发现高速数据网络，是否切换以提升上网速度（可能影响通话）？”。小李急着要上传一段高清视频，他果断选择了“是”，手机便开始向那个数据专网进行切换。

2. SENSE的“反思”：物联网设备的周期性优化 (4.4.3.5)

现在，让我们把视线短暂地从“小李”身上移开，回到我们之前提到的、被安装在偏远角落的智能环境监测器“静静”身上。我们知道，“静静”通过SENSE机制，选择了一个信号最强的VPLMN（运营商B）以节省功耗。但如果此时，它原本信号微弱的HPLMN（运营商A）因为网络优化，信号变好了，会发生什么？

Periodic attempts for signal level enhanced network selection If signal level enhanced network selection is applicable … and the received signal quality of registered PLMN observed over an averaging window is lower than the “Operator controlled signal threshold per access technology” the MS shall periodically attempt to obtain service on an allowable PLMN/access technology combination for which the received signal quality … is equal to or greater than the “Operator controlled signal threshold per access technology”…

深度解析：

4.4.3.5章节为SENSE机制增加了一个重要的“动态反思”循环。

  • 触发条件：这个周期性尝试并非无条件触发，而是有一个前提：当前驻留的网络信号质量也低于SENSE阈值。这是一个容易被忽略但至关重要的细节。它意味着，如果“静静”已经驻留在一个信号超好的VPLMN上（远高于阈值），它会“心满意足”，不会频繁地去进行周期性扫描，从而最大化地节省功耗。只有当它所处的网络环境也变得“不那么理想”（低于阈值）时，它才会启动“寻找更优解”的后台扫描。

  • 行为逻辑：

    1. 启动TSENSE定时器：当“静静”发现自己所在的小区信号质量（在一段时间内的平均值）掉到了SENSE阈值以下，它会启动一个TSENSE定时器（例如，最小2分钟）。
    2. 定时器超时后扫描：当TSENSE定时器超时，它会执行一次“SENSE版的”高优先级网络搜索。
    3. “SENSE版”搜索：在这次搜索中，它会按照HPLMN → UPLMN → OPLMN的顺序，去寻找更高优先级的网络，但对找到的每一个候选网络，都必须用SENSE的信号阈值再过滤一遍。
    4. 决策：
      • 如果找到了一个更高优先级且信号质量达标的网络，它就会切换过去。
      • 如果没有找到，它会继续留在当前网络，并重新启动TSENSE定时器。

“静静”的场景：

“静静”正驻留在运营商B的网络上，信号强度为-105dBm，高于-110dBm的阈值，一切安好。某天，附近施工影响了运营商B的基站，信号掉到了-112dBm。

  1. “静静”的NAS层检测到当前信号质量已低于SENSE阈值，立即启动了TSENSE定时器。
  2. 定时器超时后，它进行了一次后台扫描。
  3. 它惊喜地发现，运营商A（HPLMN）最近新建了一个基站，信号强度达到了-100dBm，远高于阈值。
  4. “静静”毫不犹豫地发起了向HPLMN的切换，并成功注册。它不仅回到了“家”，还找到了一个信号更好的“家”。

3. “最终审判”：异常情况下的彻底放弃 (4.4.4)

小李的探险之旅遭遇了重大挫折。他在尝试连接一个边境上的小众网络时，网络返回了一个他从未见过的、带有完整性保护的拒绝消息——IMSI unknown in HLR（归属网络用户库中找不到该用户）。

Abnormal cases If there is no SIM in the MS, if there is an authentication failure, or if the MS receives an “IMSI unknown in HLR”, “illegal ME” or “illegal MS” response to an LR request, then effectively there is no selected PLMN (“No SIM” state). In these cases, the states of the cell selection process are such that no PLMN selection information is used. Except when performing … emergency services…, no further attempts at registration on any PLMN are made until the MS is switched off and on again, or a SIM is inserted.

深度解析：

4.4.4章节定义了手机在遭遇“毁灭性”注册失败后的行为，这些失败原因都指向一个根本问题：终端的合法身份遭到了网络最权威机构（HLR/HSS/UDM）的根本性否定。

  • 触发原因:
    • IMSI unknown in HLR: 归属网络“查无此人”。
    • illegal ME/illegal MS: 终端设备或用户身份被列入黑名单。
    • Authentication failure: 鉴权失败（这可能是一次性的，但反复的、特定的鉴权失败也可能被归为此类）。
  • 核心行为：“No SIM”状态
    1. 等同于无卡：手机会将这种情况视为与“没有插入SIM卡”同等的严重级别，进入我们之前在4.3.1节讨论过的A6/M5 (No SIM)状态。
    2. 放弃治疗：手机会立即停止所有常规的PLMN选择尝试。它不会再去尝试其他网络，因为它认为自己的“身份护照”已经被吊销，任何尝试都是徒劳的。
    3. 进入有限服务：手机会立即切换到“有限服务状态”，唯一的目标就是寻找一个可接受小区，以保留紧急呼叫的能力。
    4. 恢复条件：这种“自闭”状态只有在重启手机或重新插拔SIM卡后才能被重置。这相当于一次手动的“强制刷新”，让手机有机会重新初始化整个认证流程。

小李的场景：

小李的手机收到IMSI unknown in HLR后，其NAS层立即判定这是一个“异常情况”。

  1. 它将内部状态切换到No SIM。
  2. 它停止了所有对其他PLMN的扫描和尝试。
  3. 屏幕上显示“仅限紧急呼叫”。 小李看到这个提示，感到很困惑。他尝试了最经典的操作——重启手机。重启后，手机的NAS状态机被重置，它重新读取SIM卡信息，并成功地连接到了另一个正常的漫游网络上。这次“异常”得以解决。

4. “此路不通”：漫游区域受限的快速反应 (4.4.5)

在解决了“异常”后，小李继续前行，进入了一个新的小镇。手机连接上当地网络后，在小镇中心发起了一次常规的位置更新，但这次，它收到了一个不同的拒绝原因——Roaming not allowed in this LA (此位置区不允许漫游)。

Roaming not allowed in this LA or TA If in either PLMN selection mode the LR response “Roaming not allowed in this LA” or “Roaming not allowed in this TA” is received: The PLMN Automatic or Manual Mode Selection Procedure of clause 4.4.3.1 are followed…

深度解析：

4.4.5章节描述了一个非常直接的触发-响应模型。

  • 触发: 收到Roaming not allowed in this LA/TA的拒绝。
  • 响应: 手机的反应非常果断——立即重新执行4.4.3.1中定义的完整的PLMN选择流程。

这与4.4.4的“放弃治疗”形成了鲜明对比。收到这个拒绝，手机的解读是：“不是我的身份有问题，也不是这个运营商（PLMN）有问题，只是我当前所站的这个‘街道’（LA/TA）不欢迎我。”

因此，它的最佳策略是：

  1. 将这个“不友好的街道”加入到forbidden location areas for roaming列表中（如3.1节所述）。
  2. 立即重新启动一次完整的PLMN选择，去寻找同一PLMN下的其他“街道”，或者寻找一个全新的PLMN。

这个快速的反应，确保了终端能够迅速地从一个局部受限的区域中“逃离”，并重新获得全面的网络服务。

5. 总结

本章我们探索了PLMN选择流程中的几个关键的“特殊分支”和“异常处理”机制，它们共同构成了3GPP规范健壮性的重要体现。

  • 调查扫描 (4.4.3.4)：是一个以用户体验为中心的、通知而非决策的旧有机制，体现了在技术过渡期对核心业务的保护。
  • 周期性SENSE扫描 (4.4.3.5)：是以物联网设备功耗为核心的动态优化机制，它让SENSE从一个静态的选择规则，变成了一个能够“反思”和“自愈”的智能系统。
  • 异常情况处理 (4.4.4)：是以网络安全和身份合法性为基石的最终裁决机制。面对根本性的身份否定，终端会“放弃幻想，保留底线（紧急呼叫）”，等待人工干预。
  • 区域漫游受限 (4.4.5)：是一个快速反应、重新决策的机制，确保终端在遭遇局部策略限制时，能够迅速启动全局搜索，而不是在原地“死磕”。

这些看似零散的规则，共同编织了一张细密的、能够应对各种已知和未知情况的“行为网络”。它们让手机在面对复杂的真实世界时，不再是一个只会执行简单指令的机器，而是一个懂得权衡、懂得放弃、懂得优化、懂得求生的智能体。

FAQ环节

Q1：“调查扫描”（Investigation Scan）和常规的“周期性高优先级PLMN搜索”有什么本质区别？ A1：本质区别在于目的和后续行为。

  • 周期性搜索的目的是自动切换。它为了降低漫游成本、提升服务，只要找到更高优先级的可用网络，就会自动发起切换，整个过程对用户透明。
  • 调查扫描的目的是通知用户。它主要用于“数据/语音业务”可能冲突的场景，决策的风险较高。因此，它只负责“侦察”和“报告”，最终的切换决定权完全交给用户。

Q2：SENSE的周期性扫描（4.4.3.5）和漫游的周期性“寻家”（4.4.3.3）会同时运行吗？ A2：它们是相互关联但逻辑上独立的。一个支持SENSE的物联网设备在漫游时，其行为会是两者的结合：

  1. 首先，常规的漫游“寻家”定时器T会运行。当T超时，它会去搜索更高优先级的网络。
  2. 在这次搜索中，SENSE机制会作为“过滤器”生效，即找到的更高优先级网络，还必须满足SENSE的信号阈值，才能触发切换。
  3. 另一方面，如果设备当前驻留的VPLMN信号本身就掉到了SENSE阈值以下，4.4.3.5的机制会被激活，可能会触发一次更即时的、不依赖于T定时器的SENSE扫描。 可以理解为，4.4.3.3是常规的、按时长驱动的“寻家”；而4.4.3.5是SENSE特有的、由“当前网络质量不佳”事件驱动的“挪窝”。

Q3：手机收到Authentication failure（鉴权失败）一定会进入“No SIM”状态吗？ A3：不一定。一次性的鉴权失败可能是由临时的网络问题或信号干扰引起的。终端通常会有重试机制。只有当鉴权失败是持续的，或者网络在鉴权失败的拒绝消息中包含了更严重的原因代码（例如，指示SIM卡被认为是无效的），终端才可能会将此失败升级为4.4.4中定义的“异常情况”，并进入“No SIM”状态。

Q4：为什么收到Roaming not allowed in this TA后，手机是重新执行一遍完整的PLMN选择，而不是只在当前PLMN下找别的TA？ A4：这是一个效率和成功率的权衡。重新执行完整的PLMN选择（4.4.3.1）是最全面的策略，它包含了：

  1. 尝试RPLMN: 如果RPLMN和当前PLMN不同，这是一个快速恢复的機會。
  2. 尝试HPLMN: 永远的最高优先级。
  3. 尝试优选列表: 可能会有比当前PLMN更好的选择。
  4. 在当前PLMN下寻找其他TA: 这只是完整流程中的一个子集。 只在当前PLMN下寻找其他TA，可能会因为该PLMN在该区域覆盖有限，而导致长时间的无效搜索。而直接启动一次完整的、从高到低的全局搜索，更有可能快速地找到一个可用的、甚至是更优的网络，因此是更健壮的策略。

Q5：这些特殊和异常情况，都是由NAS层处理的吗？AS层扮演什么角色？ A5：是的，这些决策逻辑的核心都在NAS层。AS层（接入层）的角色是忠实的“执行者”和“信息提供者”。

  • 信息提供：AS层负责扫描物理信号，测量RSRP/RSRQ等质量指标，并解析SIB中的PLMN ID、TAI、CAG ID等信息，然后将这些“原材料”报告给NAS层。
  • 执行动作：NAS层做出决策后（例如，“切换到PLMN B”或“发起TAU请求”），会向AS层下达具体的指令。AS层负责执行底层的RRC连接建立、小区重选等具体动作。
  • 报告结果：AS层在执行过程中，会将底层的执行结果（如RRC连接失败、随机接入失败）报告给NAS，NAS再结合核心网返回的信令（如注册拒绝），共同完成一次完整的状态流转。

关系图谱