專用無線通信系統容災備份方案分析
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摘要：隨著國內軌道交通的快速發展，安全高效的運營受到越來越多的關注，本方案進行了DXT交換設備異地容災備份、基站容災備份、調度服務器容災備份、調度臺容災備份、網管容災備份方案，并進行了不同場景上進行研究。
1系統設備組成
系統設備主要由DXT交換設備，基站設備，手持臺，調度服務器，調度臺，網管設備，車載臺，固定臺等。（1）DXT交換設備為整個網絡的核心，自身具備了全部冗余備份配置，同時也可以通過配置支持兩臺DXT交換設備間的冗余備份功能。（2）基站分別安裝在地鐵沿線的設備機房，車輛段，停車場，控制中心內，為全部區域提供無線覆蓋，基站鏈路為主備配置，任何一條鏈路終端不會影響基站的正常業務，基站設置主備兩臺DXT交換設備，災備時可以切換至備份DXT交換設備工作，但同一時間只需接入一臺DXT設備就可滿足系統的全部功能。（3）調度設備：采用IP鏈路連接到TETRA系統DXT交換設備，需要使用系統提供的調度服務，包括語音調度、數據調度服務。調度服務器、調度臺同一時間只需接入一臺DXT設備，即可使用系統全部的功能服務，無需同時連接兩臺DXT設備。（4）網管設備：采用IP鏈路連接到TETRA系統DXT設備，需要使用系統提供的網管服務，包括告警服務和計費服務。主備兩臺DXT上的告警、計費服務互為補充，二次開發設備需要同時接入到主備DXT設備才能獲取到完整系統的告警、計費信息。（5）終端設備：采用PEI（AT）、音頻、電源、天線等接口連接到TETRA終端電臺，支持終端語音、數據以及管理功能。
2容災備份方案
2.1DXT交換設備異地容災備份
如上圖示，既可以采用新增兩臺DXT交換設備為主備用方式，也可以采用新增一臺DXT交換設備為主用，設置既有DXT設備中的一臺為備用的方式實現DXT交換設備的異地容災備份配置。兩臺DXT交換設備間通過IP鏈路呈鏡像熱備連接，每臺核心交換設備均保持了自身的全部冗余備份配置，其承載能力完全可以滿足全線路業務的需求。從配置角度，兩臺交換設備采用相同的配置，對基站、調度服務器、調度臺等網元的支持能力完全相同，即使需要單交換中心工作，整個系統依然可以保持完整的工作狀態，不會影響用戶的語音、數據業務。（1）TETRA系統支持基站設備和調度設備雙歸屬交換機功能，可以為基站和調度臺等設備設置兩個歸屬交換機并且可以根據鏈路狀態自動切換。如當出現主用DXT核心交換設備故障或與主用DXT之間鏈路故障導致主用DXT無法正常提供服務的情景時，基站和調度臺可以自動監測并切換至備用交換中心DXT核心交換設備側使用，同時自動恢復相應業務，從而大大提高網絡整體的容災能力保證系統服務不會中斷。（2）TETRA系統支持兩臺DXT交換設備采用HLR（用戶歸屬位置寄存器）鏡像冗余配置的方式，即兩臺DXT核心交換設備均存儲并支持某條線路的全部用戶終端數據，包括手持臺、車載臺與固定臺。
2.2基站容災備份
提供的基站具有雙歸屬容災備份功能，即基站可以建立與兩個不同DXT交換設備之間的連接，并選擇其中一個DXT為首選歸屬交換設備，獲取基站參數，提供無線覆蓋；當首選歸屬交換設備無法提供服務或連接至該交換設備的IP鏈路不可用時，基站會自動切換至備用歸屬交換設備側工作，根據配置，基站將獲取與首選歸屬交換設備完全相同的基站參數，包括小區ID標識，并繼續提供無線覆蓋服務。如上圖所示，TB3基站至兩個交換中心均有IP傳輸通路，DXT1為基站的首選歸屬核心交換設備，則基站至DXT1的通路被設置為首選通路；DXT2為基站的備選歸屬核心交換設備，則基站至DXT2的通路被設置為備選通路。兩個核心交換設備內均集成了該基站的配置數據與各類無線參數，并設置該基站服務小區以相同的小區ID標識號碼，因此無論基站工作在哪個交換設備的控制下，從終端角度來講，都注冊于同一無線小區內。觸發基站從常態首選鏈路方向切換至備選鏈路方向的因素包括：（1）鏈路斷開，無法連接至DXT1交換設備；（2）DXT1對應單元工作異常，無法提供基站連接；（3）維護人員人工控制基站使用備用歸屬交設備DXT2。當基站失去至主用DXT設備的鏈路時，它將同時激活歸屬切換計時器與單站集群模式計時器，通常后者時間設置應大于前者。在歸屬切換計時器到時前，基站仍試圖恢復與原首選歸屬交換設備之間的IP連接，如在該計時器超時后，基站仍無法恢復原先的連接，則開始輪流嘗試使用至備用DXT設備的鏈路和至主用DXT設備鏈路，如至備用DXT的鏈路之前一直保持激活有效，則此時基站會接入至備用DXT交換設備內，獲取設置的參數，盡快恢復服務。如此時兩條鏈路均不可用，當單站集群模式計時器超時后，基站進入單站集群（故障弱化）模式下工作，為覆蓋區內的用戶提供基礎的集群業務；與此同時，基站仍會持續輪流嘗試建立與首選DXT交換設備和備選DXT交換設備之間的IP鏈路，恢復至網絡工作模式。上述計時器參數可以由運維人員根據鏈路狀況進行設定，建議采用15s（歸屬切換計時器），30s（單站集群模式計時器）的缺省值。
2.3調度服務器容災備份
調度服務器將采用1+2冗余熱備工作方式，同一時間只有1臺調度服務器為主用工作狀態，其他2臺調度服務器為備用工作狀態。3臺調度服務器可以同時接入到空客TETRA系統，并可以同時與網管、調度臺建立網絡通信，只有主用調度服務器為調度臺提供業務支持。主用控制中心的2臺調度服務器優先級高于備用控制中心的調度服務器，僅當主用控制中心的2臺調度服務器均故障時，備用控制中心的調度服務器才會切換為主用工作狀態。備用控制中心的調度服務器切換為主用工作狀態后，可以為主用控制中心調度臺提供業務支持，主用控制中心調度臺設備可以正常工作，調度服務器切換過程應不影響調度臺的正常通信業務。
2.4調度臺容災備份
在主備控制中心各部署多臺調度臺，主備控制中心的調度臺可同時處于工作。單個控制中心，同一類型的調度臺（如行車調度臺）可部署多臺，用于冗余備份。另外，當某一類型調度臺（如行車調度臺）故障后，可在本控制中心其他調度臺（如維修調度臺）上，使用故障調度臺用戶進行登錄，執行故障調度臺調度功能。調度臺可以同時與3臺調度服務器通信，從主用調度服務器獲取列車位置、電臺狀態、對時信息、車載臺應用消息等業務支持，并與備用調度服務器保持會話連接、數據同步。調度服務器切換過程應不影響調度臺的正常通信業務。
2.5網管設備容災備份
在主備控制中心各部署1套網管終端，2套網管之間無需建立通信，獨立工作。每套網管終端都需要同時連接主備控制中心的DXT交換設備，以便實現整條線路的TETRA設備告警管理。另外，每套網管都能夠實現本項目中全部二開設備、直放站設備的告警管理。
3結束語
隨著國內軌道交通的快速發展，安全高效的運營受到越來越多的關注，本方案進行了DXT交換設備異地容災備份、基站容災備份、調度服務器容災備份、調度臺容災備份、網管容災備份方案，通過不同場景進行描述，為專用無線通信系統在城市軌道交通專網領域探索出一條新的應用之路。
參考文獻
[1]鄭祖輝，陸錦華，鄭嵐.數字集群移動通信系統（第二版）[M].北京：電子工業出版社，2005.
[2]由振鵬.地鐵無線通信系統的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2014.
作者：高應欽 單位：天津泰達城市軌道投資發展有限公司
