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专用无线通信系统异地容灾

摘要：介绍轨道交通领域专用无线通信系统的异地容灾技术,描述异地容灾系统的总体技术方案,并在此基础上着重介绍异地容灾的冗余设计、单点故障的处理方法和系统倒切方法,主要包括中心控制器冗余、基站双归属、核心设备故障冗余、传输链路故障冗余、容灾链路冗余、中心控制器设备故障倒切、中心控制核心设备链路故障倒切及控制中心主动倒切等内容.

关键词：异地容灾；冗余设计；基站双归属；故障倒切

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1008-1739（2018）09-63-2

0 引言

随着我国城市化进程的飞速发展,作为城市的重要交通工具,地铁的建设也在快速发展.地铁专用无线通信系统是为车地之间无线通信提供技术支撑,是现代轨道交通通信系统的重要组成部分,对推动整个地铁系统的安全稳定运行发挥着积极作用.在此背景下,通过在不同地方部署专用无线通信系统交换管理中心,实现异地容灾功能,来提高专用无线通信系统的可靠性[1],为运营和行车安全提供强有力的保障.

1 总体技术方案

专用无线通信系统部署2 套交换管理中心,并以主备方式工作.2 个交换管理中心与全线基站通过传输网络互联互通.当主用交换管理中心故障退出服务时,全线基站可以倒切到另一个交换管理中心,实现异地容灾.

专用无线通信系统异地容灾方案组网如图1 所示.在主用控制中心和备用控制中心设置互为镜像的2 套交换管理中心设备.2 套交换管理中心之间有3 条传输链路,其中一条链路负责主备交换管理中心之间的数据冗余,另外2 条链路负责主备交换管理中心与全线基站的传输冗余.系统中的基站通过传输网络分别连接到主备交换管理中心.

图1 异地容灾总体架构

2 系统冗余设计

2.1 中心控制器冗余

异地容灾主要借助中心控制器中的高可用（HA）多节点群集中间件来实现,专用无线通信系统集群业务应用软件通过HA 中间件进行通信,HA 中间件可实现的功能有：① 静态配置数据的双向同步；② 动态呼叫数据的双向同步；③ 节点间状态裁决及切换控制；④ 主用交换管理中心的中心控制器与备用交换管理中心的中心控制器两两冗余.

正常情况下,主用控制中心与备用控制中心的2 套设备同时运行,互为备份.当主用控制中心的中心控制器出现故障时,HA 中间件可立即感知到[2],这时,备用中心的中心控制器会接管业务,保证系统正常运行,系统内的各个基站根据链路状态探测,将业务倒切到备用中心的中心控制器上.

2.2 基站双归属

专用无线通信系统内的各个基站同时与主用、备用控制中心的中心控制器建立连接,如图2 所示.

图2 基站双归属

各个基站会同时与主备控制中心设备建立连接[3],但是只会向主用控制中心建立业务连接,进行业务通信.

3 单点故障处理

主用控制中心和备用控制中心的核心设备及传输链路均采用冗余配置,能够有效防止单点故障导致控制中心无法使用的情况,避免由于单点故障触发整个控制中心切换.

3.1 核心设备故障冗余

主备用控制中心内部的核心设备都是冗余配置的,当其中某一台设备出现故障时,冗余设备能够实时接替它的工作,保证业务正常进行.

主备用控制中心内部的核心设备是2 个控制器,它们之间采用交叉连接,并同步主备状态.当一条连接断开时,能够切换到另外一条连接上.当一架中心控制器设备故障时,另一架中心控制器可以实时接替工作,如图3 所示.

图3 核心网故障冗余

3.2 传输链路故障冗余

专用无线通信系统中,各个基站到主备控制中心的传输链路采用双环网方式,每个站点的基站设备和控制中心的接入设备分别连接到2 条传输链路上.当一个传输环网出现故障的时候,业务能够切换到另外一个传输环网上.当控制中心与某个传输环网的链路故障时,此时控制中心能够切换到另一个传输环网的传输接入点上,通过另一个传输接入点进行业务通信,如图4 所示.

图4 主控中心的一条传输链路中断情况

当基站与某个传输环网的链路故障时,此时基站能够切换到另外一个环网的传输接入点上,通过另一个传输接入点进行业务通信[4],如图5 所示.

图5 单个基站的一条传输链路中断情况

3.3 容灾冗余链路故障

当主备控制中心之间链路中断时,只会影响主备控制中心之间的业务通信,并不会影响主用控制中心的调度业务,由于主备用控制中心的调度台、服务器等业务终端设备是冗余配置的,因此不会导致调度业务无法使用.上述故障情况只会影响备用控制中心的业务终端设备,当容灾冗余链路恢复后,这些设备的业务能够自动恢复.

4 系统倒切过程

4.1 控制中心核心设备故障倒切

当主用控制中心设备故障导致系统不可用时,备用控制中心检测到该事件后,将会进行主备切换,切换为主用工作状态[5].各基站在检测到与先前的主用控制中心链路故障后,会尝试连接另一个控制中心,当发现备用控制中心的状态已经切换为主用状态时,将会把所有业务切换到新的控制中心.当备用控制中心控制器设备故障时,不会中断系统业务,不会影响系统整体功能.

4.2 中心控制核心设备链路故障倒切

当主用控制中心与2 个传输系统链路均发生故障时,备用控制中心会检测到该事件,并会进行主备切换操作,将自己切换为主用工作状态.各基站在检测到与先前的主用控制中心链路故障后,会尝试连接另一个控制中心,当发现备用控制中心的状态已经切换为主用状态时,将会把所有业务切换到新的控制中心[6].当备用控制中心与2 个传输系统链路均发生故障时,此时主用控制中心还在正常工作,故备用控制中心链路故障时不会中断系统业务,也不会影响系统的整体功能.

4.3 控制中心主动倒切

专用无线通信系统可以在网管的控制下通过人工操作完成主备控制中心切换,如当主用控制中心需要升级或者维护时,可以通过网管将该中心的所有业务倒切到备用控制中心.

5 结束语

随着国内轨道交通的快速发展,安全高效的运营受到越来越多的关注,如何提升专用无线通信系统的可靠性是很多城市都在积极思考的一个问题.专用无线通信系统异地容灾技术的出现和发展,为专用无线通信系统在城市轨道交通专网领域探索出一条新的应用之路.

参考文献

[1] 戴克平,吉树新.TD-LTE 在城轨全自动运行系统中的应用研究[J].铁路技术创新,2015(4):9-12.

[2] 杨秀.地铁专用无线通信系统方案比选[J].都市快轨交通,2004,17(1):60-62.

[3]郑燕燕,张双健.上海城市轨道交通民用通信系统的规划与实现[J].城市轨道交通研究,2010(8):93-97.

[4] 邹劲柏,郝俊.简论城市轨道交通无线通信系统的发展[J].现代城市轨道交通,2011(4):15-17.

[5] 赵蓉,蔡果佑.地铁专用无线通信系统方案的研究设计[J].中国新通信,2016,18(16):75.

[6] 王建永.地铁专用无线通信系统的设计应用[J].中国新通信,2016,18(16):107-108.

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