景元廣, 袁 松

(1.濟南軌道交通集團有限公司，濟南 250101；2.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；3.北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

城市軌道交通是市民出行的重要交通工具，作為保證軌道交通運營安全重要手段之一的專用無線調(diào)度系統(tǒng)的可靠性也應著重考慮。并且，考慮到目前軌道交通全自動無人駕駛技術的發(fā)展及推進各城市無線系統(tǒng)線網(wǎng)化建設，作為軌道交通TETRA 專用無線系統(tǒng)控制中心的核心交換、調(diào)度設備的建設也應考慮采用可靠性較高的異地容災方式的雙中心建設模式。

TETRA 專用無線通信系統(tǒng)雙中心異地容災方案，可基于線網(wǎng)層面考慮，即每個交換管理中心負責一部分線路基站的接入，全部線路可以通過兩個交換管理中心進行互聯(lián)互通，當一個交換管理中心故障后，其所接入的基站可以倒切到另一個交換管理中心，實現(xiàn)異地容災。

2 系統(tǒng)需求

基于線網(wǎng)的城市軌道交通TETRA 無線通信系統(tǒng)規(guī)劃架構需求一般如圖1 所示。

圖1 TETRA無線系統(tǒng)框架Fig.1 TETRA wireless system structure

主要需求如下。

1) 建 設Switch1 及Switch2 的TETRA 雙中心，后續(xù)其他線路基站直接接入Switch1 或Switch2 的交換管理中心。

2) 所 有 線 路 的TETRA 系 統(tǒng) 可 以 通 過Switch1、Switch2 交換中心進行互聯(lián)互通。

3) 如 果Switch1 交 換 中 心 故 障， 接 入Switch1 的所有基站可以倒切到Switch2 交換中心上，實現(xiàn)異地容災。

4) Switch1 和Switch2 的交換管理中心要支持同時運行。

圖2 異地容災典型架構Fig.2 Typical structure of remote disaster recovery

3 建設方案

3.1 系統(tǒng)架構介紹

交換管理中心的核心交換處理設備一般為中心控制器，每個交換管理中心可以堆疊多個中心控制器（可多達5 個），每個中心控制器可以接入1～128 個基站，即一個交換管理中心可以接入多達500～600 個基站，可以滿足大部分城市的TETRA系統(tǒng)的建設，中心控制器域之間通過域間接口實現(xiàn)互聯(lián)互通，提供包括組呼、個呼、短消息、調(diào)度和漫游切換等功能。交換管理中心支持劃分VPN 方式，將基站、用戶、群組和調(diào)度臺等根據(jù)需求劃分到不同的線路中，在技術上實現(xiàn)多條地鐵線路的共線運營。多個交換管理中心之間可以通過增加傳輸設備互聯(lián)互通，實現(xiàn)跨交換管理中心之間的信令及業(yè)務流的交互。

交換管理中心異地容災建設的典型架構如圖2所示。

1) 共建設兩個交換中心，分別為Switch1、Switch2 交換管理中心。

2) 每個交換中心可堆疊多達5 個中心控制器，即每個交換中心可以同時支持500 左右基站。

3) Switch1 中心和Switch2 中心之間通過容災路由設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份，主要提供包括：

a.Switch1 中心與Switch2 中心之間中心控制器的配置數(shù)據(jù)的同步；

b.Switch1 中心與Switch2 中心之間運行態(tài)數(shù)據(jù)的實時熱備。

4) 每條線路的基站同時接入到Switch1 和Switch2 中心。

5) Switch1、Switch2 中心之間的業(yè)務數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，可在核心交換設備外接一個互聯(lián)路由器，互聯(lián)路由器之間實現(xiàn)中心控制器之間的域間互聯(lián)。

6) 為保證每條線路單獨運行，每條線路部署獨立的調(diào)度、網(wǎng)管等設備，通過增加邊界路由器與Switch1、Switch2 互通。為保證Switch1 中心的歸屬基站倒切到Switch2 中心，業(yè)務不發(fā)生中斷，Switch1、Switch2 中心與邊界路由器需有通過傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)交叉連接。

3.2 系統(tǒng)冗余設計

3.2.1 中心控制器冗余

異地容災主要借助HA 高可用多節(jié)點群集中間件來實現(xiàn)，HA 原理如圖3 所示。

圖4 中心控制冗余圖Fig.4 Central controller redundant diagram

圖3 HA原理圖Fig.3 HA schematic diagram

TETRA 集群業(yè)務應用軟件通過HA 中間件進行通信，HA 中間件可實現(xiàn)功能如下：

1) 靜態(tài)配置數(shù)據(jù)的雙向同步；

2) 動態(tài)呼叫數(shù)據(jù)的雙向同步；

3) 節(jié)點間狀態(tài)裁決及切換控制。

Switch1 交換管理中心的中心控制器與Switch2 交換管理中心的中心控制器兩兩冗余，如圖4 所示。

1) 中心控制器1 與中心控制器1′冗余。

2) 中心控制器2 與中心控制器2′冗余。

3) 中心控制器3 與中心控制器3′冗余。

兩兩冗余的中心控制器靜態(tài)配置數(shù)據(jù)完全相同，動態(tài)業(yè)務數(shù)據(jù)雙向實時同步。

正常情況下，Switch1 交換管理中心與Switch2 交換管理中心同時工作，負荷分擔的方式共同承擔全網(wǎng)的集群呼叫業(yè)務。

當一個中心的某個中心控制器故障后，HA 中間件可立即感知到，則另外一個中心對應的中心控制器會根據(jù)已同步的動態(tài)數(shù)據(jù)建立資源并接管業(yè)務，故障中心控制器所管理的基站會根據(jù)鏈路狀態(tài)探測情況，將業(yè)務倒切到另外一個中心對應的中心控制器上。

3.2.2 線路基站歸屬

各線路的基站同時與Switch1、Switch2 交換管理中心所對應中心控制器建立連接，如圖5 所示。

每個線路的基站同時與Switch1 和Switch2 保持網(wǎng)絡連接及實時狀態(tài)探測通信，但業(yè)務通信只與預先設置的主用中心進行通信。

3.2.3 系統(tǒng)倒切

1）被動倒切

各線路的基站同時與Switch1、Switch2 交換管理中心中心控制器建立連接，如圖6 所示。

主中心出現(xiàn)問題或者傳輸鏈路故障時，基站檢測到與主中心的鏈路斷開，則可切換到備用中心。檢測時間可配置，一般可按30 s 左右時間設定。

2）主動倒切

圖5 基站歸屬原理圖Fig.5 Schematic diagram of base station affiliation

圖6 被動倒切原理圖Fig.6 Schematic diagram of passive switchover

整個系統(tǒng)可以在網(wǎng)管的控制下進行人工負荷重新分配。如當一個中心需要升級或者維護時，可以通過網(wǎng)管將該中心的所有基站倒切到另外一個中心。

3.2.4 異地容災主要性能指標

基站倒切時間：

1) 基站主動倒切時間小于2s；

2) 中心控制基站倒切時間小于1 s。

中心倒切時間：

1) 中心主動倒切時間小于1 s；

2) 網(wǎng)管控制中心倒切時間小于1 s。

整個系統(tǒng)倒切時間：

1) 主動倒切時間小于3 s；

2) 中心控制基站倒切時間小于2 s。

基站檢測中心時間：

1) 檢測斷鏈持續(xù)時間30 s；

2) 檢測間隔1 s。

4 結論及建議

基于TETRA 制式的雙中心異地容災方案在技術可行性、可靠性及必要性方面都具備可實施的條件，因此，隨著全自動無人駕駛及基于線網(wǎng)建設考慮，采用基于雙交換核心的TETRA 系統(tǒng)建設也將是一個優(yōu)先選擇。