基于TETRA的無線調度雙中心異地容災建設方案分析

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度系統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展及推進各城市無線系統線網化建設，作為軌道交通TETRA 專用無線系統控制中心的核心交換、調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 專用無線通信系統雙中心異地容災方案，可基于線網層面考慮，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，實現異地容災。

2 系統需求

基于線網的城市軌道交通TETRA 無線通信系統規劃架構需求一般如圖1 所示。

圖1 TETRA無線系統框架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 可 以 通 過Switch1、Switch2 交換中心進行互聯互通。

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系統的建設，中心控制器域之間通過域間接口實現互聯互通，提供包括組呼、個呼、短消息、調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、群組和調度臺等根據需求劃分到不同的線路中，在技術上實現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互通，實現跨交換管理中心之間的信令及業務流的交互。

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數據備份，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據的同步；

b.Switch1 中心與Switch2 中心之間運行態數據的實時熱備。

4) 每條線路的基站同時接入到Switch1 和Switch2 中心。

5) Switch1、Switch2 中心之間的業務數據和信令數據的互聯互通，可在核心交換設備外接一個互聯路由器，互聯路由器之間實現中心控制器之間的域間互聯。

6) 為保證每條線路單獨運行，每條線路部署獨立的調度、網管等設備，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，業務不發生中斷，Switch1、Switch2 中心與邊界路由器需有通過傳輸網絡實現交叉連接。

3.2 系統冗余設計

3.2.1 中心控制器冗余

異地容災主要借助HA 高可用多節點群集中間件來實現，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 集群業務應用軟件通過HA 中間件進行通信，HA 中間件可實現功能如下：

1) 靜態配置數據的雙向同步；

2) 動態呼叫數據的雙向同步；

3) 節點間狀態裁決及切換控制。

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配置數據完全相同，動態業務數據雙向實時同步。

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的集群呼叫業務。

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已同步的動態數據建立資源并接管業務，故障中心控制器所管理的基站會根據鏈路狀態探測情況，將業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 保持網絡連接及實時狀態探測通信，但業務通信只與預先設置的主用中心進行通信。

3.2.3 系統倒切

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

整個系統可以在網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) 網管控制中心倒切時間小于1 s。

整個系統倒切時間：

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建設考慮，采用基于雙交換核心的TETRA 系統建設也將是一個優先選擇。