基于TETRA的无线调度双中心异地容灾建设方案分析

景元广, 袁 松

(1.济南轨道交通集团有限公司，济南 250101；2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；3.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

城市轨道交通是市民出行的重要交通工具，作为保证轨道交通运营安全重要手段之一的专用无线调度系统的可靠性也应着重考虑。并且，考虑到目前轨道交通全自动无人驾驶技术的发展及推进各城市无线系统线网化建设，作为轨道交通TETRA 专用无线系统控制中心的核心交换、调度设备的建设也应考虑采用可靠性较高的异地容灾方式的双中心建设模式。

TETRA 专用无线通信系统双中心异地容灾方案，可基于线网层面考虑，即每个交换管理中心负责一部分线路基站的接入，全部线路可以通过两个交换管理中心进行互联互通，当一个交换管理中心故障后，其所接入的基站可以倒切到另一个交换管理中心，实现异地容灾。

2 系统需求

基于线网的城市轨道交通TETRA 无线通信系统规划架构需求一般如图1 所示。

图1 TETRA无线系统框架Fig.1 TETRA wireless system structure

主要需求如下。

1) 建 设Switch1 及Switch2 的TETRA 双中心，后续其他线路基站直接接入Switch1 或Switch2 的交换管理中心。

2) 所 有 线 路 的TETRA 系 统 可 以 通 过Switch1、Switch2 交换中心进行互联互通。

3) 如 果Switch1 交 换 中 心 故 障， 接 入Switch1 的所有基站可以倒切到Switch2 交换中心上，实现异地容灾。

4) Switch1 和Switch2 的交换管理中心要支持同时运行。

图2 异地容灾典型架构Fig.2 Typical structure of remote disaster recovery

3 建设方案

3.1 系统架构介绍

交换管理中心的核心交换处理设备一般为中心控制器，每个交换管理中心可以堆叠多个中心控制器（可多达5 个），每个中心控制器可以接入1～128 个基站，即一个交换管理中心可以接入多达500～600 个基站，可以满足大部分城市的TETRA系统的建设，中心控制器域之间通过域间接口实现互联互通，提供包括组呼、个呼、短消息、调度和漫游切换等功能。交换管理中心支持划分VPN 方式，将基站、用户、群组和调度台等根据需求划分到不同的线路中，在技术上实现多条地铁线路的共线运营。多个交换管理中心之间可以通过增加传输设备互联互通，实现跨交换管理中心之间的信令及业务流的交互。

交换管理中心异地容灾建设的典型架构如图2所示。

1) 共建设两个交换中心，分别为Switch1、Switch2 交换管理中心。

2) 每个交换中心可堆叠多达5 个中心控制器，即每个交换中心可以同时支持500 左右基站。

3) Switch1 中心和Switch2 中心之间通过容灾路由设备实现数据备份，主要提供包括：

a.Switch1 中心与Switch2 中心之间中心控制器的配置数据的同步；

b.Switch1 中心与Switch2 中心之间运行态数据的实时热备。

4) 每条线路的基站同时接入到Switch1 和Switch2 中心。

5) Switch1、Switch2 中心之间的业务数据和信令数据的互联互通，可在核心交换设备外接一个互联路由器，互联路由器之间实现中心控制器之间的域间互联。

6) 为保证每条线路单独运行，每条线路部署独立的调度、网管等设备，通过增加边界路由器与Switch1、Switch2 互通。为保证Switch1 中心的归属基站倒切到Switch2 中心，业务不发生中断，Switch1、Switch2 中心与边界路由器需有通过传输网络实现交叉连接。

3.2 系统冗余设计

3.2.1 中心控制器冗余

异地容灾主要借助HA 高可用多节点群集中间件来实现，HA 原理如图3 所示。

图4 中心控制冗余图Fig.4 Central controller redundant diagram

图3 HA原理图Fig.3 HA schematic diagram

TETRA 集群业务应用软件通过HA 中间件进行通信，HA 中间件可实现功能如下：

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。

Switch1 交换管理中心的中心控制器与Switch2 交换管理中心的中心控制器两两冗余，如图4 所示。

1) 中心控制器1 与中心控制器1′冗余。

2) 中心控制器2 与中心控制器2′冗余。

3) 中心控制器3 与中心控制器3′冗余。

两两冗余的中心控制器静态配置数据完全相同，动态业务数据双向实时同步。

正常情况下，Switch1 交换管理中心与Switch2 交换管理中心同时工作，负荷分担的方式共同承担全网的集群呼叫业务。

当一个中心的某个中心控制器故障后，HA 中间件可立即感知到，则另外一个中心对应的中心控制器会根据已同步的动态数据建立资源并接管业务，故障中心控制器所管理的基站会根据链路状态探测情况，将业务倒切到另外一个中心对应的中心控制器上。

3.2.2 线路基站归属

各线路的基站同时与Switch1、Switch2 交换管理中心所对应中心控制器建立连接，如图5 所示。

每个线路的基站同时与Switch1 和Switch2 保持网络连接及实时状态探测通信，但业务通信只与预先设置的主用中心进行通信。

3.2.3 系统倒切

1）被动倒切

各线路的基站同时与Switch1、Switch2 交换管理中心中心控制器建立连接，如图6 所示。

主中心出现问题或者传输链路故障时，基站检测到与主中心的链路断开，则可切换到备用中心。检测时间可配置，一般可按30 s 左右时间设定。

2）主动倒切

图5 基站归属原理图Fig.5 Schematic diagram of base station affiliation

图6 被动倒切原理图Fig.6 Schematic diagram of passive switchover

整个系统可以在网管的控制下进行人工负荷重新分配。如当一个中心需要升级或者维护时，可以通过网管将该中心的所有基站倒切到另外一个中心。

3.2.4 异地容灾主要性能指标

基站倒切时间：

1) 基站主动倒切时间小于2s；

2) 中心控制基站倒切时间小于1 s。

中心倒切时间：

1) 中心主动倒切时间小于1 s；

2) 网管控制中心倒切时间小于1 s。

整个系统倒切时间：

1) 主动倒切时间小于3 s；

2) 中心控制基站倒切时间小于2 s。

基站检测中心时间：

1) 检测断链持续时间30 s；

2) 检测间隔1 s。

4 结论及建议

基于TETRA 制式的双中心异地容灾方案在技术可行性、可靠性及必要性方面都具备可实施的条件，因此，随着全自动无人驾驶及基于线网建设考虑，采用基于双交换核心的TETRA 系统建设也将是一个优先选择。