TETRA数字集群系统的容灾备份方案探讨

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摘要　文章对tetra数字集群系统的容灾备份方案进行了分层划分和叙述，重点分析了各种方案的技术特点、应用场景及应用时的注意问题，最后对上述方案的综合使用给出建议。

关键词　TETRA　容灾　冗余备份

1　引言

TETRA为欧洲电信标准协会(ETSI)推荐的数字集群标准，其系统功能齐全、调度功能强大，在国内外的公共安全、交通运输、政务网络等领域得到广泛应用。在近两年来的北京奥运会、60年国庆庆典、上海世博会、广州亚运会等大型活动中，TETRA数字集群网络圆满完成了指挥调度通信保障的重任，使得TETRA技术受到越来越多的关注，其也迎来了前所未有的发展机遇。

作为指挥调度网络，TETRA系统本身及TETRA网络的稳定性、可靠性，是网络建设运营单位、各使用单位最为关心的因素之一。因此，对TETRA系统的容灾备份方案进行研究、从而提升网络的可靠性，具有重要的意义。一般而言，TETRA系统的容灾备份方案可分为：系统层、方案层、网元层和骨干层等四个层面。如图1所示：

2　TETRA容灾备份方案

进行TETRA网络规划建设时，需综合分析不同层可用的容灾备份方案或技术手段，并合理使用。

2.1系统层

在TETRA系统层面，通过内在的机制或特定的设计方案，实现系统层的容灾备份。

(1)用户数据备份或镜像机制

用户数据在两个交换机(同址或异地)中进行备份，当某一交换机故障时，在该交换机下的用户可以自动注册到另一个交换机内，为用户继续提供网络服务。网络运行不受影响，从而保证了应急指挥调度的顺畅。上述系统级备份的实现，需要配合“基站连接2个交换中心”等方案层的技术手段。

(2)系统支持多级时钟备份保障

设备选型时，要求所选取的TETRA系统既支持主从同步方式，又支持GPS同步。在主从同步方式下，还支持多级同步时钟，同时允许多个外部时钟输入，并可定义不同的优先级，当高优先的时钟发生故障时，系统会自动向低一级的时钟源同步。同时，TETRA系统还可以使用自身的高稳时钟，当连接的外部时钟全部发生故障或没有连接外部时钟源时，系统可利用自身时钟同步。多级时钟冗余设计，确保了系统时钟同步的高可靠性和稳定性。

2.2方案层

相对其它三个层级，方案层可用的容灾备份技术手段最为丰富。包括：双交换中心异地备份、重要基站同时连接两个交换中心、基站采用“插花”方式连接不同的交换中心以及适当开通部分基站的单站集群功能等。

(1)双交换中心异地备份

同一个TETRA网络设置至少2个异地的交换中心，对用户数据、重要基站配置等异地备份。当其中一个交换中心出现瘫痪时，自动或通过简单的触发命令(取决于不同的TETRA系统)，启动另外一个交换中心，继续提供服务，以保证指挥调度的延续、顺畅。

使用双交换中心异地备份技术，能够从网络层面提升TETRA系统的可靠性，但也可能会带来投资的增加。对一些规模不大的TETRA集群网络，单个交换机已能满足系统的容量要求。若为提升系统容灾备份能力采取双交换中心异地备份配置。则TETRA核心网部分的投资将近似增加1倍。因此，在实际工程中，需综合评估、权衡可靠性提升和投资增加两方面的因素。

(2)重要基站同时连接两个交换中心

对TETRA网络中的部分重要基站(如覆盖重要政府机关、覆盖大型运动会开闭幕式场馆的基站等)，同时连接2个交换中心。当至其中一个交换中心的传输链路发生故障或者主交换中心发生故障时，这些重要基站可以切换至备用交换继续工作。不同TETRA系统的交换机间业务“切换”有所不同，可能为热备份的无缝切换或简单的触发操作后的切换。采取基站同时连接两个交换中心技术，能够提升重点区域的网络可靠性，代价是同一个基站将同时占用两个交换中心的基站、载波数据库，且涉及基站的传输资源需求加倍。

(3)基站采用“插花”方式交叉连接至不同的交换中心

考虑到基站间的覆盖范围有一定深度的重叠，通过设置相邻基站采用“插花”方式连接至不同的交换中心，实现每个交换中心下面的基站都能提供一个基本的覆盖。当其中一个交换机出现故障时，另外一个交换机下面连接的基站仍可以提供基本覆盖，满足基本的应急调度需要。

图2为某TETRA网络市区的部分TETRA基站连接交换中心(MSC)的示意图，各基站采取“插花”方式连接至两个不同的交换中心。

实际测试表明，在只有其中某一个交换中心下面基站正常工作的情况下，该区域的室外总体覆盖率仍达到90％左右。也即其中一个交换中心仍可以满足该区域基本的覆盖需求，如表1所示。

基站采用“插花”方式交叉连接至不同的交换中心，能以较低的代价(跨交换中心的呼叫比例增加，交换中心间的信令负荷相应也有一定增加)。明显地提升网络整体的可靠性，在国内多个大型的TETRA数字集群网络中得到成功运用。

(4)合理应用单站集群技术

单站集群是指基站与交换机之间由于链路中断或交换中心故障等原因失去联系时，基站依然能够提供单站下面的集群业务，即单站集群功能。基站向终端广播其即入单站集群模式。用户不需任何人工干预动作，终端自动试图注册到其它相邻未进入单站集群的基站，若终端找不到合适的正常工作邻站，则停留在单站集群基站下面继续相关的业务。

单站集群无需额外增加硬件或软件资源，可以具体设置每个基站是否开通单站集群功能。在实际网络中，对基站间重叠覆盖度较深的区域。如中心市区，建议相关基站关闭单站集群功能，使得网络正常服务连续及用户有更好的感知；而对站点稀疏、重叠覆盖较少的郊区农村或道路区域，建议基站开通单站集群，网络故障时。在每个单站的覆盖范围内仍能分别指挥调度。

2.3网元层

对交换机、基站、调度台等网元设备的内部重要模块进行冗余备份配置。实现TETRA系统网元层的容灾备份。

对基于TDM架构的TETRA交换机，一般要求跟呼叫处理、交换相关的功能模块进行冗余热备份。如：呼叫控制计算机、中心内存、交换单元、操作和维护单元、信息总线、时钟和同步单元、公共信道信令单元等。对IP架构的TETRA交换机，要求调度指挥业务相关的网元设备采用冗余热备份，如节点控制器、以太网交换机、核心路由器、鉴权服务器；数据业务网元模块、电话互联业务和边界路由器采取冗余备份或多设备并行工作。

TETRA基站的基站控制器建议冗余热备份，主控信道同样为多级备份配置，当带MCCH的载波发生故障时，系统可自动选取一个正常工作载波的第一个时隙作为MCCH信道。此外，基站载波板、载波供电单元设置为多设备并行工作模型，其中一个设备发生故障，不影响其他设备的正常工作。

2.4骨干层

TETRA系统骨干层的容灾备份方案主要关注如何提高骨干传输链路的可靠性，主要涉及：传输光缆、传输设备和传输网管。

对传输光缆。要求尽可能按照物理成环的方式建设，使用不同路由的光缆，避免由于某段光缆中断导致业务中断。

传输设备的重要板卡备份配置，将同一个方向的业务负载尽量分担在不同的业务板块上。

对传输网管，要求其功能齐全，且留有足够富余度，便于网管信息的及时收集监控，确保告警信息能及时传递给网管系统，出现故障时能在较短的时间内快速修复。

3　小结

TETRA数字集群系统作为指挥调度通信网络。可靠性要求高，需确保系统的容灾备份方案完善、合理。针对上述各种容灾备份方案。关键要分析各种方案的技术特点、优缺点和适用范围，并结合本网络的建设目标要求及资金条件等，合理组合使用，以确保TETRA网络稳定、可靠和安全。