摘要：針對城市軌道交通車地無線通信系統的高可靠性要求，提出LTE-M系統冗余配置方式，在網絡級、設備級、板卡級3個層面均采用冗余機制，詳細說明設備的配置方式及系統架構，為提高LTE-M系統可靠性提供借鑒。

　　關鍵詞：LTE-M；冗余；網絡級；設備級；板卡級

　　1概述

　　目前城市軌道交通車地通信主要采用城市軌道交通長期演進系統（LongTermEvolutionMetro，LTE-M）實現，長期演進系統（LongTermEvolution，LTE）是基于3GPP標準的廣域無線技術體制，利用正交頻分復用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）和多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）等關鍵技術，顯著提高頻譜利用效率和數據傳輸速率，并可支持1.4?MHz、3?MHz、5?MHz、10?MHz、15?MHz、20?MHz多種帶寬分配方式。在抗干擾性、安全性、傳輸速率、延時、通信質量等方面優勢明顯。2016年城市軌道交通協會推薦采用LTE-M技術承載基于通信的列車自動控制（CommunicationBasedTrainControl，CBTC）系統，這對LTE-M系統的安全性，設備的可靠性提出了更高要求。為保障LTE-M系統的穩定性，滿足CBTC和綜合承載業務需求，降低LTE-M系統故障對列車運行的影響，LTE-M系統需考慮設備冗余配置。

　　2網絡級冗余配置

　　LTE-M系統在進行綜合承載時，承載的主要業務包括：CBTC列車運行控制業務、集群調度語音業務、乘客緊急呼叫及列車廣播業務、列車緊急文本下發業務、列車運行狀態監測業務、車載視頻監控業務、PIS視頻業務、集群調度視頻業務等。其中CBTC列車運行控制業務和列車運行狀態監測業務與列車的運行直接相關。一旦這兩個業務出現問題，將導致列車緊急停車，嚴重影響軌道交通線網的行車秩序和生產安全。

　　對于列車運行直接相關的業務，LTE-M系統采用A、B雙網的建設方式進行冗余組網，A、B兩張網絡完全獨立，并行工作，互不影響。利用網絡級冗余保護機制，提高業務的可靠性。組網示意如圖1所示。

　　網絡級冗余組網架構共分為4層。1）中心設備：A、B核心網設備分別連接A、B傳輸網絡，同時連接至各自的業務平臺，A、B網同時承載列車運行直接相關的業務。2）車站設備：車站設備主要為分布式基帶處理單元（BuildingBasebandUnite，BBU），A網BBU通過A網傳輸網絡連接到A網核心網。B網BBU通過B網傳輸網絡連接到B網核心網。傳輸網絡通過VLAN劃分或物理形式相互隔離。A、B網BBU可采用同站址設置或隔站址設置方式。3）軌旁設備：軌旁采用射頻拉遠單元（RemoteRadioUnite，RRU）+漏泄同軸電纜方式覆蓋，RRU采用同站址方式進行設置，A、B網覆蓋區域完全相同。A、B網使用不同的頻段，實現異頻組網。A網RRU通過光纖接入到A網BBU。B網RRU通過光纖接入到B網BBU。A、B網RRU通過合路器將信號合路后饋入漏纜進行覆蓋。4）車載設備：在列車上部署A、B網兩個車載接入單元（TrainAccessUnit，TAU），同時收發雙份列車運行直接相關的業務。

　　3設備級冗余配置

　　3.1核心網層配置

　　LTE-M系統A網核心網設備一般設置于主用控制中心，B網核心網設備一般放置于車輛段的備用控制中心。A、B核心網設備包括分組核心網（EvolvedPacketCore，EPC）、核心路由器、核心交換機等。核心網層面的設備及冗余配置主要考慮因素如下。

　　1）全業務功能考慮當LTE-M系統A網作為綜合承載業務網時，一旦發生核心網設備級故障，由于網絡級冗余配置，B網仍在運行。對于列車運行直接相關的業務，不會受到影響。但A網承載的其他類型業務，如車載視頻監控業務，PIS視頻業務等生產業務，將會受到影響，導致全線無法調看車載視頻，列車PIS業務出現花屏、卡頓等問題。

　　2）異地容災角度考慮為了避免在控制中心因各種原因發生事故、造成全面癱瘓時退出運行而造成運營指揮的中斷，需考慮設置備用控制中心，以保證在主用控制中心因故退出運行后，能夠實現在短期內應急替代控制中心行使線路運營調度的基本職能。

　　3.2車載接入層配置

　　在每一輛列車上部署兩臺A網TAU設備，分別設置在車頭和車尾，兩臺TAU為設備級冗余配置，互為主備，分別承載非列車運行直接相關的業務，如車載視頻監控業務，PIS視頻業務等。當主用TAU設備出現故障時，備用TAU繼續工作，不會影響相關業務數據傳輸，如圖3所示。

　　4板卡級冗余配置

　　4.1核心網設備配置

　　LTE-M系統EPC采用先進電信計算架構（AdvancedTelecomComputingArchitecture，ATCA），由電源模塊、風扇、交換板、業務板等構成。業務板承載了數據網關xGW（含S-GW、P-GW）、移動管理實體（MobilityManagementEntity，MME）、HSS、集群控制實體（TrunkingControlFunction，TCF）、集群媒體實體（TrunkingMediaFunction，TMF）等網元。EPC內所有硬件單板均采用1+1配置方式，并且支持熱插拔功能。當其中一個板卡出現故障，另一塊相同功能的板卡將繼續運行，不會影響系統正常運行。

　　4.2基站設備配置

　　LTE-M系統基站采用分布式的架構，其中室內BBU單元為可擴展式設計。BBU主控板、電源板均采用1+1的冗余配置方式，基帶板采用1：1的冗余配置方式。BBU冗余配置如圖4所示。

　　主備主控板連接至傳輸網絡，當主用主控板或主用S1鏈路出現故障時，備用主控板及備用S1鏈路啟用，繼續提供數據傳輸通道。同樣，RRU通過Ir接口光纜連接至主備兩塊基帶板上。當主用基帶板發生故障時，備用基帶板啟用，從而提高數據承載的可靠性。

　　5LTE-M系統冗余配置建議

　　結合實際城市軌道交通項目現狀，根據承載業務的不同，可選擇不同的LTE-M系統冗余配置方式。只承載CBTC等與列車運行直接相關的業務。列車運行直接相關業務在數據傳輸時延、丟包率、上下行速率等方面均有明確的性能要求，必須保障業務的指標要求。LTE-M系統應采用網絡級及板卡級冗余配置方式，來滿足列車運行直接相關業務對LTE-M系統的高可靠性要求。只承載車載視頻監控、PIS視頻等生產類業務。此類業務為生產業務，不會直接影響列車運行。應考慮在板卡級冗余配置的基礎上進行設備級的冗余配置。滿足異地容災部署及核心網設備出現故障后，依然能夠保障業務功能的需求。綜合承載類業務。此時LTE-M系統承載的業務既包括列車運行直接相關業務，也包括生產業務、維修類業務等。應根據城軌運行場景分析、可靠性分析及建設成本等綜合考慮LTE-M系統冗余配置。建議采用網絡級、設備級、板卡級3種冗余配置方式，保障所承載業務的可靠性及安全性。

　　6結束語

　　采用LTE-M作為城市軌道交通車地無線通信技術已經成為業界主流選擇。在LTE-M系統設計及建設前就應該考慮網絡架構及系統冗余配置機制。LTE-M系統冗余配置的實施需要多種技術手段相互配合，也需要綜合考慮各個設備的故障率、系統宕機危害等級、故障恢復時間、投入成本等因素。在投入產出比合理的前提下，通過高可靠的LTE-M網絡架構將大大提高LTE-M技術在軌道交通領域的適用性及安全性，降低運營風險及維護成本，使LTE-M系統更好地滿足城市軌道交通車地無線通信的需要。

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　　豐磊