CN103945432B - 集群系统基站的工作模式转换方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种集群系统基站的工作模式转换方法，通过实时监控S1‑MME接口链路、S1‑U接口链路、Ta/D1‑MME接口链路以及Ta/D1‑U接口链路的状态，并根据监控结果来判定故障弱化工作模式与正常工作模式之间的转换时机，可以及时实现基站在正常工作模式和故障弱化工作模式之间的转换。采用本发明可以充分发挥故障弱化工作模式的抗毁功能，且不影响系统的正常运转。
Description
技术领域
本发明涉及集群技术，特别是集群系统基站的工作模式转换方法。
背景技术
随着移动互联网的飞速发展和全球无线城市的大规模建设，行业应用对集群通信的需求越来越多样化，以语音为主的数字窄带集群系统在数据传输能力和多媒体业务的支持能力方面已远远落后行业发展需求。数据宽带化、业务多样化、终端多模化、系统IP化是当前集群通信技术的发展方向，集群通信正逐步进入新一代宽带多媒体集群系统时代。
基于TD-LTE的宽带集群系统是以第四代移动通信技术TD-LTE为核心技术，将TD-LTE的高速率、大带宽与数字集群技术中的资源共享、快速呼叫建立、指挥调度等特点进行融合的集语音、数据、视频为一体的新一代宽带数字集群系统。
基于TD-LTE的宽带集群系统以LTE系统架构为基础，系统分为终端、接入网、核心网、签约数据库、调度控制中心和操作维护中心五部分。终端分为指挥调度类终端和数据传输类终端两类。产品形态包括手持终端、固定终端、车载终端、桌面终端CPE、上网卡或无线监控摄像头终端等设备；接入网由基站(eNodeB)设备组成；核心网(EPC)负责UE的网络侧移动性管理、S1链路管理、业务数据的统一交换控制和传送，具有移动性管理功能，包括移动性管理实体MME和SAE网关xGW；签约数据库(RDS)实现集群用户信息、集群组用户信息的管理和查询、用户鉴权、密钥(包括单呼和组呼密钥)生成、保存和管理等功能；调度控制中心(MDC)负责整个集群系统的协调调度和呼叫控制，主要网元包括交换控制中心(SCC)、调度台(DC)、安全服务器(SeS)和录音/录像服务器(ReS)、应用服务器(ApS)等；操作维护中心(eOMC)负责对系统设备(eNodeB、EPC和MDC)的管理和维护，实现对被管设备的配置管理、故障管理、性能管理等操作维护功能。具体逻辑架构如图1所示。
由于集群通信系统往往涉及重要的公共、人员生命和财产安全，需要尽力保证极端条件下的通信，其可靠性和抗毁性要求非常高。当系统遇到突发灾难(如地震、海啸、空袭)或人为破坏时，系统各网元设备间可能会发生链路物理性中断或部分网元设备毁坏，为保证在这些灾难等异常情况下的用户通信，系统需要专门的抗毁性设计。故障弱化即是一种重要的抗毁性设计，主要目的是解决基站失去网络侧控制后，如何继续服务基站覆盖范围内的终端用户。具体地，基于TD-LTE的宽带多媒体集群系统故障弱化有如下定义：系统应当具有故障弱化和自恢复的能力，当基站失去上层控制平台控制时，将自动弱化为故障弱化工作模式。此时，基站仍然可以处理本基站覆盖范围内用户的业务请求，包括个呼、组呼、广播呼叫、短数据业务。当上层控制平台恢复对基站的控制后，基站立即恢复弱化前的全部集群功能。
基站在什么条件下应该转为故障弱化工作模式，什么条件下应该转回正常模式是故障弱化实施的关键问题之一。目前基于TD-LTE的宽带集群系统中，提出了由基站通过判断基站与核心网间传输链路的中断与恢复，来实现故障弱化工作模式与正常工作模式之间的转换，并未给出实现转换的具体方法，而不完善的转换判断条件则可能会导致故障弱化的漏判和误判。
另外，在实际应用中，基站的上层控制平台主要有核心网EPC和交换控制中心SCC。其中，交换控制中心是整个系统的核心，如果出现故障，基站也同样会失去控制，终端用户的集群呼叫服务也会中断。这样，上述现有模式转换方法由于只考虑了基站与核心网之间的链路状态，而没有考虑交换控制中心故障或交换控制中心与核心网之间传输链路中断的情况，从而无法在该情况下使基站转入故障弱化工作模式下。
由此可见，上述传统的故障弱化工作模式与正常工作模式之间的转换方法，存在由于转换条件不周全而导致的故障弱化的误判、漏判问题，严重影响故障弱化功能的实际使用，甚至影响整个系统的正常运转。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种集群系统基站的工作模式转换方法，该方法能触发基站在正常工作模式和故障弱化工作模式之间进行及时转换，充分发挥故障弱化工作模式的抗毁功能，且不影响系统的正常运转。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种集群系统基站的工作模式转换方法，包括：
基站实时监测自身与核心网EPC的各移动性管理实体MME之间的S1-MME接口链路的状态；并实时监测自身与所述EPC的各SAE网关xGW之间的S1-U接口链路的状态；
各所述MME实时监测自身与各交换控制中心SCC之间的Ta/D1-MME接口链路的状态；各所述xGW实时监测自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路的状态；
对于各所述xGW，当监测到自身与所有所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路均发生故障时，将Ta/D1-U接口链路故障信息通知给其归属MME；当监测到自身与至少一个所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路故障恢复时，将Ta/D1-U接口链路故障恢复信息通知给其归属MME；
对于各所述MME，当监测到自身与各所述SCC之间的Ta/D1-MME接口链路均为故障状态和/或接收到该MME对应的所有xGW发送的Ta/D1-U接口链路故障信息时，向所述基站发送故障弱化通知消息；当监测到自身与至少一个所述SCC之间的Ta/D1-MME接口链路为故障恢复状态，并接收到该MME对应的至少一个xGW发送的Ta/D1-U接口链路故障恢复信息时，向所述基站发送故障弱化恢复通知消息；
当处于正常工作模式的所述基站监测到自身与所述EPC的所有MME之间的S1-MME接口链路均发生故障，和/或监测到自身与所述EPC的所有xGW之间的S1-U接口链路均发生故障，和/或接收到所有所述MME的故障弱化通知消息时，进入故障弱化工作模式；
当处于故障弱化工作模式的所述基站监测到自身与所述EPC的至少一个MME之间的S1-MME接口链路故障恢复，并监测到自身与所述EPC的至少一个xGW之间的S1-U接口链路故障恢复，以及接收到至少一个所述MME的故障弱化恢复通知消息时，进入正常工作模式。
综上所述，本发明提出的集群系统基站的工作模式转换方法，实时监控S1-MME接口链路、S1-U接口链路、Ta/D1-MME接口链路以及Ta/D1-U接口链路的状态，并根据监控结果来判定故障弱化工作模式与正常工作模式之间的转换时机，充分考虑了基站与上层控制平台失去控制的各种情况，因此可以及时实现基站在正常工作模式和故障弱化工作模式之间的转换，充分发挥故障弱化工作模式的抗毁功能，且不影响系统的正常运转。
附图说明
图1为现有基于TD-LTE的宽带集群系统的逻辑结构示意图；
图2为现有基于TD-LTE的宽带集群系统中基站、EPC、SCC三者之间的传输链路示意图；
图3为本发明实施例一的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
在现有的宽带集群系统中，基站的上层控制平台主要有核心网EPC和交换控制中心SCC。失去它们之间任何一个网元的控制，基站都无法正常工作。两者与SCC或eNodeB的任意传输链路中断，都将使基站内的终端用户无法使用通信服务(如图2所示)。
因此，为保证传输链路故障发生后，基站可以继续为覆盖区域内的用户继续提供服务。系统需要对下列传输链路的中断进行及时判断：
1、基站与EPC之间的传输链路中断，基站失去EPC控制，不正常工作。包括：基站与EPC的MME之间传输链路中断，将导致S1-MME控制面信令中断；基站与EPC的XGW之间传输链路中断，将导致S1-U用户面数据中断。
2、EPC和SCC之间的接口故障，EPC失去SCC控制，不正常工作。包括：EPC的MME与SCC之间传输链路中断，将导致Ta/D1-MME控制面信令中断；EPC的xGW与SCC之间传输链路中断，将导致Ta/D1-U用户面数据中断。
基于上述分析，本发明的核心思想是：在判断是否需要进行故障弱化工作模式时，同时考虑基站与核心网之间传输链路和核心网与交换控制中心之间传输链路的状态，以确保基站在与上层控制平台失去控制的各种情况下，及时转入故障弱化工作模式，以充分发挥故障弱化工作模式的抗毁功能，同时也不会影响系统的正常运转。
图3为本发明实施例一的流程示意图，如图3所示，该实施例主要包括：
步骤301、基站实时监测自身与EPC的各MME之间的S1-MME接口链路的状态；并实时监测自身与所述EPC的各SAE网关xGW之间的S1-U接口链路的状态；
各所述MME实时监测自身与各交换控制中心SCC之间的Ta/D1-MME接口链路的状态；各所述xGW实时监测自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路的状态。
较佳地，基站监测S1-MME接口链路的状态可采用下述方法实现：
基站实时检测基站与核心网的物理连接是否中断，以及各S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳是否中断；如果检测到任一S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳连续中断的次数达到预设的阈值a，则触发重建该S1-MME接口链路对应的S1SCTP连接；
当所述基站处于正常工作模式时，如果检测到所述物理连接中断持续时间达到预设的N1秒，则判定自身与所述EPC的所有MME之间的S1-MME接口链路均发生故障；
当所述基站处于正常工作模式时，如果所述物理连接未中断但是检测到任一所述S1-MME接口链路对应的S1SCTP连接的连续重建次数达到预设的阈值b，则判定该S1-MME接口链路故障；
当所述基站处于故障弱化工作模式时，如果检测到任一S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳连续达到预设的阈值c次，c为所述a的整数倍，则向核心网发送S1连接建立请求消息，如果所述基站接收到核心网反馈的S1连接建立成功响应消息，则判定该S1-MME接口链路故障恢复。
较佳地，所述a的取值可以配置为10。
上述方法中采用了心跳检测的方式来检测基站与MME之间的链路层是否阻塞，即检测基站到任一S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳连续中断的次数是否达到阈值a，具体如何实现心跳检测同现有系统，在此不再赘述。
采用上述基站监测S1-MME接口链路状态的方法，可以在物理链路中断发生后，在较短时间内及时使基站转为故障状态，避免故障状态的延时判断；对于非物理链路中断情况，也可以有充足的检测条件，避免故障状态的误判发生。
较佳地，基站监测所述S1-U接口链路的状态可采用下述方法实现：
基站利用信号检测的方式，判定自身与所述EPC的任一xGW之间的S1-U接口链路状态是否正常。
这里，信号检测方法同现有系统。具体地，可以采用下述方法，来判定所述基站与所述EPC的任一xGW之间的S1-U接口链路状态是否正常：
对于各所述S1-U接口链路，如果所述基站连续预设的d次在该接口链路上发送信号请求消息均未接收到响应，则判定该S1-U接口链路故障；如果所述基站连续预设的e次在该接口链路上发送信号请求消息均接收到响应，则判定该S1-U接口链路正常。
这里，所述信号请求消息及响应即为Echo Request和Echo Response消息。
较佳地，所述MME检测所述Ta/D1-MME接口链路的状态包括：
对于与MME相连的每个SCC，所述MME在每个预设的设备心跳周期T1，向该SCC发送设备心跳报文，如果在发送设备心跳报文之后预设的h秒内未收到相应的心跳应答报文，则按照预设的重传周期T2重传设备心跳报文；如果所述重传的次数连续达到预设的k次后仍未收到相应的心跳应答报文，则判定MME与该SCC之间的Ta/D1-MME接口链路故障；如果所述MME连续预设的p次发送所述设备心跳报文均收到相应的心跳应答报文，则判定所述MME与该SCC之间的Ta/D1-MME接口链路正常。
具体地，上述方法中所述设备心跳报文可以为SIP协议中的SIP(Option)消息，所述心跳应答报文可以为SIP协议中的SIP(200(OK))消息。
较佳地，所述设备心跳周期T1可以配置为30秒，所述重传周期T2可以配置为2秒，所述h可以配置为1，所述k可以配置为10，所述p可以配置为3。
较佳地，所述xGW监测所述Ta/D1-U接口链路的状态包括：
每个所述xGW利用信号检测的方式，判定自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路状态是否正常。
具体地，可以采用下述方法，来判定自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路状态是否正常：
对于xGW与各所述SCC之间的每条Ta/D1-U接口链路，如果xGW在该Ta/D1-U接口链路上连续预设的f次发送信号请求均未检测到信号请求响应消息，则判定该Ta/D1-U接口链路故障；如果xGW在该Ta/D1-U接口链路上连续预设的g次发送信号请求均检测到信号请求响应消息，则判定该Ta/D1-U接口链路正常。
这里同上文，所述信号请求消息及信号请求响应消息即为Echo Request和EchoResponse消息。
步骤302、对于各所述xGW，当监测到自身与所有所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路均发生故障时，将Ta/D1-U接口链路故障信息通知给其归属MME；当监测到自身与至少一个所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路故障恢复时，将Ta/D1-U接口链路故障恢复信息通知给其归属MME；
对于各所述MME，当监测到自身与各所述SCC之间的Ta/D1-MME接口链路均为故障状态和/或接收到该MME对应的所有xGW发送的Ta/D1-U接口链路故障信息时，向所述基站发送故障弱化通知消息；当监测到自身与至少一个所述SCC之间的Ta/D1-MME接口链路为故障恢复状态，并接收到该MME对应的至少一个xGW发送的Ta/D1-U接口链路故障恢复信息时，向所述基站发送故障弱化恢复通知消息。
步骤303、当处于正常工作模式的所述基站监测到自身与所述EPC的所有MME之间的S1-MME接口链路均发生故障，和/或监测到自身与所述EPC的所有xGW之间的S1-U接口链路均发生故障，和/或接收到所有所述MME的故障弱化通知消息时，进入故障弱化工作模式；
当处于故障弱化工作模式的所述基站监测到自身与所述EPC的至少一个MME之间的S1-MME接口链路故障恢复，并监测到自身与所述EPC的至少一个xGW之间的S1-U接口链路故障恢复，以及接收到至少一个所述MME的故障弱化恢复通知消息时，进入正常工作模式。
这里需要说明的是，上述方法中的参数N1、a、b、c、d、h、p、T1、T2、k、g、f，可由本领域技术人员根据实际需要设置合适取值。
从上述技术方案，可以看出本发明给出了更完善的故障弱化工作模式转换方法，可判断的故障情况不仅仅包括与MME的控制链路，还包括与SCC、xGW(S-GW/P-GW)之间的控制和数据链路中断的判断，最大可能地避免了故障弱化的漏判情况发生。另外，对传输链路中断给出了更严密、具体和详细的约束判断条件，最大可能地避免了故障弱化的误判。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种集群系统基站的工作模式转换方法，其特征在于，包括：
基站实时监测自身与核心网EPC的各移动性管理实体MME之间的S1-MME接口链路的状态；并实时监测自身与所述EPC的各SAE网关xGW之间的S1-U接口链路的状态；
各所述MME实时监测自身与各交换控制中心SCC之间的Ta/D1-MME接口链路的状态；各所述xGW实时监测自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路的状态；
对于各所述xGW，当监测到自身与所有所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路均发生故障时，将Ta/D1-U接口链路故障信息通知给其归属MME；当监测到自身与至少一个所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路故障恢复时，将Ta/D1-U接口链路故障恢复信息通知给其归属MME；
对于各所述MME，当监测到自身与各所述SCC之间的Ta/D1-MME接口链路均为故障状态和/或接收到该MME对应的所有xGW发送的Ta/D1-U接口链路故障信息时，向所述基站发送故障弱化通知消息；当监测到自身与至少一个所述SCC之间的Ta/D1-MME接口链路为故障恢复状态，并接收到该MME对应的至少一个xGW发送的Ta/D1-U接口链路故障恢复信息时，向所述基站发送故障弱化恢复通知消息；
当处于正常工作模式的所述基站监测到自身与所述EPC的所有MME之间的S1-MME接口链路均发生故障，和/或监测到自身与所述EPC的所有xGW之间的S1-U接口链路均发生故障，和/或接收到所有所述MME的故障弱化通知消息时，进入故障弱化工作模式；
当处于故障弱化工作模式的所述基站监测到自身与所述EPC的至少一个MME之间的S1-MME接口链路故障恢复，并监测到自身与所述EPC的至少一个xGW之间的S1-U接口链路故障恢复，以及接收到至少一个所述MME的故障弱化恢复通知消息时，进入正常工作模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站监测所述S1-MME接口链路的状态包括：
所述基站实时检测基站与核心网的物理连接是否中断，以及各S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳是否中断；如果检测到任一S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳连续中断的次数达到预设的阈值a，则触发重建该S1-MME接口链路对应的S1SCTP连接；
当所述基站处于正常工作模式时，如果检测到所述物理连接中断持续时间达到预设的N1秒，则判定自身与所述EPC的所有MME之间的S1-MME接口链路均发生故障；
当所述基站处于正常工作模式时，如果所述物理连接未中断但是检测到任一所述S1-MME接口链路对应的S1SCTP连接的连续重建次数达到预设的阈值b，则判定该S1-MME接口链路故障；
当所述基站处于故障弱化工作模式时，如果基站检测到任一S1-MME接口链路对应的S1SCTP心跳连续达到预设的阈值c次，c为所述a的整数倍，则向核心网发送S1连接建立请求消息，如果所述基站接收到核心网反馈的S1连接建立成功响应消息，则判定该S1-MME接口链路故障恢复。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站监测所述S1-U接口链路的状态包括：
所述基站利用信号检测的方式，判定所述基站与所述EPC的任一xGW之间的S1-U接口链路状态是否正常。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述判定所述基站与所述EPC的任一xGW之间的S1-U接口链路状态是否正常包括：
对于各所述S1-U接口链路，如果所述基站连续预设的d次在该接口链路上发送信号请求消息均未接收到响应，则判定该S1-U接口链路故障；如果所述基站连续预设的e次在该接口链路上发送信号请求消息均接收到响应，则判定该S1-U接口链路正常。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MME检测所述Ta/D1-MME接口链路的状态包括：
对于与MME相连的每个SCC，所述MME在每个预设的设备心跳周期T1，向该SCC发送设备心跳报文，如果在发送设备心跳报文之后预设的h秒内未收到相应的心跳应答报文，则按照预设的重传周期T2重传设备心跳报文；如果所述重传的次数连续达到预设的k次后仍未收到相应的心跳应答报文，则判定MME与该SCC之间的Ta/D1-MME接口链路故障；如果所述MME连续预设的p次发送所述设备心跳报文均收到相应的心跳应答报文，则判定所述MME与该SCC之间的Ta/D1-MME接口链路正常。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述xGW监测所述Ta/D1-U接口链路的状态包括：
每个所述xGW利用信号检测的方式，判定自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路状态是否正常。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判定自身与各所述SCC之间的Ta/D1-U接口链路状态是否正常包括：
对于xGW与各所述SCC之间的每条Ta/D1-U接口链路，如果xGW在该Ta/D1-U接口链路上连续预设的f次发送信号请求均未检测到信号请求响应消息，则判定该Ta/D1-U接口链路故障；如果xGW在该Ta/D1-U接口链路上连续预设的g次发送信号请求均检测到信号请求响应消息，则判定该Ta/D1-U接口链路正常。
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