CN111162940B - 一种基于池技术的轨道交通通信网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于池技术的轨道交通通信网络系统，包括移动管理实体、数据网关和故障监控单元；所述故障监控单元用于；当处于主状态时，判断是否满足切换条件，若判断为满足切换条件则发送切换指令，并将自身以及处于主状态的所述移动管理实体、处于主状态的所述数据网关切换为备状态；当处于备状态时，接收所述切换指令并在接收所述切换指令后将自身以及处于备状态的所述移动管理实体、处于备状态的所述数据网关切换为主状态。该系统用于当通信网络发生故障时，能快速回复数据传输通道，并持续稳定地提供数据通信服务。

Description

一种基于池技术的轨道交通通信网络系统

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，更具体地，涉及一种基于池技术的轨道交通通信网络系统。

背景技术

随着通信行业的不断推进，城市轨道系统快速发展的需求，LTE-M(LongTermEvolution-Metro，轨道交通地铁长期演进系统)将成为未来城轨通信领域的主要发展方向。

LTE-M通过综合承载技术整合了城轨系统的CBTC(Communication Based TrainControl，基于通信的列车控制)、IMS(Image Monitor System，车载视频监控系统)、PIS(Passenger Information System，乘客信息系统)等几大业务的传输，为车载传输系统的简化提供了便利。随着LTE-M规模的扩大以及承载业务范围的增加，对LTE-M系统的稳定性和可靠性要求日益提高。

目前，LTE-M现有的技术中，主要集中于提高实时性、电源供电保护、线路故障监测、列车数据采集等方面，对于无线通信网络的可靠性缺少相关的技术支持。当作为承载业务数据的无线通信网络，尤其是LTE-M中的核心网部分发生故障，将会导致所有连接该网络的数据业务都发生中断，影响城轨的业务系统和列车的安全运行，将可能造成重大事故。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种基于池技术的轨道交通通信网络系统，用于当通信网络发生故障时，能快速回复数据传输通道，并持续稳定地提供数据通信服务。

本发明采取的技术方案是：

提供一种基于池技术的轨道交通通信网络系统，包括移动管理实体和数据网关，还包括故障监控单元；

所述故障监控单元用于：

当处于主状态时，判断是否满足切换条件，若判断为满足切换条件则发送切换指令，并将自身以及处于主状态的所述移动管理实体、处于主状态的所述数据网关切换为备状态；

当处于备状态时，接收所述切换指令并在接收所述切换指令后将自身以及处于备状态的所述移动管理实体、处于备状态的所述数据网关切换为主状态。

通过处于主状态的故障监控单元对切换条件进行判断，满足切换条件则发送切换指令并将自身以及处于主状态的移动管理实体和数据网关切换为备状态，处于备状态的故障监控单元在接收到切换指令后将自身以及处于备状态的移动管理实体和数据网关切换为主状态，由此可以使处于主状态的系统与处于备状态的系统进行主备状态快速切换，从而使得至少有一个系统能够提供数据传输服务，确保通信有序运行。

进一步地，所述故障监控单元用于判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据处于主状态的所述移动管理实体与基站的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件；

和/或根据处于主状态的所述数据网关与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件。

故障监控单元根据处于主状态的移动管理实体与基站的通信连接是否异常和/或处于主状态的数据网关与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件，由此可以使得系统与外部的通信连接发生异常时及时进行主备切换，从而使得处于备状态的系统转换为主状态，接续数据传输服务，确保系统有序进行。

进一步地，所述故障监控单元用于判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据处于主状态的所述移动管理实体和/或处于主状态的所述数据网关是否异常，判断是否满足切换条件。

处于主状态的故障监控单元根据处于主状态的移动管理实体和处于主状态的数据网关是否异常，判断是否满足切换条件，由此可以使得系统内部发生异常时及时进行主备切换，从而使得系统能够继续提供数据传输服务，确保系统有序进行。

进一步地，所述故障监控单元用于根据处于主状态的所述移动管理实体与基站的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据是否接收到第一切换请求，判断是否满足切换条件；

所述第一切换请求是处于主状态的所述移动管理实体在检测到与基站的通信连接异常时所发出的。

处于主状态的故障监控单元用于接收处于主状态的移动管理实体在检测到与基站的通信连接异常时发出的第一切换请求，接收到第一切换请求后将处于主状态的移动管理实体和数据网关切换成备状态并发出切换指令，处于备状态的故障监控单元接收切换指令后将自身以及处于备状态的移动管理实体、数据网关切换成主状态。由此当处于主状态的移动管理实体与基站的通信连接异常时，处于主状态的故障监控单元可以及时地触发主备切换，使得备状态的移动管理实体立即投入，为系统提供跟踪区域管理、用户鉴权、对NAS信令处理及其安全、承载管理等功能的服务。

进一步地，所述故障监控单元用于根据处于主状态的所述数据网关与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据是否接收到第二切换请求，判断是否满足切换条件；

所述第二切换请求是处于主状态的所述数据网关在检测到与业务系统的通信连接异常时所发出的。

处于主状态的故障监控单元用于接收处于主状态的数据网关在检测到与业务系统的通信连接异常时发出的第二切换请求，接收到第二切换请求后将处于主状态的数据网关和移动管理实体切换成备状态并发出切换指令，处于备状态的故障监控单元接收切换指令后将自身以及处于备状态的数据网关、移动管理实体切换成主状态。由此当处于主状态的数据网关与业务系统的通信连接异常时，处于主状态的故障监控单元可以及时地触发主备切换，使得备状态的数据网关可以立即投入，为业务系统提供专用、可靠、有保障的数据通道。

进一步地，所述故障监控单元还用于发送心跳消息；所述故障监控单元用于根据处于主状态的所述移动管理实体和/或处于主状态的所述数据网关是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据心跳响应的接收情况，判断是否满足切换条件；

所述心跳响应是处于主状态的所述移动管理实体接收到所述心跳消息所发出的和/或处于主状态的所述数据网关接收到所述心跳消息所发出的。

通过处于主状态的故障监控单元发送心跳信息、接收处于主状态的移动管理实体接收到所述心跳消息后所发出的和/或处于主状态的数据网关接收到所述心跳消息后所发出的心跳响应情况，当心跳响应的接收情况满足切换条件时，将处于主、备状态的系统进行主备切换。

进一步地，所述故障监控单元用于根据心跳响应的接收情况，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据是否连续x次没有接收到心跳响应，判断是否满足切换条件，x为大于或等于2的整数。

故障监控单元用于根据连续多次对心跳响应的接收情况判断处于主状态的移动管理实体和/或处于主状态的数据网关是否异常，从而提高判断的准确性。

进一步地，所述移动管理实体用于：

当从主状态切换为备状态时，释放与其通信连接的基站；

当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并通过所述基站寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体的终端。

移动管理实体进行主备切换时，处于主状态的移动管理实体通过释放与其通信连接的基站和处于备状态的移动管理实体通过建立其与基站的通信连接，并通过所述基站寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体的终端，可以使得主备系统之间无需对用户设备的上下文信息进行热备份，就可以实现终端的重新接入。

进一步地，所述移动管理实体设有本地的业务数据库；

所述业务数据库用于：

当处于主状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息进行存储；

当处于备状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息进行备份存储；

所述故障监控单元还用于：

当处于主状态时，若判断为满足切换条件则将处于主状态的所述业务数据库切换为备状态；

当处于备状态时，在接收所述切换指令后将处于备状态的所述业务数据库切换为主状态。

通过设置业务数据库，可以使得主备基系统同步存储接入的终端位置信息，在系统发生主备切换时，切换后的主系统可以快速地获知接入原主系统的终端位置信息。

进一步地，所述业务数据库用于当处于备状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息进行备份存储的步骤，包括：

当处于备状态时，从处于主状态的所述业务数据库中实时获取接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息并对所获取的所述位置信息进行备份存储。

主备系统之间的终端位置信息是同步存储在各自的业务数据库中，是随着终端的接入变化而实时进行存储的，系统可以在任何时候进行主备切换时均能保证终端位置信息不丢失。

进一步地，所述移动管理实体用于当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并通过所述基站寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体的终端的步骤，包括：

当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并从切换为主状态的所述业务数据库中获取所述位置信息，根据所述位置信息通过所述基站寻呼接入原处于主状态的移动管理实体的终端。

切换为主状态的移动管理实体，可以直接从本地的业务数据库获取终端位置信息，根据终端位置信息寻呼接入原主状态的移动管理实体，减少了终端位置信息获取的通信延迟。进一步地，所述数据网关用于：

当从主状态切换为备状态时，释放已建立的默认承载和/或专用承载；

当从备状态切换为主状态时，为已接入处于主状态的所述移动管理实体的终端建立默认承载，和/或从业务系统中获取预配置的QoS参数，根据所述QoS参数为已接入处于主状态的所述移动管理实体的终端建立专用承载。

通过数据网关从主状态切换为备状态时，释放已建立的默认承载和/或专用承载，从备状态切换为主状态时，为已接入处于主状态的移动管理实体的终端建立默认承载和/或专用承载，使得在系统进行主备切换后可以快速地恢复与终端的通信服务。同时，通过数据网关自动从业务系统中获取预配置的QoS参数，根据QoS参数为终端建立专用承载，可以实现匹配丢包率、传输延迟、误码率等参数的业务QoS专用承载的自动建立与管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)故障监控单元基于切换请求或心跳响应接收情况为主备系统中的各个模块设置主状态与备状态，在系统与外部的通信连接异常，或者系统内部异常时，备系统能够快速切换为主系统继续提供数据传输服务，确保至少有一个系统能够提供数据传输服务，保障系统有序运行，不会因故障而通信中断。

(2)通过建立本地业务数据库，避免现有通信协议中HSS网元与移动管理实体之间的通信延迟，提供了更快速的响应速度，同时简化了基于池技术的轨道交通通信网络系统的架构，并且接入的终端信息实时在主备系统上进行数据备份，能够在主备通信网络切换时提供无缝的数据存取服务。

(3)本发明通过数据网关提供了自动基于特定业务QoS的专用承载功能，针对专用网络的业务系统特征，实现了匹配丢包率、传输延迟、误码率等参数的业务QoS专用承载的自动建立与管理。

附图说明

图1为本发明一个实施例的基于池技术的轨道交通通信网络系统架构示意图。

图2为本发明一个实施例的主备心跳检测流程简图。

图3为本发明一个实施例终端信息同步备份示意图。

图4为本发明一个实施例的主备切换流程简图。

图5为本发明一个实施例的默认承载和专用承载建立流程简图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在一个实施例中，提供一种基于池技术的轨道交通通信网络系统，包括移动管理实体MME、数据网关xGW和故障监控单元HAUnit。所述故障监控单元HAUnit用于：

当处于主状态时，判断是否满足切换条件，若判断为满足切换条件则发送切换指令，并将自身以及处于主状态的所述移动管理实体MME、处于主状态的所述数据网关xGW切换为备状态；

当处于备状态时，接收所述切换指令并在接收所述切换指令后将自身以及处于备状态的所述移动管理实体MME、处于备状态的所述数据网关xGW切换为主状态。

如图1所示的基于池技术的轨道交通通信网络系统包括：两个互为主备的系统、分组数据路由设备IPRouter、基站eNB、车载终端以及业务系统，每个系统分别包括故障监控单元HAUnit、移动管理实体MME、数据网关xGW。在一个基于池技术的轨道交通通信网络系统中，数据网关xGW通过sgi接口与所述业务系统连接，数据网关xGW通过S11接口与移动管理实体MME连接，移动管理实体MME通过S1-MME与基站连接。当主系统正常运行时，主系统提供数据传输服务，当主系统中处于主状态故障监控单元HAUnit判断满足切换条件时，处于主状态的故障监控单元HAUnit将自身以及处于主状态的移动管理实体、处于主状态的数据网关切换为备状态，并发送切换指令给备系统中处于备状态的故障监控单元HAUnit，从而备状态核心网能够接续数据传输服务，确保至少有一个基于池技术的轨道交通通信网络系统能够提供服务，从而保障城规交通通信系统有序运行，不会因故障而中断。

其中，处于主状态的移动管理实体MME与处于备状态的移动管理实体MME一起构成资源池MME Pool。基站eNB可以通过分组数据路由设备IPRouter同时接入到资源池MMEPool中的各个移动管理实体MME。

通过处于主状态的故障监控单元HAUnit对切换条件进行判断，满足切换条件则发送切换指令并将自身以及处于主状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换为备状态，处于备状态的故障监控单元HAUnit在接收到切换指令后将自身以及处于备状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换为主状态，由此可以使处于主状态的系统和备状态的系统进行主备状态快速切换，从而使得至少有一个基于池技术的轨道交通通信网络系统能够提供数据传输服务，确保通信有序运行。再一种可选的实施方式中，所述故障监控单元HAUnit用于判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据处于主状态的所述移动管理实体MME与基站eNB的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件；

和/或根据处于主状态的所述数据网关xGW与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件。

具体的，当处于主状态的移动管理实体MME与基站eNB的通信连接异常时，处于主状态的故障监控单元HAUnit判断为满足切换条件，将自身以及处于主状态的所述移动管理实体MME、处于主状态的所述数据网关xGW切换为备状态；当处于主状态的数据网关xGW与业务系统的通信连接异常时，处于主状态的故障监控单元HAUnit判断为满足切换条件，将自身以及处于主状态的所述移动管理实体MME、处于主状态的所述数据网关xGW切换为备状态。

处于主状态的故障监控单元HAUnit根据处于主状态的移动管理实体MME与基站eNB的通信连接是否异常和/或处于主状态的数据网关xGW与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件，由此可以在处于主状态的移动管理实体MME与基站eNB的通信连接异常或者处于主状态的数据网关xGW与业务系统的通信异常时，也即在主系统与外部的通信连接发生异常时，及时、快速地与备系统进行切换，从而使得处于备状态的系统转换为主状态，接续数据传输服务，确保系统有序进行。

在另一种可选的实施例中，所述故障监控单元HAUnit用于判断是否满足切换条件的步骤具体包括：根据处于主状态的所述移动管理实体MME和/或处于主状态的所述数据网关xGW是否异常，判断是否满足切换条件。

具体的，当处于主状态的移动管理实体MME异常时，处于主状态的故障监控单元HAUnit判断为满足切换条件，将自身以及处于主状态的所述移动管理实体MME、处于主状态的所述数据网关xGW切换为备状态；当处于主状态的数据网关xGW异常时，处于主状态的故障监控单元HAUnit判断为满足切换条件，将自身以及处于主状态的所述移动管理实体MME、处于主状态的所述数据网关xGW切换为备状态。

处于主状态的故障监控单元HAUnit可以根据移动管理实体MME/数据网关xGW是否异常，判断是否满足切换条件，由此可以在处于主状态的移动管理实体MME或者处于主状态的数据网关xGW发生异常时，也即处于主系统内部发生异常时，及时、快速地与备系统进行切换，从而使得处于备状态的系统转换为主状态，接续数据传输服务，确保系统有序进行。

在一种可选的实施例中，所述故障监控单元HAUnit用于根据处于主状态的所述移动管理实体MME与基站eNB的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件的步骤具体包括：根据是否接收到第一切换请求，判断是否满足切换条件；

所述第一切换请求是处于主状态的所述移动管理实体MME在检测到与基站eNB的通信连接异常时所发出的。

具体的，当处于主状态的所述移动管理实体MME在检测到与基站eNB的通信连接异常时，向处于主状态的故障监控单元HAUnit发送第一切换请求，故障监控单元HAUnit接收到所述第一切换请求后，判断是否满足切换条件，若满足则将自身以及处于主状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换为备状态，并向处于备状态的故障监控单元HAUnit发送切换指令，处于备状态的故障监控单元HAUnit接收所述切换指令后，将自身以及处于备状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换为主状态，由此当处于主状态的移动管理实体MME与基站eNB的通信连接异常时，处于主状态的故障监控单元可以及时地触发主备切换，使得备状态的移动管理实体MME立即投入，为系统提供跟踪区域管理、用户鉴权、对NAS信令处理及其安全、承载管理等功能的服务。

在另一种可选的实施例中，所述故障监控单元HAUnit用于根据处于主状态的所述数据网关xGW与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件的步骤具体包括：

根据是否接收到第二切换请求，判断是否满足切换条件；所述第二切换请求是处于主状态的所述数据网关xGW在检测到与业务系统的通信连接异常时所发出的。

具体的，当处于主状态的所述数据网关xGW在检测到与业务系统的通信连接异常时，向处于主状态的故障监控单元HAUnit发送第二切换请求，故障监控单元HAUnit接收到所述第二切换请求后，判断是否满足切换条件，若满足则将自身以及处于主状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换为备状态，并向处于备状态的故障监控单元HAUnit发送切换指令，处于备状态的故障监控单元HAUnit接收所述切换指令后，将自身以及处于备状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换为主状态。

处于主状态的故障监控单元HAUnit通过接收处于主状态的数据网关xGW在检测到与业务系统的通信连接异常时发出的第二切换请求，将处于主状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换成备状态并发出切换指令，处于备状态的故障监控单元HAUnit接收切换指令后将自身处于备状态的移动管理实体MME和数据网关xGW切换成主状态，由此当处于主状态的数据网关xGW与业务系统的通信连接异常时，备状态的数据网关xGW切换为主状态，为业务系统提供专用、可靠、有保障的数据通道。

在一种可选的实施例中，所述故障监控单元HAUnit还用于发送心跳消息；所述故障监控单元HAUnit用于根据处于主状态的所述移动管理实体MME和/或处于主状态的所述数据网关xGW是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：根据心跳响应的接收情况，判断是否满足切换条件；所述心跳响应是处于主状态的所述移动管理实体MME接收到所述心跳消息所发出的和/或处于主状态的所述数据网关xGW接收到所述心跳消息所发出的。

具体的，所述故障监控单元HAUnit向处于同组主状态的移动管理实体MME和/或数据网关xGW发送心跳消息，处于主状态的所述移动管理实体MME接收到所述心跳消息所发出的和/或处于主状态的所述数据网关xGW接收到所述心跳消息后向所述处于主状态的故障监控单元HAUnit发出心跳响应，处于主状态的故障监控单元HAUnit根据接收到的心跳响应的次数来判断是否满足切换条件。

通过处于主状态的故障监控单元HAUnit发送心跳信息、接收处于主状态的移动管理实体MME接收到所述心跳消息后所发出的和/或处于主状态的数据网关xGW接收到所述心跳消息后所发出的心跳响应情况，心跳相应情况可以反映处于主状态的移动管理实体MME和/或处于主状态的数据网关xGW的内部是否发生异常，当心跳响应的接收情况满足切换条件，将处于主、备状态的移动管理实体MME和/或处于主、备状态的数据网切xGW进行主备切换。

在一种可选的实施例中，所述故障监控单元HAUnit用于根据心跳响应的接收情况，判断是否满足切换条件的步骤具体包括：根据是否连续x次没有接收到心跳响应，判断是否满足切换条件，x为大于或等于2的整数。

故障监控单元HAUnit根据连续多次对心跳响应的接收情况判断处于主状态的移动管理实体MME和/或处于主状态的数据网关xGW是否异常，从而提高判断的准确性。

如图2所示，故障监控单元HAUnit用于根据处于主状态的所述移动管理实体MME和/或处于主状态的所述数据网关xGW是否异常，判断是否满足切换条件的步骤的具体实施过程可以是：

A1，主状态的故障监控单元HAUnit向主设备上移动管理实体MME和数据网关xGW发送T1设备心跳；

A2，当主状态的故障监控单元HAUnit在T1时间内没有收到移动管理实体MME和/或数据网关xGW的心跳响应，则认为T1超时，执行步骤A3，否则认为T1非超时，返回步骤A1；

A3，主状态故障监控单元HAUnit模块向主设备上移动管理实体MME和数据网关xGW发送T2设备心跳；

A4，当主状态故障监控单元HAUnit在T2时间内没有收到移动管理实体MME和/或数据网关xGW的心跳响应，则认为T2超时，执行步骤A5，否则认为T2非超时，返回步骤A1；

A5，主状态的故障监控单元HAUnit模块向主设备上移动管理实体MME和数据网关xGW发送T3设备心跳；

A6，当主状态的故障监控单元HAUnit在T3时间内没有收到移动管理实体MME和/或数据网关xGW的心跳响应，则认为T3超时，执行步骤A7，否则认为T3非超时，返回步骤A1；

上述步骤A1～A6的T1、T2、T3时间可以设定为一定的时间，如50毫秒或其他时间。

A7，当主状态的故障监控单元HAUnit出现T3超时，确认设备运行异常，向备状态的HAUnit发送主备切换指令；

A8，主状态的故障监控单元HAUnit对主状态设备上，包含自身以及移动管理实体MME和数据网关xGW切换为备状态，移动管理实体MME和数据网关xGW设置备状态再根据状态变化执行对应的资源回收和异常状态恢复；

A9，备状态的故障监控单元HAUnit收到主备切换指令后，对备状态设备上，包含自身以及移动管理实体MME和数据网关xGW切换为主状态；

A10，切换为主状态的故障监控单元HAUnit向设备上的移动管理实体MME和数据网关xGW发送T1设备心跳；

A11，切换为主状态的故障监控单元HAUnit在T1时间内收到心跳响应。

故障监控单元HAUnit实现了100毫秒精度的设备心跳检测，能够完成100毫秒级别的故障监测与发现，从而使主备系统快速切换。

在一种可选的实施方式中，所述移动管理实体MME设有本地的业务数据库xDB；所述业务数据库xDB用于：

当处于主状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端的位置信息进行存储；当处于备状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端的位置信息进行备份存储；

所述故障监控单元HAUnit还用于：

当处于主状态时，若判断为满足切换条件则将处于主状态的所述业务数据库xDB切换为备状态；

当处于备状态时，在接收所述切换指令后将处于备状态的所述业务数据库xDB切换为主状态。

具体的，业务数据库xDB对接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端的连接状态和位置信息等数据进行存储，当处于主状态的故障监控单元HAUnit判断满足切换条件时，将自身以及处于主状态的移动管理实体MME、处于主状态的数据网关xGW、处于主状态的业务数据库xDB切换为备状态，并发送切换指令处于备状态的故障监控单元HAUnit，处于备状态的故障监控单元HAUnit接收到所述切换指令后将自身以及处于备状态的移动管理实体MME、处于备状态的数据网关xGW、处于备状态的业务数据库xDB切换为主状态。通过设置业务数据库，可以使得主备系统同步存储接入的终端位置信息，在系统发生主备切换时，切换后的主系统可以快速地获知接入原主系统的终端位置信息。

在一种可选的实施方式中，所述业务数据库xDB用于当处于备状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端的位置信息进行备份存储的步骤具体包括：

当处于备状态时，从处于主状态的所述业务数据库xDB中实时获取接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端的位置信息并对所获取的所述位置信息进行备份存储。处于备状态的业务数据库xDB实时向主状态业务数据库xDB获取所述移动管理实体MME的终端的连接状态和位置信息等数据进行增量同步备份，最终达到主、备业务数据库xDB上的用户数据一致。主备系统之间的连接状态和位置信息是同步存储在各自的业务数据库中，是随着终端的接入变化而实时进行存储的，系统可以在任何时候进行主备切换时均能保证终端位置信息不丢失。

如图3所示，业务数据库xDB对终端信息同步备份的具体实施过程为：

B1，终端在接入层重新建立RRC连接；

B2，在非接入层，基站eNB通过S1-MME链路进行附着、位置更新、切换中的一种流程；

B3，当前为主状态的移动管理实体MME将终端上下文信息和位置信息提交到业务数据库xDB；

B4，主状态业务数据库xDB在数据更新时，主动向备状态业务数据库xDB对终端的连接状态和位置信息等数据进行增量同步备份，最终达到主、备系统上的用户数据一致。当发生核心网主备状态切换时，业务数据库xDB能够随时为移动管理实体MME提供准确的用户信息。

在另一种可选的实施方式中，所述移动管理实体MME用于：

当从主状态切换为备状态时，释放与其通信连接的基站；当从备状态切换为主状态时，建立其与基站eNB的通信连接，并通过所述基站eNB寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体MME的终端。

移动管理实体MME从主状态切换为备状态时，释放与其通信连接的基站eNB，从备状态切换为主状态时，建立其与基站eNB的通信连接，并通过所述基站eNB寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体MME的终端，从而使得主备系统之间无需对用户设备的上下文信息进行热备份，就可以实现终端的重新接入。在一种可选的实施例中，所述移动管理实体用于当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并通过所述基站寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体的终端的步骤，包括：

当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并从切换为主状态的所述业务数据库中获取所述位置信息，根据所述位置信息通过所述基站寻呼接入原处于主状态的移动管理实体的终端。

切换为主状态的移动管理实体，可以直接从本地的业务数据库获取终端位置信息，根据终端位置信息寻呼接入原主状态的移动管理实体，减少了终端位置信息获取的通信延迟。

如图4所示，移动管理实体MME进行主备切换的具体实施过程为：

C1，原主状态的移动管理实体MME被切换为备状态时，对其管理下的所有基站eNB设备发送过载启动消息，设置S1-MME链路暂时不可用，同时清理自身所有终端信息和用户资源；

C2，原备状态的移动管理实体MME被切换为主状态时，对其管理下的所有基站eNB设备发送过载停止消息，设置S1-MME链路为可用，此后基站eNB设备的所有S1-MME链路上的消息将会发送到该移动管理实体MME上进行处理。

C3，切换为主状态的移动管理实体MME向业务数据库xDB获取终端的连接状态和位置信息等数据，并根据位置信息对各个终端进行寻呼；

C4，基站eNB设备在空口的广播信道进行寻呼；

C5，终端响应寻呼后，在接入层重新建立RRC连接；

C6，终端和基站eNB设备共同向切换为主状态的移动管理实体MME模块发起附着接入，在主状态系统上重建数据通道。

在一种可选的实施方式中，所述数据网关xGW用于：

当从主状态切换为备状态时，释放已建立的默认承载和/或专用承载；当从备状态切换为主状态时，为已接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端建立默认承载，和/或从业务系统中获取预配置的QoS参数，根据所述QoS参数为已接入处于主状态的所述移动管理实体MME的终端建立专用承载。

通过数据网关xGW从主状态切换为备状态时，释放已建立的默认承载和/或专用承载，从备状态切换为主状态时，为已接入处于主状态的移动管理实体MME的终端建立默认承载和/或专用承载，同时，通过数据网关xGW自动从业务系统中获取预配置的QoS参数，根据QoS参数为已终端建立专用承载，实现了匹配丢包率、传输延迟、误码率等参数的业务QoS专用承载的建立与管理。

如图5所示，数据网关xGW释放或建立默认承载和/或专用承载的具体实施过程为：

D1，终端上电，或者主备系统切换首次响应寻呼后，在接入层重新建立RRC连接；

D2，终端通过基站eNB设备向当前为主状态的移动管理实体MME发起附着接入；

D3，移动管理实体MME和数据网关xGW配置网络资源，完成建立默认承载；

D4，数据网关xGW读取根据业务系统中各种数据业务特征而预配置的QoS参数，包含QCI、上行带宽、下行带宽、ARP抢占能力和抢占优先级；

D5，数据网关xGW向移动管理实体MME发起创建承载请求，携带隧道资源信息和配置的QoS参数；

D6，移动管理实体MME发起专用承载建立请求，向基站eNB设备传递隧道资源信息和QoS参数；

D7，基站eNB设备分配终端的空口资源和配置DRB。

在所述一种基于池技术的轨道交通通信网络系统的具体实施过程中，由于主系统中的移动管理实体MME、数据网关xGW检测到信令链路、数据链路故障向故障监控单元HAUnit发起主备切换请求，或者主系统中的设备运行异常等，可能导致主系统无法正常提供数据业务的原因，主状态的故障监控单元HAUnit向备状态的故障监控单元HAUnit发送切换指令；主系统中的故障监控单元HAUnit对主系统中包含自身在内的所有设备切换备状态，各设备再根据状态变化执行对应的资源回收和异常状态恢复；备系统中的故障监控单元HAUnit收到切换指令后，对备系统中包含自身在内的所有设备切换为主状态。

本发明实施例提供了一种基于池技术的轨道交通通信网络系统的故障快速恢复的主备倒换技术及其详细解决方案，确保至少有一个基于池技术的轨道交通通信网络系统能够提供服务的同时，能够在2秒时间内完成系统间的主备倒换，并完全恢复数据传输能力，提高了系统整体的稳定性和可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于池技术的轨道交通通信网络系统，包括移动管理实体和数据网关，其特征在于，还包括故障监控单元；

所述故障监控单元用于：

当处于主状态时，判断是否满足切换条件，若判断为满足切换条件则发送切换指令，并将自身以及处于主状态的所述移动管理实体、处于主状态的所述数据网关切换为备状态；

当处于备状态时，接收所述切换指令并在接收所述切换指令后将自身以及处于备状态的所述移动管理实体、处于备状态的所述数据网关切换为主状态；

所述故障监控单元用于判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据处于主状态的所述移动管理实体与基站的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件；和/或根据处于主状态的所述数据网关与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件；

根据处于主状态的所述移动管理实体和/或处于主状态的所述数据网关是否异常，判断是否满足切换条件。

2.根据权利要求1所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述故障监控单元用于根据处于主状态的所述移动管理实体与基站的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据是否接收到第一切换请求，判断是否满足切换条件；

所述第一切换请求是处于主状态的所述移动管理实体在检测到与基站的通信连接异常时所发出的。

3.根据权利要求1所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述故障监控单元用于根据处于主状态的所述数据网关与业务系统的通信连接是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据是否接收到第二切换请求，判断是否满足切换条件；

所述第二切换请求是处于主状态的所述数据网关在检测到与业务系统的通信连接异常时所发出的。

4.根据权利要求1所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述故障监控单元还用于发送心跳消息；所述故障监控单元用于根据处于主状态的所述移动管理实体和/或处于主状态的所述数据网关是否异常，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据心跳响应的接收情况，判断是否满足切换条件；

所述心跳响应是处于主状态的所述移动管理实体接收到所述心跳消息所发出的和/或处于主状态的所述数据网关接收到所述心跳消息所发出的。

5.根据权利要求4所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述故障监控单元用于根据心跳响应的接收情况，判断是否满足切换条件的步骤，包括：

根据是否连续x次没有接收到心跳响应，判断是否满足切换条件，x为大于或等于2的整数。

6.根据权利要求1所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述移动管理实体用于：

当从主状态切换为备状态时，释放与其通信连接的基站；

当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并通过所述基站寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体的终端。

7.根据权利要求6所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述移动管理实体设有本地的业务数据库；

所述业务数据库用于：

当处于主状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息进行存储；

当处于备状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息进行备份存储；

所述故障监控单元还用于：

当处于主状态时，若判断为满足切换条件则将处于主状态的所述业务数据库切换为备状态；

当处于备状态时，在接收所述切换指令后将处于备状态的所述业务数据库切换为主状态。

8.根据权利要求7所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述业务数据库用于当处于备状态时，对接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息进行备份存储的步骤，包括：

当处于备状态时，从处于主状态的所述业务数据库中实时获取接入处于主状态的所述移动管理实体的终端的位置信息并对所获取的所述位置信息进行备份存储。

9.根据权利要求7或8所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述移动管理实体用于当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并通过所述基站寻呼接入原处于主状态的所述移动管理实体的终端的步骤，包括：

当从备状态切换为主状态时，建立其与基站的通信连接，并从切换为主状态的所述业务数据库中获取所述位置信息，根据所述位置信息通过所述基站寻呼接入原处于主状态的移动管理实体的终端。

10.根据权利要求1所述的基于池技术的轨道交通通信网络系统，其特征在于，所述数据网关用于：

当从主状态切换为备状态时，释放已建立的默认承载和/或专用承载；

当从备状态切换为主状态时，为已接入处于主状态的所述移动管理实体的终端建立默认承载，和/或从业务系统中获取预配置的QoS参数，根据所述QoS参数为已接入处于主状态的所述移动管理实体的终端建立专用承载。

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