CN114337796B - 一种数字光纤直放站冗余备份方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字光纤直放站冗余备份方法，属于通信技术领域，数字板根据对应管脚电平的高低获取自身和对端各模块的状态信息，并进行信息存储；数字板检测与对端的网络连接状态，若没有则进行网络通信，并分别创建一个线程处理对端发送的消息，若已成功建立连接，则定时向对端发送各模块状态信息以及部分重要备份信息；信息一致性检查，然后根据获取的各关键模块状态信息判断是否进行主备切换以及控制相关模块的开启和关闭，主用模块默认上电就激活，备用模块只有在检测到主用模块长时间未激活或者发生故障时才切换为主用模块，本发明有效提高了铁路沿线信号传输的稳定性和可靠性。

Description

一种数字光纤直放站冗余备份方法及其系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数字光纤直放站冗余备份方法及其系统。

背景技术

随着铁路移动通信系统网络的不断扩大，对其稳定性和可靠性的要求越来越高。针对铁路沿线复杂地形(多隧道、沟堑、山体、坡地)形成阻挡产生的大量盲区，目前一般采用铁路数字移动通信系统(GSM-R)数字光纤直放站配合天线或漏缆进行补强，而由于铁路移动通信的特殊性，需要对GSM-R数字光纤直放站进行冗余备份。

目前，铁路移动通信网络中采用1+1单机模块冗余备份技术，即正常情况下主用模块工作，备用模块接收主用模块数据消息进行信息备份，主用模块故障后，备用模块检测到主用模块进行切换。但是，现有技术中，备用模块检测主用模块是否故障是根据主用模块发送的故障消息，若主用模块死机或发生其他故障，备用模块在没有收到故障信息之前是不会主动进行切换的，可靠性存在不足。

公开号：CN109361455A的发明专利公开了一种带备份的数字光纤直放站系统及切换方法，主要包括一个近端机和至少一个远端机，所述近端机的多个主光模块连接相对应的远端机的主光模块，近端机的多个备光模块连接相对应的远端机的备光模块，各个远端机之间依次相连。该技术主要是对数字光纤直放站系统进行模块化设计，集成度高，节省了空间，但仍存在诸多问题，例如：1、系统中仅对电源模块、中频板、光模块、功放模块做了备份，未对主控板做备份，若近端机故障，则其组网中的其他远端机是否故障则未知，需要将其修复后才能进行判断；2、系统断电后就与网管连接断开，在设备电源故障后，无法将一些重要信息上报给网管；3、在主备切换过程中，是由中频板发送约定码流给对端，对端接收正确的码流，则认为硬件高速接口正常工作，且轮询时也是根据接收到的接口状态信息进行判断，但是若通信一段时间后，中频板出现故障导致未发送约定码流，文中并未指出是判断为故障还是以上一次收的码流进行判断，这就会导致进行误操作；4、系统不具有手动主备切换功能。

此外，由于关键部件设计复杂，往往一个主用模块故障后需要切换多个主用模块到备用模块才能恢复数据正常传输，且故障后仅能切换备份，不方便进行在线维护。因此，目前市场上亟需一种高效可靠的数字光纤直放站冗余备份方法及其系统。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种高可靠性的数字光纤直放站冗余备份方法及其系统，目的在于提高数字光纤直放站中部分关键模块主备切换的及时性，以确保业务数据的正常传输。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种数字光纤直放站冗余备份方法，包括如下步骤：

步骤(1)数字板模块通过读取对应管脚电平获取对端和自身各关键模块状态信息，并进行信息存储，管脚电平为低表示模块故障，为高表示模块正常，管脚初始默认为低电平，检测到模块状态正常后置为高电平；

步骤(2)数字板模块检测与对端的网络连接状态，若没有则进行网络连接，并创建一个线程处理对端发送的消息；若已成功建立连接，则定时向对端发送各模块状态信息以及重要备份信息；

步骤(3)信息一致性检查，不相同则通知对端重新发送，若对端在一段时间内未给予回复，则认为与对端连接断开，重置连接状态，以读取到的电平信息作为主备切换判断依据，否则根据获取的信息判断是否进行主备切换，判断流程如下：

①判断对端电源状态是否为正常状态且对端为激活状态，如是则进行下一步判断；若不是且持续了一段时间，就激活自身，并将对应管脚拉高以通知对端。

②判断自身各关键模块状态，若均处于正常状态，则将对应管脚均拉高；若有模块故障，则将对应管脚拉低，关闭该模块，更新发送给对端的信息并上报故障信息。此时，若对端该模块处于正常状态，则进行主备切换，若对端该模块处于故障状态，则将对端故障信息一起上报；

③根据对端发送的信息判断是否有主备切换请求，若有则进行下一步判断；若没有则结束判断流程。

④判断切换时间间隔是否达到要求，若达到则进行切换，控制相应模块使能的打开或关闭；若没达到，则进行等待，期间不进行任何操作。

所述步骤1中状态信息包括电源模块状态、功放状态、数字板激活状态和光接口板状态信息。

步骤2中，网络连接状态判断方法为心跳消息，对端与自身建立连接后，每隔一段时间会向对方发送一个心跳包，对方在接收到心跳包后将心跳计数清零，否则定时累加，在超过一定范围后，认为两者连接断开，然后删除断开的连接，重置网络连接状态。在连接重新建立之前，以读取到的管脚电平信息作为判断主备切换的依据。

所述步骤3中：主用模块默认上电就激活，备用模块只有在检测到主用模块长时间未激活或者发生故障时才切换为主用模块。

所述步骤3中获取的各模块信息分别来自于数字板管脚电平和网络消息，在判断是否进行主备切换时会先进行信息的一致性检测，不一致时会通知对端，并让对端重新发送，若与对端连接断开则重置连接状态，以读取到的管脚电平信息作为判断的依据，对端长时间内未给予回复，也视为与对端连接断开。

为避免模块检测误判，只有连续3次检测到该模块故障才会判定为故障，然后通知对端进行主备切换，为避免切换频繁，每次切换之间都会有一个时间间隔。

主备切换分为自动模式和手动模式；自动模式下，各模块根据检测到的状态以及交互信息进行主备切换，在发生切换后，会将故障信息上报至网管中心，若主备模块均故障也会上报故障信息；手动模式下，由网管中心控制各关键模块的主备切换，发生切换后不会上报任何信息。

本发明还提供了一种适用于上述数字光纤直放站冗余备份方法的系统，包括近端机、远端机、网管中心以及传输光纤。

近端机包含数字板模块、电源模块、电池、光接口板模块、天线、射频单元模块和射频开关。

每个模块都有一个备用，用于冗余备份。射频开关负责控制天线信号进来后的传输方向；数字板处理模拟信号与数字信号的转换以及监控其他模块状态，主备数字板模块之间通过网线建立连接，进行信息交互以进行主备交换和重要信息备份；所述天线用于接收或发送一定频率的电磁波。上行链路中，光接口模块负责接收光纤传输的远端机信号，下行链路中，光接口模块负责将处理好的信号经光纤发送给远端机；电源模块用于给数字板供电；电池是为了在供电中断后，保持设备运行一段时间，在此期间将重要信息发送至网管中心。

远端机包含数字板模块、电源模块、光接口板模块、功放模块、光旁路开关、天线、射频单元模块和射频开关。功放模块负责将信号放大，然后从天线口发送出去；光旁路开关负责在供电中断后跳过该断点，保证该远端机之后的其他远端机仍能通过光纤与近端机连接。其他模块功能与近端机一致。

传输光纤采用主备光纤进行传输，上行链路中，主用光纤和备用光纤都接收来自远端机的信号，但是在下行链路中只有使能状态为开的光纤才能传输发送至远端机的信号。

网管中心负责在发生主备切换时对接收上报的消息进行处理和记录，以及在手动模式的时候，选择需要切换的模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、根据本发明提供的方法和系统，主用模块和备用模块可以在任一时候都能获取到对端的状态，从而确保在任一关键模块发生故障时及时进行切换，保证业务数据的正常传输，提高通信网络传输的可靠性和稳定性。

2、本发明的系统添加了光旁路开关，在采用链型组网方式时，中间某处出现供电中断，断点以后的其他远端机仍能通过光纤与近端机连接。

3、本发明的切换方法采用心跳消息和信息一致性检查，不依赖现有技术中利用主控板收到的接口状态信息进行判断，避免误操作。

4、本发明中无论近端机还是远端机均对数字板进行了备份，这样即使主用数字板出现问题，备用主控板也能工作，保证业务数据的流通。

5、本发明具备手动主备切换功能。

附图说明

图1为本发明实施例的数字光纤直放站冗余备份系统框图；

图2为本发明实施例的数字光纤直放站冗余备份方法示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合具体实施方式、步骤以及附图对本发明作进一步说明。

图1为实施例的数字光纤直放站冗余备份系统框图，假设图中所有模块中1和3为主用模块，2和4为备用模块，近端机射频单元1和光接口板2发生故障，远端机功放4和数字板3发生故障，其余模块正常。下面以此为场景对本发明进行说明。

上电后，数字板1为主用模块，将对应管脚拉高，通知数字板2自身已激活，然后将其他主用模块初始化，并将其使能状态置为打开，数字板2则将其他备用模块初始化并将其使能状态置为关闭。

数字板1检测各主用模块状态，根据各模块状态将对应管脚拉高或拉低，然后读取对应管脚电平信息获取对端各模块状态信息，并进行记录。数字板2也执行同样的操作。

数字板1与数字板2分别检测与对端的连接，若连接成功，两块数字板分别定时向对端发送检测到的各模块状态信息，并创建线程处理对端发送的消息以及开始心跳计数。若连接失败，则跳过信息发送，进行主备切换判断。

主备切换判断前，先进行信息一致性检测，若连接断开则跳过。若管脚信息与网络信息一致，则开始主备切换判断；若不一致，则通知对端重新发，且必须在一段时间内给予回复，否则视为连接断开，重置连接状态。近端机数字板1和数字板2根据获取信息，发现射频单元1故障，射频单元2正常，光接口板2故障，光接口板1正常，此时数字板1将射频单元1使能置为关闭，并上报故障信息，网管中心在接收到消息后进行处理和记录，数字板2将射频单元2使能置为打开，并控制射频开关将天线信号传输至射频单元2。远端机数字板3发生故障，所有管脚电平均为低，数字板4初始为待激活状态，在检测到对端长时间未激活后，将对应管脚拉高，根据获取信息，发现对端所有模块故障，自身功放故障，此时数字板2将其他正常模块使能状态置为打开，控制射频开关将天线信号传输至射频单元2，并上报故障信息给网管中心，网管中心接收到消息后进行处理和记录。

显然，以上述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤1：数字板模块通过对应管脚电平的高低获取对端和自身各模块的状态信息，并进行存储；

步骤2：数字板模块检测与对端的网络连接状态，若没有则进行网络连接，则分别创建一个线程处理对端发送的消息；若已成功建立连接，则定时向对端发送各模块状态信息以及部分重要备份信息；

步骤3：信息一致性检查，若不一致则通知对端重发且需要对端在一段时间内给予回复，否则视为与对端连接断开；根据获取的各模块状态信息判断是否进行主备切换以及控制相关模块的使能状态；

所述步骤2中，网络连接状态判断方法为心跳消息，对端与自身建立连接后，每隔一段时间会向对方发送一个心跳包，对方在接收到心跳包后将心跳计数清零，否则定时累加，在超过5s后，认为两者连接断开，然后删除断开的连接，重置网络连接状态；在连接重新建立之前，以读取到的管脚电平信息作为判断主备切换的依据。

2.如权利要求1所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于：

所述步骤1中管脚电平为低表示模块故障，为高表示模块正常，管脚初始默认为低电平，检测到模块状态正常后置为高电平。

3.如权利要求1所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于

所述步骤1中状态信息包括电源模块状态、功放状态、数字板激活状态和光接口板状态信息。

4.如权利要求1所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于：

所述步骤3中：主用模块默认上电就激活，备用模块只有在检测到主用模块长时间未激活或者发生故障时才切换为主用模块。

5.如权利要求1所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于：

所述步骤3中获取的各模块信息分别来自于数字板管脚电平和网络消息，在判断是否进行主备切换时会先进行信息的一致性检测，不一致时会通知对端，并让对端重新发送，若与对端连接断开则重置连接状态，以读取到的管脚电平信息作为判断的依据，对端长时间内未给予回复，也视为与对端连接断开。

6.如权利要求5所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于，具体判断方法为：

步骤3.1：判断对端电源状态是否为正常状态且对端为激活状态，如是则进行下一步判断；若不是且持续了一段时间，就激活自身，并将对应管脚拉高以通知对端；

步骤3.2：判断自身各模块状态，若均处于正常状态，则将对应管脚均拉高；若有模块故障，则将对应管脚拉低，关闭该模块，更新发送给对端的信息并上报故障信息，此时，若对端该模块处于正常状态，则进行主备切换，若对端该模块处于故障状态，则将对端故障信息一起上报；

步骤3.3：根据对端发送的信息判断是否有主备切换请求，若有则进行下一步判断；若没有则结束判断流程；

步骤3.4：判断切换时间间隔是否达到要求，若达到则进行切换，控制相应模块使能的打开或关闭；若没达到，则进行等待，期间不进行任何操作。

7.如权利要求1所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于：

为避免模块检测误判，只有连续3次检测到该模块故障才会判定为故障，然后通知对端进行主备切换，为避免切换频繁，每次切换之间都会有一个时间间隔。

8.如权利要求1所述的一种数字光纤直放站冗余备份方法，其特征在于：

主备切换分为自动模式和手动模式；自动模式下，各模块根据检测到的状态以及交互信息进行主备切换，在发生切换后，会将故障信息上报至网管中心，若主备模块均故障也会上报故障信息；手动模式下，由网管中心控制各关键模块的主备切换，发生切换后不会上报任何信息。

9.一种适用于上述权利要求1-8任一项的数字光纤直放站冗余备份方法的系统，其特征在于，包括近端机、远端机、网管中心以及传输光纤；所述网管中心与所述近端机通过有线或无线进行连接以进行信息交互，所述远端机与所述网管中心的消息交互通过近端机进行转发；

所述近端机包括数字板模块、电源模块、两块电池、光接口板模块、射频单元模块和两个射频开关；每个模块都有一个备用，用于冗余备份；所述射频开关负责控制天线信号传输到哪个射频单元模块进行处理；所述数字板模块负责模拟信号与数字信号转换和数字信号处理以及监控其他模块状态，所述数字板模块之间也会进行信息交互获取对方状态信息以及时进行主备切换；上行链路中，所述光接口板模块负责接收光纤传输的远端机信号，下行链路中，所述光接口板模块负责将处理好的信号经光纤发送给远端机；所述电源模块给所述数字板模块供电，所述电池是为了在供电中断后，保持设备运行一段时间，将部分信息发送至网管中心；

所述远端机包含数字板模块、电源模块、两个电池、光接口板模块、功放模块、两个光旁路开关、射频单元模块和两个射频开关，每个模块都有一个备用，用于冗余备份；所述功放模块负责将信号放大，然后从天线口发送出去；所述光旁路开关负责在供电中断后跳过断点，保证该远端机之后的其他远端机仍能通过光纤与近端机连接，所述射频开关负责控制天线信号传输到哪个射频单元模块进行处理；所述数字板模块负责模拟信号与数字信号转换和数字信号处理以及监控其他模块状态，所述数字板模块之间也会进行信息交互获取对方状态信息以及时进行主备切换；上行链路中，所述光接口板模块负责接收光纤传输的远端机信号，下行链路中，所述光接口板模块负责将处理好的信号经光纤发送给远端机；所述电源模块给所述数字板模块供电，所述电池是为了在供电中断后，保持设备运行一段时间，将部分信息发送至网管中心；

所述传输光纤连接所述近端机和远端机，采用主备光纤进行传输，上行链路中，主用光纤和备用光纤都接收来自远端机的信号，但是在下行链路中只有其中处于激活状态的那一个才能传输发送至远端机的信号；

所述网管中心负责在发生主备切换时，接收上报的消息以及在手动模式下，选择需要切换的模块。

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