СИСТЕМА БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПРИМЕНЕНИЯ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СЕТИ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ Российский патент 2015 года по МПК H04L12/437 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе базовых станций глобальной системы мобильной связи (Global System for Mobile Communications, GSM) и, в частности, к системе базовых станций стандарта GSM для железных дорог (GSM for Railway, GSM-R), а также к способу формирования сети системы базовых станций для железнодорожного применения.

Предпосылки создания изобретения

Стандарт GSM-R представляет собой приложение стандарта GSM, предназначенное для улучшения сервисных функций, которые необходимы для диспетчерского управления железными дорогами и подходят для использования в сценариях, подразумевающих перемещение внутри частной железнодорожной сети связи с высокой скоростью, при этом данный стандарт является интегрированной железнодорожной системой связи, отвечающей требованиям железнодорожного назначения, оперативности и надежности.

Услуги GSM-R включают не только услуги GSM, но и услуги, специфичные для железных дорог, такие как услуга групповых голосовых вызовов (Voice Group Call Service, VGCS), услуга голосового вещания (Voice Broadcast Service, VBS), улучшенная услуга многоуровнего приоритета и приоритетного прерывания обслуживания (enhanced Multi-Level Priority and Preemption, eMLPP), услуга экстренных железнодорожных вызовов, диспетчеризация команд и т.п. Особенности этих услуг стандарта GSM-R, связанных с железнодорожным применением, предъявляют более высокие требования к своевременности и надежности передач интерфейса Abis (интерфейс между контроллером базовой приемопередающей станции и базовой приемопередающей станцией) системы базовых станций.

Поскольку передачи по линии E1 (то есть линии передачи с пропускной способностью 2042 Мбит/с) имеют стабильную задержку и стабильное дрожание импульсов, то передачи по таким высокостабильным линиям E1 часто используют в качестве ресурсов передачи, допускающих широкое применение в области связи. Чтобы еще больше повысить надежность передач E1, часто применяют технологию кольцевой сети E1. Преимущество сети с кольцевой топологией заключается в том, что если одна из базовых станций находится в состоянии отказа или передача на одной из сторон функционирует некорректно, имеется возможность реализовать функцию самовосстановления с помощью переключения кольцевой сети. Исследования, целью которых является усовершенствование существующих технологий кольцевых сетей, концентрируются, главным образом, на кольцевой сети с переключением двунаправленных линий связи. В таких кольцевых сетях при выполнении переключений после возникновения отказа не только требуются сложное конфигурирование, связанное с переключениями, и средства управления переключениями, но при этом и время простоя системы из-за отказа передачи также является сравнительно продолжительным; при этом система не может использовать резервные ресурсы передачи в нормальном рабочем состоянии, что является нерациональным расходованием ресурсов.

В области, связанной с системами базовых станций стандарта GSM-R, основными направлениями исследований являются способы эффективного использования ресурсов передачи, быстрого обнаружения и устранения отказов передачи и снижения влияния возникновения отказов и их обработки на систему.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему базовых станций для железнодорожного применения и способ формирования сети для системы базовых станций для железнодорожного применения, служащие для решения задачи максимально эффективного использования ресурсов линии передачи E1.

Для решения вышеуказанной технической задачи в настоящем изобретении предложена система базовых станций для железнодорожного применения, включающая один контроллер базовых станций и множество базовых приемопередающих станций, при этом:

упомянутый контроллер базовых станций конфигурирован с двумя парами физических кабелей E1, при этом упомянутый контроллер базовых станций конфигурирован для: соединения со всеми базовыми приемопередающими станциями в двух направлениях, формирования кольцевой сети, включающей узел контроллера базовых станций и множество узлов базовых приемопередающих станций, и для обеспечения передачи протокола Интернета (Internet Protocol, IP) no E1 через упомянутую кольцевую сеть;

каждая из упомянутых базовых приемопередающих станций конфигурирована с двумя парами физических кабелей E1, при этом упомянутые базовые приемопередающие станции конфигурированы соответственно для: завершения соответствующих соединений между упомянутыми базовыми приемопередающими станциями и узлом контроллера базовых станций в двух направлениях, обеспечения передачи IP по E1 через упомянутую кольцевую сеть и обеспечения функций перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций в упомянутой кольцевой сети.

При этом в упомянутой системе базовых станций согласно настоящему изобретению

упомянутый узел контроллера базовых станций и упомянутые узлы базовых приемопередающих станций используют одни и те же две группы временных слотов Е1 в их соответственно конфигурированных двух парах физических кабелей E1 для осуществления взаимной связи в направлении по часовой стрелке и в направлении против часовой стрелки и для формирования двух линий связи E1 между упомянутым узлом контроллера базовых станций и каждым узлом базовой приемопередающей станции, при этом упомянутые линии связи E1 следуют многоканальному протоколу соединения «точка-точка»; а упомянутые узлы базовых приемопередающих станций обеспечивают функции перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций и обеспечивают возможность использования другими узлам базовых приемопередающих станций множества соответствующих других групп временных слотов E1 в конфигурированных двух парах физических кабелей E1.

При этом в упомянутой системе базовых станций согласно настоящему изобретению

упомянутые базовые приемопередающие станции конфигурированы также: после обнаружения отказа оборудования текущего узла для обхода устройства упомянутого текущего узла в упомянутой кольцевой сети и для обеспечения соединения между смежными узлами базовых приемопередающих станций; и после устранения упомянутого отказа оборудования текущего узла для восстановления функций упомянутого текущего узла в упомянутой кольцевой сети.

При этом в упомянутой системе базовых станций согласно настоящему изобретению

упомянутые базовые приемопередающие станции конфигурированы также: для обнаружения отказа линии связи E1 путем задания периода времени между передачами сообщений контроля работоспособности (KEEP-ALIVE) при подтверждении связи по линии E1 и количества ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE.

При этом в упомянутой системе базовых приемопередающих станций согласно настоящему изобретению:

упомянутые базовые приемопередающие станции также конфигурированы:

при обнаружении того, что в упомянутой линии связи E1 произошел отказ, для остановки передачи «точка-точка» по этой линии связи E1 и для продолжения передачи IP по E1 по другой линии связи E1; или при обнаружении того, что отказ произошел в обеих конфигурированных линиях связи E1, для остановки передачи «точка-точка» по этим линиям связи E1, находящимся в состоянии отказа; и после обнаружения того, что отказ линии E1 устранен, для восстановления передачи «точка-точка» упомянутой линии связи E1, отказ которой был устранен.

Для решения описанной выше задачи в настоящем изобретении предложен также контроллер базовых станций (Base Station Controller, BSC) для системы базовых станций для железнодорожного применения, который включает модуль конфигурации, модуль передачи и интерфейсное устройство, соединенные последовательно, при этом:

упомянутый модуль конфигурации конфигурирован: для обеспечения функции управления конфигурацией физической передачи E1 для интерфейсного устройства BSC и обеспечения функции управления конфигурацией передачи для модуля передачи BSC;

упомянутый модуль передачи конфигурирован: для обеспечения передачи протокола Интернета (IP) по E1 (IP no E1) на основе передачи физического уровня интерфейсного устройства BSC при помощи упомянутой функции управления конфигурацией передачи; и

упомянутое интерфейсное устройство конфигурировано: для конфигурирования интерфейсов, используемых для передачи IP по E1 в двух направлениях, для соединения с внешней кольцевой сетью при помощи упомянутой функции управления конфигурацией физической передачи E1.

При этом в упомянутом контроллере базовых станций согласно настоящему изобретению упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи E1, предоставляемая упомянутым модулем конфигурации модулю передачи, включает: функции многоканального протокола соединения «точка-точка».

Для решения описанной выше задачи в настоящем изобретении предложена базовая приемопередающая станция для системы базовых станций для железнодорожного применения, которая включает модуль конфигурации, модуль передачи и интерфейсное устройство, соединенные последовательно, при этом:

упомянутый модуль конфигурации конфигурирован: для обеспечения функции управления конфигурацией физической передачи E1 для упомянутого интерфейсного устройства и обеспечения функции управления конфигурацией передачи для упомянутого модуля передачи, при этом упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи E1 включает функцию конфигурирования перекрестной коммутации временных слотов кольцевой сети E;

упомянутый модуль передачи конфигурирован: для обеспечения передачи протокола Интернета (IP) по E1 на основе передачи физического уровня интерфейсного устройства в соответствии с упомянутой функцией управления конфигурацией передачи; и

упомянутое интерфейсное устройство конфигурировано: в соответствии с упомянутой функцией управления конфигурацией физической передачи E1 для конфигурирования интерфейсов передачи физического уровня, соединенных с внешней кольцевой сетью, в двух направлениях и, в соответствии с упомянутой функцией конфигурирования перекрестной коммутации временных слотов упомянутой кольцевой сети E1, для конфигурирования функций перекрестной коммутации временных слотов.

При этом в упомянутой базовой приемопередающей станции согласно настоящему изобретению упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи E1, обеспечиваемая упомянутым модулем конфигурации для упомянутого модуля передачи, включает функцию многоканального протокола соединения «точка-точка».

При этом упомянутая базовая приемопередающая станция согласно настоящему изобретению включает также модуль электропитания, причем: упомянутый модуль электропитания конфигурирован: для инициирования функции обхода E1 упомянутого интерфейсного устройства, если в упомянутой базовой приемопередающей станции возникает отказ, при обеспечении рабочего энергоснабжения для упомянутых модуля конфигурации, модуля передачи и интерфейсного устройства.

Для решения описанной выше задачи в настоящем изобретении предложен также способ формирования сети системы базовых станций для железнодорожного применения, включающий:

конфигурирование одного контроллера базовых станций и множества базовых приемопередающих станций соответственно с двумя парами физических кабелей E1, обеспечение соединения каждой из упомянутых базовых приемопередающих станций соответственно с упомянутым контроллером базовых станций в двух направлениях и конфигурирование функций перекрестной коммутации временных слотов, создание кольцевой сети с помощью узла контроллера базовых станций и узлов базовых приемопередающих станций; и

обеспечение упомянутой системой базовых станций для железнодорожного применения передачи протокола Интернета по E1 через упомянутую кольцевую сеть.

При этом в упомянутом способе согласно настоящему изобретению упомянутые шаги конфигурирования одного контроллера базовых станций и множества базовых приемопередающих станций соответственно с двумя парами физических кабелей E1, обеспечения соединения каждой из упомянутых базовых приемопередающих станций соответственно с упомянутым контроллером базовых станций в двух направлениях, и конфигурирования функций перекрестной коммутации временных слотов к другим базовым приемопередающим станциям включают:

использование упомянутыми узлом контроллера базовых станций и узлами базовых приемопередающих станций одних и тех же двух групп временных слотов E1 в их соответственно конфигурированных двух парах физических кабелей E1 для осуществления взаимной связи в направлении по часовой стрелке и в направлении против часовой стрелки, и формирование двух линий связи E1 между упомянутым узлом контроллера базовых станций и каждым узлом базовых приемопередающих станций, при этом упомянутые линии связи E1 следуют многоканальному протоколу соединения «точка-точка»; и обеспечение упомянутыми узлами базовых приемопередающих станций функций перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций для обеспечения возможности использования другими узлами базовых приемопередающих станций множества соответствующих других групп временных слотов E1 в упомянутых конфигурированных двух парах физических кабелей E1.

При этом упомянутый способ согласно настоящему изобретению включает также:

после обнаружения отказа оборудования текущего узла обход упомянутым узлом базовой приемопередающей станции текущего узла в упомянутой кольцевой сети, обеспечение соединения смежных узлов базовых приемопередающих станций и продолжение обеспечения передачи IP по E1.

При этом упомянутый способ согласно настоящему изобретению включает также:

после устранения отказа оборудования текущего узла восстановление упомянутым узлом базовой приемопередающей станции функций упомянутого текущего узла в упомянутой кольцевой сети.

При этом упомянутый способ согласно настоящему изобретению включает также:

при обеспечении передачи IP по E1 и при обнаружении того, что в одной из линий E1 возникает отказ с помощью задания периода времени между передачами сообщений контроля работоспособности (KEEP-ALIVE) при подтверждении связи по линии E1 и количества ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE прекращение упомянутыми узлами базовых приемопередающих станций передачи «точка-точка» по упомянутой линии связи E1, находящейся в состоянии отказа, и продолжение передачи IP по E1 по другой линии связи; или при обнаружении того, что отказ произошел в обеих конфигурированных линиях связи E1, прекращение упомянутыми другими узлами базовых приемопередающих станций передачи «точка-точка» по этим линиям связи E1, находящимся в состоянии отказа; и продолжение обеспечения передачи IP по E1 по другой линии связи E1.

При этом упомянутый способ согласно настоящему изобретению включает также:

после обнаружения того, что отказ линии E1 устранен, восстановление упомянутыми узлами базовых приемопередающих станций передачи «точка-точка» упомянутой линии связи E1, отказ которой был устранен.

В отличие от существующего уровня техники в настоящем изобретении в системе базовых станций GSM-R применяют в качестве замены используемых в настоящее время режимов резервного переключения двунаправленной линии связи кольцевую сеть E1, что дает возможность полностью использовать ресурсы передачи линии E1. В настоящем изобретении для устранения сложной обработки данных при перекрестной коммутации временных слотов в каждом узловом устройстве в кольцевой сети при переключении на резервные линии связи используют метод объединения двух соединений по протоколу РРР в одно соединение протокола ML-РРР; приоритет отдан быстрому обнаружению отказа линии с помощью сообщений KEEP-ALIVE протокола РРР на канальном уровне вместо ранее используемого обнаружения отказа линии E1 на физическом уровне, что не только решает проблему с невозможностью обнаружения отказа передачи всего интерфейса Abis, поскольку обнаружение отказа линии E1 на физическом уровне способно обнаруживать только ошибки в последнем фрагменте передачи E1 устройства, но и обеспечивает также значительное снижение времени обнаружения отказа передачи; кроме того, после устранения отказа физической передачи по линии E1 не требуется какой-либо обработки данных, связанной с переключением кольцевой сети, при этом могут быть восстановлены исходные конфигурации каждого из узловых устройств кольцевой сети и исходная передача.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему структуры системы базовых станций GSM-R в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой блок-схему структуры формирования сети системы базовых станций GSM-R в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой блок-схему алгоритма способа формирования сети системы базовых станций GSM-R в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 представляет собой блок-схему обработки данных после обнаружения отказа оборудования узла в одном из примеров способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой блок-схему обработки данных после обнаружения отказа линии связи E1 в одном из примеров способа в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Чтобы обеспечить более полное понимание цели, технической схемы и преимуществ настоящего изобретения, ниже более подробно будет описана техническая схема настоящего изобретения в комбинации с сопровождающими чертежами и предпочтительными примерами его осуществления. Проиллюстрированные ниже примеры использованы исключительно для описания и объяснения настоящего изобретения, а не для наложения ограничений на его техническую схему. Следует отметить, что примеры в настоящем изобретении, как и характеристики в этих примерах, могут опционально комбинироваться друг с другом, если это не приводит к противоречиям.

На фиг.1 проиллюстрирована система базовых станций GSM-R, обеспечиваемая одним из примеров настоящего изобретения, данная система включает: контроллер базовых станций (Base Station Controller, BSC) и множество базовых приемопередающих станций (Base Transceiver Station, BTS), при этом между BSC и каждой из BTS, а также между всеми BSC при помощи линий E1 сформирована кольцевая сеть.

Контроллер BSC конфигурирован с двумя парами линий E1, при этом BSC конфигурирован для соединения в двух направлениях с узлами BTS и для обеспечения передачи IP по E1 через данную кольцевую сеть на базе протокола соединения «точка-точка» (Point-to-Point Protocol, PPP); станции BTS соответственно также конфигурированы с двумя парами линий E1, при этом BTS конфигурированы: для соединения со смежными узлами в двух направлениях, и для обеспечения функций перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций в данной кольцевой сети; а также для обеспечения передачи IP по E1 на базе протокола PPP при помощи двух конфигурированных пар линий E1.

В соответствии с особенностями сети GSM-R каждая пара линий E1 имеет пропускную способность 2 Мб/с, при этом всего имеется 32 временных слота E1 и каждый временной слот обеспечивает пропускную способность 2,048 Мб / 32=62,5 кб/с.Система базовых станций GSM-R использует 30 временных слотов в линиях связи E1, а другие временные слоты зарезервированы и используются для синхронизации и сигнализации. Например, система базовых станций GSM-R кольцевой сети E1 может быть сформирована в целом узлом BSC и пятью станциями BTS (см. фиг.2), то есть каждая пара линий E1, конфигурированная в каждом узле, разделена на 5 групп, при этом каждая группа может быть конфигурирована для использования шести различных временных слотов E1.

Для обеспечения взаимных соединений между контроллером BSC и станциями BTS в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки упомянутые BSC и BTS используют одни и те же две группы временных слоев в двух парах физических кабелей E1, конфигурированных в BSC и BTS соответственно. Станции BTS осуществляют перекрестную коммутацию временных слотов для других узлов BTS, а также обеспечивают возможность использования другими узлами BTS множества групп временных слотов E1, соответствующих другим узлам BTS, в упомянутых двух конфигурированных парах физических кабелей E1.

Например, как показано на фиг.2, на физическом уровне BSC конфигурирован с двумя парами физических кабелей E1, которые соответственно соединены с двумя смежными узлами BTS 1 и BTS 5, при этом BTS 1 конфигурирована с двумя парами физических кабелей E1, которые соединены соответственно с двумя смежными узлами BSC и BTS 2. На канальном уровне две группы временных слотов E1:Е01 и Е11 (по 6 временных слотов каждой группе), конфигурированные соответственно в BSC и BTS1, используют для линий связи, обеспечивающих взаимное соединение между BSC и BTS 1 в двух направлениях, при этом BTS 1 использует те же самые четыре группы временных слотов Е1:Е02-Е05 в двух конфигурированных парах физических кабелей E1 для осуществления функций перекрестной коммутации временных слотов для четырех других узлов BTS:BTS2- BTS 5. Конфигурации линий E1 других узлов BTS аналогичны конфигурации BTS1. То есть каждая BTS (узел BTS) в кольцевой сети E1 имеет две линии связи, при этом каждая линия связи имеет 6 временных слотов E1, обеспечивающих пропускную способность 768 кб/с интерфейса Abis для системы базовых станций GSM-R.

Если в текущем узле происходит отказ, станции BTS выполняют обход текущего узла с помощью функции обхода E1, при этом другие узлы BTS в кольцевой сети обычно имеют соединение с BSC для продолжения передачи IP по E1. Например, если в текущем узле происходит отказ по питанию или другие отказы, то BTS 1, показанная на фиг.2, осуществляет обход текущего узла BTS 1 путем инициирования функции обхода, что позволяет исключить влияние узла BTS 1 на узлы BTS 2-BTS 5 и поддерживать их соединение с BSC. После устранения отказа функции текущего узла восстанавливаются, при этом для других узлов обеспечиваются функции перекрестной коммутации временных слотов, то есть кольцевая сеть восстанавливается.

Для соответствия требованиям быстрого обнаружения прерывания линии связи в системе базовых станций GSM-R для железнодорожного применения, чтобы сократить время обнаружения отказов на канальном уровне, BSC и BTS задают соответственно значение периода времени между передачами сообщений KEEP-ALIVE равным 60 мс, а количество ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE равным 3, что позволяет выполнить обнаружение отказа и переключение соединения на канальном уровне менее чем за 200 мс. Если обнаружено, что однонаправленная физическая линия связи находится в состоянии отказа, система базовых станций имеет только одну нормально функционирующую линию связи по протоколу PPP, следовательно, пропускная способность снижается, при этом двунаправленная линия связи по протоколу PPP после устранения отказа может быть восстановлена автоматически.

На фиг.2 проиллюстрирована структура кольцевой сети E1, образованная одним BSC и множеством BTS с помощью кабелей передачи E1 в системе базовых станций GSM-R в соответствии с одним из примеров настоящего изобретения, при этом данная сеть включает один BSC и BTS 1-BTS 5 системы базовых станций GSM-R, в которой:

BTS 1 соединена с BSC при помощи двух линий связи E01 и E11 и при этом одновременно соответствующим образом обеспечивает функции перекрестной коммутации временных слотов Е02-Е05 для узлов BTS 2-BTS 5 соответственно;

при обнаружении отказа текущего узла BTS 1 выполняет обход текущего узла при помощи функции обхода E1;

BTS 2 соединена с BSC при помощи двух линий связи E02 и E12 и при этом соответствующим образом обеспечивает функции перекрестной коммутации временных слотов E11 и E03-E05 для узлов BTS 1 и BTS 3 -BTS 5 соответственно;

BTS 3 соединена с BSC при помощи двух линий связи E03 и E13 и при этом соответствующим образом обеспечивает функции перекрестной коммутации временных слотов E11, E12, E04 и E05 для узлов BTS 1, BTS 2, BTS 4 и BTS 5 соответственно;

BTS 4 соединена с BSC при помощи двух линий связи E04 и E14 и при этом соответствующим образом обеспечивает функции перекрестной коммутации временных слотов E11-E13 и E05 для узлов BTS 1-BTS 3 и BTS 5, соответственно;

BTS 5 соединена с BSC при помощи двух линий связи E05 и E15 и при этом соответствующим образом обеспечивает функции перекрестной коммутации временных слотов E11-E14 для узлов BTS 1-BTS 4, соответственно; причем

BSC конфигурирован для соединения с каждой BTS с использованием кольцевой сети E1 для передач интерфейса Abis.

В других примерах линии E01-E05 и E11-E15 могут быть конфигурированы с неравным количеством временных слотов в соответствии с пропускной способностью, требуемой в текущей ситуации для соответствующих BTS. При этом для E01-E05 и E11-E15 может быть конфигурировано больше временных слотов, причем, чтобы получить повышенную пропускную способность интерфейса Abis, они могут быть соответствующим образом конфигурированы в виде интегральной пары или большего числа физических линий E1.

Поскольку все узлы BTS в кольцевой сети E1, проиллюстрированной на фиг.2, конфигурированы с функцией обхода E1, то если узел BTS находится в состоянии отказа по питанию или испытывает функциональные отказы, может быть обеспечена функция обхода E1, что исключает влияние отказа одного из узлов BTS на передачи других BTS в кольцевой сети.

Контроллер BSC, показанный на фиг.1, включает также модуль конфигурации BSC, модуль передачи BSC и интерфейсное устройство BSC, соединенные последовательно, а также включает модуль электропитания BSC, при этом:

упомянутый модуль конфигурации BSC конфигурирован: для обеспечения функции управления конфигурацией физической передачи E1 для интерфейсного устройства BSC, и для обеспечения функции управления конфигурацией передачи для модуля передачи BSC;

упомянутый модуль передачи BTS конфигурирован: при помощи упомянутой функции управления конфигурацией передачи, для обеспечения передачи IP по E1 для других модулей на основе передачи физического уровня интерфейсного устройства BSC; и

упомянутая функция управления передачей IP по E1, конфигурируемая модулем конфигурации BSC для модуля передачи BSC, включает: функцию протокола соединения «точка-точка» (PPP), причем протокол PPP включает протокол управления линией связи (Link Control Protocol, LCP) и протокол управления сетью (Network Control Protocol, NCP), a также должен поддерживать многоканальный протокол РРР (Multiple Link PPP, ML-PPP), в котором множество физических линий связи объединяют в одну логическую линию.

Упомянутое интерфейсное устройство BSC конфигурировано: при помощи упомянутой функции управления конфигурацией физической передачи E1 для конфигурирования интерфейсов передачи физического уровня, связанных с внешней кольцевой сетью в двух направлениях;

модуль электропитания BSC конфигурирован: для обеспечения электропитания для работы других модулей и устройств BSC.

Станция BTS, проиллюстрированная на фиг.1, включает модуль конфигурации BTS, модуль передачи BTS, интерфейсное устройство BTS и модуль электропитания BTS, при этом:

упомянутый модуль конфигурации BTS конфигурирован: для обеспечения функции управления конфигурацией физической передачи E1 для интерфейсного устройства BTS и для обеспечения функции управления конфигурацией передачи для упомянутого модуля передачи BTS, при этом упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи E1 включает функцию конфигурирования перекрестной коммутации временных слотов кольцевой сети E1;

упомянутый модуль передачи BTS конфигурирован: в соответствии с упомянутой функцией управления конфигурацией передачи для обеспечения передачи IP по E1 для других модулей на основе передачи физического уровня интерфейсного устройства BTS, при этом в его состав также включена функция управления передачей по протоколу ML-PPP канального уровня;

упомянутое интерфейсное устройство BTS конфигурировано: при помощи упомянутой функции управления конфигурацией физической передачи E1, для конфигурирования интерфейсов передачи физического уровня, соединенных с внешней кольцевой сетью, и одновременно с этим, для обеспечения функций перекрестной коммутации временных слотов для других узлов в кольцевой сети; и

упомянутый модуль электропитания BTS конфигурирован: для обеспечения электропитания для работы других модулей и устройств BTS, a также, когда текущий узел BTS имеет неисправность или находится в состоянии отказа по питанию, для инициирования функции обхода E1 упомянутого интерфейсного устройства BTS и для осуществления обхода отказавшего узла, благодаря чему удается избежать отказа сети из-за отказа одного из узлов.

Интерфейсное устройство BTS передает оповещение после обнаружения того, что одна из линий E1 текущего узла BTS находится в состоянии отказа, при помощи таких параметров, как период времени между передачами сообщений KEEP-ALIVE и количество ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE, прекращает обеспечивать передачу по этой линии E1, и обеспечивает передачу IP по E1 по однонаправленной линии E1. После обнаружения того, что отказ этой линии E1 устранен, передача по ней восстанавливается, и снова передача IP по E1 обеспечивается при помощи двунаправленных линий E1.

В одном из примеров настоящего изобретения предложен также способ формирования сети, относящийся к описанной выше системе базовых станций GSM-R, блок-схема алгоритма которого проиллюстрирована на фиг.3, при этом способ включает следующие шаги.

На шаге 310 один узел BSC и множество узлов BTS системы базовых станций соответственно конфигурируют с двумя парами физических кабелей E1, что обеспечивает соединение каждого узла BTS с узлом BSC в двух направлениях, и конфигурируют функции перекрестной коммутации временных слотов на другие узлы BTS, в результате чего формируется кольцевая сеть E1.

Упомянутые узел BSC и узлы BTS используют одни и те же две группы временных слотов E1 в двух парах физических кабелей E1, конфигурированных в узле BSC и узлах BTS соответственно для осуществления взаимной связи в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки, и формируют две линии связи E1 между упомянутым узлом BSC и каждым узлом BTS, при этом упомянутые линии связи E1 следуют многоканальному протоколу соединения «точка-точка» (ML-PPP); при этом узлы BTS обеспечивают функции перекрестной коммутации временных слотов для других узлов BTS, что дает возможность другим узлам BTS использовать множество соответствующих групп временных слотов E1 в упомянутых двух конфигурированных парах физических кабелей E1.

На шаге 320 каждый узел системы базовых станций выполняет передачу IP по E1 по упомянутым двум конфигурированным линиям E1.

Помимо передачи IP по E1 система базовых станций предоставляет услуги радиосети после выполнения конфигурирования радиолинии.

Описанный выше пример способа согласно настоящему изобретению включает также следующие шаги, проиллюстрированные на фиг.4.

На шаге 3310, после обнаружения отказа оборудования текущего узла, узел BTS в кольцевой сети выполняет обход этого узла, что гарантирует сохранение соединения между смежными узлами, и продолжает выполнять передачу IP по E1.

Например, упомянутый отказ оборудования, обнаруживаемый узлом BTS, может представлять собой отказ по питанию или другие неисправности, приводящие к невозможности нормального функционирования функций перекрестной коммутации временных слотов узлового устройства.

На шаге 3320, после устранения своего аппаратного отказа, узел BTS запускает операцию восстановления узла и обеспечивает возобновление доступа данного узла BTS к кольцевой сети для продолжения работы.

Описанный выше пример способа согласно настоящему изобретению включает также следующие шаги, проиллюстрированные на фиг.5.

На шаге 3410 после обнаружения отказа одной из своих линий E1 узел BTS кольцевой сети прекращает обеспечение передачи по протоколу РРР по этой линии E1 и обеспечивает передачу IP по E1 по однонаправленным линиям E1.

В данном примере предпочтительно применяют процессор МРС8360 производства компании Freescale Semiconductor, при этом период времени между передачами сообщений KEEP-ALIVE линии PPP задают равным 60 мс, а количество ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE задают равным 3, что позволяет выполнить обнаружение отказа линии связи и ее переключение менее чем за 200 мс.

Следует отметить, что в других примерах настоящего изобретения могут применяться процессоры с более высокой производительностью и можно достичь выполнения обработки данных, связанных с обнаружением отказа линии связи, менее чем за 100 мс. Однако независимо от степени оптимизации время обнаружения не может быть меньше, чем произведение задержки передачи по линии E1 интерфейса Abis на количество ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE.

На шаге 3420 после обнаружения устранения отказа линии E1 узел BTS восстанавливает передачу по линии E1 и продолжает использование двух линий для выполнения передачи IP по E1.

Если однонаправленная физическая линия находится в состоянии отказа, система базовых станций имеет только одну нормально работающую линию связи по протоколу PPP, при этом несмотря на снижение пропускной способности передача IP по E1 все еще гарантируется. После устранения отказа может быть восстановлена двунаправленная линия связи по протоколу РРР.

На примере фиг.2, после периода нормальной работы системы базовых станций GSM-R, если BTS 4 обнаруживает, что передача E1 между BTS 4 и BTS 5 находится в состоянии отказа, годной в BTS 1-BTS 4 остается только линия связи по протоколу PPP, конфигурированная соответственно для передачи временных слотов E01-E04, при этом годной в BTS 5 остается только линия связи по протоколу PPP, конфигурированная для передачи временных слотов E15, то есть в этот момент может использоваться только одна линия связи PPP из линий связи ML-PPP. То есть линия ML-PPP остается функционирующей, но полоса пропускания интерфейса Abris уменьшается в два раза, работа при этом не прерывается и не требуются никакие операции по переключению.

После устранения отказа передачи E1 между BTS 4 и BTS 5 становятся доступными все двунаправленные линии связи по протоколу PPP, объединенные протоколом ML-PPP, всех узлов кольцевой сети, причем в течение этой процедуры, при условии что не выполнялось переключение сети или переключение каналов, передача интерфейса Abis каждого узла кольцевой сети может быть возобновлена с исходной пропускной способностью.

Если передачи E1 по обеим сторонам конкретного узла, например BTS 3, находятся в состоянии отказа, то передачи BTS полностью прерываются, при этом доступная полоса пропускания интерфейса Abis линий ML-PPP других узлов кольцевой сети уменьшается наполовину. После того как отказ передачи устранен, передача каждого узла в кольцевой сети E1 может быть восстановлена без необходимости трудоемкого полного переключения сети, как в существующих технологиях кольцевой сети.

Как отмечалось ранее, в вышеописанной процедуре с использованием способа формирования кольцевой сети системы базовых станций GSM-R, предложенного настоящим изобретением, отказ передачи может быть обнаружен быстро, при этом обработка данных при возникновении отказа и обработка данных после устранения отказа является простой и эффективной, обеспечивая отличную своевременность реагирования и высокую надежность.

Специалистам в данной области техники нужно понимать, что все шаги описанного выше способа или их часть могут выполняться программой, подающей команды соответствующим аппаратным средствам, при этом упомянутая программа может храниться в машиночитаемом запоминающем носителе, например в постоянной памяти, на диске или оптическом диске и т.п. Альтернативно, все шаги описанных выше примеров или их часть могут быть реализованы с использованием одной или множества интегральных схем. Соответственно, каждый модульный блок в описанных выше примерах может быть реализован в виде аппаратных средств или может быть реализован в виде программного функционального модуля. Настоящее изобретение не ограничено какой-либо комбинацией аппаратных средств и программного обеспечения в конкретной форме.

Промышленная применимость

В настоящем изобретении для системы базовых станций GSM-R применяют кольцевую сеть E1 в качестве замены существующего режима работы с переключением на резервную двунаправленную линию связи, что дает возможность полного использования ресурсов передачи E1. В настоящем изобретении применяют объединение двух линий протокола PPP в линию ML-PPP для устранения сложной обработки данных, связанной с перенастройкой перекрестной коммутации временных слотов каждого узлового устройства в кольцевой сети. В настоящем изобретении при переключении линий приоритет отдан быстрому обнаружению отказа линии с помощью сообщений KEEP-ALIVE протокола PPP на канальном уровне вместо ранее использовавшегося обнаружения отказа линии E1 на физическом уровне, что не только решает проблему с невозможностью обнаружения отказа передачи всего интерфейса Abis, поскольку обнаружение отказа линии E1 на физическом уровне способно обнаруживать только ошибки в последнем фрагменте передачи E1 устройства, но и обеспечивает также значительное снижение времени обнаружения отказа передачи; кроме того, после устранения отказа физической передачи по линии E1 не требуется какой-либо обработки данных, связанной с переключением линий в кольцевой сети, при этом могут быть восстановлены исходные конфигурации каждого из узловых устройств кольцевой сети и исходная передача.

Группа изобретений относится к системе базовых станций глобальной системы мобильной связи и, в частности, к системе базовых станций стандарта GSM для железных дорог, а также к способу формирования сети системы базовых станций для железнодорожного применения. Техническим результатом является повышение надежности управления железными дорогами. Способ включает этапы, на которых осуществляют: конфигурирование одного контроллера базовых станций и множества базовых приемопередающих станций соответственно с двумя парами физических кабелей E1, обеспечение соединения каждой из упомянутых базовых приемопередающих станций соответственно с упомянутым контроллером базовых станций в двух направлениях, формирование кольцевой сети с помощью узла контроллера базовых станций и узла базовых приемопередающих станций; и обеспечение упомянутой системой базовых станций для железнодорожного применения передачи протокола Интернета (IP) по E1 через упомянутую кольцевую сеть. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система базовых станций для железнодорожного применения, включающая один контроллер базовых станций и множество базовых приемопередающих станций, в которой:
упомянутый контроллер базовых станций конфигурирован с двумя парами физических кабелей Е1, при этом упомянутый контроллер базовых станций конфигурирован для: соединения со всеми базовыми приемопередающими станциями в двух направлениях, формирования кольцевой сети, включающей узел контроллера базовых станций и множество узлов базовых приемопередающих станций, управления и обеспечения передачи протокола Интернета (IP) по Е1 через упомянутую кольцевую сеть;
каждая из упомянутых базовых приемопередающих станций конфигурирована с двумя парами физических кабелей Е1, при этом упомянутые базовые приемопередающие станции конфигурированы соответственно для: завершения соответствующих соединений между упомянутыми базовыми приемопередающими станциями и узлом контроллера базовых станций в двух направлениях, обеспечения передачи IP по Е1 через упомянутую кольцевую сеть и обеспечения функций перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций в упомянутой кольцевой сети.

2. Система базовых станций по п. 1, в которой
упомянутый узел контроллера базовых станций и упомянутые узлы базовых приемопередающих станций используют одни и те же две группы временных слотов Е1 в их соответственно сконфигурированных двух парах физических кабелей Е1 для осуществления взаимной связи в направлении по часовой стрелке и в направлении против часовой стрелки и для формирования двух линий связи Е1 между упомянутым узлом контроллера базовых станций и каждым узлом базовой приемопередающей станции, при этом упомянутые линии связи Е1 следуют многоканальному протоколу соединения «точка-точка»; а упомянутые узлы базовых приемопередающих станций обеспечивают функции перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций и обеспечивают возможность использования другими узлами базовых приемопередающих станций множества соответствующих других групп временных слотов Е1 в конфигурированных двух парах физических кабелей Е1.

3. Система базовых станций по п. 2, в которой
упомянутые базовые приемопередающие станции также конфигурированы: после обнаружения отказа оборудования текущего узла для обхода устройства упомянутого текущего узла в упомянутой кольцевой сети и для обеспечения соединения между смежными узлами базовых приемопередающих станций; и после устранения упомянутого отказа оборудования текущего узла для восстановления функций упомянутого текущего узла в упомянутой кольцевой сети.

4. Система базовых станций по п. 2, в которой
упомянутые базовые приемопередающие станции также конфигурированы: для обнаружения отказа линии связи Е1 путем задания периода времени между передачами сообщений контроля работоспособности (KEEP-ALIVE) при подтверждении связи по линии Е1 и количества ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE.

5. Система базовых станций по п. 4, в которой
упомянутые базовые приемопередающие станции также конфигурированы:
при обнаружении того, что в упомянутой линии связи Е1 произошел отказ, для остановки передачи «точка-точка» по этой линии связи Е1 и для продолжения передачи IP по Е1 по другой линии связи Е1; или при обнаружении того, что отказ произошел в обеих конфигурированных линиях связи Е1, для остановки передачи «точка-точка» по этим линиям связи Е1, находящимся в состоянии отказа; и после обнаружения того, что отказ линии Е1 устранен, для восстановления передачи «точка-точка» упомянутой линии связи Е1, отказ которой был устранен.

6. Контроллер базовых станций (BSC) для системы базовых станций для железнодорожного применения, который включает модуль конфигурации, модуль передачи и интерфейсное устройство, соединенные последовательно, при этом:
упомянутый модуль конфигурации конфигурирован: для обеспечения функции управления конфигурацией физической передачи по линии Е1 для интерфейсного устройства BSC и обеспечения функции управления конфигурацией передачи для модуля передачи BSC;
упомянутый модуль передачи конфигурирован: для обеспечения передачи протокола Интернета (IP) по Е1 на основе передачи физического уровня интерфейсного устройства BSC при помощи упомянутой функции управления конфигурацией передачи; и
упомянутое интерфейсное устройство конфигурировано: для конфигурирования интерфейсов, используемых для передачи IP по Е1 в двух направлениях, для соединения с внешней кольцевой сетью при помощи упомянутой функции управления конфигурацией физической передачи Е1;
при этом упомянутый BSC конфигурирован с двумя парами физических кабелей Е1 и также конфигурирован для: соединения с множеством базовых приемопередающих станций в двух направлениях, формирования внешней кольцевой сети, включающей узел контроллера базовых станций и множество узлов базовых приемопередающих станций, и обеспечения выполнения каждой из базовых приемопередающих станций во внешней кольцевой сети конфигурирования функций перекрестной коммутации временных слотов к другим базовым приемопередающим станциям.

7. Контроллер базовых станций по п. 6, в котором
упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи Е1, предоставляемая упомянутым модулем конфигурации модулю передачи, включает функции многоканального протокола соединения «точка-точка».

8. Базовая приемопередающая станция для системы базовых станций для железнодорожного применения, включающая модуль конфигурации, модуль передачи и интерфейсное устройство, соединенные последовательно, при этом:
упомянутый модуль конфигурации конфигурирован: для обеспечения функции управления конфигурацией физической передачи по линии Е1 для упомянутого интерфейсного устройства и обеспечения функции управления конфигурацией передачи для упомянутого модуля передачи, при этом упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи Е1 включает функцию конфигурирования перекрестной коммутации временных слотов кольцевой сети Е1;
упомянутый модуль передачи конфигурирован: для обеспечения передачи протокола Интернета (IP) по Е1 на основе передачи физического уровня интерфейсного устройства в соответствии с упомянутой функцией управления конфигурацией передачи; и
упомянутое интерфейсное устройство конфигурировано: в соответствии с упомянутой функцией управления конфигурацией физической передачи Е1 для конфигурирования интерфейсов передачи физического уровня, соединенных с внешней кольцевой сетью, в двух направлениях и, в соответствии с упомянутой функцией конфигурирования перекрестной коммутации временных слотов упомянутой кольцевой сети Е1, для конфигурирования функций перекрестной коммутации временных слотов.

9. Базовая приемопередающая станция по п. 8, в которой
упомянутая функция управления конфигурацией физической передачи Е1, обеспечиваемая упомянутым модулем конфигурации для упомянутого модуля передачи, включает функцию многоканального протокола соединения «точка-точка».

10. Базовая приемопередающая станция по п. 9, также включающая модуль электропитания, причем:
упомянутый модуль электропитания конфигурирован: для инициирования функции обхода Е1 упомянутого интерфейсного устройства, если в упомянутой базовой приемопередающей станции возникает отказ, при обеспечении рабочего энергоснабжения для упомянутых модуля конфигурации, модуля передачи и интерфейсного устройства.

11. Способ формирования сети системы базовых станций для железнодорожного применения, включающий:
конфигурирование одного контроллера базовых станций и множества базовых приемопередающих станций соответственно с двумя парами физических кабелей Е1, обеспечение соединения каждой из упомянутых базовых приемопередающих станций соответственно с упомянутым контроллером базовых станций в двух направлениях и конфигурирование функций перекрестной коммутации временных слотов, создание кольцевой сети с помощью узла контроллера базовых станций и узлов базовых приемопередающих станций; и
обеспечение упомянутой системой базовых станций для железнодорожного применения передачи протокола Интернета по Е1 через упомянутую кольцевую сеть.

12. Способ по п. 11, в котором упомянутые шаги конфигурирования одного контроллера базовых станций и множества базовых приемопередающих станций соответственно с двумя парами физических кабелей Е1, обеспечения соединения каждой из упомянутых базовых приемопередающих станций соответственно с упомянутым контроллером базовых станций в двух направлениях, и конфигурирования функций перекрестной коммутации временных слотов к другим базовым приемопередающим станциям включают:
использование упомянутыми узлом контроллера базовых станций и узлами базовых приемопередающих станций одних и тех же двух групп временных слотов Е1 в их соответственно конфигурированных двух парах физических кабелей Е1 для осуществления взаимной связи в направлении по часовой стрелке и в направлении против часовой стрелки и формирование двух линий связи Е1 между упомянутым узлом контроллера базовых станций и каждым узлом базовых приемопередающих станций, при этом упомянутые линии связи Е1 следуют многоканальному протоколу соединения «точка-точка»; и обеспечение упомянутыми узлами базовых приемопередающих станций функций перекрестной коммутации временных слотов для других узлов базовых приемопередающих станций для обеспечения возможности использования другими узлами базовых приемопередающих станций множества соответствующих других групп временных слотов Е1 в упомянутых конфигурированных двух парах физических кабелей Е1.

13. Способ по п. 12, также включающий:
после обнаружения отказа оборудования текущего узла обход упомянутым узлом базовой приемопередающей станции текущего узла в упомянутой кольцевой сети, обеспечение соединения смежных узлов базовых приемопередающих станций и продолжение обеспечения передачи IP по Е1.

14. Способ по п. 13, также включающий:
после устранения отказа оборудования текущего узла восстановление упомянутым узлом базовой приемопередающей станции функций упомянутого текущего узла в упомянутой кольцевой сети.

15. Способ по п. 12, также включающий:
при обеспечении передачи IP по Е1 и при обнаружении, что в одной из линий Е1 возникает отказ, с помощью задания периода времени между передачами сообщений контроля работоспособности (KEEP-ALIVE) при подтверждении связи по линии Е1 и количества ошибок при передаче сообщений KEEP-ALIVE, прекращение упомянутыми узлами базовых приемопередающих станций передачи «точка-точка» по упомянутой линии связи Е1, находящейся в состоянии отказа, и продолжение передачи IP по Е1 по другой линии связи; или при обнаружении того, что отказ произошел в обеих конфигурированных линиях связи Е1, прекращение упомянутыми другими узлами базовых приемопередающих станций передачи «точка-точка» по этим линиям связи Е1, находящимся в состоянии отказа; и продолжение обеспечения передачи IP по Е1 по другой линии связи Е1.

16. Способ по п. 15, также включающий:
после обнаружения того, что отказ линии Е1 устранен, восстановление упомянутыми узлами базовых приемопередающих станций передачи «точка-точка» упомянутой линии связи Е1, отказ которой был устранен.