5G-R可靠性解决方案，为铁路数字化保驾护航

        随着5G技术的发展和普及，其在各个领域的应用也日益广泛。2023年9月，基于5G技术的铁路新一代移动通信系统（5G-R）试验频率的批复，引起了业内外广泛关注，标志着铁路通信也将进入5G时代。

        5G-R承载的业务包括高铁调度、指挥、运行控制、安全监控、应急处理以及自动驾驶等，事关行车安全，如何保证系统的可靠性和安全性是首要问题。中兴通讯积极探索，提出可靠性整体解决方案（见图1），方案总体采用硬件冗余备份技术架构，通过各种组网创新方案，从网络级、节点级、链路级、单板级、器件级等多层级保障网络可靠性，助力铁路列车安全运营。

网络级可靠性方案

        中兴通讯5G-R核心网匹配铁路应用场景和可靠性技术要求，从网络级容灾备份、设备内冗余设计、NF（network function）间冗余设计、链路层冗余设计等多个层面提供多级冗余备份机制，全面保障5G-R网络健壮可靠。

        在网络部署上，核心网以路局为单位建设，每个路局部署2套核心网，形成异地双DC容灾备份组网，冗余的NF分别部署在不同的DC，当一个DC或NF发生故障后，对端NF检测到故障后，自动切换实现业务恢复。

        在核心网设备层面，中兴通讯5G-R核心网采用NFV（network function virtualization）云化架构设计，组成NF的各类虚机或容器采用主备或负荷分担机制，并采用反亲和部署。核心网基于高可靠云资源池构建，通过虚拟化平台提供的自愈、重生、迁移能力，提供资源层面的弹性伸缩和冗余能力。

        在核心网NF层面，提供主备或负荷分担机制，通过NRF（network repository function）动态注册和发现机制快速感知NF故障。核心网提供AMF Set（access and mobility management function set）增强冗余方案，并通过两套AMF之间的热备冗余机制优化业务恢复体验。核心网支持网元旁路功能（NF Bypass），当异地双DC的部分网元同时发生故障时，可保障基本业务降质可用。

        在核心网链路层面，核心网在各链路都提供双网双平面组网，任一链路故障时，都有备份冗余链路可用。当核心网控制面和UPF之间的N4链路出现故障时，可提供惯性运行能力，保证连接态业务不受影响。

节点级可靠性方案

        节点级提供BBU（base band unit）级别和RRU（remote radio unit）级别的备份方案。

        BBU按照热备方式，主用BBU和备用BBU按照星型或链型方式组网，2个BBU之间通过光纤连接多级RRU，沿铁路沿线异地或同步部署，在同一站址部署两台RRU，RRU先劈裂后并柜完成10MHz网络覆盖。双BBU系统启动后，RRU和主用BBU建立连接，由主用BBU提供业务，当主用BBU故障后，RRU通过光口倒换到备用BBU，和备用BBU建立连接，由备用BBU提供服务，将业务影响时间降到秒级。当RRU设备单点故障时，BBU通过协同保证业务只降秩不发生中断。

        RRU按照热备双活方式，同一个位置组部署两台RRU设备，RRU系统正常启动后，两个RRU设备通过劈裂后并柜形成热备双活，8T分裂为2个4T的逻辑小区，基带单元将2个4T4R的逻辑小区合并为一个8T8R的逻辑小区，频谱效率提升，应对大容量业务。当其中一个RRU设备发生故障时，业务平滑降秩不中断，频谱效率和可靠性完美结合。

        RRU设备快速倒换自适应各种不同的单点故障场景，支持RRU设备启动后的自由竞争模式光口快速倒换，也支持由BBU侧决策发起的强制倒换模式光口快速倒换，同时支持RRU发生故障后双活保持场景下的定向光口倒换。

单板级可靠性方案

        对于单个BBU框内，为了应对单板发生异常，按照传输主控板冗余备份、基带处理单板冗余备份，以及电源板冗余备份方式进行方案设计。

        其中传输主控板采用热备的方式，主控板正常工作时提供业务服务的容器在主板、备板按1:1部署，对业务数据包含数据库的公共数据、业务模块存放的私有数据进行实时备份，基站时钟以及通信实时备份， 并且在运行过程中周期审计数据一致性，保证备份数据及时，准确无误，通过硬件中断信号+软件快速检测机制缩短故障检测时间，提高系统感知故障灵敏度，可以秒级识别故障触发倒换。

        当系统监控到有故障触发主控板倒换，备板容器快速工作，业务逻辑小区不删建减少业务恢复时间，同时不复位基带板和RRU设备，外部的时钟、通信或数据链路快速切换到新主板，业务可以在秒级左右恢复。

链路级可靠性方案

        链路主要包括BBU和RRU之间的前传链路以及设备和承载之间的回传链路。BBU和RRU之间通过光纤连接，光纤链路级可靠性解决方案主要通过RRU环网连接方式解决。RRU环网连接需要2对光纤资源，当承载业务的一根光纤CPRI链路发生故障时，通过毫秒级光口快速检测，完成前向光口倒换，业务保持不中断。

        BBU和承载设备之间的回传链路进行传输保护，当传输链路发生异常时，通过毫秒级的快速检测机制，触发传输保护机制，不触发单板倒换，提升倒换性能，降低业务影响。

器件级可靠性方案

        中兴通讯依托行业多年研发经验，精选业界高等级器件和加工工艺，采用先进的芯片技术和优质材料生产制造，确保产品稳定，增强阻燃、防腐能力。针对5G-R场景，制定专项可靠性方案，由自动化工厂专线生产，进行智能化、全方位测试验证，保证产品可靠性，应对各种苛刻的安装部署场景。

        随着5G技术的广泛应用，5G产业链已日趋成熟，为铁路专网升级奠定了坚实的基础。加快5G-R系统在铁路行业的技术研究和推广应用，有利于进一步提升我国铁路信息化、智能化水平，提高我国铁路自主创新能力，并为世界高速铁路发展共享中国智慧，贡献中国方案。中兴通讯将持续创新探索，携手中国铁路集团，守护铁路运营安全。