中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司 林 霖

目前5G技術(shù)在各行業(yè)展開應(yīng)用，5G相對于GSM-R網(wǎng)絡(luò)具備不可比擬的大帶寬、低時延優(yōu)勢。高速鐵路5G無線通信技術(shù)呼之欲出，如何解決當(dāng)下業(yè)務(wù)承載需求又可提供5G通信新技術(shù)應(yīng)用成為亟待考慮的問題。

1 現(xiàn)有技術(shù)體制

目前鐵路傳輸架構(gòu)采用MSTP（接入、匯聚層）+OTN（骨干層）的組合。對于未來5G-R大帶寬、低時延的回傳需求，接入層和匯聚層采用的MSTP時延無法滿足，需要選用新型承載技術(shù)。

目前滿足5G主流承載技術(shù)有SPN、增強(qiáng)型IPRAN、M-OTN等技術(shù)，主要技術(shù)對比如表1所示。

表1 基于5G主流承載技術(shù)比較

目前聯(lián)通、電信選用增強(qiáng)型IP RAN承載，移動選用SPN承載，M-OTN目前沒有大規(guī)模應(yīng)用，暫無參考案例。本次創(chuàng)新設(shè)計方案在增強(qiáng)型IP RAN技術(shù)和SPN技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用場景比較。

1.1 增強(qiáng)型IP RAN技術(shù)簡介

增強(qiáng)型IP RAN技術(shù)是基于IP技術(shù)的移動業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，經(jīng)過多年發(fā)展已成為穩(wěn)定高效的承載網(wǎng)絡(luò)，適配5G網(wǎng)絡(luò)不同場景連接需求。引入SDN提高網(wǎng)絡(luò)智能降低運(yùn)營商運(yùn)營及維護(hù)成本，引入FlexE接口保證獨(dú)立帶寬和時延。

目前國鐵存在數(shù)字調(diào)度、信號CTC、公安、電化廣域保護(hù)、應(yīng)急通信等TDM硬性管道業(yè)務(wù)需求，增強(qiáng)型IP RAN技術(shù)對TDM通道暫未確定，無法與既有MSTP設(shè)備直接互聯(lián)。且無法做硬性網(wǎng)絡(luò)切片，所以增強(qiáng)型IP RAN技術(shù)更適合運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)承載應(yīng)用場景。

1.2 SPN技術(shù)簡介

SPN技術(shù)主要由PTN技術(shù)演進(jìn)而來，技術(shù)架構(gòu)分層包括切片分組層（SPL）、切片通道層（SCL）、切片傳送層（STL），以及時間/時鐘同步功能模塊和管理/控制功能模塊組成。SPN系統(tǒng)如圖1所示。

●SPN采用SE切片以太網(wǎng)技術(shù)將以太網(wǎng)切片到L1層。因此SPN網(wǎng)絡(luò)具備適應(yīng)多種業(yè)務(wù)單獨(dú)切片組網(wǎng)需求。

●SPN通過FlexE技術(shù)實(shí)現(xiàn)多光口靈活整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口速率可調(diào)。

●SPN采用SE-XC技術(shù)，業(yè)務(wù)流進(jìn)行隙交叉方式轉(zhuǎn)發(fā)替代原先存儲再轉(zhuǎn)發(fā)方式，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)無須進(jìn)行MAC、MPLS解碼，單站點(diǎn)的業(yè)務(wù)時延一般在3-10us左右，抖動小于1us，端到端時延最低可以達(dá)到1ms，滿足5G、繼電保護(hù)時延要求。

●SPN采用SR隧道技術(shù)，是對MPLS技術(shù)的升級，通過攜帶整個路由標(biāo)簽高效實(shí)現(xiàn)端到端路由鏈路。

●SPN采用L3VPN技術(shù)，確保大網(wǎng)各業(yè)務(wù)獨(dú)立劃分三層VPN，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)營維護(hù)部分業(yè)務(wù)相互隔離，與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)平滑過渡。

綜上說述，下一代承載網(wǎng)建議采用SPN（接入、匯聚層）+OTN（骨干層）方式。

2 鐵路通信承載網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

（1）骨干層

骨干層OTN建議按照40波100Gb/s純相干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，初期可根據(jù)本線業(yè)務(wù)需求開通2～4波，后續(xù)可根據(jù)需求開通更多100Gb/s波道數(shù)。利用兩條不同物理徑路的光纜構(gòu)成OLP 1+1保護(hù)。

（2）匯聚層

匯聚層采用SPN雙平面（A/B）組網(wǎng)，各車站信號新設(shè)2套SPN 50Gb/s設(shè)備。利用兩條不同物理徑路的光纜構(gòu)成1+1鏈型組網(wǎng)。

（3）接入層

沿線各區(qū)間基站、線路所、動車所采用雙平片（A/B）組網(wǎng)，在各通信機(jī)械室新設(shè)2套SPN 10Gb/s設(shè)備。沿線電氣化所亭、信號中繼站等機(jī)構(gòu)采用SPN單平面組網(wǎng)，各新設(shè)1套SPN 10Gb/s設(shè)備。

利用線路兩側(cè)干線光纜中的各4芯光纖構(gòu)成4個環(huán)網(wǎng)（基站A平面環(huán)、基站B平面環(huán)、電牽信號環(huán)1、電牽信號環(huán)2）。基站A平面環(huán)和電牽信號環(huán)1采用10GE(O)接口與相鄰車站信號樓SPN 50Gb/s設(shè)備A進(jìn)行互聯(lián)，基站B平面環(huán)和電牽信號環(huán)2采用10GE(O)接口與相鄰車站信號樓SPN 50Gb/s設(shè)備B進(jìn)行互聯(lián)。

站內(nèi)配電所、綜合維修工區(qū)（車間）、公安派出所等各新設(shè)1套SPN 10Gb/s設(shè)備，通過地區(qū)光纜環(huán)分別接入信號樓2套SPN 50Gb/s設(shè)備。承載網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 承載網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

（4）網(wǎng)絡(luò)切片

根據(jù)上述鐵路承載業(yè)務(wù)分析，分別將匯聚層、接入層SPN設(shè)備按業(yè)務(wù)類型進(jìn)行硬切片，確保數(shù)據(jù)網(wǎng)、5G、綜合視頻分別、TDM等業(yè)務(wù)分別承載于獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)切片中，并提供獨(dú)立的保護(hù)通道。匯聚層及接入層網(wǎng)絡(luò)切片如表2、表3所示。

表2 匯聚層SPN硬切片表

表3 接入層SPN硬切片表

（5）與既有系統(tǒng)互聯(lián)

SPN系統(tǒng)無法提供STM-N(N＞1)接口，無法與既有樞紐MSTP骨干環(huán)互聯(lián)，各局樞紐環(huán)組建還需結(jié)合實(shí)際情況要進(jìn)一步的深化。

目前運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)承載方案已經(jīng)成熟，為高速鐵路5G方案提供借鑒參考，鐵路向高時速、AI智能、大帶寬、低時延發(fā)展是必然趨勢。SPN為下一代承載網(wǎng)提供了可靠支撐，將在未來的高速鐵路中取得廣泛應(yīng)用。