铁路通信承载网技术发展研究

铁路通信承载网技术发展研究

刘群

武汉高速铁路职业技能训练段 湖北 武汉 430000

广州局集团有限公司广州通信段 广东 广州 510000

摘要：目前5G技术在各行业展开应用，5G相对于GSM-R网络具备不可比拟的大带宽、低时延优势。高速铁路5G无线通信技术呼之欲出，如何解决当下业务承载需求又可提供5G通信新技术应用成为亟待考虑的问题。

关键词：铁路通信；承载网技术

1 现有技术体制

目前铁路传输架构采用MSTP（接入、汇聚层）+OTN（骨干层）的组合。对于未来5G-R大带宽、低时延的回传需求，接入层和汇聚层采用的MSTP时延无法满足，需要选用新型承载技术。

目前满足5G主流承载技术有SPN、增强型IPRAN、M-OTN等技术，主要技术对比如表1所示。

目前联通、电信选用增强型IP RAN承载，移动选用SPN承载，M-OTN目前没有大规模应用，暂无参考案例。本次创新设计方案在增强型IP RAN技术和SPN技术进行应用场景比较。

1.1 增强型IP RAN技术简介

增强型IP RAN技术是基于IP技术的移动业务承载网，经过多年发展已成为稳定高效的承载网络，适配5G网络不同场景连接需求。引入SDN提高网络智能降低运营商运营及维护成本，引入Flex E接口保证独立带宽和时延。

目前国铁存在数字调度、信号CTC、公安、电化广域保护、应急通信等TDM硬性管道业务需求，增强型IP RAN技术对TDM通道暂未确定，无法与既有MSTP设备直接互联。且无法做硬性网络切片，所以增强型IP RAN技术更适合运营商网络承载应用场景。

1.2 SPN技术简介

SPN技术主要由PTN技术演进而来，技术架构分层包括切片分组层（SPL）、切片通道层（SCL）、切片传送层（STL），以及时间/时钟同步功能模块和管理/控制功能模块组成。SPN系统如图1所示。

表1 基于5G主流承载技术比较

图1 SPN系统示意图

●SPN采用SE切片以太网技术将以太网切片到L1层。因此SPN网络具备适应多种业务单独切片组网需求。

●SPN通过Flex E技术实现多光口灵活整合，实现数据接口速率可调。

●SPN采用SE-XC技术，业务流进行隙交叉方式转发替代原先存储再转发方式，经过网络各节点无须进行MAC、MPLS解码，单站点的业务时延一般在3-10us左右，抖动小于1us，端到端时延最低可以达到1ms，满足5G、继电保护时延要求。

●SPN采用SR隧道技术，是对MPLS技术的升级，通过携带整个路由标签高效实现端到端路由链路。

●SPN采用L3VPN技术，确保大网各业务独立划分三层VPN，实现各运营维护部分业务相互隔离，与现有数据网系统平滑过渡。

综上说述，下一代承载网建议采用SPN（接入、汇聚层）+OTN（骨干层）方式。

2 铁路通信承载网系统架构

（1）骨干层

骨干层OTN建议按照40波100Gb/s纯相干网络设计，初期可根据本线业务需求开通2～4波，后续可根据需求开通更多100Gb/s波道数。利用两条不同物理径路的光缆构成OLP 1+1保护。

（2）汇聚层

汇聚层采用SPN双平面（A/B）组网，各车站信号新设2套SPN 50Gb/s设备。利用两条不同物理径路的光缆构成1+1链型组网。

（3）接入层

沿线各区间基站、线路所、动车所采用双平片（A/B）组网，在各通信机械室新设2套SPN 10Gb/s设备。沿线电气化所亭、信号中继站等机构采用SPN单平面组网，各新设1套SPN1 0 Gb/s设备。

利用线路两侧干线光缆中的各4芯光纤构成4个环网（基站A平面环、基站B平面环、电牵信号环1、电牵信号环2）。基站A平面环和电牵信号环1采用10GE（O)接口与相邻车站信号楼SPN 50Gb/s设备A进行互联，基站B平面环和电牵信号环2采用10GE（O)接口与相邻车站信号楼SPN 50Gb/s设备B进行互联。

站内配电所、综合维修工区（车间）、公安派出所等各新设1套SPN1 0 Gb/s设备，通过地区光缆环分别接入信号楼2套SPN 50Gb/s设备。承载网系统如图2所示。

表2 汇聚层SPN硬切片表

表3 接入层SPN硬切片表

图2 承载网系统示意图

（4）网络切片

根据上述铁路承载业务分析，分别将汇聚层、接入层SPN设备按业务类型进行硬切片，确保数据网、5G、综合视频分别、TDM等业务分别承载于独立的网络切片中，并提供独立的保护通道。汇聚层及接入层网络切片如表2、表3所示。

（5）与既有系统互联

SPN系统无法提供STM-N（N>1)接口，无法与既有枢纽MSTP骨干环互联，各局枢纽环组建还需结合实际情况要进一步的深化。

目前运营商5G网络承载方案已经成熟，为高速铁路5G方案提供借鉴参考，铁路向高时速、AI智能、大带宽、低时延发展是必然趋势。SPN为下一代承载网提供了可靠支撑，将在未来的高速铁路中取得广泛应用。

参考文献

[1] 张宝亚.5G承载网技术和优化组网[J].中兴通讯技术,2018,24（1):42-48.