面向地铁的SPN承载方案和应用

        地铁作为现代城市交通的重要交通工具，其运营依赖于各业务系统的高效协同。中兴通讯SPN（Slicing Packet Network）端到端承载解决方案，为地铁各业务系统的高效协同提供通信保障。

地铁各业务系统网络需求

        为确保列车运行安全高效，乘客服务优质便捷，运营管理智能精细，地铁各业务系统的网络需求高度集成且多元化（见图1）。ICSC（Integrated Command Support Center）系统需要监控地铁运营中的多个子系统，包括环境、电力、安防等，对带宽的需求较高，同时要求传输的低时延特性，以便及时发现和处理异常情况；CBTC（Communication Based Train Control System）系统需要实时掌握传输列车的位置、速度、方向等关键信息，并根据列车状态控制列车速度和轨道道岔的控制命令等，对传输时延的要求极为严格；PIS（Passenger Information System）系统需要高带宽来支持多媒体信息的实时传输，包括视频、音频、图像和文字等，特别是在列车运行中，车载设备需实时接收来自地面运营中心的节目，并在车厢显示屏上播出，这不仅对带宽提出了较高要求，也要求极低的时延来确保信息的及时性和准确性；AFC（Auto Fare Collection）系统主要进行地铁售票、检票、计费、收费、统计、清分管理等票务数据的传输和处理，对带宽和时延的需求相对适中；其他系统如电话系统和时钟系统，对带宽要求不高，但对时延抖动的要求非常高。

中兴通讯SPN承载解决方案

        针对地铁各业务系统对通信网络差异化的传输要求，中兴通讯推出融合了TDM（time division multiplexing）和分组交换功能，支持超大带宽、融合硬切片和软切片的SPN端到端承载解决方案，为地铁各业务系统的高效协同提供通信保障。

层次化的粗细粒度硬切片技术

        SPN提供以原生以太网64B/66B码块为原子单元、按n×5Gbps时隙进行间插交织和单级复用的粗粒度硬切片MTN（metro transport network）技术，以及在粗粒度硬切片的单个5Gbps时隙中再按n×10Mbps时隙进行间插交织和两级复用的细粒度硬切片的FGU（fine granularity unit）技术。

        在地铁场景应用中，一般将无线通信系统、通信电源监控等1000Mbps以下带宽的业务通过1个5Gbps带宽的MTN粗粒度切片中N×10Mbps带宽的FGU细粒度切片进行承载，确保硬管道下的物理隔离，并满足业务的低时延传输要求；将视频监控系统、乘客信息系统、办公自动化系统、自动售票系统等1000Mbps及以上带宽的业务，通过N×5Gbps带宽的MTN粗粒度切片承载，在高效合理安排带宽资源的情况下，保障各业务系统的信息传输刚性隔离。

无缝结合的硬切片和软切片技术

        由于层次化硬切片技术的原子单元是原生以太网的64B/66B码块，因此在接口层面经过TDM时隙化处理产生的MTN或FGU硬切片带宽中，SPN既可将硬切片内的64B/66B码块直接按照时隙编号的固定顺序在物理层进行序列化转发，实现端到端的硬切片，又可将硬切片内的64B/66B码块无缝地向分组层进行报文重组，继承原生以太网分组层的QoS（quality of service）技术，实现逐跳分组处理的软切片。通过软硬切片的无缝结合，在保证不同类型业务之间刚性隔离的同时，提高硬切片内带宽利用率，如图2所示。

        在地铁场景应用中，一般在100GE的物理端口总带宽上，首先通过物理层的硬切片技术为不同类型的业务分配独占带宽（如视频监控业务分配20Gbps、PIS业务分配5Gbps等），实现各类型业务之间的硬切片隔离。然后在相同类型业务独占带宽的分组层上，通过基于伪线/隧道的MPLS-TP（multiprotocol label switching-transport profile）技术来承载来自各车站相同类型的业务，实现来自不同车站相同类型业务的软切片隔离。最后在各车站，基于VPWS（virtual private wire service）和VPLS（virtual private LAN service）两种技术方式实现各车站业务的接入。

灵活的超大带宽

        SPN基于原生64B/66B码块进行TDM时隙化处理的MTN技术，不仅能实现针对单个物理端口的硬切片隔离，也可针对相同速率的多个物理端口进行物理层的逻辑捆绑，实现MTN硬切片的超大带宽特性，即一条MTN硬切片所使用的时隙可以分布于捆绑组内的不同PHY（physical layer）上，如图3所示。并且，当其中一个PHY出现故障时，故障PHY及其包含的时隙被移出捆绑组，与故障PHY链路无关的MTN硬切片仍然可以使用正常PHY的时隙传输数据，不受影响。

        在地铁场景应用中，网络线路侧一般采用100GE组环，基于MTN和FGU技术为地铁各业务系统提供多个N×5Gbps或N×10Mbps灵活且刚性隔离的硬切片通道；针对采用2×100GE组环（如广州地铁某业主项目），基于MTN技术在两个100GE物理端口上进行TDM时隙化处理的跨多PHY捆绑技术，为地铁各业务系统的信息传输提供一个总计200Gbps带宽的逻辑通道，实现线路侧带宽平滑升级到200GE。未来地铁建设运营统一智慧平台，传输系统将要承载智慧运维、智慧出行、智慧车站、智慧段厂、智慧行车、智慧调度、智慧经营等业务，SPN线路侧200Gbps超大带宽，将为智慧平台建设提供充分的通道保障。

完善的网络保护

        相比传统SDH/PTN技术，SPN具备更多层次的网络级保护能力，在分组层的伪线/隧道软切片各子层，不仅支持基于APS（automatic protection switching）的快速保护倒换技术，以保障保护倒换过程中的业务损伤时间低于50ms，也支持基于控制器全局计算的重路由保护倒换技术，可以达到类似ASON（automatically switched optical network）的永久1+1保护效果；在物理层的MTN/FGU硬切片各子层，同样支持基于APS的快速保护倒换技术，且由于采用了使用以太网空闲帧按N×64K码块为周期的OAM（operation administration and maintenance）处理技术，在确保物理端口线速和安全频偏范围的情况下，使得保护倒换过程中的业务损伤时间相比分组层技术降低3个数量级，达到微秒级别。相比传统SDH/PTN，SPN新增的基于控制器全计算的重路由保护技术和MTN/FGU通道级保护技术具备了更可靠、更高性能的能力，保障了地铁业务的高安全性和高可靠性。

        在地铁场景应用中，分组层的保护一般仅在隧道子层部署同源同宿的1:1路径保护，这类网络保护主要面向单控制中心部署的业主（如广州地铁某业主项目），但也有在伪线子层部署同源多宿的1:1路径+节点保护的情况，这类网络保护主要面向双控制中心部署的业主（如济南地铁4号&8号线项目），使得当主用控制中心故障时，各车站的业务还能迅速切换至备用控制中心，以确保地铁各业务系统的持续正常运转。物理层的保护一般在MTN/FGU子层部署同源同宿的1+1路径保护，这类网络保护主要面向地铁各车站公务电话和控制中心调度电话业务的网络级保障场景。

超高精度的1588时间同步

        由于SPN是基于原生以太网扩展的技术，可根据以太网4B/5B、8B/10B及64B/66B等物理层的编码规律提取时钟信息，天然支持同步以太网功能，实现稳定可靠的频率同步。同时其也遵循IEEE 1588协议规范提供PTP（precision time protocol）功能，可在频率同步的基础上实现高精度的时间同步，为地铁各业务系统提供必需的同步信号。为了更进一步提高时间同步的准确度，SPN优化了接口时间戳处理流程，将时间同步算法的原子信息（主、从节点交互的4个时间戳）处理从原来的TCP/IP协议栈链路层下探到了物理层，排除了物理层码块流串并转换过程引入抖动的干扰，将每设备节点的时间同步精度提升了一个数量级，达到了±5ns的超高精度。

        在地铁场景应用中，大部分业主采用1588+GPS/北斗主备双接入的部署方式为各车站的业务系统进行授时，也有少部分业主（如广州地铁某业主项目）直接采用1588单接入的部署方式为各车站的业务系统授时。相比于GPS/北斗，1588有三方面优势：第一，避免了车站部署GPS/北斗时需要在地面占地围栏和钻孔安装天线的问题，可显著降低设备投资和施工难度；第二，1588工作的物理介质是光纤，其抗环境干扰的能力更强，而且1588工作协议天然适应多种组网结构，使得网络扩容时无需对现有系统进行大规模改造，其灵活性和可扩展性更强；第三，基于1588的便捷部署和分析工具，具备全局合理规划主备同步路径，以及自动进行非对称时延补偿的能力，可显著降低对维护人员的使用门槛。

智能管控

        中兴通讯新的UME（Universal Management Engine）管控系统融合了网络管理、业务控制和网络分析等功能，是实现网络资源池化、网络连接自动化和自优化、运维自动化的核心使能系统。基于中兴通讯UME管控系统，SPN网络实现了网络集中管控、全网策略统一、端到端全网可视、智能运维，运维效率得到提升。全网资源统一管理，实时可视，从业务、隧道连接、容量、站点等多维度可视化分析现网资源信息，精准定位网络资源瓶颈；基于SDN（software defined network）技术，支持集中算路，业务发放时计算最优路由，业务恢复时避免资源冲突造成重路由失败；支持一键式自动化快速部署，支持业务的端到端质量检测机制，提供通信故障智能诊断、通道带宽自动优化调整等功能，为地铁智慧运营提供强有力支撑。

        从2021年至今，中兴通讯SPN承载方案已广泛服务于国内12个城市约30余家地铁业主的专用通信系统，网络规模累计达500端。其中济南地铁4号&8号线项目是全国首个多条线路车站共享双控制中心、组网规模最大的SPN地铁专用通信传输网，将成为多线路共享双控制中心、大规模组网的SPN样板局，为后续有类似建网需求的其他地铁业主提供重要参考依据。

        未来，中兴通讯将持续为轨交市场各业主的通信传输网络运营提供全面技术保障，全力打造精品轨交网络。