矿用新型SPN工业环网，助力打造智能化矿山

        SPN（Slicing Packet Network）技术首次在以太网中引入采用层次化硬切片的机制，并融合MPLS VPN及SRv6等分组技术，同时具备硬切片的安全隔离能力和软切片的灵活接入能力，一网多用，为行业专网提供灵活带宽、高隔离性、高安全性等差异化的承载服务。在矿山领域，2020年3月由国家发改委、能源局、工信部等8部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》以来，矿山智能化建设进程快速推进。SPN技术为矿山企业打造“井上井下一张网”的新型工业环网，成为矿山智能化发展的基石，目前已在近百个大中型矿山部署。通过几年的建设实践，矿用SPN工业环网无论从方案还是产品上都在不断丰富创新，日益完善。

        新型SPN工业环网广泛承载5G、视频、生产控制、安全监测等矿山相关业务，本文将结合业务需求详细介绍SPN工业环网的关键进展。

更丰富的业务承载方式

        传统矿用工业环网主要采用交换机二层组网，网络部署及业务接入相对简单，依靠MAC地址洪泛学习来进行报文的转发。该方案存在较明显的问题，如容易触发L2层的广播风暴，影响面大，导致多个系统的业务受损。而交换机环网是通过一个弱网管系统管理，只具备基本的配置和查询功能，故障定位困难。

        5G作为矿山的新型业务接入方式，因为其大带宽、便捷接入、高可靠性等特性得以广泛应用。5G通信涉及去往核心网、MEC的南北向流量以及基站之间交换的东西向流量。基于IP的L3VPN是5G回传网的主流承载方式。

        SPN提供端到端的L2VPN、L2VPN+L3VPN桥接以及端到端的L3VPN三种业务方案。

        - 端到端的L2VPN在SPN网络中只做L2透传，与CE路由器配合完成L2和L3的业务转发；SPN配置相对简单，但需要与CE路由器配合。

        - L2VPN+L3VPN桥接的方案，用于IP部署不规整同时整改困难的场景，常见于已经投产且生产端设备IT改造困难的老旧矿山。通过该方案，SPN网络同时提供了L2接入和IP转发的能力。

        - 端到端的L3VPN方案，统一了5G回传及各类生产业务的承载方案，部署简单，维护便捷。该方案对IP规划提出了较高的要求。对于新矿，推荐使用该方案。

        对于上述三种方案，SPN均提供线路侧保护和节点保护，保护倒换时间在50ms以内，极大地提升了网络的健壮性和业务安全性。

更灵活的细粒度切片

        SPN同时具备FlexE硬切片和基于分组的H-QoS软切片。SPN在FlexE技术基础上做了进一步扩展，不仅支持5G粒度的硬切片，还支持基于5G粒度切片的时隙交叉功能。在分组软切片技术上，SPN可以支持端口、VLAN子接口、隧道、伪线等多个级别的层次化QoS调度，从而实现多个级别的业务软隔离，提供严格的优先级调度和一定的带宽保障。

        在矿山SPN工业环网中，一般根据业务的隔离要求、业务对网络带宽时延的要求等维度，把SPN环网划分为5个左右的切片，比如5G回传切片、一网一站切片、视频监控切片、综合监测切片、工业控制切片等。

        在实际应用中，存在带宽较小（100Mbps以内），同时又有隔离性要求的业务，比如不同系统的工业控制、不同部门要求的安全相关的监控监测，这就给网络提出了细粒度硬切片的要求。

        SPN细粒度技术（fine granularity unit，FGU）聚焦构建端到端高效、无损、柔性带宽、灵活可靠的通道和承载方式，将硬切片的颗粒度从5Gbps细化为10Mbps，以满足包括矿山在内的多场景中小带宽、高隔离性、高安全性等差异化业务的承载需求。

        FGU具备的特征和能力包括：

        - 带宽精细化，高效匹配各类型业务带宽需求：带宽颗粒度为10Mbps，实现灵活的任意N×10Mbps带宽分配；1个FlexE 5G切片可以划分为480个10Mbps细粒度切片。

        - 低时延和低抖动特性：TDM时隙交叉，不感知细粒度业务报文信息，保证确定性低时延。细粒度业务独占TDM通道时隙资源，抖动远小于1µs。

        - 每一条细粒度通道提供独立和完善的OAM能力。OAM码块随路插入每一条细粒度通道，提供该通道的连通性检测、故障和性能监测能力，保证50ms以内的保护倒换。

        - 在线通道带宽无损调整能力。支持在用户业务正常传输时对细粒度硬管道进行增大或者减小的无损带宽调整，带宽和时隙资源分配更加灵活。

更精准的时间同步网

        随着技术的融合发展，时间同步是网络侧和终端侧的刚性需求。网络侧以5G基站为例，分场景有1.5µs、300ns、130ns等多种不同的时间同步精度要求。终端侧是矿山智能化建设中数据的重要来源。智能化矿山要求打通各种数据，做到数据共享、数据关联分析、数据价值挖掘，这就要求这些数据有一个统一的尺子：时间同步。传统工业环网无法提供高精度的时间同步网，新一代的矿用新型工业环网必须具备精准的时间同步功能。

        - 超高精度。SPN设备可以提供单节点±5ns的超高精度时间同步，支持同步链路20跳，满足长径的组网要求。

        - 中兴通讯SPN设备6120H-C可以兼做时间源服务器，集成了全GNSS并发接收、精密时钟算法和本地时钟，集抖动衰减和时钟再生为一体，可提供多路频率同步接口、1PPS+TOD接口和PTP网络端口。

        - 智能时钟技术，为超高精度同步网的运行维护提供支撑。核心功能包括：同步网自动规划、图形化动态同步状态查询、同步运行状态检测和分析以及智能故障定位等。

        - 大规模商用。SPN时间同步网在运营商网络、政企专网等广泛部署。在运营商的部分网络中，SPN时间同步网已作为5G基站的主时间源，为5G提供可靠精准的时间。

更全面的SPN设备类型

        以赫斯曼交换机为代表的交换机环网，主要有两种型号，根据接入容量分别定位为骨干环网核心交换机和接入交换机。业务系统或者通过直连骨干网，或者通过低成本的盒子交换机进行一次汇聚后连接骨干网。

        矿用SPN工业骨干环网定位于一网多用，综合承载5G及矿山多个系统的业务，对设备的端口数量、槽位数量、交叉容量以及安全性都提出了更高的要求，典型的相比千兆工业环网，带宽提升了100倍。设备能力增强的同时，体积、功耗也有一定程度增加，这给隔爆箱散热以及工程安装带来了一定的挑战。

        面对挑战，SPN矿用设备类型不断丰富，除了已有的3U框式设备外，增加了1U 100GE、1U 10GE两种规格多款隔爆型设备以及规划中的本安型SPN设备。在矿山环网建设时，可以因矿制宜，根据矿山大小、业务多少来选择合适的设备型号。中兴通讯矿用新型SPN工业环网产品系列如图1所示。

        新增的小型化SPN设备除了作为中小型矿山的骨干环网设备，还可以用作连接生产设备和骨干环网的中间设备，对业务进行汇聚，减少纤缆的部署距离。通过SPN网络实现了业务端到端的承载，单一网管系统即可管理，业务开通便捷，维护简单高效。

        同时，中兴通讯与合作伙伴一起，深入研究设备以及隔爆箱的结构，进行多次改善，较大提升了隔爆箱的散热性能，为隔爆箱SPN在矿山的部署创造了更好的条件，提升了设备的安全和稳定性。

更智能的网络管控

        随着智能化矿山的建设，网络安全和生产安全、生产效率密切关联，提升网络可用性、易用性是基本要求。加之SPN功能本身较之传统交换机极大丰富，也一定程度增加了对矿山通信人员的技能要求，亟需更加智能的网络管控系统，来提升网络建设和维护效率，保障网络安全。

        - 管控产品形态丰富。中兴通讯既可以提供同时管理5G无线基站、SPN传输设备、核心网的多合一的综合网管，也可以提供只管控SPN传输设备的单一网管；既可以是虚机形式，也可以部署在物理机上；可以根据网络规模及功能需求，对管控系统进行模块化配置。

        - 基于SDN/NFV架构，集管理功能和控制功能于一体。中兴通讯SPN管控系统采用基于SDN的管控融合架构，支持业务部署和运维的自动化能力，以及感知网络状态并进行实时优化的网络自优化能力。同时，基于SDN的管控融合架构提供简化网络协议、开放网络、跨网络域/技术域业务协同等能力。

        - 基于Inband-OAM+AI+大数据实现网络可视可控。Inband-OAM带内随流检测技术具备IP业务流级端到端和逐跳SLA（主要包括丢包率、时延、抖动、实时流量）秒级测量能力，快速感知网络故障。基于该技术提供的大量数据，管控系统的AI+大数据模块可以做到网络实时可视，并进行精准定界、排障，是智能网络的关键技术。

        - 基于意图的业务快捷创建。SPN管控系统引入基于用户意图的业务智能创建能力，通过对用户输入的关键信息提取来识别业务及其指标要求，比如业务类型或网络需求，能够实现用户的意图识别，选取合适的AI模型自动生成多种满足业务场景的网络配置，大幅缩短业务开通时间，降低对一线网络维护人员的技能要求。

应用展望

        SPN技术是中国主导的新一代传输国际标准，在5G回传、政企专线、行业专网等场景规模部署，得到了电信、轨交、能源、电力等行业客户的广泛认可。在矿山领域，中兴通讯将和行业合作伙伴一起，深入挖掘和分析包括掘进、综采、运输、洗选、储煤、运输等生产环节中的网络需求，持续推进矿用新型SPN工业环网的创新和完善。

        矿用新型SPN工业环网，凭借确定性的精准网络技术，将人工智能、工业物联网、大数据等与现代煤炭开发利用深度融合，将助力打造全面感知、实时互联、协同控制的智能矿山系统。