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摘要：针对5G-R部署以及综合视频云化改造，提出了基于OTN和SPN技术的铁路通信传输网方案，并分别从系统组网、保护机制、业务接入等方面对传输网方案进行了分析介绍。
关键词：传输网；5G-R；综合视频
引言
目前，我国已经建成两张覆盖全国且独立的铁路通信承载网：一张是基于电路域传送的传输网络，另一张是基于分组域传送的数据网[1]。其中传输网主要为信号业务、调度通信系统、无线通信系统等与行车安全息息相关的业务提供专线传输通道。目前铁路通信传输网已全面覆盖铁路总公司、铁路局、铁路交汇点、地区枢纽、车站等各业务节点；网络按骨干层、汇聚层和接入层划分，层次结构清晰；技术上选择先进、成熟的光传送网（OT N）及SDH/MSTP 等光传送技术，系统容量按层级和业务需求主要分为40×100 G、40×10 G、10 G、2.5 G和622 M，个别区段使用155 M；在保护方式上，综合运用组网结构保护、系统功能保护、设备冗余保护、业务电路备用保护等手段，为铁路生产调度、运营管理提供各类速率等级、端口类型的传输通道承载[2]。
随着我国铁路朝着信息化、智能化高速迈进，铁路通信网所承载的业务也在不断发展，各种高带宽、低时延、高灵活度的业务需求对铁路通信传输网也提出了新的要求。
1 业务需求
各类新型业务中，5G-R移动通信系统建设已经提上日程，最快将于2024年启动5G-R专网的部署应用。5G-R移动通信系统单BBU回传带宽约为1.32Gb/s～2.2Gb/s，各BBU之间传输时延小于5ms以内并要求支持1588V2同步协议。除此之外，综合视频监控系统云化升级改造后，整个系统架构进一步扁平化，不再每站设置视频接入点，而是根据实际情况每隔几个车站设置一处视频云接入点，各云接入点之间带宽需求将达到3~5Gb/s。
现有传输系统采用基于MSTP的传输系统，虽然能为各种CBR业务和以太网业务提供稳定的传输通道，但已无法满足5G-R业务区间大带宽回传和1588V2高精度同步信号承载的要求，且各传输接入层互联带宽也无法满足综合视频云化后的带宽需求。
2 技术体制选择
由于铁路通信传输网不仅承载L2/L3层分组业务，还需要承载各类专线业务和CBR业务，因此硬管道技术是铁路传输网的关键指标。
结合未来铁路通信技术发展方向，并统筹考虑兼容现有承载网技术体制，从组网轻量化、精简化出发，本文提出了下一代铁路通信传输网方案：新建线路采用传输汇聚层和传输接入层组网，传输汇聚层采用OTN技术，传输接入层采用基于分组切片的SPN技术。
3 网络架构
传输系统采用OTN+SPN平台进行搭建，分为汇聚层和接入层二层结构组网。
汇聚层采用不低于40波道、单波道100Gb/s的OTN系统，并在沿线各车站设置OADM设备，利用敷设于铁路两侧不同物理径路的光缆进行互联。
车站接入层新设SPN传输系统，采用同站双平面组网，在各车站新设2台SPN设备并分别利用敷设于铁路两侧的不同物理径路的光缆与相邻车站SPN设备进行互联。
区间接入层新设SPN传输系统，各节点采用SPN设备，利用铁路两侧光缆组成环网，实现无线基站、牵引供电所亭、信号中继站等区间节点的业务接入，系统架构如下如所示：
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传输网架构示意图
4 保护机制
（1）传输汇聚层
传输汇聚层OTN设备利用铁路两侧不同物理径路的2条干线光缆中的各两芯光纤，构成OLP 1+1保护，并对所承载的数据网业务采用基于电层的ODUk的SNCP保护方式。对于SPN作为客户业务下挂在OTN下的情况，利用SPN系统自身保护机制进行保护，无需再做OTN层面的保护。
（2）车站接入层
车站接入层SPN设备有两种保护模式可选，方案一中车站接入层相邻车站间A、B平面的SPN设备分别利用线路两侧不同物理径路的48芯干线光缆中的各两芯光纤直连做为主用通道，同时利用传输汇聚层OTN设备提供的通道做为备用通道。
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SPN保护示意图（方案一）
方案二：车站接入层相邻车站间A、B平面的SPN设备分别利用线路两侧不同物理径路的48芯干线光缆中的各两芯光纤直连做为主用通道，并互相作为备用通道。
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SPN保护示意图（方案二）
在系统正常工作时，方案一需要占用OTN系统带宽，而方案二则完全不占用OTN系统带宽；当发生故障产生倒换时，方案二A、B平面带宽相比无故障时将各减少二分之一，而方案一A、B平面带宽则不会减少。在具体项目实施时可根据业务带宽占用率以及OTN波道资源选择方案一或方案二，以实现车站接入层物理径路保护。
各车站接入层SPN设备在切片通道层采用双向1+1线性保护，在切片分组层采用MPLS-TP/SR-TP线性保护双向1：1保护。
（3）区间接入层
区间接入层SPN设备采用环形组网，同一区间SPN设备可与相邻车站SPN设备构成环网保护。
5 业务接入
（1）5G-R
由于5G-R建设推进并非一步到位，部分线路会存在GSM-R和5G-R两者共存过渡的阶段。当GSM-R独立组网时，BTS设备利用2M接口接入SPN设备的2M线卡内； GSM-R和5G-R共存时，BBU设备利用GE（O）接口或10GE(O)接口接入SPN设备；远期5G-R独立组网后，仅需将BTS设备的2M接口移除。
（2）综合视频系统
区间综合视频汇聚点至车站接入点/车站汇集点同样采用各区间节点SPN设备承载，不再单独设置视频交换机。视频接入点至视频区域节点、视频接入点之间可采用传输汇聚层OTN设备提供通道承载，实现视频信息大带宽、低时延的传输。
（3）其他业务
本次研究其它业务接入方式维持现有接入方案，与行车密切相关的业务（调度通信、5G-R、GSM-R等）通过SPN设备提供的硬切片传输。有双通道需求的业务（CTC、电力SCADA、电化SCADA等）主备通道分别接入车站的两台SPN中。
6 结语
由OTN、SPN设备为主的的铁路通信传输网，具备大带宽、低时延、高可靠、灵活组网等特点，支持专线、宽带等数据统一承载，在完全兼容现有铁路通信网络同时具备较强的演进能力、扩展能力，完全满足近远期各类铁路业务承载需求，可以在今后基建项目中推广和应用。
参考文献
[1]邓世勇.关于铁路承载网IP化的初步研究[J].中国新通信,2019(7):51-52.
[2]李正涛.铁路通信承载网发展技术研究[J].铁路通信信号工程技术,2017(10):18-19.