SPN切片以太环网智能矿山应用

智能矿山应用背景及需求

        工业4.0、工业互联网、中国制造2025等数字化转型战略的相继提出，加之物联网、大数据、云计算、5G等新一代信息技术的快速发展，推动我国矿山开采向智能化方向发展。从能源结构上看，我国富煤、少气、贫油，煤炭行业的重要性不言而喻。为了推动智能化技术与煤矿生产融合发展，2020年3月国家发展改革委、能源局、煤监局等8部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，意见指出“到2035年，各类煤矿基本实现智能化，建成能够智慧感知、智能决策、自动执行的安全、高效、绿色煤矿”。

        煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。煤矿智能化离不开通信网络的建设，矿山通信业务种类繁多，不同类型业务对网络的需求各异，传统矿山通常部署多张物理光纤环网满足各类应用系统的通信需求。一般矿山有几十个应用系统，包含安全类、定位类、通信类、视频类，工控类等，能源局针对煤炭企业信息化各应用系统有基本要求，同时不同业务系统业务质量保证要求也各异：

        - 对于井上井下移动设备和人员需求的5G系统，有大带宽、低时延、大连接综合承载需求，安全生产监控网络在政策要求下强制独立建网；

        - 综采面远程控制要求低时延抖动；

        - 各类高清视频、VR/AR巡检等要求大带宽；

        - 各种井下传感器系统属于大连接类型。

        各应用系统的业务连接方向比较多，主站系统可能在井上，也可能部署在井下的某些硐室。工业控制系统安全要求比较高，能源局明确规定，智能综采工作面建设的智能化工业控制系统的网络完全等级定位第二级及以上，需要完整考虑各应用子系统数据安全。为满足不同业务的需求，传统做法是各系统单独建设，建设成本高，维护复杂。

SPN切片以太环网方案

        为克服传统矿山通信网络烟囱式建设带来的成本高、维护复杂等问题，中兴通讯提出了矿区建设主干承载网实现井上井下生产业务综合承载的方案。本方案为井上井下建设一张物理环网，采用MTN（Metro Transport Network）硬切片隔离技术，提供多个逻辑环网。多个逻辑环网为不同类型的智能矿山子系统业务提供业务质量保证，通过环形组网为煤矿复杂环境提供低时延抖动、高可靠、高安全、扩展性好的传输组网方案（见图1）。

        核心汇聚采用一对SPN汇聚设备，井上井下采用SPN接入设备和SPN CPE，井上井下分别采用100G环网或50G环网，组成带宽不小于100Gbps的以主、备中心为交点的传输自愈保护相交环。主备汇聚节点的建设满足等保2.0三级以上保护要求，并且提供业务的统一接口，对接数据中心或办公网络。基于SPN低时延特性，矿区内环路时延小于1ms，并提供节点保护、链路保护、设备主备冗余等多种保护技术，实现高可靠的智能矿山骨干传输系统。

        针对各业务子系统的数据传输和业务特性要求，将100G大带宽SPN切片以太环网划分5个切片：一网一站切片、工业视频切片、综合监测切片、工业控制切片、5G传输切片（见图2）。切片内子系统内业务可通过不同的VRF（Virtual Routing Forwarding）隔离，达到不同类型业务硬隔离、同一类型业务子系统软隔离的目的，既保证了业务的可靠传输，又能方便业务的分类管理及不同业务终端的接入。业务的承载可以采用L2VPN over MPLS-TP隧道，或L3VPN over SR-TP隧道，可根据业务需求和特性选择。两端SPN汇聚设备热备或冷备，其中一端SPN汇聚设备与服务器连接实现热备或冷备节点保护。在1个切片内，一端SPN接入设备去同一端SPN汇聚设备的多条PW可以选择共用同一条隧道，配置隧道保护，支持按需配置网络侧的HQoS配置。

        带宽配置及详细业务系统数据切片分配详见表1，工业视频系统分配30Gbps带宽，5G传输切片分配20Gbps带宽，其他3个切片各分配10Gbps带宽，预留20Gbps带宽，可根据需要对切片带宽进行灵活分配和调整。

        本方案通过5G承载技术，特别是硬切片隔离技术的应用，大幅降低建网成本，简化运维，为下一步矿井智能化建设打下了坚实基础。方案优势包括：

        - 超大带宽：全光主干环网可平滑扩容至100GE带宽，满足未来十年业务发展需求；

        - 一网到底：一根纤，一套设备，一张融合组网，工业环网、视频环网、5G多网合一；

        - 安全隔离：FlexE技术支持业务端到端硬隔离，切片满足差异化业务质量保障需求；

        - 自主可控：中国主导的新一代5G传输国际标准，已完成5G大规模商用验证。

方案实践

        2022年11月，中兴通讯联合中煤常州院为陕煤西卓煤矿建成SPN切片以太环网，打造了业界领先的100G SPN以太切片环网，实现了智能矿山井上井下生产业务综合承载。中兴通讯SPN承载设备采用MTN硬切片隔离技术，为井上井下提供一张物理环网，多个逻辑环网为各智能矿山子系统业务提供不同业务类型的质量可靠保证。

        本次陕煤西卓煤矿SPN承载技术在ToB领域的成功应用，将为西卓煤矿年产千万吨级别智能矿山提供可靠基石，加速推动5G+智能矿山的数字化转型。