为5G和FRMCS发展铁路通信
通过使用FRMCS/5G技术，铁路运营商正在采用数字列车到地面的未来，允许他们在整个运营中无线连接员工、机车车辆和许多其他服务。诺基亚IP产品营销经理Hansen Chan解释了如何用新功能更新融合的IP/MPLS骨干网对这一发展至关重要。
铁路正在走向数字化，先进的通信系统将是必不可少的。移动铁路通信的未来如所述未来铁路移动通信系统（FRMCS)该标准适用于不同的无线技术，包括5G甚至卫星通信。但是，该行业正在将5G作为确保不同国家系统之间互操作性的最佳选择。为了支持5G最先进的功能，如切片，传输网络(连接无线接入网和核心的基础设施的固定部分)将需要发展。
大多数铁路运营商将依靠现有的骨干通信网络，他们目前使用该网络提供各种各样的安全、运营和客运服务。通常，这些是基于IP/MPLS的多业务网络，并使用光纤和微波进行更远距离的传输。虽然这些目前的骨干网有很多优势，但要支持FRMCS/5G，它们需要升级以支持端到端切片编配、切片控制和保证、时间同步和云互联。
动态传输切片
5G需要支持的铁路服务包括自动化列车运营(ATO)和联锁系统，以及闭路电视和物联网传感器。
5G需要支持的铁路服务包括自动化列车运营(ATO)和联锁系统，以及闭路电视和物联网传感器。它们具有非常不同的服务质量(QoS)要求。5G可以根据需要支持的服务组合动态分配网络资源。例如，ATO对列车控制具有严格的延迟参数，而CCTV可以容忍延迟，但需要大量带宽。5G可以专门调整其资源以满足每种服务的需求。
5G确保始终满足业务需求的方法之一是使用网络切片。切片是一种设置类似于单个虚拟专用网络或vpn的方式，本质上是分配特定的网络资源，以确保在使用期间满足服务性能水平。
图1:5G虚拟切片网络，并确定每个切片满足业务或应用需求所需的性能参数。
这在大多数骨干网中很难实现，因为不同的域(如IP和光学)通常不相互通信。假设启动了自动列车操作。5G无线网络为应用程序分配超低延迟服务。5G核心网也支持。结果发现底层光链路拥塞或故障。因此，不可能向ATO提供低延迟服务。
传输切片控制和保证
为了实现5G切片，铁路运营商骨干网的关键升级是骨干网管理器。
为了实现端到端切片，必须在无线电、核心和底层IP和光/微波传输网络领域实现。由于5G是一种在中央和边缘数据中心都运行的云原生技术，因此数据中心网络也必须支持该切片。
这需要一个切片编排器，它可以与上面提到的三个离散域中的网络元素对话并控制这些网络元素，这些网络元素在历史上从未连接过。片协调器必须与每个域中的控制器一起工作，以部署、监视和确保满足端到端的片性能。此外，使用各层的分离网络管理器和临时工具管理多层IP/光骨干网是一项艰巨的挑战，因为每层的信息都存储在自己的管理竖井中，没有协调。
为了实现5G切片，铁路运营商骨干网的关键升级是骨干网管理器。它的任务是与端到端片协调器一起支持端到端片。骨干网管理员作为传输片控制器，对IP层、光学层和微波层进行跨层管理。通过配备北向API，主干可以完全可编程以响应更改。例如，使用北向API，主干可以连接端到端5G切片编排器，并能够接收来自切片编排器的服务请求，预留资源来设置跨各个骨干域的路径，然后使用遥测技术主动测量切片是否按照新服务的要求执行。
图2:使用遥测技术实现闭环服务保证自动化切片优化。
如果遥测显示，例如在ATO的情况下，所需的延迟性能没有得到满足，那么它就会指示传输片控制器重新优化路径，以确保消除延迟。在传统的铁路运营商的主干中，这通常不会很容易或立即实现，因为运营商对IP/MPLS和光学/微波拓扑只有一个孤立的视图。因此，它需要大量的手工工作来识别和可视化穿越光学层的两个对等路由器之间的端到端路径。
同样，跨层骨干管理器解决了这个问题。它能够构建一个多层拓扑(使用LLDP snooping和流量计数)，并使用它来分析不同的路径，识别哪些共享相同的底层(失败)传输链路，哪些使用不同的链路。网络自动化用于分析这些不同的链路，并将切片切换到不同的(可用的)路径上。
时间同步
铁路运营商需要在其骨干中实施IEEE1588v2，这是一项最初为关键工业自动化设计的标准。
使用FRMCS/5G，需要时间同步。同步对铁路通信来说并不新鲜。沿着轨道的GSM-R基站一直需要一个频率基准来驱动射频载波。传统上，频率同步是使用同步物理链路(如T1/E1、DS3和OC-3/STM-1)上的线路定时来分布的。在基于IP/ mpls的骨干网中，同步以太网已成为分布频率同步的普遍手段。
但是，行计时不能演进到支持时间同步。铁路运营商需要在其骨干中实施IEEE1588v2，这是一项最初为关键工业自动化设计的标准。因此，骨干路由器需要支持高级1588v2功能，如主时钟(GMC)和边界时钟(BC)，以分发5G无线电基站所需的准确定时信息。此外，由于5G基站(5G术语为gNB)沿轨道部署，轨道交换机也需要支持BC功能。
图3:与云原生5G核心的云互联。
与云互联
如上所述，对互联网络至关重要的另外一个网络域是数据中心网络(或者IT术语中的结构)。这是通过使用数据中心网关实现的，它允许IP/MPLS与数据中心结构互连。它利用EVPN (Ethernet virtual private network)实现以太网层、IP层和BGP层的互通，使网络敏捷化，支持动态云计算。IP/MPLS还为分段路由提供了优雅的演进路径，为未来全面采用动态、弹性的基于云的数字轨道环境做好了准备。
数字铁路的未来
铁路运营商正在迎接数字列车到地面的未来。使用FRMCS/5G，他们将能够在整个运营过程中无线连接铁路人员、机车车辆、机器、应用程序和服务。5G故事的一个关键部分是更新现有的融合IP/MPLS骨干网，使用包括网络自动化、多层管理、时间同步分布和云互联在内的新功能。这一演变将使他们现有的网络在数字化的未来蓬勃发展，包括满足新的需求FRMCS / 5克．
汉森陈是IP产品营销经理在诺基亚，并特别关注数码产业和公共部门。他曾与全球关键基础设施网络运营商和电信服务提供商合作超过25年。
