5G切片技術(shù)及在智能電網(wǎng)的應(yīng)用研究

王坦

【摘要】第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th-Generation， 5G）建設(shè)迎來爆發(fā)，當(dāng)前5G最迫切要解決的是如何與行業(yè)深度融合，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新。要完成融合創(chuàng)新需要政策、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)等多方面合力推動(dòng)，5G可以發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)切片的技術(shù)優(yōu)勢，而智能電網(wǎng)發(fā)展迫切需要構(gòu)建安全可信、接入靈活、實(shí)時(shí)互動(dòng)的泛在全接入網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入、承載、安全及端到端的自主可控。本文聚焦5G切片技術(shù)、以及智能電網(wǎng)的核心場景分析，重點(diǎn)闡述切片與智能電網(wǎng)場景結(jié)合的應(yīng)用研究。

【關(guān)鍵詞】5G;切片;智能電網(wǎng);解決方案

1. 前言

5G之前的移動(dòng)通信重點(diǎn)瞄準(zhǔn)個(gè)人用戶，重點(diǎn)解決帶寬提升、互聯(lián)網(wǎng)寬帶等問題。時(shí)至今日，連接流量紅利已逐步消失。5G需要新的業(yè)務(wù)創(chuàng)新點(diǎn)，而業(yè)界均把創(chuàng)新點(diǎn)指向垂直行業(yè)應(yīng)用及業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新。移動(dòng)通信也日益開放面向各行各業(yè)，共同創(chuàng)造更大價(jià)值。

2. 5G技術(shù)背景及優(yōu)勢

相比4G，5G可以提供更多的業(yè)務(wù)場景，真正實(shí)現(xiàn)萬物智能互聯(lián)。5G主要采取了更大的頻譜寬度（100MHz），引入高階調(diào)制、大規(guī)模天線技術(shù)等手段，可以提供更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)承載能力。5G引入了SDN、NFV等技術(shù)，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能可以對(duì)外開放，更好支撐行業(yè)對(duì)公網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)維管理。同時(shí)利用5G的切片技術(shù)，可以為每個(gè)行業(yè)虛擬出一個(gè)“無線專網(wǎng)”，進(jìn)行更高強(qiáng)度的安全隔離，可以定制化的分配資源，同時(shí)具有更高的安全性、可靠性、靈活性。

3. 5G切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片（Network Slice，NS）是指運(yùn)營商在一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施之上切分出多個(gè)端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都包含邏輯上隔離的接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)，每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)應(yīng)不同的服務(wù)請(qǐng)求。根據(jù)時(shí)延、帶寬等不同特性，靈活應(yīng)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)場景，適配各類服務(wù)的不同需求。

網(wǎng)絡(luò)切片是基于云計(jì)算、SDN、服務(wù)化架構(gòu)等技術(shù)群而實(shí)現(xiàn)的，它并不是一種獨(dú)立的技術(shù)。通過上層統(tǒng)一的編排可以讓網(wǎng)絡(luò)擁有管理、協(xié)同的能力，從而實(shí)現(xiàn)基于一個(gè)通用的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)，同時(shí)能夠支持多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的功能。5G網(wǎng)絡(luò)切片管理總體架構(gòu)如下圖所示：

切片管理架構(gòu)從上到下包含三層：通信服務(wù)管理功能（CSMF）、網(wǎng)絡(luò)切片管理功能（NSMF）、網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能（NSSMF）。

5G網(wǎng)絡(luò)切片可以充分利用SDN、NFV的云化基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)業(yè)務(wù)需求的差異化靈活匹配，是信息通信行業(yè)與其他行業(yè)連接的利器，除了應(yīng)用于eMBB、mMTC、uRLLC三大5G應(yīng)用場景，還具備可定制、可測量、可交付、可計(jì)費(fèi)的特性。運(yùn)營商同時(shí)可以進(jìn)一步將切片相關(guān)能力開放，打造網(wǎng)絡(luò)切片即服務(wù)的商業(yè)模式，更好滿足行業(yè)客戶需求，而行業(yè)客戶也無需自建專網(wǎng)，即可方便、快捷的使用5G網(wǎng)絡(luò)，快速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。

4. 5G智能電網(wǎng)應(yīng)用場景

我國的智能電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)配電側(cè)和用戶側(cè)的智能化提升，注重發(fā)輸變系統(tǒng)的智能化建設(shè)。圍繞發(fā)輸變配用的各環(huán)節(jié)，未來的發(fā)展趨勢包括：清潔友好的發(fā)電、安全高效的輸變電、靈活可靠的配電、多樣互動(dòng)的用電、智慧能源及能源互聯(lián)網(wǎng)。

智能電網(wǎng)無線通信的應(yīng)用場景可以分為控制、采集兩大類。其中控制類包含分布式配電自動(dòng)化、精確負(fù)荷控制、分布式能源調(diào)控等，采集類包括低壓集抄、智能電網(wǎng)兩大視頻類應(yīng)用。

5. 網(wǎng)絡(luò)切片在智能電網(wǎng)的解決方案

基于電力行業(yè)的需求及網(wǎng)絡(luò)切片的理念，面向電力的端到端切片解決方案如下圖所示：

（1） 電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò)切片隔離方案：

主要包括兩大維度，電力及其他行業(yè)及個(gè)人用戶通信業(yè)務(wù)之間的隔離，以及電力自身不同分區(qū)之間的隔離?？梢詮慕尤刖W(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)三個(gè)層面定制不同的隔離方案。

1） 接入網(wǎng)隔離方案：可劃分我3部分：空口/射頻、基帶處理、高層協(xié)議棧;

在空口頻譜資源使用上，電力業(yè)務(wù)與運(yùn)營商其他業(yè)務(wù)共享頻譜資源，采用想聽的上下行配比。所有業(yè)務(wù)在時(shí)域和頻域都可進(jìn)行動(dòng)態(tài)按需調(diào)整。uRLLC和eMBB可以共享頻段，通過不同的物理層參數(shù)、調(diào)制編碼方案、調(diào)度方案等達(dá)成差異化時(shí)延、可靠性的目標(biāo)。

高層協(xié)議棧功能具備靈活的隔離架構(gòu)，它既可以共享，又可以對(duì)電力不同區(qū)域或類的業(yè)務(wù)按需調(diào)整。

為優(yōu)先保障電力業(yè)務(wù)中優(yōu)先級(jí)較高類業(yè)務(wù)，確有需要時(shí)，運(yùn)營商可以為電力配置特定的搶占策略，避免其他業(yè)務(wù)影響。

2） 傳輸網(wǎng)隔離方案：無線接入網(wǎng)（RAN）與核心網(wǎng)（CN）之間的回傳網(wǎng)絡(luò)連接可以用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)成更好的終端到終端（E2E）切片配合效果。硬隔離基于TDM時(shí)隙交叉實(shí)現(xiàn)，軟隔離基于WLAN和QoS實(shí)現(xiàn)，支持靈活的業(yè)務(wù)區(qū)分。

3） 核心網(wǎng)隔離方案：3GPP標(biāo)準(zhǔn)已明確，核心網(wǎng)在邏輯功能上嚴(yán)格隔離，區(qū)分切片，每個(gè)切片有專門功能，每個(gè)切片都只能訪問本切片的會(huì)話數(shù)據(jù)。

（2） 電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片可靠性保障方案

傳輸為電力業(yè)務(wù)切片提供硬管道，保護(hù)業(yè)務(wù)傳輸不受其他業(yè)務(wù)影響，運(yùn)營商的核心網(wǎng)和回傳部分的傳輸通道可采用備份機(jī)制，支持主備用通道間無損遷移。通過部署實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中多項(xiàng)指標(biāo)聯(lián)合分析，檢測不同類別的異常場景，進(jìn)行故障隔離、快速恢復(fù)。另外還可以在基礎(chǔ)覆蓋能力上按需增強(qiáng)。如可以多頻段交疊組網(wǎng)，保證通信。

（3） 電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片能力開放方案

電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片由公網(wǎng)運(yùn)營商，向電網(wǎng)企業(yè)提供定制的可選菜單。運(yùn)營商針對(duì)電力的業(yè)務(wù)訂購，轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)語言進(jìn)行切片部署，且部署過程是透明的，運(yùn)營商可把切片實(shí)時(shí)狀態(tài)開發(fā)給電網(wǎng)企業(yè)，電網(wǎng)企業(yè)可根據(jù)切片運(yùn)行狀態(tài)及不同分區(qū)的業(yè)務(wù)需求，為各單位提供高強(qiáng)度安全隔離、定制化分配資源，差異化切片服務(wù)，從而形成行業(yè)切片運(yùn)行閉環(huán)管理。圍繞電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片定制、部署、運(yùn)營三環(huán)節(jié)，運(yùn)營商逆向電力行業(yè)用戶開放的切片管理能力包括切片定制設(shè)計(jì)、切片規(guī)劃與部署、切片運(yùn)行監(jiān)控等。

6. 結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)切片主要面向電力生產(chǎn)控制，有嚴(yán)格的安全隔離要求，且現(xiàn)有無線公網(wǎng)解決不了的問題。主要為配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、配網(wǎng)自動(dòng)化三遙、用電負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)（精準(zhǔn)負(fù)控）、高級(jí)計(jì)量等，為滿足不同業(yè)務(wù)的承載需求，運(yùn)營商需對(duì)5G基站接入層、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)資源進(jìn)行端到端持續(xù)優(yōu)化，提供網(wǎng)絡(luò)切片定制、規(guī)劃、部署服務(wù)。5G智能電網(wǎng)解決方案，可以逐步完善5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃，并為其他行業(yè)推廣提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，未來發(fā)展空間無限。

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