5G切片技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)方面的應用研究

趙 輝

（公誠管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510670）

0 引言

伴隨著5G網(wǎng)絡和關(guān)鍵技術(shù)的迅速發(fā)展，給人們帶來了良好的寬帶體驗，并且提升了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)垂直發(fā)展能力。而隨著5G技術(shù)的廣泛運用，對于移動網(wǎng)絡的技術(shù)要求也將越來越多元化，而對于超高帶寬、超大面積網(wǎng)絡連接、超低時延等核心技術(shù)的創(chuàng)新將促使中國傳統(tǒng)垂直產(chǎn)業(yè)的技術(shù)核心生產(chǎn)作業(yè)模型及其經(jīng)營方法進行轉(zhuǎn)型，也促進了中國傳統(tǒng)垂直產(chǎn)業(yè)的決策與智能水平、運作效率得到進一步提高。通過對網(wǎng)絡切片的深入分析并且廣泛推廣，企業(yè)能夠針對不同的應用迅速地對其專屬的應用設(shè)備進行訂制。而目前，電力行業(yè)經(jīng)過改革構(gòu)建了當前急切需求的安全、穩(wěn)定、實時、快捷的先進通信技術(shù)體系，從而使得智能設(shè)備的信號獲取與狀態(tài)監(jiān)控得到了實現(xiàn)，也使得電力物聯(lián)網(wǎng)中的先進電能管理模式與現(xiàn)場作業(yè)方法得到激活。通過5G通信技術(shù)的應用，強化設(shè)備與用戶之間、用戶與用戶之間的信息傳遞，并以5G通信技術(shù)高效、安全作為支撐點，實現(xiàn)電力系統(tǒng)更為智能化、自動化的操控。

1 5G切片關(guān)鍵技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 5G切片關(guān)鍵技術(shù)

5G網(wǎng)絡切割技術(shù)是指在一個單獨的5G網(wǎng)絡基礎(chǔ)物理設(shè)備上，針對時延、寬帶、可靠性、安全等不同的業(yè)務要求，切割出若干個端到端的虛擬邏輯網(wǎng)絡，以便更靈活地適應不同的應用場合[1]。5G網(wǎng)絡切片技術(shù)的主要優(yōu)點包括。

（1）共用基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)資源，通過網(wǎng)絡即業(yè)務（NaaS，Network as a Service），利用虛擬網(wǎng)切片可達到較多的服務場景，將5G網(wǎng)絡切出多張?zhí)摂M網(wǎng)，每一種虛擬切片網(wǎng)絡都可獲得端到端的邏輯結(jié)構(gòu)上相對獨立的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)資料，并支撐著更多行業(yè)。

（2）切片分割，虛擬網(wǎng)絡技術(shù)內(nèi)部的各個切片之間的邏輯結(jié)構(gòu)是互不相關(guān)的，彼此互不產(chǎn)生影響，因此具有可分離性。互聯(lián)網(wǎng)之間的切片具有可靠性隔離、資源之間分開以及運行保護等方面的分割優(yōu)勢，這樣可以有效保障安全，真正做到了各個垂直業(yè)務、不同客戶、不同場景、不同服務間的邏輯分離與安全分離。

（3）網(wǎng)絡功能按需要定制，按需要調(diào)配網(wǎng)絡資源，可靈活添加各類應用和海量服務，從而降低成本，提高網(wǎng)絡資源的效率，價格也比高等。按需求進行分布式部署，以實現(xiàn)將多種業(yè)務網(wǎng)絡切片混合組建，并統(tǒng)籌運維，從而避免為每一種業(yè)務分別建立一種專門的物理網(wǎng)絡，從而有效減少了投資性支出和運營成本[2]。

（4）獨立的網(wǎng)絡切片具備端到端的完整結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)與軟件功能完整，軟硬件系統(tǒng)解耦，并具備高度可編程特性。所有互聯(lián)網(wǎng)切片都必須包括無線接入網(wǎng)、傳送網(wǎng)和核心網(wǎng)絡，還包括第三方的應用，這樣確保了端到端的質(zhì)量協(xié)作。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

最原始的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是為所有需要聯(lián)網(wǎng)的物品配備傳感器設(shè)備，并進行數(shù)據(jù)收集，進而將這些數(shù)據(jù)經(jīng)由通信網(wǎng)絡傳輸至某一數(shù)據(jù)收集中心（例如數(shù)據(jù)管理分析平臺），并進行對該物品的檢測和數(shù)據(jù)分析，以最終輔助進行管理性決策[3]。這些傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)信息流動方式通常是單程的，即從被鏈接的實體設(shè)備到信息采集中樞。近年來，物聯(lián)網(wǎng)的概念已在各個產(chǎn)業(yè)得以深入普及與運用，并培育了更加多元化的應用。現(xiàn)代智能家居也是一個較為常見的物聯(lián)網(wǎng)形式，和初期信息單方面流通的傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)形式不同，現(xiàn)代智能家居可以既收集供電裝置運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，也可以直接向相關(guān)的裝置下發(fā)運行命令，從而完成對電器設(shè)備的實時控制。這些以現(xiàn)代智能家居為代表的應用實現(xiàn)了信息的雙向流通，并融合了人和人工智能的大數(shù)據(jù)分析和管理，從而提高了對接入物品的監(jiān)測和管理。

物聯(lián)網(wǎng)常被稱作第三次產(chǎn)業(yè)革命，且此次革命具有新興化的表現(xiàn)。在社會生活中，人們早已接受物聯(lián)網(wǎng)的原理，即通過不同射頻完善信息識別及傳感功能，并就原設(shè)定好的網(wǎng)絡協(xié)議完成相應主體及其余物體間的關(guān)聯(lián)，在該協(xié)約下，可以不受時間地點的約束，在信息技術(shù)這一空間下就可以完成內(nèi)容的交替與轉(zhuǎn)換。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以體現(xiàn)在激光掃描、二維碼識別、定位等方式，完善智能化的應用，并對智能化內(nèi)容做出相應的決策[4]。綜上所述，可以將物聯(lián)網(wǎng)作為網(wǎng)絡發(fā)展的一部分，是其發(fā)展的一種延伸形式。要進行5G通信網(wǎng)路和電力網(wǎng)的聯(lián)合模擬，就必須研發(fā)新一代的串聯(lián)模擬方案和軟件。在未來電力物聯(lián)網(wǎng)中，所連萬物都將是十分復雜的多級或多個對象的模式，而傳統(tǒng)的小規(guī)?？刂坪蛢?yōu)化計算并不能實現(xiàn)如此廣域控制，所以需要研發(fā)更高級的分層、分布式等優(yōu)化計算，實現(xiàn)對如此海量對象的及時最優(yōu)控制，使所連萬物彼此協(xié)同。電力物聯(lián)網(wǎng)還需要為分散的各種型號的5G網(wǎng)絡基站提供安全可靠的供電保證。

2 智能電網(wǎng)中電力系統(tǒng)5G切片業(yè)務需求及問題

未來的中國智慧電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，將形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、廣泛互連、高度智慧、開放互動的電力網(wǎng)絡，能夠高效保障新能源與分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)供電的廣泛銜接，大電網(wǎng)、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)均與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等交錯互通，發(fā)、輸、轉(zhuǎn)、配、用、調(diào)等各環(huán)節(jié)都實現(xiàn)了高度智能，這樣可以更好地滿足用戶與電網(wǎng)的雙方交互，滿足不同電網(wǎng)并網(wǎng)情況和客戶服務的個性化要求。

通過在電力系統(tǒng)中對無線通信的潛在需求進行大數(shù)據(jù)分析和調(diào)研，5G切片未來最主要的業(yè)務需求來自于以下幾個方面[5]。

（1）為了滿足更安全、更高效的時延要求，使用URLLC切片技術(shù)與工業(yè)級下行服務技術(shù)相適應，如毫秒級的精準負載管理模式、智能分布式供電，以及主動配電網(wǎng)差動保護技術(shù)等。

（2）對海量物聯(lián)端口的連接要求的解決，通過mMTC海量連接切片與采集類的上行鏈接服務，如智慧洗車充電樁/站、低壓供電信號的收集，以及分布式電源接入等。

（3）為了滿足高清視頻的數(shù)據(jù)回傳需求，這里可以利用eMBB技術(shù)增強帶寬來進行切片，以便完善高清視頻數(shù)據(jù)的回傳業(yè)務，如變電所工程自動化智能機器人巡檢、無人機遠程巡檢、AR遠程監(jiān)測，包括輸變電運行線路狀況監(jiān)測等業(yè)務。

（4）為了滿足高清語音的通信要求，必須通過Voice語音切片技術(shù)，以及滿足更高質(zhì)量、更方便快捷、更高品質(zhì)等方面要求的專一語音通信模式。

通過比較電力行業(yè)的技術(shù)特點和對發(fā)電行業(yè)內(nèi)各部分的網(wǎng)絡要求可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的2G、3G、4G通信技術(shù)雖然可以在一定程度上適應設(shè)備應用要求和行業(yè)發(fā)展需要，但同時也暴露出了一些技術(shù)方面問題。

一方面，由于網(wǎng)絡設(shè)備技術(shù)更新?lián)Q代的速率較快，電力物聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡速率的需求也變高；另一方面，以線纜和光纖為主要傳輸載體仍然存在50～100 ms的互聯(lián)網(wǎng)傳輸時延，而這樣巨大的網(wǎng)絡延時，將導致實時自動智慧巡查等電力物聯(lián)網(wǎng)的即時監(jiān)控技術(shù)根本無法有實質(zhì)性推廣。

擁有超低時延、大寬帶、海量接入，以及多場景接入等多種能力的5G通信網(wǎng)絡，將憑借其網(wǎng)絡切片中的虛擬物邏輯隔離模式，更加符合新形勢下和未來電網(wǎng)感知與智能物互聯(lián)方式的發(fā)展趨勢，有效支撐著云邊協(xié)同的電力物互聯(lián)智能提升。

3 5G切片技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應用與智能化管理

（1）切片和電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務方面的聯(lián)系。在深入分析二者之間關(guān)系時，還需要及時全面掌握電網(wǎng)系統(tǒng)的主要成分，并從大電流走向角度出發(fā)，進而剖析5G切片與電網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務之間的關(guān)聯(lián)。我國電網(wǎng)系統(tǒng)的具體工作過程大多為發(fā)電、輸電、變電、配電等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和內(nèi)容，在有效處理存在問題的情況下，還需要根據(jù)我國電網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)實需要，開展全面研究，進而開發(fā)出更加有力的支撐技術(shù)，并根據(jù)當前市場現(xiàn)實需要加以匯總、綜合，采用更加精準化的電路系統(tǒng)控制技術(shù)，可以保障電力系統(tǒng)運行中，實現(xiàn)智能化配置電網(wǎng)系統(tǒng)的功能。

數(shù)據(jù)分析研究表明，在實際工作中，物聯(lián)網(wǎng)終端能海量接入的技術(shù)需求較大，而電力系統(tǒng)信息采集管理也是如此。為有效解決當前面臨的技術(shù)問題，研究人員需要分析數(shù)據(jù)切片的時間，加強數(shù)據(jù)采集強度，確保5G數(shù)據(jù)切片在實際信息收集管理工作中，能夠在分布式接入工作狀態(tài)下具有更優(yōu)效果。其次，還需要根據(jù)視頻回傳特點，創(chuàng)新和豐富工作模型。

（2）切片和電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的聯(lián)系。為保證分布式供電智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計工作效率，并且實現(xiàn)更優(yōu)秀的設(shè)計作業(yè)成績，在實踐研究過程中，首先必須強調(diào)其獨立的運營能力，并同樣朝著高質(zhì)量工作方面應用和發(fā)揮。其次必須保證網(wǎng)絡通信業(yè)務的整體品質(zhì)，才能較大程度地適應供電管理工作的現(xiàn)實需要，并以此為切合點進行產(chǎn)品設(shè)計管理工作。再次，還需要逐步豐富電力系統(tǒng)的各種功能流程設(shè)計操作管理環(huán)節(jié)。在實踐過程中，還需要融入網(wǎng)絡切片原則，這樣既可以實現(xiàn)切片環(huán)節(jié)，對于其功能性也沒有任何影響，進而在完善和優(yōu)化其相關(guān)技術(shù)場景的同時，將網(wǎng)絡系統(tǒng)本身的延時性、安全性、供電容量等技術(shù)參數(shù)也要融入其中，這樣才能達到預期改進要求。在實際應用的過程中需要考慮真實情況，做出符合實際需要的部署，在應用數(shù)據(jù)資源的時候，可以依照市場的需要以及SLA方面的能力，進一步實現(xiàn)對資源信息的科學高效使用。在電力企業(yè)在其實際發(fā)展的過程中還要對其進行完善，以求達到資源的更高的利用效率，這樣才能實現(xiàn)企業(yè)的效益最大化，才符合企業(yè)的發(fā)展要求。

4 結(jié)束語

通過對5G切片技術(shù)的開發(fā)與使用，企業(yè)可以將其垂直服務范圍進行擴展，從而讓互聯(lián)網(wǎng)變得更為敏捷靈活性，以資源共享的方法進行基礎(chǔ)建設(shè)，使網(wǎng)絡資源效益提高；而在電力物聯(lián)網(wǎng)中，各個業(yè)務的不同技術(shù)可通過使用不同切片功能加以保證；通過靈活開放的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)體系，獲得相對自主的經(jīng)營實力，個性化服務能力也得以迅速增強，使服務市場的擴張能力獲得巨大提升。■