文/夏旭 朱雪田，中國(guó)電信研究院，中興通訊技術(shù)
與第4代移動(dòng)通信（4G）技術(shù)等傳統(tǒng)意義上的通信網(wǎng)絡(luò)有所不同，第5代移動(dòng)通信（5G）技術(shù)，是一個(gè)全面深入的融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，代表著對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的融合以及新技術(shù)集成接入后的總稱。5G融合網(wǎng)絡(luò)通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)的不斷革新發(fā)展和更高標(biāo)準(zhǔn)的制定達(dá)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高級(jí)別新型網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量目標(biāo)，滿足人們對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)更高層次的需求，使人與人、人與物、物與物更加安全、快捷、高速地連接在一起。在以能源互聯(lián)網(wǎng)為代表的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，信息化正在開啟以數(shù)據(jù)的深度挖掘和融合應(yīng)用為主要特征的智能化階段，這也與5G技術(shù)發(fā)展相契合。以5G為代表的先進(jìn)信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景。能源互聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)的深度結(jié)合，尤其是電信運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行深度融合，形成電網(wǎng)與電信的優(yōu)劣勢(shì)互補(bǔ)，有效促進(jìn)資源集約化利用，將傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉葱畔屑~，創(chuàng)建能源與信息共享互濟(jì)、融合創(chuàng)新的新業(yè)態(tài)。
1 能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和挑戰(zhàn)
在能源互聯(lián)網(wǎng)中，通信技術(shù)是能源合理調(diào)配的前提和實(shí)現(xiàn)保障，能夠促進(jìn)未來(lái)新應(yīng)用和服務(wù)的產(chǎn)生。隨著各領(lǐng)域新技術(shù)的快速發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展、建設(shè)過(guò)程中遇到了一些新趨勢(shì)和新機(jī)遇，為能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
（1）新能源。為應(yīng)對(duì)全球變暖，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，迫切需要發(fā)展可再生能源發(fā)電?？稍偕茉窗l(fā)電的大量并網(wǎng)將給電網(wǎng)運(yùn)行、管理帶來(lái)新的挑戰(zhàn)：一方面，可再生能源發(fā)電的間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，給電網(wǎng)功率平衡、運(yùn)行控制帶來(lái)困難；另一方面，分布式能源（DER）的深度滲透使配電網(wǎng)由功率單向流動(dòng)的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)楣β孰p向流動(dòng)的有源網(wǎng)絡(luò)。
（2）新用戶。隨著新能源電動(dòng)車的快速發(fā)展，電動(dòng)車充電容量需求十分客觀，為更好對(duì)需求側(cè)進(jìn)行管理（例如削峰填谷），用電管理可以采用新的模式。例如，充電車充電可以由傳統(tǒng)的在設(shè)備接通時(shí)用電，變?yōu)槌潆姇r(shí)間可選的互動(dòng)式用電。
（3）新要求。新設(shè)備新場(chǎng)景的出現(xiàn)對(duì)用電質(zhì)量提出更高的要求。例如，一些高科技數(shù)字設(shè)備要求供電的“零中斷”。另一方面，從電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)角度對(duì)資產(chǎn)利用效率的要求也在逐步提高，如提高設(shè)備利用率、減低容載比、減少線損等，需要對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷與供電進(jìn)行更精確的調(diào)整。
（4）新業(yè)務(wù)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，隨著分布式能源接入、電動(dòng)汽車服務(wù)、用電信息采集、配電自動(dòng)化、用戶雙向互動(dòng)等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，各種傳感器組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要服務(wù)無(wú)處不在的采集、傳輸，迫切需要實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠、高效的新興通信技術(shù)及系統(tǒng)支撐，新的電力服務(wù)和交易平臺(tái)更需要優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)保證。
2、 5G 在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分析
能源互聯(lián)網(wǎng)作為典型的垂直行業(yè)的代表對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了新的業(yè)務(wù)需求。能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)多樣性決定了其通信網(wǎng)絡(luò)需要支撐功能靈活可編排、保障高可靠高隔離、提供毫秒級(jí)超低時(shí)延等極致通信能力的網(wǎng)絡(luò)。5G由于具備“低時(shí)延、高可靠、大連接、高安全”等優(yōu)勢(shì)，有希望成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要通信手段之一。5G系統(tǒng)的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、高可靠低時(shí)延（uRLLC）、海量機(jī)器類通信（mMTC）3大基礎(chǔ)能力將有助于激發(fā)電力運(yùn)行新型作業(yè)方式和用電服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)智能化升級(jí)，促進(jìn)電力新興業(yè)務(wù)發(fā)展。
從能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)特征和業(yè)務(wù)屬性來(lái)看，能源互聯(lián)網(wǎng)在5G典型應(yīng)用場(chǎng)景主要分為以下2大類（具體如表 1 所示）：
（1）uRLLC 工業(yè)控制類業(yè)務(wù)，具體可包括智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制。
（2）m MTC 信息采集類業(yè)務(wù)，具體可包括低壓用電信息采集、智能分布式電源。
在這 2 大類最典型的 5G 能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之外，還存在著 eMBB（無(wú)人機(jī)器人高清巡檢）和專網(wǎng)基礎(chǔ)通信業(yè)務(wù)（辦公園區(qū)移動(dòng)辦公）等 5G 需求。
2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)切片
5G推出網(wǎng)絡(luò)切片來(lái)應(yīng)對(duì)垂直行業(yè)多樣化網(wǎng)絡(luò)連接需求。5G網(wǎng)絡(luò)切片能夠?yàn)椴煌怪毙袠I(yè)提供差異化、相互隔離、功能可定制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)客戶化定制的網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計(jì)、部署和運(yùn)維，在功能場(chǎng)景和設(shè)計(jì)方案可進(jìn)行獨(dú)立裁剪。5G網(wǎng)絡(luò)切片是在一個(gè)通用硬件基礎(chǔ)上虛擬出多個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有不同網(wǎng)絡(luò)功能，適配不同類型服務(wù)需求。5G網(wǎng)絡(luò)切片具備了“端到端網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）、業(yè)務(wù)隔離、網(wǎng)絡(luò)功能按需定制、自動(dòng)化”的典型特征，它能使通信服務(wù)運(yùn)營(yíng)商動(dòng)態(tài)的分配網(wǎng)絡(luò)資源、提供網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（NaaS），同時(shí)也為行業(yè)客戶帶來(lái)更敏捷的服務(wù)、更強(qiáng)的安全隔離性和更靈活的商業(yè)模式。
5G網(wǎng)絡(luò)切片包括切片設(shè)計(jì)、部署使能、切片運(yùn)行、閉環(huán)優(yōu)化、運(yùn)維、能力開放等。為了保證切片的敏捷的特征和業(yè)務(wù)獨(dú)特性，切片可以定制化設(shè)計(jì)，包括切片的模版設(shè)計(jì)（GST）和實(shí)例化設(shè)計(jì)。模版設(shè)計(jì)階段通過(guò)通信服務(wù)管理功能（CSMF）、切片管理功能（NSMF）和子切片管理功能（NSSMF）進(jìn)行協(xié)同（能力通報(bào)、能力分解和能力匹配）。如表2，組裝出一個(gè)端到端切片的模板，在測(cè)試床對(duì)模板進(jìn)行驗(yàn)證，以保證其能夠達(dá)到預(yù)想的網(wǎng)絡(luò)能力。在切片實(shí)例化設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)具體訂單需求觸發(fā)：當(dāng)租戶需要使用網(wǎng)絡(luò)切片時(shí)，可以選用預(yù)置的切片模板或進(jìn)一步定制的模版，并通過(guò)CSMF、NSMF和NSSMF逐層確認(rèn)部署信息，如表2中進(jìn)行的實(shí)例化部署，則產(chǎn)生一個(gè)可用的切片網(wǎng)絡(luò)。
CSMF：通信服務(wù)管理功能
E2E：端到端
NSI：網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例
NSMF：切片管理功能
NSSI：網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)實(shí)例
NSSMF：子切片管理功能
2.2 5G 及電力切片應(yīng)用實(shí)踐
基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)智能數(shù)字電網(wǎng)，選取配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、配電自動(dòng)化、用電信息采集、配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)物ID、智能巡檢、視頻監(jiān)測(cè)控制等典型業(yè)務(wù)，并從網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、傳輸距離及終端密度、安全可靠性、協(xié)議接口等維度分析業(yè)務(wù)需求，提出高適配性的端到端網(wǎng)絡(luò)切片方案和試驗(yàn)驗(yàn)證方案，以更好地建設(shè)5G內(nèi)、外場(chǎng)驗(yàn)證環(huán)境，驗(yàn)證5G網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)切片、安全及業(yè)務(wù)承載性能，并探索網(wǎng)絡(luò)切片租賃、基站共建共享等創(chuàng)新商業(yè)模式，從而為5G技術(shù)深入應(yīng)用于能源、電力行業(yè)提供支撐。
（1）中國(guó)移動(dòng)在上海臨港開展了基于5G網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)同步相量測(cè)量（PMU）應(yīng)用研究與驗(yàn)證工作。配電網(wǎng)PMU的通信需求包括通信頻次高、延時(shí)要求小、數(shù)據(jù)多樣性等。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，端到核心網(wǎng)通信回環(huán)時(shí)延10 ms以內(nèi)；通過(guò)外場(chǎng)業(yè)務(wù)掛網(wǎng)測(cè)試，初步驗(yàn)證了5G網(wǎng)絡(luò)滿足配網(wǎng)PMU業(yè)務(wù)低時(shí)延、高可靠性要求。
（2）中國(guó)電信在雄安新區(qū)開展基于5G網(wǎng)絡(luò)的電力業(yè)務(wù)適配性試點(diǎn)驗(yàn)證工作，選取配電自動(dòng)化、用電信息采集業(yè)務(wù)進(jìn)行了業(yè)務(wù)承載性能測(cè)試。在3.5GHz、4.9GHz兩個(gè)公網(wǎng)5G頻段，通信速率上行最大為467.9Mbit/s，通信端到端平均時(shí)延為13~27ms，配電自動(dòng)化遙控響應(yīng)時(shí)間23ms，用電信息采集召測(cè)響應(yīng)時(shí)間671ms，滿足業(yè)務(wù)承載需求。
（3）國(guó)家電網(wǎng)在河南官渡變電站建成中國(guó)首個(gè)500kV高壓變電站5G測(cè)試站，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)成功實(shí)現(xiàn)了變電站與省電力公司的遠(yuǎn)程高清視頻交互。這是中國(guó)500kV級(jí)以上高壓/特高壓變電站首次使用5G技術(shù)，驗(yàn)證了5G網(wǎng)絡(luò)在高電磁復(fù)雜環(huán)境下的大帶寬業(yè)務(wù)特性和高可靠性，現(xiàn)場(chǎng)單用戶實(shí)測(cè)速率達(dá)到400Mbit/s以上。5G還能用于電力無(wú)人機(jī)巡線、變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制、變電站機(jī)器人巡檢、遠(yuǎn)程移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)控制等新型運(yùn)維業(yè)務(wù)，支撐變電站監(jiān)測(cè)控制、作業(yè)、安防等業(yè)務(wù)向智能化、可視化、高清化升級(jí)。
（4）中國(guó)電信在南京完成了業(yè)界首個(gè)基于真實(shí)電網(wǎng)環(huán)境及最新第三代合作伙伴計(jì)劃
（3GPP）標(biāo)準(zhǔn)5G 獨(dú)立組網(wǎng)（SA）網(wǎng)絡(luò)的電力切片測(cè)試，利用5G網(wǎng)絡(luò)的毫秒級(jí)低時(shí)延能力，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片的SLA保障，提升了在突發(fā)電網(wǎng)負(fù)荷超載情況下對(duì)末端小顆粒度負(fù)荷單元的精準(zhǔn)管理能力。測(cè)試初步驗(yàn)證了核心網(wǎng)切片應(yīng)用可行性，經(jīng)實(shí)測(cè)端到端平均時(shí)延為37 ms。5G切片可以滿足精準(zhǔn)負(fù)荷控制50ms的端到端平均時(shí)延要求。
在配電、用電環(huán)節(jié)，5G網(wǎng)絡(luò)切片能在現(xiàn)有的光纖專網(wǎng)的基礎(chǔ)上形成低成本、高質(zhì)量的補(bǔ)充解決方案，在智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)電網(wǎng)負(fù)荷控制、低壓用電信息采集等典型場(chǎng)景下發(fā)揮重要作用。
3 5G 在能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)可行性思考
5G電力切片的研究，從能源互聯(lián)網(wǎng)的新型作業(yè)方式和服務(wù)模式出發(fā)，立足新型業(yè)務(wù)需求，尋求更加實(shí)時(shí)可靠、高效安全的通信網(wǎng)絡(luò)支撐，從而使得能源通信運(yùn)營(yíng)更智能、能源企業(yè)更智慧、能源用戶更便捷。馬斯洛模式給出了不同的行業(yè)對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)切片存在著 3 層不同的需求。具體以智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)客戶的業(yè)務(wù)需求而言。
（1）第 1 層是針對(duì)服務(wù)質(zhì)量（QoS）和 SLA 的保障需求。例如，電力行業(yè)的要求是希望哪怕在春節(jié)搶紅包的流量高峰期也能保證電力業(yè)務(wù)百分之百地按照所承諾的QoS和SLA運(yùn)作。為了匹配這個(gè)需求，就要求提供端到端跨接入、傳輸、核心網(wǎng)的端到端質(zhì)量協(xié)同和保障方案。
（2）第2層是業(yè)務(wù)隔離需求。電網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)隔離要求非常高，在內(nèi)部劃分了一二區(qū)、三四區(qū)，橫向要做到雙向隔離。因此在接入側(cè)，可以提供基于區(qū)域/時(shí)域/頻域的隔離方案；在傳輸側(cè)，可以提供類似于 Flex-e、軟件定義分組傳送網(wǎng)（SPTN）、軟硬交叉、專有通道等不同的隔離方式；在核心網(wǎng)側(cè)，基于全虛擬化的架構(gòu)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)基于虛機(jī)容器等不同層級(jí)和顆粒的隔離體制。
（3）第3層是獨(dú)立運(yùn)維管理的需求。這是電網(wǎng)作為一個(gè)大型的代表性行業(yè)所具有的典型差異化客戶需求。電網(wǎng)客戶認(rèn)為購(gòu)買了運(yùn)營(yíng)商對(duì)應(yīng)的切片資源，能對(duì)所購(gòu)買的切片資源做到可視化的透明管理，對(duì)運(yùn)營(yíng)商提供的切片資源能夠依據(jù)所承諾的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）核實(shí)和驗(yàn)證。因此，運(yùn)營(yíng)商針對(duì)電網(wǎng)的需求，對(duì)切片模板進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計(jì)：一鍵式的網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)端到端網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。在這 3 層需求之外，電網(wǎng)客戶對(duì) 5G 安全和可靠也提出了等同于準(zhǔn)軍事級(jí)別的要求，在 5G 安全和可靠性方面進(jìn)行了定制開發(fā)和增強(qiáng)。
未來(lái)，影響5G網(wǎng)絡(luò)成功的因素，不僅有技術(shù)還有商業(yè)模式。根據(jù)案例，我們總結(jié)了未來(lái)3種潛在的商業(yè)模式。而未來(lái)到底哪一種模式可行，又或會(huì)不會(huì)產(chǎn)生新的商業(yè)模式，也將是后續(xù)持續(xù)探索的焦點(diǎn)。
（1）標(biāo)準(zhǔn)模式，即運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一建設(shè)端到端的5G網(wǎng)絡(luò)，電力企業(yè)或其他垂直行業(yè)根據(jù)業(yè)務(wù)需求租用其中的一片或是多片，并由運(yùn)營(yíng)商提供管道和增值服務(wù)。
（2）混合租賃模式，即公網(wǎng)和專網(wǎng)結(jié)合的模式。電力企業(yè)會(huì)從成本考慮，選擇租用最復(fù)雜、投入最大、維護(hù)最困難的運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，包含基站和核心網(wǎng)。同時(shí)，為了滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片資源的可視化透明管理訴求，電力企業(yè)將自新建獨(dú)立的管理面。電力企業(yè)已具有良好的光纖傳輸專網(wǎng)覆蓋，因此從成本節(jié)約的角度，會(huì)考慮盡可能利用現(xiàn)有的傳輸專網(wǎng)的資源，形成與運(yùn)營(yíng)商的5G切片混合組網(wǎng)模式。
（3）托管模式，即電力企業(yè)在拿到5G頻譜資源的前提下，出資自建獨(dú)立專用、資源專享的5G專網(wǎng)，同時(shí)為了節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本（OPEX），也充分利用運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方面經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢(shì)，把5G專網(wǎng)切片托管給運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行運(yùn)維管理。
當(dāng)前，全球電信運(yùn)營(yíng)商正在加大試驗(yàn)5G賦能行業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的力度?？紤]到當(dāng)前的商業(yè)模式以及現(xiàn)行的技術(shù)瓶頸，大型的公用設(shè)施企業(yè)常采用專有長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）網(wǎng)絡(luò)，利用5G及網(wǎng)絡(luò)切片來(lái)解決和滿足大型的公用設(shè)施企業(yè)對(duì)于通信的急切需求，但是挑戰(zhàn)在于5G切片只能在5G獨(dú)立組網(wǎng)（SA）下才能支持。除能源互聯(lián)網(wǎng)，5G也可能徹底改革智慧城市、無(wú)人駕駛和工業(yè)自動(dòng)化。5G和垂直行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合后，將在運(yùn)營(yíng)商和不同的垂直行業(yè)間創(chuàng)造雙贏的關(guān)系，產(chǎn)生巨大的商業(yè)價(jià)值。
4 結(jié)束語(yǔ)
在全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的背景下，從5G在能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐中的分析可見(jiàn)：各種場(chǎng)景的業(yè)務(wù)差異體現(xiàn)在不同的5G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求上。運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商應(yīng)針對(duì)行業(yè)客戶的特定指標(biāo)要求，進(jìn)一步量化5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標(biāo)和架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括使用確定化的高質(zhì)量5G行業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)切片，以滿足安全性、業(yè)務(wù)隔離、端到端業(yè)務(wù)時(shí)延的嚴(yán)格要求，提供以能源電力行業(yè)為代表的完整5G網(wǎng)絡(luò)解決方案。并通過(guò)進(jìn)行聯(lián)合5G技術(shù)驗(yàn)證和示范，在可信的5G網(wǎng)絡(luò)（切片）安全、行業(yè)模組、安全卡等實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，通過(guò)建設(shè)5G應(yīng)用示范區(qū)共同探討商業(yè)合作模式，充分釋放5G及網(wǎng)絡(luò)切片的盈利能力，讓運(yùn)營(yíng)商和諸多行業(yè)都能夠從5G中受益。
