创新求变：智慧电网演进呼唤5G确定性网络
发布日期：2020/7/7
5G作为推动社会经济发展的新动力，受到世界各国的广泛重视。在我国，5G被列为国家“新基建”七大领域之一，突破以人为中心的消费市场，赋能垂直行业，开启通信+控制的触觉互联网新时代。5G已成为我国实现制造强国、网络强国的助推器。
创新求变：智慧电网演进呼唤5G确定性网络
社会经济发展需要持续稳定的电力供应和通信保障。当前，全球电力网络正加速向智能电网升级，信息通信也迅速向5G时代迈进，两大高速演进的超级基础设施，碰撞出了奇妙的化学反应。智慧电网对5G通信网络的需求，可归纳为三层马斯洛模型，如图1所示。
图1 智慧电网对通信网络的三层需求马斯洛模型
第一层：差异化+ 确定性的Q o S /SLA保障需求。电力的发、输、变、配、用，给5G提供了丰富的潜在应用场景，不同场景对于网络的带宽、时延、抖动、授时等因素需求不同。这需要我们基于同一个网络基础设施，满足不同业务场景的差异化及确定性网络需求。
第二层：业务安全隔离需求。电力二次系统的安全防护总体原则为“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”，如生产控制大区与管理信息大区以及其他行业业务之间的物理隔离，实时控制类业务和非实时控制类业务间的逻辑隔离，以及支持安全加密芯片、IPSec、空口完整性保护、二次认证等差异化的安全防护能力等。
第三层：自运维自管理需求。电力作为关系国计民生的关键基础性行业，对ICT技术能力和人力资源管理要求较高，因此需要针对运营商所提供的5G网络，做到可视、可管，乃至一定程度的自运营。
而以原生云为基础架构、网络切片和MEC边缘计算为核心抓手、综合5G LAN和5G TSN等差异化功能的5G确定性网络，完美地契合了能源互联网对于业务可用、安全可信、可管可控的三层关键需求。
求真务实：青岛5G智慧电网成就业界最佳实践案例
国家电网公司提出了建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略目标，5G以其大带宽、广连接、低时延、高可靠的特性，结合网络切片、边缘计算等创新技术，完美契合了能源互联网的通信需求。
国网青岛供电公司敏锐地抓住这一契机，与中国电信青岛分公司、华为技术有限公司签署了5G战略合作框架协议，三方携手共同成立5G应用创新联合实验室，充分发挥各自在行业领域的优势，调集优势资源，在5G电力切片建设模式、网络安全、典型应用、共建共享以及商业模式创新等方面开展广泛合作。先知而后行。2019年下半年开始，作为5G确定性网络产业联盟成员单位，国网青岛供电公司联合中国电信、华为及产业链上下游合作伙伴，将理论转化为实践，在青岛成功建成国内规模最大、场景丰富、生态完善的5G智慧电网实验网，稳扎稳打，逐步将这一项目打造成业界最佳实践案例。
规模最大：自2019年10月以来，国网青岛供电公司先后在青岛古镇口、金家岭、奥帆中心以及青岛供电公司调度大楼四大示范区建设并开通29个5G站点，部署了2套电力专用MEC网络，建成国内规模最大的5G智慧电网实验网。整个系统基于5G SA独立组网架构，采用3GPP R15标准的端到端切片解决方案，通过5G接入网、承载网和核心网的不同灵活软硬隔离技术，实现电力业务场景的用户面数据在电力切片内部流转，确保数据安全可控。
场景丰富：2019年10月，国网青岛供电公司基于5G通信的配网态势感知系统正式上线，并在青岛跨国企业领导人峰会期间，为峰会核心场馆奥帆国际会议中心主场馆供电的6座环网柜实现监控信息高频采集和实时录波，以超高的电力保障水平确保跨国企业领导人峰会顺利召开，如图2所示。与此同时，基于5G通信的配网线路纵差保护实验室环境调试正式完成，保障终端单次通信时长由公网状态下的20多毫秒降低至6~8毫秒，完全满足通信延迟低于10毫秒的需求。2019年11月，国网青岛供电公司在金家岭示范区开展基于5G的输电线路通道可视化试点，实现了高清视频实时回传，完成了SA独立组网模式下5G柔性切片的实际应用；同年12月，在古镇口区域进行了5G配网线路差动保护的外场实验，单基站下通信延时平均值不大于8.5毫秒，电流相量数据发、收快速可靠，差动保护判定全部正确。
生态完善：国网青岛供电公司与映翰通、易瓦特等终端模组厂商开展合作，共同推动5G行业模组、行业CPE、无人机等终端产业链的配套；与上海道博、山东科汇、赫兹曼等配电自动化终端及应用厂商开展合作，深刻洞察行业需求并提供对应解决方案，真正实现从4G时代的“应用适配网络”转变为5G确定性网络的“网络适配应用”。
最佳实践：基于项目阶段性成果，青岛5G智慧电网项目备受业内外好评，国际影响力进一步提升：2019年11月，获得山东省移动互联网5G应用创新技能大赛一等奖；2020年3月，作为唯一工业能源领域案例入选GSMA 5G SA独立组网驱动应用案例集；2020年4月，在Layer 123举办的第三届网络自动化峰会上联合荣获“5G自动化最佳创新商业项目奖”。
任重道远：持续推进5G智慧电网产业发展
在首期合作取得阶段性成果的基础上，三方合作伙伴坚持初心、以终为始，以规模商用为目标，聚焦电网“发输变配用”五大环节的20余个典型场景，从技术、商业、生态、标准、政策视角等方面全方位推动，打通产业断点，并着重从以下几方面开展相关试点工作。
提升平台支撑赋能。与5G制造商、运营商共同研发建设5G电力切片业务管理平台，在5G SA核心网部署切片管理面网元，争取建成具有自主知识产权的5G电力切片网络管理平台，实现动态电力切片端到端定制、自动化部署，满足5G电力业务日常运维管控需求。
开展安全隔离验证。依据国网公司信息网络安全防护总体方案要求，结合5G承载电网业务的应用模型，从终端、基站、传输网、核心网、边缘计算、切片管理，一直到应用系统，在无线资源控制面安全、用户面安全、非接入层安全、IP层安全4个方面，逐步验证端到端的5G切片体验及安全隔离能力。
积极扩大试点范围。国网青岛供电公司在古镇口融合区、金家岭国际一流配电网示范区、中德生态园等重点示范区域结合电力设施分布，开展5G智慧电网建设；在拓展原有业务场景应用规模的同时，积极开拓5G+北斗无人机自动巡线、5G智能巡检机器人、基于5G的毫秒级精准负荷控制、单兵巡检维护装备等系列应用，争取打造一批可复制、可推广的业务应用场景，为电力行业的5G应用树立标杆。携手推动生态发展。国网青岛供电公司联合电信运营商、设备制造商及上下游企业，在终端、模组、芯片等各环节开展全方位合作，发挥能源互联网企业的带头作用，构建电力行业5G生态链。
国网青岛供电公司将积极响应国家“新基建”政策，在国网公司的有力领导下，以青岛市政府工业互联网三年攻坚实施方案为指导，与青岛电信、华为加强合作，本着实效、实用的原则，在5G智慧电网试验网基础上，持续有序推进5G课题研究与实践应用。
来源：通信世界
