5G切片技术在电力物联网方面的应用研究

赵 辉

（公诚管理咨询有限公司，广东 广州 510670）

0 引言

伴随着5G网络和关键技术的迅速发展，给人们带来了良好的宽带体验，并且提升了传统产业垂直发展能力。而随着5G技术的广泛运用，对于移动网络的技术要求也将越来越多元化，而对于超高带宽、超大面积网络连接、超低时延等核心技术的创新将促使中国传统垂直产业的技术核心生产作业模型及其经营方法进行转型，也促进了中国传统垂直产业的决策与智能水平、运作效率得到进一步提高。通过对网络切片的深入分析并且广泛推广，企业能够针对不同的应用迅速地对其专属的应用设备进行订制。而目前，电力行业经过改革构建了当前急切需求的安全、稳定、实时、快捷的先进通信技术体系，从而使得智能设备的信号获取与状态监控得到了实现，也使得电力物联网中的先进电能管理模式与现场作业方法得到激活。通过5G通信技术的应用，强化设备与用户之间、用户与用户之间的信息传递，并以5G通信技术高效、安全作为支撑点，实现电力系统更为智能化、自动化的操控。

1 5G切片关键技术与物联网技术概述

1.1 5G切片关键技术

5G网络切割技术是指在一个单独的5G网络基础物理设备上，针对时延、宽带、可靠性、安全等不同的业务要求，切割出若干个端到端的虚拟逻辑网络，以便更灵活地适应不同的应用场合[1]。5G网络切片技术的主要优点包括。

（1）共用基础设施数据资源，通过网络即业务（NaaS，Network as a Service），利用虚拟网切片可达到较多的服务场景，将5G网络切出多张虚拟网，每一种虚拟切片网络都可获得端到端的逻辑结构上相对独立的网络数据资料，并支撑着更多行业。

（2）切片分割，虚拟网络技术内部的各个切片之间的逻辑结构是互不相关的，彼此互不产生影响，因此具有可分离性。互联网之间的切片具有可靠性隔离、资源之间分开以及运行保护等方面的分割优势，这样可以有效保障安全，真正做到了各个垂直业务、不同客户、不同场景、不同服务间的逻辑分离与安全分离。

（3）网络功能按需要定制，按需要调配网络资源，可灵活添加各类应用和海量服务，从而降低成本，提高网络资源的效率，价格也比高等。按需求进行分布式部署，以实现将多种业务网络切片混合组建，并统筹运维，从而避免为每一种业务分别建立一种专门的物理网络，从而有效减少了投资性支出和运营成本[2]。

（4）独立的网络切片具备端到端的完整结构，体系结构与软件功能完整，软硬件系统解耦，并具备高度可编程特性。所有互联网切片都必须包括无线接入网、传送网和核心网络，还包括第三方的应用，这样确保了端到端的质量协作。

1.2 物联网技术

最原始的物联网技术是为所有需要联网的物品配备传感器设备，并进行数据收集，进而将这些数据经由通信网络传输至某一数据收集中心（例如数据管理分析平台），并进行对该物品的检测和数据分析，以最终辅助进行管理性决策[3]。这些传统的物联网信息流动方式通常是单程的，即从被链接的实体设备到信息采集中枢。近年来，物联网的概念已在各个产业得以深入普及与运用，并培育了更加多元化的应用。现代智能家居也是一个较为常见的物联网形式，和初期信息单方面流通的传统物联网形式不同，现代智能家居可以既收集供电装置运行状态数据，也可以直接向相关的装置下发运行命令，从而完成对电器设备的实时控制。这些以现代智能家居为代表的应用实现了信息的双向流通，并融合了人和人工智能的大数据分析和管理，从而提高了对接入物品的监测和管理。

物联网常被称作第三次产业革命，且此次革命具有新兴化的表现。在社会生活中，人们早已接受物联网的原理，即通过不同射频完善信息识别及传感功能，并就原设定好的网络协议完成相应主体及其余物体间的关联，在该协约下，可以不受时间地点的约束，在信息技术这一空间下就可以完成内容的交替与转换。物联网技术还可以体现在激光扫描、二维码识别、定位等方式，完善智能化的应用，并对智能化内容做出相应的决策[4]。综上所述，可以将物联网作为网络发展的一部分，是其发展的一种延伸形式。要进行5G通信网路和电力网的联合模拟，就必须研发新一代的串联模拟方案和软件。在未来电力物联网中，所连万物都将是十分复杂的多级或多个对象的模式，而传统的小规模控制和优化计算并不能实现如此广域控制，所以需要研发更高级的分层、分布式等优化计算，实现对如此海量对象的及时最优控制，使所连万物彼此协同。电力物联网还需要为分散的各种型号的5G网络基站提供安全可靠的供电保证。

2 智能电网中电力系统5G切片业务需求及问题

未来的中国智慧电网系统建设，将形成网架结构、广泛互连、高度智慧、开放互动的电力网络，能够高效保障新能源与分布式网络结构供电的广泛衔接，大电网、配电网、微电网均与物联网、互联网技术等交错互通，发、输、转、配、用、调等各环节都实现了高度智能，这样可以更好地满足用户与电网的双方交互，满足不同电网并网情况和客户服务的个性化要求。

通过在电力系统中对无线通信的潜在需求进行大数据分析和调研，5G切片未来最主要的业务需求来自于以下几个方面[5]。

（1）为了满足更安全、更高效的时延要求，使用URLLC切片技术与工业级下行服务技术相适应，如毫秒级的精准负载管理模式、智能分布式供电，以及主动配电网差动保护技术等。

（2）对海量物联端口的连接要求的解决，通过mMTC海量连接切片与采集类的上行链接服务，如智慧洗车充电桩/站、低压供电信号的收集，以及分布式电源接入等。

（3）为了满足高清视频的数据回传需求，这里可以利用eMBB技术增强带宽来进行切片，以便完善高清视频数据的回传业务，如变电所工程自动化智能机器人巡检、无人机远程巡检、AR远程监测，包括输变电运行线路状况监测等业务。

（4）为了满足高清语音的通信要求，必须通过Voice语音切片技术，以及满足更高质量、更方便快捷、更高品质等方面要求的专一语音通信模式。

通过比较电力行业的技术特点和对发电行业内各部分的网络要求可以发现，传统的2G、3G、4G通信技术虽然可以在一定程度上适应设备应用要求和行业发展需要，但同时也暴露出了一些技术方面问题。

一方面，由于网络设备技术更新换代的速率较快，电力物联网对网络速率的需求也变高；另一方面，以线缆和光纤为主要传输载体仍然存在50～100 ms的互联网传输时延，而这样巨大的网络延时，将导致实时自动智慧巡查等电力物联网的即时监控技术根本无法有实质性推广。

拥有超低时延、大宽带、海量接入，以及多场景接入等多种能力的5G通信网络，将凭借其网络切片中的虚拟物逻辑隔离模式，更加符合新形势下和未来电网感知与智能物互联方式的发展趋势，有效支撑着云边协同的电力物互联智能提升。

3 5G切片技术在电力物联网中的应用与智能化管理

（1）切片和电力物联网系统业务方面的联系。在深入分析二者之间关系时，还需要及时全面掌握电网系统的主要成分，并从大电流走向角度出发，进而剖析5G切片与电网系统业务之间的关联。我国电网系统的具体工作过程大多为发电、输电、变电、配电等关键环节和内容，在有效处理存在问题的情况下，还需要根据我国电网系统的现实需要，开展全面研究，进而开发出更加有力的支撑技术，并根据当前市场现实需要加以汇总、综合，采用更加精准化的电路系统控制技术，可以保障电力系统运行中，实现智能化配置电网系统的功能。

数据分析研究表明，在实际工作中，物联网终端能海量接入的技术需求较大，而电力系统信息采集管理也是如此。为有效解决当前面临的技术问题，研究人员需要分析数据切片的时间，加强数据采集强度，确保5G数据切片在实际信息收集管理工作中，能够在分布式接入工作状态下具有更优效果。其次，还需要根据视频回传特点，创新和丰富工作模型。

（2）切片和电力物联网技术方面的联系。为保证分布式供电智能化网络系统产品设计工作效率，并且实现更优秀的设计作业成绩，在实践研究过程中，首先必须强调其独立的运营能力，并同样朝着高质量工作方面应用和发挥。其次必须保证网络通信业务的整体品质，才能较大程度地适应供电管理工作的现实需要，并以此为切合点进行产品设计管理工作。再次，还需要逐步丰富电力系统的各种功能流程设计操作管理环节。在实践过程中，还需要融入网络切片原则，这样既可以实现切片环节，对于其功能性也没有任何影响，进而在完善和优化其相关技术场景的同时，将网络系统本身的延时性、安全性、供电容量等技术参数也要融入其中，这样才能达到预期改进要求。在实际应用的过程中需要考虑真实情况，做出符合实际需要的部署，在应用数据资源的时候，可以依照市场的需要以及SLA方面的能力，进一步实现对资源信息的科学高效使用。在电力企业在其实际发展的过程中还要对其进行完善，以求达到资源的更高的利用效率，这样才能实现企业的效益最大化，才符合企业的发展要求。

4 结束语

通过对5G切片技术的开发与使用，企业可以将其垂直服务范围进行扩展，从而让互联网变得更为敏捷灵活性，以资源共享的方法进行基础建设，使网络资源效益提高；而在电力物联网中，各个业务的不同技术可通过使用不同切片功能加以保证；通过灵活开放的网络结构体系，获得相对自主的经营实力，个性化服务能力也得以迅速增强，使服务市场的扩张能力获得巨大提升。■