基于物聯網的5G 智慧電力管理平臺

金成偉

（中通服中睿科技有限公司，廣東 廣州 510030）

1 背景

1.1 物聯網產業背景

隨著5G 技術研發的高速發展以及成果在各行業的迅速普及，物聯網的準入門檻逐漸降低，其應用的市場滲透率正逐步提高，應用規模相應擴大，使得物聯網技術所用軟件、硬件、服務和連接支出不斷增長[1]。未來10 年，預計物聯網會進一步規模性普及，將應用于智慧城市、智慧醫療、智能交通、智慧物流、智慧校園、平安家具、老人護理、工業監測、智能電網、智慧農業等多個領域，逐步形成萬億元級的高科技市場[2]。

1.2 物聯網建設現狀

目前，智慧城市、應急、園區、培訓等領域的物聯網能力已經比較豐富，物聯網相關產品案例包括智慧物聯行業使能平臺、基于物聯網的應急資源智慧感知調度系統、老舊社區改造物聯網創新與應用系統、國密安全服務平臺等。

在智慧城市建設領域，目前已有智慧物聯行業使能平臺的建設案例。該產品采用“1+1+N”系統架構，即1 個行業設備連接平臺、1 個物聯數據中臺和N 個應用系統。該平臺基于微服務架構實現了多運營商物聯網卡和跨平臺管理等基礎功能；針對數字政府、智能電網、智慧交通、產業園區和社區安全等定制化需求開發各類物聯網應用。

在應急領域，業界已建設基于物聯網的多行業監控系統、基于物聯網的應急資源智慧感知調度系統等等。以基于物聯網的多行業監控系統為例，多行業全生態全要素互聯監控作為接入和匯聚平臺，使數據的接入、存儲和展現變得輕松簡單，利于快速開發出專業的物聯網應用，解決了邊緣實時性、可靠性、運維經濟性等方面遇到的問題。

在信息安全領域，已建設國密安全服務平臺。國密安全服務平臺擁有海量的“帶外管理”數據，服務萬物互聯，為國家網絡空間安全提供密碼服務支撐，標識萬“物”身份，構建國家網絡空間安全信任體系，保障了國家關鍵信息。

物聯網平臺在各個領域都有所建設，但當前環境下，電力領域的服務平臺建設相對稀缺。

1.3 電力領域物聯網建設背景

在電網生態環境中，變電站主網內業務日益多樣化，需要引入無線通信手段解決業務的接入承載。現有站所內通常采用光纖或數據網等傳統有線接入方式承載電網生產實時信息和生產管理等傳統業務，但對于面向大連接、移動性難以形成有效覆蓋。

配電通信網側具有點多面廣的特點，管理方需要實時監測和控制大量設備，使得信息交互頻繁，且當前全領域覆蓋的光纖建設成本高，運維難度大。針對不同場景，信息管理需要利用無線公網支撐配電網不同終端的可觀、可測、可控[3]。

本文提出5G 智慧電力物聯網管理平臺的建設方案，能很好地解決電力領域物聯網的建設需求。

2 5G 智慧電力物聯網管理平臺

本平臺的功能主要集中于用戶側的管理與應用。該平臺實行與5G 切片管理平臺的雙向連接，使用時將屏蔽網絡配置細節，通過調用切片管理平臺的開放服務，使用戶的精力集中在核心的生產業務上，提升業務處理效率。同時，平臺為用戶提供詳細的網絡性能指標，能為用戶提供實時網絡監控的功能。

對電力內部，本平臺作為通信管理的能力開放平臺，為電力各類業務平臺提供切片管理服務及終端狀態、流量狀態等信息，實現電力終端通信的可管可控。

對外部，本平臺與三大運營商網絡對接，通過對接三大運營商網絡能力開放平臺或終端應用層交互的方式，獲取終端、業務、網絡等狀態信息，并在此基礎上提供基于大數據的更多擴展應用。

如圖1 所示，本平臺與外系統對接，分別實現如下功能。

圖1 平臺與外系統對接

（1）與5G 切片管理平臺對接，實現5G 切片可視化、規劃、訂購功能。

（2）與物聯云平臺對接，實現卡臺賬、業務資費、流量、在線狀態信息的監測管理；“物聯云”平臺是廣東移動物聯網連接管理平臺，是面向廣東移動物聯網業務集團客戶，為客戶提供大規模、自助化、全生命周期通信連接管理服務的云平臺。

（3）與通信終端對接，實現終端臺賬、狀態、性能指標的監測管理。

（4）與電力業務主站對接，為其提供通信終端、狀態、網絡的相關數據服務。

隨著網絡側的控制面大集中，面向5G 的運營也趨于省級或集團集中。5G 的業務運營模式目前業界主流采用“NSMF+CSMF+行業平臺”三級模式，其中CSMF為運營商面向行業的能力開放及運營窗口。根據中國移動的計劃，未來CSMF 將采用集團、省兩級架構，這就意味著，對于電網而言，5G 的切片管理及運營可以統一對三大運營商的CSMF 平臺。

2.1 功能架構

平臺的功能模塊包含7 個部分，分別是系統管理、數據采集控制、無線通信卡管理、接入設備管理、統計分析、高級應用、統一接口服務，其功能架構如圖2 所示。而簡化后，可以歸類為統一接口服務、應用域、系統管理域、數據采集控制4 個部分。本平臺依托5G 切片技術、網絡能力開放的優勢，為電網企業提供了更豐富多元和靈活的切片服務管理功能。基于此，平臺將根據業務需求不斷調整架構的開放性，為電力業務提供迭代優化的支撐服務。

圖2 功能架構

數據采集功能模塊能夠與接口層進行適配，通過網絡傳輸，實現對無線終端統計接口、三大運營商接口的數據抽取。

系統管理模塊能夠實現對用戶、權限、日志、業務規劃的多元化管理。

應用域包含了多種基礎和擴展應用，有連接管理、接入設備管理、統計分析、5G 網絡切片管理等等。連接管理能夠基于電力通信終端的性能、狀態、卡號、臺賬、資費等等信息進行監測，讓用戶能快速了解連接的基本信息。5G 網絡切片管理主要有兩種類型，分別是狀態監測型和控制管理型。狀態監測型主要對移動網絡的業務切片屬性、負荷運行狀態和資源視圖進行監測；控制管理型主要包括根據類型、性能、容量、覆蓋范圍的需求，合理訂購網絡切片，可對訂購切片的功能、資源分配、業務屬性等等調整業務間的物理或邏輯隔離度，可對切片的上下線進行權限管理。擴展應用則主要涵蓋重要場景保障監視、無線通信大屏展示、終端預警分析、區域隱患預警、移動監測APP。統計分析主要含有終端在線率統計、業務運行統計分析、流量統計分析、故障統計分析、終端統計分析、SIM 卡統計分析等[4]。

統一接口服務域主要指對本平臺的通信終端、網絡和狀態數據封裝成接口，并以微服務的形式，輸出于運行管控系統、計量系統、配電自動化系統、GIS 系統。

2.2 技術架構

本平臺采用微服務化架構，系統根據不同應用場景，對相關的應用模塊進行分類，按照隔離、集群、備份的原則，對系統進行分類部署，達到系統運行的高穩定性、高可擴展性和高互操作性。

系統總體架構如圖3 所示，并符合下列要求。

圖3 技術架構

（1）系統應采用主備冗余架構。

（2）系統包括數據采集與控制層、平臺層、應用層3 個層次。

（3）系統應通過與運營商實現對無線通信卡的監視和控制。

（4）系統應提供與通信運行管控系統、計量自動化系統橫向集成接口，實現基礎數據的交互。

2.3 業務架構

平臺采用“省（區域中心）+地市兩級部署”，如圖4所示。省（區域中心）側重外部數據采集存儲及基礎數據清洗統計功能，并向數字南網四大平臺、地市進行數據能力開放。地市平臺側重利用省（區域中心）的數據，結合自身業務特點，向省中心調用數據開展個性化應用開發，支撐調度生產及其他應用。

圖4 業務架構

省中心（兼做區域中心）：集中完成所管轄區域的外部數據采集、存儲（主要包括連接管理、通信設備管理），并統一進行5G 切片與運營商的出口。同時完成全省流量、資費等基礎數據清洗及統計分析及數據的統一對外能力開放。此外還集中進行全省的權限管理。

地市局（區域中心）：建議依托某2、3 個地市平臺進行擴展。除本地市的卡、通信終端采集外，兼顧采集區域中心所管轄地市的數據，并進行初步清洗，同步到省中心進行統一的數據整合。雖然區域中心具備采集本地市的卡、通信終端的數據能力，為了對數據調用的統籌管理，建議區域中心在個性化應用開發時，仍采用調用省中心平臺數據的方式。

地市局（非區域中心）：無須進行數據采集存儲工作，重點根據本地需求，調用省公司平臺數據，開發個性化應用：泛在物聯網的連接管理、IP 地址管理、公網質量檢測分析、網絡資產關聯、異常流量分析、故障定位等、多媒體AI 應用（智慧工地、智慧安檢）、運營商基礎設施共建共享、個性化大屏展示、業務關聯分析等[5]。

3 平臺價值

3.1 經濟效益

以產品在廣東電網落地的項目舉例來說，可以在“提效降本”的方面，為客戶帶來巨大的價值。

（1）通過公網通信資源委托代理業務，將歷史的各市為政的公網管理模式，根據全省各使用單位的需求，統一對接運營商，實現資源的統一管理，與運營商統一對接，減少不必要的溝通成本，為基層減負。

（2）公網資源降本效果顯著，各業務綜合同比節約25%。

（3）通過公網統一管理，建立臺賬、統一與運營商開展談判、搭建平臺，實現公網業務規范管理。

（4）建立省地兩級“9+19”的公網服務團隊，通過分層分級管理，提供“一站式”服務，有效保證各業務對接順暢。

3.2 社會效益

3.2.1 大幅提升公眾滿意度

建設5G 電網物聯網管理平臺既符合未來電力行業發展趨勢，也順應了公司自身建設的需要。本項目的建設不僅可以實現“提高電力供應能力，切實保障民生用電，提升客戶滿意水平，促進社會和諧穩定”的總體目標和要求，而且能提升公司電力生產業務管理信息化水平。通過加強項目實施管理、有序推進項目建設、控制項目實施成本、規避相關建設風險，可以確保項目建設成功、系統安全穩定可靠實用，取得良好的社會、管理和經濟效益。

3.2.2 響應國家建設5G 號召

發改委面向三大中國移動發布《組織實施2018 年新一代信息基礎設施建設工程的通知》，其中5G 規模組網建設及應用示范工程為其中重要內容。5G 電網物聯網管理平臺總體建設目標為：借助互聯網、物聯網技術，面向不同行業和企業，根據實際通信業務需求，實現通信卡和5G 切片的綜合管理，幫助用戶實時掌控通信網絡質量、提升精細化運維水平、降低網絡運營費用，提升企業競爭力。