5G 移動(dòng)通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)的應(yīng)用研究

高明華

（中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司 電力分公司，山東 東營(yíng) 257000）

0 引 言

5G 移動(dòng)通信技術(shù)具有速度快、同頻全雙工、毫米波應(yīng)用有效等多樣化特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量信息的快速化、安全化傳輸。為促使電力通信系統(tǒng)向智能化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向不斷發(fā)展，不斷提高電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理水平，技術(shù)人員要重視對(duì)5G 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)智能化電網(wǎng)的構(gòu)建[1]。

1 5G 移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

5G 移動(dòng)通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，通過(guò)結(jié)合用戶(hù)使用需求，完成對(duì)全方位信息生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，極大地提高用戶(hù)的使用體驗(yàn)，確保該技術(shù)在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）場(chǎng)景、海量物聯(lián)網(wǎng)通信（massive Machine Type Communication，mMTC）場(chǎng)景、超高可靠低時(shí)延通信（ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC）場(chǎng)景等不同場(chǎng)景中發(fā)揮出重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，促使信息通信向多元化方向不斷發(fā)展[2-4]。

1.1 eMBB 場(chǎng)景

eMBB 場(chǎng)景主要是在參照原有移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的前提下，完成對(duì)新模式的構(gòu)建，從而最大限度地提高用戶(hù)使用體驗(yàn)。現(xiàn)階段，eMBB 場(chǎng)景除了涉及到高清視頻外，還用到虛擬現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)等內(nèi)容，可以確保用戶(hù)體驗(yàn)速率達(dá)到100 Mb/s，有效提高了用戶(hù)移動(dòng)通信體驗(yàn)[5]。另外，通過(guò)應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)低時(shí)延特性，可以為用戶(hù)營(yíng)造虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式體驗(yàn)，滿(mǎn)足人們高效率傳輸數(shù)據(jù)的使用需求。

1.2 mMTC 場(chǎng)景

mMTC 場(chǎng)景作為一種常見(jiàn)應(yīng)用模式，主要適用于智慧城市、智慧家居的構(gòu)建需求，為行業(yè)多元化發(fā)展提供重要的技術(shù)支持。例如，在智慧電表制造中，通過(guò)應(yīng)用5G移動(dòng)通信技術(shù)，可以延長(zhǎng)該電表的使用壽命，確保所制造的智慧電表完全符合物聯(lián)網(wǎng)裝置的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求?？傊?，mMTC 場(chǎng)景完全滿(mǎn)足智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)采集的使用需求。

1.3 uRLLC 場(chǎng)景

uRLLC 場(chǎng)景被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)結(jié)構(gòu)、工業(yè)控制系統(tǒng)、智能家居管理等領(lǐng)域中，并取得了良好的應(yīng)用效果。目前，工業(yè)控制屬于比較典型的應(yīng)用模式，在該類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景中，往往對(duì)5G 移動(dòng)通信技術(shù)的低時(shí)延特性提出了更高的要求，與傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G 移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以確保在基站與終端之間形成良好的溝通鏈路，從而保證基站與終端之間的通信效果?？傊?，uRLLC 場(chǎng)景完全符合工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛等垂直行業(yè)的發(fā)展需求，這是由于該垂直行業(yè)通常對(duì)低時(shí)延、可靠性提出了更高的要求。

2 電力通信系統(tǒng)

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)高效處理、數(shù)據(jù)低時(shí)延等特點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，可以保證電力通信系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)形成良好的互通互聯(lián)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)的有效構(gòu)建。對(duì)于電力企業(yè)而言，所用到電力通信系統(tǒng)主要是由以下幾個(gè)層次組成。（1）感知層。感知層在實(shí)際應(yīng)用中需要利用傳感器，完成對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面化采集和整理。（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合運(yùn)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，提高電力通信系統(tǒng)的運(yùn)行性能，從而滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)安全化、高效化的傳輸需求[6]。（3）平臺(tái)層。平臺(tái)層主要用于對(duì)海量數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一化處理，這些海量數(shù)據(jù)信息主要是由感知層獲取和整理。（4）應(yīng)用層。應(yīng)用層主要用于對(duì)反饋平臺(tái)層數(shù)據(jù)的集中化處理。另外，通過(guò)應(yīng)用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以促使電力通信系統(tǒng)表現(xiàn)出較高的網(wǎng)絡(luò)接入效率和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，使得輸電線路能夠正常、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行[7]。電力通信系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 電力通信系統(tǒng)框架

3 5G 移動(dòng)通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用

5G 移動(dòng)通信技術(shù)具有高帶寬、低時(shí)延等特點(diǎn)，完全符合電力通信系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制等需求。5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力連接的靈活支持，符合多樣化電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景使用需求，這為后期構(gòu)建定制化專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。5G 網(wǎng)絡(luò)切片主要是指利用場(chǎng)景，對(duì)單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，將其劃分為若干個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。使用場(chǎng)景不同，所對(duì)應(yīng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)也存在一定的差異。5G 網(wǎng)絡(luò)切片總體框架如圖2 所示，從圖2 中可以看出，主要是由以下幾個(gè)部分組成：（1）網(wǎng)絡(luò)切片管理域，主要用于對(duì)通信服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)切片的統(tǒng)一化管理；（2）網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)域，主要是由終端用戶(hù)、核心網(wǎng)子切片等部分組成。

圖2 5G 網(wǎng)絡(luò)切片總體框架

3.2 邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用

為降低云端計(jì)算壓力，解決電力物聯(lián)網(wǎng)延遲性問(wèn)題，要利用云服務(wù)器，促使云服務(wù)器集中處理模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫吘売?jì)算轉(zhuǎn)移模式。通過(guò)使用云中心，可以統(tǒng)一管控邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，結(jié)合不同業(yè)務(wù)執(zhí)行情況，有針對(duì)性地處理和存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)所采集到的數(shù)據(jù)。對(duì)于電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)而言，主要包含以下幾個(gè)層次：（1）云層，便于用戶(hù)更好地監(jiān)控和管理設(shè)備信息；（2）網(wǎng)絡(luò)層，可以方便用戶(hù)將光纖直接劃分為有線網(wǎng)絡(luò)、5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2 個(gè)部分，確保電力通信系統(tǒng)具有較高的通信傳輸能力；（3）邊層，除了可以直接計(jì)算端側(cè)數(shù)據(jù)邊緣參數(shù)外，還負(fù)責(zé)對(duì)重要數(shù)據(jù)的安全化傳輸。

對(duì)于邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)而言，其數(shù)據(jù)處理主要包含以下幾種情況：（1）借助邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，初步化處理所采集的數(shù)據(jù)，然后將最終處理結(jié)果安全、可靠地傳輸?shù)皆朴?jì)算中心內(nèi)，便于后期數(shù)據(jù)分析處理工作的有效開(kāi)展；（2）利用計(jì)算中心，向邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)下發(fā)和傳輸合適的算法；（3）在處理邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)時(shí)，要利用端側(cè)原始數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)化管控各種業(yè)務(wù)。通過(guò)將5G 網(wǎng)絡(luò)切片與邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)進(jìn)行有效地融合，確保所構(gòu)建的端到端切片網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的邊緣計(jì)算能力，通過(guò)應(yīng)用端到端切片網(wǎng)絡(luò)，可以確保各個(gè)電力業(yè)務(wù)具有強(qiáng)大的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)通道能力，使得整個(gè)電力業(yè)務(wù)表現(xiàn)出安全性、隔離性、可靠性等特點(diǎn)。現(xiàn)階段，在研究移動(dòng)邊緣計(jì)算時(shí)，除了要做好對(duì)硬件系統(tǒng)架構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)外，還要開(kāi)展卸載計(jì)算工作。

3.3 智能巡檢技術(shù)應(yīng)用

5G 移動(dòng)通信技術(shù)憑借著自身網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快這一特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力通信系統(tǒng)機(jī)房智能巡檢工作中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端相關(guān)控制信號(hào)的統(tǒng)一化監(jiān)督，并運(yùn)用多元信息交互模式，從多角度、多維度層面管控增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)方案，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更好地應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界中，為后期構(gòu)建完整信息交互控制體系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3 所示，從圖3 中可以看出，通過(guò)應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)巡檢管控模式的有效搭建。在使用電力通信系統(tǒng)時(shí)，巡檢人員要結(jié)合機(jī)房巡檢實(shí)際需求，選用合適的機(jī)房智能巡檢應(yīng)用控制模式，并根據(jù)電力機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，充分發(fā)揮和利用5G 移動(dòng)通信技術(shù)低時(shí)延等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面化匯總和整理，同時(shí)還要引導(dǎo)運(yùn)維人員檢索分析相關(guān)數(shù)據(jù)，確保維護(hù)保養(yǎng)工作落實(shí)到位，便于相關(guān)維修人員在第一時(shí)間內(nèi)及時(shí)排查和處理安全隱患問(wèn)題，使得電力通信系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的運(yùn)行性能。此外，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員在具體操作實(shí)踐中應(yīng)用交互App 系統(tǒng)，利用AR 場(chǎng)景配置相關(guān)技術(shù)，完成對(duì)AR 眼鏡的配置，并借助系統(tǒng)信息交互模塊，及時(shí)處理故障現(xiàn)場(chǎng)情況，使得圈點(diǎn)數(shù)據(jù)與機(jī)體結(jié)合為統(tǒng)一整體，便于后期相關(guān)故障維修工作的有效開(kāi)展。總之，在開(kāi)展電力通信系統(tǒng)巡檢工作期間，要重視對(duì)5G 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)不僅可以保證數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)告警信息的自動(dòng)化、完整化匯總，而且還能提高遠(yuǎn)程診斷結(jié)果的精確性和真實(shí)性，促使電力通信系統(tǒng)巡檢工作向智能化、高效化方向不斷發(fā)展。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 5G 移動(dòng)通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中應(yīng)用策略

4.1 合理分布定向性波束

5G 移動(dòng)通信技術(shù)主要是指通過(guò)運(yùn)用波束，促使移動(dòng)終端更好地傳輸信號(hào)，確保信號(hào)傳輸?shù)挠行院涂煽啃?。移?dòng)終端在應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)時(shí)，可以避免對(duì)不存在關(guān)聯(lián)性電波的接收，這樣可以防止被其他電波所干擾和影響。因此，通過(guò)將定向性波束科學(xué)合理地分布到變電站通道中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站通道的有效保護(hù)。

4.2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)兼容性

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展情況，不難發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在兼容性提高方面比較薄弱，盡管其他技術(shù)存在較高的兼容性，但是技術(shù)應(yīng)用范圍相對(duì)較小。通過(guò)優(yōu)化和提高網(wǎng)絡(luò)兼容性，可以促使5G 移動(dòng)通信技術(shù)更好地應(yīng)用于多種電力設(shè)備中，從而達(dá)到充分融合不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)的目的，使得用戶(hù)范圍不斷擴(kuò)大，同時(shí)還能將維護(hù)成本降到最低。

4.3 增強(qiáng)管理的科學(xué)性

為充分發(fā)揮和利用超高清無(wú)線通信功能的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需要將5G 移動(dòng)通信技術(shù)更好地應(yīng)用于電力自動(dòng)化設(shè)備中，不斷提高電力設(shè)備管理的科學(xué)性和規(guī)范性，從而達(dá)到無(wú)人化控制電力設(shè)備的目的。例如，對(duì)于輸電專(zhuān)業(yè)而言，通過(guò)利用無(wú)人機(jī)可以將各個(gè)位置的信息安全、可靠地傳輸?shù)诫娏φ{(diào)度控制中心。為確保5G 移動(dòng)通信技術(shù)更好地應(yīng)用到電力通信系統(tǒng)中，需要綜合運(yùn)用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術(shù)，借助智能終端，全面了解和掌握設(shè)備具體運(yùn)行情況，并有效分析和整理電力設(shè)備各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，便于用戶(hù)全面、快速地獲取和整理電力通信系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

5G 移動(dòng)通信技術(shù)憑借著速度快、同頻全雙工、毫米波應(yīng)用有效等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力通信系統(tǒng)中，確保電力通信系統(tǒng)具有信息交互及時(shí)性、數(shù)據(jù)共享及時(shí)性等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)檢索問(wèn)題的有效分析和解決，使得電力通信系統(tǒng)綜合管理水平得以大幅度提高，促使電力企業(yè)獲得較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)，5G 移動(dòng)通信技術(shù)具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，值得被進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。