电力是我国能源领域的基础行业，是关系国计民生的重要领域。电网智能化是国家能源战略的核心支撑，而电力通信网则是电网智能化的核心，是电网调度自动化、电网运营市场化和电网管理信息化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段。
5G为电网智能化带来曙光
我国近年来在电力领域发展迅速，特高压、新能源、分布式能源、充电桩、智能抄表等众多技术和业务蓬勃发展，对电力通信控制网络也提出了更高的要求。传统电力通信网络一般采用电力自建专网和运营商公网租赁，但专网建设成本高、网络覆盖率不足的问题比较突出，不能满足电网发展的需求。比如现在电力配网侧站点的光纤直达率不到20%，而且电力自建无线专网（比如WLAN、230MHz和1800MHz电力无线专网）也仅在少量地区部署，而且带宽、覆盖等都比较受限，业务承载能力明显不足。
借助运营商公网是电力通信网业务承载的一个重要手段，特别是借助无线接入公网来弥补电网接入侧覆盖不足这一难题，而且业务需求随着电网发展越来越大。而运营商传统无线网络是以个人通信业务为主来设计的，系统架构较封闭，没有特别照顾到电力等垂直行业客户的业务需求，比如电力多种业务对网络性能指标要求差异巨大，传统公网很难匹配多样化要求；电力业务要求进行业务端到端分区设置和严格的隔离管理，传统公网也缺乏灵活的实现方案。怎样彻底解决公网服务电力行业遇到的这些问题，为电力行业提供安全、灵活、可定制、多业务一体的公网专用解决方案是业界面临的一个难题。
5G的出现为解决公网专用面临的一些问题带来了曙光。5G设计了eMBB、URLLC和mMTC三大场景，有针对性地解决各种行业应用的通信需求，同时5G提供以网络虚拟化为基础的网络切片的架构设计，使得我们可以把一张物理网络虚拟化成多个虚拟业务专网，不同的虚拟专网可以服务不同的客户或业务，从而一张公网服务众多公私客户成为可能。因此，加强5G技术研究、加速5G商用和5G垂直行业解决方案创新成为当前阶段产业发力的重点，也是国家5G战略推动的重心。5G智能电网更是因为产业规模大、技术要求高、业务代表性强而成为产业发力的领头羊。
中兴通讯5G+智能电网方案
做为5G产业先锋，中兴通讯近年来持续发力5G产品解决方案创新，针对5G网络服务电力专网领域相关问题，联合运营商和电力产业合作伙伴共同攻关，成功推出基于5G公网的电力虚拟专网解决方案。中兴通讯5G+智能电网解决方案在常规5G软切片虚拟网络基础上，针对电力业务的特性，创新性地引入PRB（Physical Resource Block）硬切片、智能调度、智能AMC（Adaptive Modulation and Coding）、关键链路冗余可靠性增强，及本地业务分流和EdgeQoS功能，有效增强了公网承载电力业务的安全性，确保低时延高可靠业务的承载要求，同时通过智能调度控制和业务分流实现5G网络系统效能的最大化。
中兴通讯5G+智能电力通信虚拟专网架构如图1所示。网络整体上基于运营商5G公网来承载电力业务，并针对电力业务进行了重点功能设置。
图1 中兴通讯5G+智能电力通信虚拟专网架构
-端到端切片化设计承载电力分区业务
网络切片是5G网络的重大架构创新，它借助网络虚拟化技术和SBA架构，可实现5G网络端到端系统编排和资源调度，可以把一个物理网络切割成多个虚拟的端到端网络，每个虚拟网络内的设备、接入、传输和核心网，都是逻辑独立的虚拟网络。
借助5G网络切片功能，我们为电力各业务分区设置分区切片，按照各分区业务属性设置专属的切片参数集。通过不同切片域隔离来实现电力要求的业务分区、横向隔离的安全要求，实现一张网络承载多个分区业务、共享整体资源、降低建设成本的建设目标。
-创新PRB硬切片承载电力生产类高安全性业务
在5G整体系统中，空口资源相对最为紧缺，常规5G公网切片一般采用切片ID加5QI业务调度的软切片管理方式，简单来说就是所有切片和切片内业务共享基站PRB资源，所有业务在抢占PRB资源发生冲突时按照5QI优先级进行排序调度。
空口软切片可以满足绝大多数常规电力信息管理域业务的功能需求，但电力生产控制类业务网络要求高，怎样在5G传统切片网络基础上进一步增强对此类业务的资源保障是一个现实要求。中兴通讯创新性提出PRB硬切片解决方案，通过为特定切片预留一定PRB资源的方式来保障该切片业务的可靠性。如图2所示，设置PRB资源预留切片服务于电力生产类业务，预留的资源可以确保电力业务得到最高资源优先级和严格的安全隔离；而对于其他非生产类业务，可以采用常规的软切片的共享PRB调度方式，所有在网切片共享资源以最大程度提升系统资源利用率。
-智能调度算法实现电力多业务最优QoS保障
电力是一个多业务系统，各业务有不同的传输带宽、时延、抖动和可靠性要求，有时即便同一业务也含有多种报文，我们怎样在软硬切片常规5QI调度的基础上，进一步深度优化切片内各业务的QoS，是切实保障电力业务公网承载的关键。为此，中兴通讯创造性引入精准网络控制理念，在常规切片5QI业务调度的基础上，引入基于业务QoS要求的无线网分级业务调度保障机制，借助智能AI算法实现针对不同业务特性和无线环境下的参数动态优化调度。如对于20ms时延&99.999%可靠性极高要求的差动保护等业务，提供特殊的物理层和MAC层空口调度策略保障；对于50ms时延@100Mbps的生产区业务和大网共享管理区业务，强化了时延控制和优先级保障；对单纯99.999%高可靠性业务，强化了并发调度能力。通过上述动态调度方案，实现了同一网络甚至同一切片环境下多个技术特性差异巨大的业务完美共存，解决了电力业务公网承载的现实问题。
-按需求灵活设置电力专属UPF和基站算力引擎NodeEngine
针对电力一些潜在独立核心网网元建设和部分本地业务就近处理的需求，中兴通讯提供轻量级核心网UPF（User Plane Function）平台和基站嵌入式NodeEngine边缘引擎。内嵌于基站的NodeEngine具有超强的计算处理能力和标准的云化业务接口，便于实现电力生产区业务本地分流，满足电力业务最短路径接入电力专网的需求，同时NodeEngie也为电力实现本地业务增值处理及对外发展电力边缘云服务提供有力支撑。
中兴通讯5G+智能电网实践
为了推动5G+智能电网创新方案落地验证，中兴通讯、广东移动和南方电网联合打造了业内最大规模的广州南沙5G智能电网综合试验区。实验网建设规模超过100+基站，涵盖电力所有典型场景，将全测试验证发（电）、输（电）、变（电）、配（电）、用（电）各种典型业务。示范区目前已完成网络建设和5G+智能电网方案初步验证，并成功完成14类电力关键业务的上线测试工作，如微秒级高精度授时、毫秒级差动保护、配电网同步相量测量（PMU）、5G+配电自动化、5G+两栖带电作业机器人巡检等。试验网将在2021年完成全部54类电网业务应用测试，形成完善的5G智能电网应用方案，并形成可规模推广的商业模式，为后续5G在电力行业规模应用提供参考。
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