5G技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應用

國網(wǎng)伊犁伊河供電有限責任公司 范方俊

隨著我國信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚膬?nèi)容，更基于它的發(fā)展為我們的生活帶來極大的便利。相較于4G通信技術(shù)而言，5G通信技術(shù)的實現(xiàn)可以提升數(shù)據(jù)內(nèi)容的傳輸容量，相較于4G傳輸速度，5G的數(shù)據(jù)傳輸速度在風之傷提升了近百倍，并在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，保持超高的穩(wěn)定性，確保信息內(nèi)容的真實可靠性。從5G的特點出發(fā)，對物聯(lián)網(wǎng)在智能家居、駕駛、醫(yī)療等方面進行科技革命，極大程度的改變我們現(xiàn)有的生活，提升我們的幸福指數(shù)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)的可能。本文就5G技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應用進行探索，通過對通信與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)容的聯(lián)合，分析5G通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應用，為后續(xù)研究提供相應的參考建議。

隨著我國社會快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，在智能電網(wǎng)建設(shè)的過程中，要做好電力設(shè)備、電力終端及設(shè)備與用戶間的信息傳遞工作。通過5G通信技術(shù)的應用，強化設(shè)備與用戶之間、用戶與用戶之間的信息傳遞，并以5G通信技術(shù)高效、安全作為支撐點，實現(xiàn)電力系統(tǒng)更為智能化、自動化的操控。將物聯(lián)網(wǎng)融入在電力企業(yè)，對于國家而言是一項利國利民的行為，既可以檢驗5G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息，將兩者相互融合發(fā)揮各自的特點，使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在此過程中發(fā)揮出最大的作用，產(chǎn)生更多的突破。

1 5G通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

5G通信技術(shù)又稱為第五代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是繼4G通信技術(shù)研發(fā)后的新型通信技術(shù)。據(jù)有關(guān)信息統(tǒng)計，5G通信技術(shù)的峰值，在理論上其傳輸速率已經(jīng)達到10GB/s，較4G通信技術(shù)相比，其傳輸速度提升了百倍。國際上對5G通信技術(shù)進行了三種分類，分別為增強型的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，超可靠的低延遲通信技術(shù)，大規(guī)模機械通信技術(shù)，可以說5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，對于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)而言，突破數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，其產(chǎn)生的波數(shù)可以通過自適應、以波束成形的方式完成長距離信息傳輸工作，并將該內(nèi)容應用在物聯(lián)網(wǎng)中，實現(xiàn)通信技術(shù)低延遲的作用，有望降低網(wǎng)絡(luò)延遲時間使其控制在一毫秒以內(nèi)（見圖1）。

圖1 5G通信和物聯(lián)網(wǎng)間的關(guān)系Fig.1The relationship between 5G communication and the Internet of Things

物聯(lián)網(wǎng)常被稱作第三次產(chǎn)業(yè)革命，且該革命具有新興性的表現(xiàn)。在社會生活的過程中，人們早已接受物聯(lián)網(wǎng)的原理，即通過不同射頻完善信息識別及傳感功能，并就原設(shè)定好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成相應主體及其余物體間的關(guān)聯(lián)，在該協(xié)約下，可以不受時間地點的約束，在信息技術(shù)這一空間下就可以完成內(nèi)容的交替與轉(zhuǎn)換。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以體現(xiàn)在激光掃描、二維碼識別、定位等方式，完善智能化的應用，并為智能化內(nèi)容做出相應的決策。通過上述內(nèi)容，可以將物聯(lián)網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一部分，是其發(fā)展的一種延伸形式（見圖2）。在電力仿真領(lǐng)域，未來的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)進一步深度耦合的系統(tǒng)，對整個泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的分析需要開展5G通信網(wǎng)與電力網(wǎng)的聯(lián)合仿真，需要研究新的聯(lián)合仿真方法與軟件系統(tǒng)。未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所連萬物是復雜多級多對象，傳統(tǒng)的小規(guī)?？刂婆c優(yōu)化算法不能實現(xiàn)如此廣域控制，需要研究先進的分層、分布式等優(yōu)化算法，實現(xiàn)海量對象的即使最優(yōu)控制，使所連萬物相互協(xié)調(diào)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)需要為分散的不同型號的5G通信基站提供可靠的電力保障。

圖2 5G通信和物聯(lián)網(wǎng)間的關(guān)系Fig.2 The relationship between 5G communication and the Internet of Things

2 電力物聯(lián)網(wǎng)安全防護技術(shù)應用情況

2.1 安全防護目標

5G技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的應用下，更應做好安全防護工作，有效規(guī)避風險，實現(xiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)的安全運行，在此過程中要保障其合法權(quán)益不遭受迫害，針對安全防護提出有效的改進措施，防止系統(tǒng)性遭受破壞，繼而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、信息被竊取、病毒侵害等風險。電力物聯(lián)網(wǎng)在信息技術(shù)要做好這樣安全防護工作，使物聯(lián)網(wǎng)處于安全，穩(wěn)定的運行狀態(tài)，為功能發(fā)揮至最大奠定基礎(chǔ)[1]。

2.2 安全體系架構(gòu)

要做好電力物聯(lián)網(wǎng)的安全體系架構(gòu)，防止安全問題的出現(xiàn)，保障后續(xù)安全問題，有關(guān)的體系架構(gòu)重點應放置在電力公司數(shù)據(jù)內(nèi)容、設(shè)施及信息的保護，防止非法內(nèi)容的侵襲，建立安全體系架構(gòu)，意味著做足保障工作，通過安全體系架構(gòu)使有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備及系統(tǒng)數(shù)據(jù)在運行的狀態(tài)下，得到安全的保護，并使整個體系架構(gòu)處于良好的運作狀態(tài)[2]。在整個電力物聯(lián)網(wǎng)運行的過程中，要做好相關(guān)介質(zhì)的安全防護工作，特別是對于硬件設(shè)施的保護及軟環(huán)境兒的安全保障。促進業(yè)務的順利開展，可以通過對訪問用戶識別及數(shù)據(jù)認證、內(nèi)容管理及授權(quán)鑒別身份等方案，滿足物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)生突發(fā)事件時所需的安全預設(shè)工作。

2.3 具體技術(shù)應用情況

要做電力物聯(lián)網(wǎng)安全防護中的加密技術(shù)，這一技術(shù)作為整體應用的基礎(chǔ)，是以電子標簽及無線通信技術(shù)為基準，并在該技術(shù)中應用不同的協(xié)議內(nèi)容，如:Hash，RFID，RFID，Hash-Lock，LCAP等[3]。其次，要做好電力物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)中的認證工作，有關(guān)內(nèi)容是以電力物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，對相應的申請者進行身份認證，其認證的目的是為了消除安全隱患，這也是當前電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的過程中，常用的一種手段，可以將安全隱患逐一排除，可通過口令、域等方式，完成認證工作。最后是要滿足電力物聯(lián)網(wǎng)應用中的防入侵檢測及搭建保護體系。該技術(shù)是對事后管理內(nèi)容加以防御，并在此基礎(chǔ)上物聯(lián)網(wǎng)中存在的隱患進行安全排查，防止互聯(lián)網(wǎng)、組件等內(nèi)容對主機內(nèi)部進行入侵，通過檢測及保護體系的搭建，使其防護效果實現(xiàn)最佳[4]。

3 5G技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應用

3.1 關(guān)于5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G技術(shù)多是通過網(wǎng)絡(luò)服務體系的架構(gòu)、滿足系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，并通過承載網(wǎng)及核心網(wǎng)絡(luò)完成內(nèi)容信息的傳輸。有關(guān)接入網(wǎng)要做好集中單元、有源天線及分布單元內(nèi)容的組成。通過集中單元對原有基帶內(nèi)容進行單元化的處理，將非實時的內(nèi)容分離出來，確保非實時協(xié)議滿足后續(xù)內(nèi)容的服務工作。通過對有源天線單元進行基帶處理及單元分割工作，利用物理層對有關(guān)信息內(nèi)容進行處理，使原基帶射頻拉遠和無源天線進行合并，滿足后續(xù)的內(nèi)容服務工作。分布單元是要對原基帶處理單元的內(nèi)容進行重新定義，將其剩余的功能與現(xiàn)有的物理層協(xié)議進行實時化的服務。其余的工作是要做好承載網(wǎng)基礎(chǔ)資源的內(nèi)容服務工作，需在原有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上對內(nèi)容進行部署，其作用是確保網(wǎng)源數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可以有效傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)源之上[5]。通過Mesh組網(wǎng)完成相應的承載，并將該內(nèi)容逐步下沉，在接入層中完善前傳及回傳的工作。在支持網(wǎng)絡(luò)FlexE分片內(nèi)容上要做好整網(wǎng)智能動態(tài)的管控，基于SDN部署，使其接入環(huán)達到50GE，匯聚環(huán)達到200GE，核心層達到400。滿足上述的內(nèi)容，才可以對核心網(wǎng)進行網(wǎng)元設(shè)備的布置工作，并將有關(guān)信息傳輸?shù)揭苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的核心，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)有效化的管理與控制。

3.2 在電力物聯(lián)網(wǎng)中5G技術(shù)的應用

電力物聯(lián)網(wǎng)5G技術(shù)的應用工作，應做好配電自動化低壓用電信息的采集分布式電源及電力巡檢等內(nèi)容，對重點應用的場景進行布置。通過配電自動化的方式對現(xiàn)有的供電內(nèi)容進行過流保護工作，若在此過程中發(fā)生停電問題，將會對電力物聯(lián)網(wǎng)的應用造成負面影響[6]。為防止該問題的出現(xiàn)，在配電應用中加入5G通信技術(shù)，可以對故障進行精準定位，了解故障發(fā)生的時間，在5G通信技術(shù)的支持下，時間可以細化到毫秒級。當前電力供電信息的內(nèi)容主要呈現(xiàn)在業(yè)務計量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?nèi)容中，有關(guān)的特點是規(guī)模小、頻次小、上行流量大、下行流量小等狀態(tài)。將5G技術(shù)應用在其中，可以為供電提供海量數(shù)據(jù)，并以實時性的狀態(tài)對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行呈報，有效完成用電信息的采集。甚至可以在其功能內(nèi)部加入分布式電源，為整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p電源及甚至多電源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，對于用戶來講，這樣的方式會使電流呈現(xiàn)更為多元化，可以完成實時的查詢。引進5G技術(shù)可以強化配電網(wǎng)的靈活性，提升整體的運營效率。如，電纜隧道中的電線鋪設(shè)在完成后，需要對整體的承載內(nèi)容進行巡檢工作，而該電線鋪設(shè)是一種封閉的方式，有關(guān)巡檢工作會對造成安全隱患的發(fā)生。為了防止這樣的問題出現(xiàn)，可以通過5G智能巡檢機器人的方式，解決上述問題[7]。機器人與后臺進行實時的通信，將5G技術(shù)應用在供電內(nèi)容的傳輸工作之中，確保整體數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性，巡檢機器人可以用全景攝像的方式對現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)傳輸情況進行播報，并配合5G網(wǎng)絡(luò)的延時方式對內(nèi)容進行實時的觀看巡檢?？梢哉f，引入5G網(wǎng)絡(luò)可以提升整體信息傳輸時的安全性能，使配電網(wǎng)更為可靠及靈活（見圖3）。

圖3 5G通信和物聯(lián)網(wǎng)間的關(guān)系Fig.3 The relationship between 5G communication and the Internet of Things

4 結(jié)語

綜上所述，5G技術(shù)擁有著更高速度、更高容量、低延遲的特點，將其應用在電力物聯(lián)網(wǎng)中，可以實現(xiàn)萬物互聯(lián)的狀態(tài)。通過對5G特點的認知，將其在電力電力物聯(lián)網(wǎng)中的不同場景應用進去，極大程度改變了我們當前的生產(chǎn)生活，為我們提供更多便利化的服務，為電力的可持續(xù)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。