基于5G网络切片的电力物联技术研究与应用

图3 5G网络切片实现电力业务安全分区拓扑图

03 5G电网试点及应用验证

5G为电网行业提供按需定制、安全隔离、高可靠性的专用网络，5G网络切片将一张物理网络通过软/硬件分离成多张虚拟逻辑网络，以满足5G电网不同业务的需求，实现电网用户网络切片的设计、部署和运维。基于同电网用户签订的SLA (Service level Agreement)业务服务协议，为电网行业不同业务提供相互隔离、功能可定制的网络服务。5G网络切片是由网络功能和所需的物理/虚拟资源的集合，需穿透接入网、承载网、核心网3层网络，5G网络切片端到端配置方案如图4所示。

图4 支撑电力5G SA网络切片端到端配置方案

3.1 5G基站无线侧切片配置

在PDP激活时核心网把QCI信息发送给eNB，eNB通过配置将QCI与DSCP/VLAN优先级映射，eNB根据nexthop打VLAN tag。

a) eNB上根据Nexthop配置两个不同优先级的VLAN，分别到2个不同的DGW。

b) 配置QCI到DSCP的映射。

c) 配置DSCP到VLAN优先级的映射。

d) 打开基于QCI的QoS控制算法。

3.2 5G承载网传输侧切片配置

a) 传送网侧不同的切片业务占用不同的L3VPN通道：在ATN980B侧创建VLAN子接口用于基站接入;CX600-X8A侧创建VLAN子接口与数据中心网关互联，并创建到云核网元的静态路由。

b) 基站侧不同的切片业务根据Nexthop配置2个不同优先级的VLAN ，在接入侧进入到不同的L3VPN。

c) 云核心网侧，2个UPF分属不同的VPC，分别在VPC-GW配置到基站的静态路由。

d) 传送网通过QOS优先级调度保障高优先级业务的带宽;承载网络受限于现网软硬件版本，只能采用上述软切片方案;升级现网设备后，可以支持FlexEth等硬切片方案。

3.3 5G SA核心网切片配置

a) 在AMF和SMF上分别配置I/II区业务和III/IV区业务QoS信息(或者使用签约数据)。

b) SMF1上配置I/II区业务DNN，用于SMF基于DNN选UPF、地址池绑定等。

c) SMF1上配置III/IV区业务DNN，用于SMF基于DNN选UPF、地址池绑定等。

d) UDM上配置CPE1和CPE2的DNN签约数据(含QoS信息)。

e) 配置UPF和eNB的N3接口的IP链路信息(传输基础配置)。

f) UPF1配置连接I/II区业务服务器的传输配置。

g) UPF2配置连接III/IV区业务服务器的传输配置。

根据5G网络R15标准进展，采取eMBB标准协议作为5G三大场景切片设计基础，选取低时延高可靠、广覆盖大连接、大容量高带宽的3类应用场景典型业务，从带宽、时延、安全可靠性、接口等维度分析其通信需求，验证电力业务场景下5G网络带宽、时延、容量等网络性能指标，基于电力业务切片方案，验证5G网络业务适配性和业务承载性能，实现各类终端设备的泛在接入、智能化应用，图5为电网业务5G端到端切片测试拓扑图。

图5 电网业务5G端到端切片测试拓扑图

3.4 应用验证

3.4.1 负荷控制等低时延高可靠场景应用

配电自动化业务主要实现配电网检测、控制和快速故障隔离，缩短断电恢复时间，提高电网可靠性[13]。精准负荷控制业务主要用于在电网故障时，为保证电网系统中负荷平衡，优先切除可中断的用电负荷(例如暖通、室内照明)，以保障不可中断负荷(如医院、工厂用电)的正常工作。针对5G低时延超高可靠(uRLLC)类应用场景，分别选取配网自动化、精准负荷控制2个典型业务，从上下行峰值速率、容忍最大时延和可靠性等维度分析业务需求，提出5G端到端uRLLC网络切片方案和试验验证方案，开展面向5G uRLLC场景下的业务验证研究。uRLLC场景下5G切片端到端测试结果如表2所示，结果表明，5G技术可以很好地满足负荷控制等低时延超高可靠场景的指标要求。

表2 uRLLC场景下5G切片端到端测试结果

3.4.2 视频监控等大带宽场景应用

巡检机器人主要用于对变电站、配电房等关键电力设备的巡视工作，实现无人值守[15]。 视频监控主要针对配电网重要节点(开闭站)的运行状态、资源情况进行监视，减少人工巡检的任务量。针对5G大容量高带宽(eMBB)类应用场景，分别选取智能巡检、视频监控2个典型业务，从网络带宽、时延、视频流畅度、画面清晰度等维度分析需求，提出5G端到端网络切片方案和试验验证方案，开展面向5G eMBB场景下的业务验证工作。eMBB场景下5G切片端到端测试结果如表3所示。结果表明，5G技术可以很好地满足视频监控等大带宽传输场景的指标要求。

表3 eMBB场景下5G切片端到端测试结果表

3.4.3 智能表计等海量连接场景应用

用电信息采集是对居民、专变、台区等用电信息的采集、处理和管理，分布式电源主要包括风电、光伏、电动汽车充电站、储能设备等[14]。针对5G广覆盖大连接(mMTC)类应用场景，分别选取用电信息采集、分布式电源接入2个典型业务，从上下行峰值速率、容忍最大时延和可靠性等维度分析业务需求，提出5G端到端mMTC网络切片方案和试验验证方案[16]，开展面向5G mMTC场景下的业务验证研究。mMTC场景下5G切片端到端测试结果如表4所示。结果表明，5G技术可以很好地满足智能电表等海量终端连接的指标要求。

表4 mMTC场景下5G切片端到端测试结果表

04 发展展望

（编辑：应用网_阳江站长网）

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