5G与WiFi6在水电站智慧运维中的应用分析

5G与WiFi6在水电站智慧运维中的应用分析

张龙

宁夏黄河水电青铜峡发电有限公司  宁夏回族自治区吴忠市   751601

摘要：在我国技术进一步发展的过程中，智慧水电站建设也越来越完善，在传统有线网络接入的基础上，随着无线网络的发展，在水电站智慧运维当中，安全、高速、稳定的无线网络已成为其重要基础设施。本文在针对智慧水电站建设进行研究的过程中，将重点放在5G与WiFi6的对比分析，探索LPW AN技术、WiFi6、5G的互补性和差异性，对于适合当前水电站智慧运维应用场景的无线组网技术进行了深入分析，以进一步完善水电站智慧运维体系。

关键词：智慧水电站；运维；5G；WiFi6；应用分析

0前言

截止到目前为止，5G技术是我国最新一代的蜂窝移动通信技术，具备着低时延、大容量、高速率等优点，在移动互联网当中发挥了重要作用。随着相关技术的推广，在电力、水利、工业等传统企业发展的过程中，5G技术也发挥了推动作用。运营商网络和WiFi网络之间的竞争由来已久，作为5G技术目前最有竞争力的对手，802.11.ax（WiFi6）技术存在网络安全性高、可多设备接入、吞吐量大、速率快等优势。5G与WiFi6各具优势又能够互补，随着近年来技术的进一步发展，在智慧矿山、智慧校园等领域已经实现了5G与WiFi6的融合。在此基础上，本文进行了智慧水电站领域上5G与WiFi6探索。

1无线接入需求

依据电力监控系统安全防护的相关标准，水电站系统架构包括两大区，分别是管理信息大区与生产控制大区，其中管理信息大区包含信息外网与安全区Ⅲ、生产控制大区包含安全区Ⅰ与安全区Ⅱ，从物理层次来看，主要包括厂站层、单元层、过程层，具体划分如下图1所示：

图1  电力监控系统图

为尽可能保证水电站工控安全，在进行无线接入过程中，生产控制大区业务在具体实践时持保守态度，管理信息大区则进行了大量的无线接入。截止到目前为止，管理信息大区在进行无线网络运用时，主要将其作用于有线接入条件差的可穿戴设备、便携式设备、终端设备、传感器等。

能够直接高速接入无线主网的设备通常通信数据量大，包括轮式机器人、无人机、智能安全帽、AR眼镜、PDA等，该类设备具有待机时间和功耗不能兼顾的特点；物联网传感器能够实现长期不需维护，但是该设备功耗敏感，需要先进行低功耗广域网的接入，在LPWAN网关汇聚之后，方可实现和主网通信，该设备具备通信数据量极小特点，大多数时间为休眠状态。

按照目前水电站智慧运维的业务需求和应用场景，无线接入需求主要包括以下几种类型如表1：

机器人包括水下机器人、轨道机器人、轮式机器人，由于水下机器人主要为ROV型式，与水面母船可借助脐带电缆进行连接，不可进行无线网接入，而轨道机器人具有确定的行走路径，可进行有线通信与供电，因此此处只体现轮式机器人。

2 5G与WiFi6

现阶段我国主流无线网络技术为WiFi6与5G，两种技术各有最佳应用场景与优势。目前，5G技术发展火热，但是受限于水电站特点，5G技术的全面推行存在较多难题，需WiFi6补充辅助。

2.1网络建设与管理

作为国家重要战略性资源，无线电频谱资源由国家统一管控，在被授权频段，5G网络的工作需要通过电信运营商进行建设运营，5G网络的管理和建设不受5G用户控制。在水电站自身特点的限制下，水电站大都位于偏远位置，5G信号覆盖情况不良，同时受水电站电磁干扰强度大、内部构造复杂等影响，水电站5G网络建设成本高，回报低。

WiFi6在非授权频段进行工作，发电企业自行进行运营管理与建设，企业能够依据自身情况进行精准管控与特殊设计，建设成本低。

从网络控制权、建设周期与建设成本的角度来看，WiFi6网络优势更为明显。

2.2网络覆盖

室外的网络覆盖上5G网络优势更明显，但是，水电站地下空间复杂，其网络覆盖情况受限于室内微型基站建设密度，水电站室内是水电站最主要的运维场景，要求较高水平的无线高速接入，如使用5G网络，则建设成本与建设难度将大大提升。

WiFi6网络在部署便利性与成本方面优势明显，室内覆盖效果上也更加优越。

2.3通信质量

从通信质量的角度来看，5G网络于授权频段工作，具备更强的抗干扰能力，WiFi6网络工作频段同时是ZigBee、蓝牙等工作频段，易受干扰。

需要移动的终端设备在进行跨AP切换时，WiFi6网络可能出现丢包、掉线状况；而5G网络无感切换较易实现。

5G和WiFi6技术具体对比情况如下表所示。

3 LPWAN

在进行水电站智慧运维过程中，除高速无线接入之外，大量物联网传感器也是必需的，其可进行水生态环境、高危边坡、水工建筑物、电气设备等对象的在线立体监测。WiFi6和5G存在功耗大、通信速率高特点，传感器不能长期运行，需要进行LPWAN的接入。LPWAN技术就有运维低、功耗低、距离远特点，能够实现低成本覆盖物联网。现阶段LPWAN技术主流包括LoRa和NB-IoT。

3.1网络建设与管理

NB-IoT受运营商统一管理，水电站位置较偏，推动运营商部署建设难度高。LoRa技术可进行1GHz以下的非授权频段私有网络建设，自主性高，由于为自行建设，后续承担费用低，通信模组成本也不高，总体成本优势大。

3.2网络覆盖

LoRa在非授权频段运行，频谱优势大；NB-IoT穿透能力与远距离覆盖力强，就现阶段运维场景来说，LoRa与NB-IoT在续航时间、单网接入容量、通信速率方面均能够满足需求，但是LoRa因在非授权频段运行而在频段的独占性和合法性方面缺乏保障。

3.3产业链成熟度

NB-IoT在2016年才有确切标准，产业链与商业化建设时间短，受运营商、频段限制大；LoRa产业链成熟，部分国家已具备全国性LoRa网络部署。LoRa终端节点简单，开发较易，兼容性与适用性强。

LoRa和NB-IoT技术具体对比情况如下表2、3所示。

4 网络演进

我国通信网络的建设经过了一个循序渐进的过程，水电站大多建设时间较早，现阶段大多数水电站并未保留无线组网基础条件，在进行技术升级时，应在充分分析技术演进的基础上，全面分析基站供电、基站组网、基站选址等情况，适应各种组网方式。后续在进行水电站建设时，应充分考虑网络演进状况。现阶段，5G+NB-IoT技术更具长远优势，该组合技术国家支持有力、频段保障合法、运营模式正规，而WiFi6+LoRa技术落地容易、敏捷性与灵敏性更强。WiFi6+LoRa与5G+NB-IoT均可实现水电站智慧运维的无线接入。在5G产业链进一步发展过程中，5G+NB-IoT的建设成本将逐步下降，成熟度也将逐步提升，在企业具有一定的控制权后，WiFi6+LoRa优势减弱。现阶段我国已在智能电网领域进行了5G专网技术的探索。在物联网领域，5G+NB-IoT技术发展空间更广。基于水电站特点考虑，企业应选择更为平滑的网络演进。

5总结

从理论上来说，与WiFi6+LoRa相比较而言，5G+NB-IoT在技术发展前景与发展潜力上更具优势，从技术的角度，均能够满足目前水电站智慧运维场景需求。与5G+NB-IoT网络相比较，WiFi6+LoRa网络在产业链成熟度、网络控制权、工作频段与建设模式等方面更具优势。除特大水电站，通常来说非授权频段的WiFi6+LoRa技术性能更优越，考虑到长期发展，应进行授权频段的5G+NB-IoT技术进行无线组网的条件的预留。

参考文献：

[1]李甘,张茜茹,梁志开,金能.5G与WiFi6在水电站智慧运维中的应用研究[J].水利水电快报,2022,43(05):104-108.

[2]张朔.WiFi6与5G技术的性能对比与应用探析[J].电子世界,2021(01):77-78.

[3]冯磊,赵飞,谭鑫,刘彩.WiFi 6对5G发展的影响[J].计算机与网络,2020,46(16):39.