电力5G通信网络可靠性组网及部署技术

电力5G通信网络可靠性组网及部署技术

罗仕鸿

身份证号：441427198710062718

摘要：5G通信具有高速率、低时延、海量接入的特点。基于大规模天线阵列、全双工传输、软件定义网络、网络功能虚拟化等各类网络传输和组网技术，用户体验速率达1Gbit/s，空口时延1ms，用户接入数量可扩大10倍。5G具有更加安全的认证体系、数据防护和隐私保护，补充了以往通信网络在安全性方面的不足。本文对电力5G通信网络可靠性组网及部署技术进行分析，以供参考。

关键词：电网；物联网；5G网络；可靠性；服务功能链

引言

碳达峰、碳中和作为我国“十四五”期间重点工作，首次写入政府工作报告，大力发展清洁能源、加快能源转型，是实现“双碳”目标的重要方向。充分利用风能、光伏等可再生能源，是改变能源结构、发展绿色能源的重要方式，被国内外电力行业广泛关注。风力、光伏发电等方式受环境影响大，具有间歇性和随机性，这种动态特征打破了传统电网的单向传输性，影响配电系统的同步稳定、继电保护、供电质量等，给配电网的安全运行和控制管理带来了挑战。

1可靠组网技术设计

1）切换决策前随机退避。双端在发现故障后，首先进行随机退避，再发起控制权抢占，为双端设定合理的随机退避窗口及随机退避方式，减小控制权冲突的概率。2）设置控制权标志位。双端各自设置控制权标志位，当其中一方发起控制权抢占消息时，将本端控制权标志挂起，成为主控方；对端收到控制权抢占消息时，将自己设置被控方，并回复确认。在切换执行完成后，主控方主动发起控制权释放消息，被控方收到后清除控制权标志位，并回复确认，主控方收到确认消息后，清除本端控制权标志位。

2电力与运营商融合组网建设方案

2.1全部利用运营商承载网的融合组网方案

全部租用运营商承载网，随电力专用UPF（User－Plane－Function，用户面功能）安装于地市供电公司或者省电力公司，在电力公司机房部署2套运营商承载网设备，起到双路由保护的作用，运营商按需为电力分配端到端的切片资源，包括无线网、承载网和核心网切片资源。当前运营商为垂直行业客户所提供的5G专网业务主要为此种模式，即运营商提供端到端的传输切片资源，制定不同的安全隔离等级以满足不同客户的网络需求，行业客户无需考虑运营商及自身现有网络情况，仅与运营商签订SLA（Service-Level－Agreemen，服务等级协议）即可满足自身的5G定制化服务。

2.2电力自建5G承载网的融合组网方案

将电力SPN承载网建设至接入层，实现从基站至核心网的全线电力专网覆盖。基站至接入层SPN之间敷设光缆，并将基站单独配置传输板卡，通过10GE光路接入SPN设备，N2/N3/N4接口全部承载于电力自建SPN之上。由于网络规模庞大，地市以内单独建立自治域，地市以上建立骨干平面。电力专用SPN网络作为路由网，起到了一张网可同时对接、承载三家运营商的作用。

3时延及可靠性分析

网络端到端时延包括无线空口时延、承载传输时延和核心转发时延。空口时延，典型的TDDUL空口时延在5~11ms之间，FDDUL空口时延在2~6ms之间。承载网时延，通过组织相关单位开展测试，切片交叉PE节点典型时延约为13μs，切片交叉P节点典型时延约为3.45μs。当UPF部署在边缘时，承载网时延忽略不计，当UPF部署在地市时，对于地市内200km光缆长度，10个承载网节点的网络，租用运营商承载网的时延约为2ms。当UPF部署在省公司时，对于省干1000km光缆长度，10个省干承载网节点的网络，租用运营商承载网的时延约为4ms。核心网时延，UPF转发时延与业务流量相关，典型时延在2ms以内，根据中兴通讯提供的典型实测数据，在64Gbps吞吐量情况下，UPF转发时延为0.6ms，抖动在10μs左右。

4 5G移动通信网络部署场景及行业应用分析

4.1移动宽带增强

广域连续覆盖以及高容量热点基本上可以视为移动宽带增强的具体部署场景。其中，广域连续覆盖主要体现在覆盖范围的广度方面，在应用体现方面主要以保障用户移动性以及业务连续性为根本目的，通过采取切实可行的技术手段，为用户提供高速业务体验功能。而高容量热点更加侧重于强调质量，举例而言，在大型集会场景如音乐会等，可通过运用5G移动通信网络技术的移动宽带增强场景优势，为用户提供较高的数据传输速率，进一步满足用户的上网需求。通俗的来说，就是在5G移动通信网络覆盖的区域范围内都可以上网，同时上网速度极快。

4.2行业应用

近些年来，随着我国5G移动通信网络技术的深入持续发展，该项技术已经成功应用到不同行业领域当中，如智慧医疗、智慧教育、智能制造、无人驾驶等等。以钢铁生产为例，5G移动通信网络技术的推广与应用可以赋能钢铁制造。钢铁行业内部通过利用5G移动通信网络技术功能优势，实现智能化生产以及智慧化运营过程。以智能化生产为例，5G网络所具备的低时延特征可以实现对机械设备远程控制与管理，进一步增强运维效率以及生产效率。目前，我国部分钢铁厂区已经实现无人化转型发展。除此之外，5G通过赋能可以对医疗服务体系进行全面升级与改造。如利用远程医疗以及应急救护等服务方式，强化智慧医疗服务体系的持续应用。在助力智慧城市方面，城市安防监控可以结合大数据以及其他先进技术内容，构建5G+超高清视频监控体系，完成对人脸以及车物等识别。

5现场测试及仿真实验

EqMRT算法的仿真软件选择OMNET++，仿真场景选择自动化遥控业务场景，将本算法与被动修复方式、提供“1+1”备份的专有保护方式和虚拟节点保护方式GREP算法进行传输性能比较。为模拟自动化遥控业务传输，实验在源端和目的端之间共设计了10种VNF，每种VNF节点在资源池中存在1~3个备份节点，按照业务逻辑顺序随机生成测试拓扑。试验涉及的参数参考于实际场景中的量级范围，在t=60s时注入随机故障，使默认SFC失效并切换至4种方式提供的备份SFC。除测试拓扑和故障位置随机外，在其余参数不变的情况下重复多次试验，仿真结果在剔除5%最大、最小值后取平均值进行分析。通过仿真分析可得，所提算法在故障时优选等价非相关的备份路径，业务承载能力逼近专有保护，能实现备份SFC路径与主路径的实时性能近似等价，保障在SFC主路径失效时对业务的实时性承载能力，支撑主路径的故障快速恢复。

结束语

随着5G移动通信网络技术的快速发展，5G在传统领域及社会垂直行业领域的应用不断增强。为加快推动5G移动通信网络建设及行业应用，行业研究人员应立足5G移动通信网络技术的发展现状，加强对5G部署场景、关键技术、行业应用、网络问题及发展趋势等的研究，在5G部署场景、行业应用、网络安全、频率共享及低频重耕等问题上给出切实可靠的解决方案。随着5G网络的全覆盖及垂直行业的逐步应用，5G将重塑行业应用场景，全面推动社会数字化转型。

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