5G提速，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能否找到“安全與成本”的平衡點

2019-06-24 17:50:59 eo記者周慧之　點擊量：評論 (0)

5G通信技術是特朗普正竭力捍衛(wèi)的技術高點，事關他口中must win的科技戰(zhàn)役。6月6日國內(nèi)四張5G牌照提前發(fā)放，令各界對以5G為支撐的商用場景

5G通信技術是特朗普正竭力捍衛(wèi)的技術高點，事關他口中“must win”的科技戰(zhàn)役。6月6日國內(nèi)四張5G牌照提前發(fā)放，令各界對以5G為支撐的商用場景探索按下加速鍵，而物聯(lián)網(wǎng)正是被視作5G能夠施展技藝的關鍵戰(zhàn)場。

技術演進催生需求升級。物聯(lián)網(wǎng)浪潮之下，旨在連接電力用戶及其相應設備的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，自然離不開與之相適配的通信技術的支持，同樣也繞不開基于5G技術解決方案的前瞻性研究。

藍圖中電力物聯(lián)網(wǎng)的打造，到底在多大程度必須用到5G網(wǎng)絡？

這是近期業(yè)界時常談及并有所爭議的話題。“我覺得以當前的數(shù)據(jù)量，對5G沒有那么大的需求。”不少電力業(yè)內(nèi)人士持此保留意見，現(xiàn)有4G網(wǎng)絡已經(jīng)能滿足不少電力物聯(lián)網(wǎng)功能，5G不是必要條件。一位通信界人士則干脆公開表示，“只有1%-5%的物聯(lián)網(wǎng)應用是基于5G或者依賴于5G。”

另一邊在公網(wǎng)之外，國家電網(wǎng)公司早已醞釀多年針對配用電環(huán)節(jié)終端通信接入的230Mhz電力無線專網(wǎng)——基于由4G向5G過渡的通信技術（又稱為4.5G），并于去年8月從工信部獲批適用于電網(wǎng)企業(yè)及能源互聯(lián)網(wǎng)建設的無線網(wǎng)絡專用頻率資源。這也為半年后泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的正式開機啟動，打下了通信基礎。

布局“終端通信接入網(wǎng)”對國家電網(wǎng)公司來說，有多重要？國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團副總經(jīng)理孫德棟在3月份華北電力大學的公開演講中曾提到，“我們沒有泛在接入的最大瓶頸，就是在接入網(wǎng)上。”

自建“電力通信網(wǎng)”于電網(wǎng)而言，是另一張“有形的”的實體網(wǎng)絡資產(chǎn)。在歷經(jīng)堅強智能電網(wǎng)建設階段后，采用光纖鋪設的電力專用骨干通信網(wǎng)已基本接近全覆蓋。然而在配用電側10kV和0.4kV的終端通信接入網(wǎng)環(huán)節(jié)，如同所有的“最后一公里”一樣，遭遇著海量終端點多面廣、投資額巨大的難題，從而進展緩慢。

如今成熟普及的4G和測試階段的5G公網(wǎng)，以及基于4.5G的230Mhz電力無線專網(wǎng)，均是電網(wǎng)建設末端接入網(wǎng)的可選項。以無線網(wǎng)絡替代有線光纖布局接入網(wǎng)已是共識，但無線公網(wǎng)與無線專網(wǎng)兼有利弊。

在國家層面推動5G超預期提速的背景下，無線公、專網(wǎng)絡具體如何組合布局，專網(wǎng)帶寬是否需要超前投入以滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量爆發(fā)等問題上，“現(xiàn)在的確存在不少困惑，國網(wǎng)還沒有最后定案。”

外界的擔憂在于，一是為打造電力物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的新建、改造、租賃及運維等成本，是否會伴隨計入輸配電定價成本而加重購電用戶的負擔；二是是否存在“為了5G而5G”的情況發(fā)生。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)架構中的第二層即“網(wǎng)絡層”中“接入網(wǎng)”的搭建，該如何找到“數(shù)據(jù)安全與投入成本”的平衡點與有效邊界，是國家電網(wǎng)正在思量求解的問題。

5G公網(wǎng)下電力應用初探

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念，是在2019年3月兩會期間首度引發(fā)大范圍熱議的。由此促發(fā)的通信領域的響應步伐也極為快速。

兩個月后，在福州舉行的第二屆“數(shù)字中國”建設成果展覽會以及在天津舉辦的第三屆“世界智能大會”上，電信運營商和通信設備商紛紛布置了單獨屏幕，講述基于5G通信技術在“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”領域的應用場景構想。

華為、中興推出了針對“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的通信網(wǎng)解決方案，并打出“5G是海量配用電末端設備泛在連接的重要選項”的標語。盡管5G的大規(guī)模商用尚需時日，相關技術也有待驗證和測試，而且由于處在起步階段，5G的相關費用仍未有明確標準。不過現(xiàn)場工作人員向eo表示，愿與電網(wǎng)共同探索5G商業(yè)場景的落地。

電力界與通信界的聯(lián)合研究工作早已啟動。國家電網(wǎng)公司與中國電信、華為共同編寫了《5G網(wǎng)絡切片使能智能電網(wǎng)》的報告，并于2018年1月發(fā)布。去年6月，南方電網(wǎng)公司與中國移動、華為又聯(lián)合發(fā)布了《5G助力智能電網(wǎng)應用白皮書》。

通常認為，高寬帶、低延時和海量連接是5G通信技術的三大特點，與此同時5G網(wǎng)絡切片技術（Network Slicing）在垂直領域的應用同樣頗受關注。今年4月，國網(wǎng)南京供電公司與中國電信江蘇公司、華為共同完成了以真實電網(wǎng)為環(huán)境的電力切片測試，這也是全球范圍內(nèi)第一次實現(xiàn)基于最新標準5G SA網(wǎng)絡的測試。

一位中興人士向eo介紹，“投資建一張（5G）網(wǎng)絡投資太大了，”可以利用5G網(wǎng)絡切片技術租賃使用網(wǎng)絡。租用一個切片，意味著從終端到網(wǎng)絡的整個資源都可以切出一塊給用戶專享，“相當于一個隧道。”

“這是虛擬的專網(wǎng)。”上述中興人士說，對于類似于電力對安全保障格外嚴格的行業(yè)，通過5G的切片技術，無需與其他用戶共享網(wǎng)絡就可以享受5G的服務，而且比起自建專用通信網(wǎng)絡成本更低。

據(jù)其介紹，將光纖有線網(wǎng)絡無線化的作用，“一是節(jié)約成本，二是縮短工期。”不過他也表示，要根據(jù)不同區(qū)域的業(yè)務需求和投資預算，做不同的網(wǎng)絡布局組合，偏遠地區(qū)可能提供語音服務即可。“5G到底比4G好多少，還待評估，但是未來是有場景需求的。”

配電自動化、精準負荷控制、大數(shù)據(jù)信息采集、分布式電源控制等等功能是電力界公認的幾個5G應用潛在場景。輸變電線路的無人機巡檢、AR/VR在電力領域的應用也被視作5G下的典型應用，不過在5G牌照正式下發(fā)之前，這兩項業(yè)務已經(jīng)有所開展。換句話說，通信技術并不直接影響前述兩項業(yè)務的存在，但對業(yè)務今后的迭代方向會起到引導作用。

例如在輸變電線路無人機巡檢方面，目前已有案例主要采用先內(nèi)存存儲，后期工作人員再讀取數(shù)據(jù)的方式工作，因而對于通信網(wǎng)絡并沒有嚴格要求，普通的wifi即可滿足。一家無人機巡檢公司研發(fā)人員向eo表示，他們現(xiàn)階段提供的服務甚至只需使用1.4G網(wǎng)絡，就可以實現(xiàn)照片的實時傳輸。如果未來無人機檢業(yè)務對實時的視頻傳輸有需求，才有可能需要用到5G。

一位服務于電力行業(yè)的AR/VR技術開發(fā)人員告訴eo，在現(xiàn)有局域網(wǎng)之下，AR/VR基本可以在本地實現(xiàn)無延遲，但這并不意味著5G技術成熟后不會衍生出更高級的需求。“目前受技術限制發(fā)展不快，一是遠程控制有延遲，二是識別率不夠。如果有更好更成熟的技術，功能拓展肯定會有跟進。”

他提到5G對于AR/VR在“異地多人”場景下的意義，例如兩個省級電力公司需要實時共享操作，由于涉及遠程傳輸對時延要求敏感，“延遲太長，異地傳輸就沒有意義了。”如果是基于5G的傳輸速度，時延理論上可以從零點幾秒縮短到零點零幾秒。

“多站融合”模式當中也涉及5G基站的應用設想。相關人士表示，比起4G基站間隔較遠，5G基站布點密集，可以和變電站做一個數(shù)據(jù)交互。如果設備有故障數(shù)據(jù)就可以傳到5G基站旁邊的數(shù)據(jù)中心，包括變電站周邊的數(shù)據(jù)都可以就近先發(fā)到那里，而不是所有數(shù)據(jù)都要傳回總部。

當然在不少業(yè)內(nèi)人士看來，“5G沒辦法這么快就跑起來，每個用戶獨享寬帶可能還需要等個幾年。”與此同時，也有業(yè)內(nèi)人士提示，部分電力設備不能完全暴露在高頻段環(huán)境下，可能會受到電磁干擾而影響使用。

“主要還是看電網(wǎng)的業(yè)務訴求，從寬帶、時延、接入用戶數(shù)幾個維度看有沒有一定需要5G技術。”一位華為的無線通信專家告訴eo，“夠用就好，不用過涉及。過涉及的話，反而有點為了5G而5G。”

對方舉例提到，中國商飛就明確了十大5G應用場景，“（中國商飛）想得非常清楚。電網(wǎng)有哪些業(yè)務必須要用5G專網(wǎng)承載，是需要研究的。”

230Mhz無線專網(wǎng)應運而建

終端通信接入網(wǎng)是電力骨干通信網(wǎng)絡在配用電環(huán)節(jié)的延展。電力無線專網(wǎng)的研發(fā)與規(guī)劃思路，起于2009年堅強智能電網(wǎng)建設時期。

彼時，國內(nèi)剛剛步入3G時代，通信技術首次實現(xiàn)從“追隨”到“突破”，距離后來4G時代世界水平“并跑”還差了四年。

一位熟悉通信和電力的業(yè)內(nèi)人士說，“電網(wǎng)不能斷，一旦出現(xiàn)故障必須馬上搶修。電信中斷服務后的維修還可以慢一些。”在其看來，建設專網(wǎng)對電網(wǎng)而言是更可靠的選擇。不過電網(wǎng)也需要面臨對通信不熟悉而產(chǎn)生的運維難度大等問題。

考慮到近用戶側終端的海量連接與分散性，建設無線網(wǎng)絡是比光纖通信更具經(jīng)濟性和操作性的解決方案。在前述中興人士看來，從安全角度考慮，核心節(jié)點的數(shù)據(jù)要走有線光纖網(wǎng)絡。但是在非核心生產(chǎn)業(yè)務的終端，考慮用無線網(wǎng)絡性價比更高。

不過受到早期國內(nèi)無線通信技術發(fā)展滯后的局限，當時電網(wǎng)只能通過租用電信運營商的GPRS和CDMA服務來實現(xiàn)語音等基礎數(shù)據(jù)采集，更高級對帶寬要求更高的傳輸功能難以滿足。

230Mhz電力無線專網(wǎng)的研發(fā)應運而生。2009年，中國普天率先研發(fā)了適應于230Mhz頻段的LTE230系統(tǒng)，主要面向電力、石油等行業(yè)為其提供無線通信需求。2012年，在工信部無線電管理局組織的“230Mhz頻段管理與技術創(chuàng)新研討會”上，基于230Mhz頻段對于智能配電網(wǎng)的應用創(chuàng)新路線獲得認可。

此后五年，電網(wǎng)范圍內(nèi)多個省市開展了一系列230Mhz電力無線專網(wǎng)的驗證工作。在浙江嘉興、福建晉江，進行了“230Mhz頻段使用載波聚合技術開展數(shù)據(jù)監(jiān)控及配網(wǎng)調(diào)度通信試驗”，并最終在2017年6月通過工信部驗收。

2017年，國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團牽頭組建了中國無線電協(xié)會專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)盟成員包括華為、普天、中國信通院在內(nèi)的55家企業(yè)。該聯(lián)盟旨在進一步制定電力無線專網(wǎng)的企業(yè)于技術標準，并聯(lián)合研發(fā)創(chuàng)新應用。國家電網(wǎng)也正式確定了接入網(wǎng)建設電力無線專網(wǎng)的戰(zhàn)略。

一年后，國家電網(wǎng)公司對于增補230Mhz頻段的申請迎來最終敲定。

2018年8月31日，工信部發(fā)布《關于調(diào)整223-235Mhz頻段無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃的通知》（以下簡稱《通知》）（223-235Mhz統(tǒng)稱為230Mhz頻段）。工信部明確調(diào)整230Mhz頻段使用規(guī)劃，以支持和滿足電網(wǎng)加快新一代寬帶無線系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略建設的頻段需求。

為避免過度投資，《通知》對于頻段使用情況提出了約束條件，“系統(tǒng)投運后2兩年內(nèi)，頻段占用度應不低于70%。” 國家電網(wǎng)公司是目前電力行業(yè)唯一獲此頻段的企業(yè)。

國家電網(wǎng)公司原信息通信部副主任在2018年9月舉辦的第一屆中國無線電大會演講時就表示，到“十三五”末，國家電網(wǎng)有限公司將初步建成有效覆蓋全網(wǎng)范圍C類及以上供電區(qū)域的電力無線專網(wǎng)，并在B/C類供電區(qū)域、光纜建設困難的A+/A類供電區(qū)域實現(xiàn)電力無線專網(wǎng)全覆蓋。

根據(jù)上述人士當時的介紹，僅2019年和2020年，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃的基站數(shù)量為2500座以上，終端接入數(shù)量在10萬個以上。

與此同時，2014年舊首推4.5G戰(zhàn)略的華為在2018年10月的”IOT-G 230Mhz使能全業(yè)務泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“產(chǎn)業(yè)論壇中，又推出了基于4.5G技術的IOT-G 230Mhz電力無線專網(wǎng)解決方案。今年4月，華為發(fā)布基于ASIC芯片的230Mhz商用終端模組eM600，該模組的定位正是為電力行業(yè)行業(yè)及”泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“建設量身打造的。

孫德棟在今年3月的公開演講中也談到電力無線專網(wǎng)建設的迫切性，第一，業(yè)務需求開始了爆發(fā)性增長，擴展業(yè)務增長了六倍以上；第二，公網(wǎng)隔離有待加強，難以提供滿足電力業(yè)務隔離需求端到端的防護；第三，很多（地區(qū)）光纖建設難度大，線路覆蓋難度更大；第四，專業(yè)獨立分銷建設網(wǎng)絡的資源利用率不高。

“基于專用頻段進行定制化的設計產(chǎn)品，從配用電環(huán)節(jié)提供泛在、可靠、高效接入是非常好的。（目前已經(jīng)在）江蘇、福建做了很多試驗，所有的業(yè)務傳輸試驗基本上是可以解決的。”孫德棟說。

到了2018年12月，參與最早一批試驗的浙江嘉興，成為國家電網(wǎng)范圍內(nèi)率先實現(xiàn)電力無線專網(wǎng)全覆蓋的地級城市。

230Mhz專網(wǎng)與5G公網(wǎng)如何共存

5G超預期提速，是否會影響原有230Mhz電力無線專網(wǎng)的建設進度，業(yè)內(nèi)有所困惑。

有電力行業(yè)人士告訴eo，從今年四月份左右開始，有西北省份暫停新建230Mhz無線專網(wǎng)項目，“本來準備上，可研都做了，估計230Mhz的帶寬不夠用了。”不過在沿海早已先行布點230Mhz的地區(qū)，將繼續(xù)完善建設。

前述華為人士則認為，這也可能是由于普天LTE230與華為IoT230兩種技術路線不兼容導致的建設搖擺，上述兩種路線共存將帶來相互干擾，現(xiàn)階段電力無線專網(wǎng)的技術標準亟待統(tǒng)一。“不過230Mhz和5G在技術上是無法更迭的，使用的模塊不同，如需要只能更替。”這位人士補充說。

業(yè)內(nèi)對于無線專網(wǎng)與無線公網(wǎng)規(guī)劃如何銜接的擔憂仍在。“現(xiàn)在的確很矛盾。”一位國網(wǎng)人士說，“5G商用化面臨實際性能達不到理論值、價格偏高等問題，運營商難以在短期內(nèi)大規(guī)模鋪設5G網(wǎng)絡。”由于覆蓋半徑較小，5G基站的布點密度會遠大于4G，相應的同等服務范圍內(nèi)的建設或租用成本要高得多。

租用5G公網(wǎng)，看起來是順應浪潮的選擇，但需要跟隨電信運營商的步伐被動布點；建設電力無線專網(wǎng)無疑能讓電網(wǎng)擁有更大的主動權，無論是更大程度保障數(shù)據(jù)安全，還是業(yè)務增值的考慮，但230Mhz能在多大程度能滿足今后物聯(lián)時代數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟠嬖诓淮_定性。

孫德棟對此顧慮給出過回應和判斷，“5G建成以后，230MHz專網(wǎng)的建設是不是浪費了？或者5G建成后，230MHz專網(wǎng)就不用建了？”

“沒有淘汰不淘汰，只要網(wǎng)放在這里，就永遠可以用。只不過5G提供了高速率、大接入，滿足了另一種應用場景，解決了電力創(chuàng)新業(yè)務上的新場景（的傳輸需求）。”孫德棟說，“未來是一個各種通信方式解決不同業(yè)務，共同存在的一張空天地的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系。”

原國家電網(wǎng)公司國家電力調(diào)度控中心副主任辛耀中在4月的一次公開演講對此也有思考，他提到“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”通信網(wǎng)絡建設的基本原則是，“無線為主、光纖為輔、公專結合、因地制宜。”

電信運營商的規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃無法同步，是無線公、專網(wǎng)并行使用的另一大原因，也是此前堅持鋪設專網(wǎng)的原因。按照國家電網(wǎng)公司的構想，要在2021年完成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步建設，并在2024年全面建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。然而，電信運營商的5G規(guī)劃未必能踩點滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的進度節(jié)點需要。

“電網(wǎng)有普遍服務的要求，雖然電信運營商也有這個要求，但在偏遠地方上5G短期內(nèi)不太現(xiàn)實。從建網(wǎng)角度，一定是先從熱點地區(qū)開始建，但廣泛覆蓋的肯定是4G網(wǎng)絡。一般的，運營商的網(wǎng)絡會3G、4G、5G網(wǎng)絡長期并存。”上述華為人士說，對電網(wǎng)而言，或許也是公網(wǎng)和專網(wǎng)長期并存，偏遠地區(qū)用專網(wǎng)（或是北斗定位）補盲覆蓋，城市地區(qū)用5G公網(wǎng)承載。

“運營商5G網(wǎng)絡建設進度滯后于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設計劃，4G公網(wǎng)和230MHz電力無線專網(wǎng)仍將是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)無線接入的主要手段。”孫德棟此前在華北電力大學發(fā)表演講時的觀點是，5G面向行業(yè)用戶的高可靠、低延時和切片技術標準尚未定稿，能否承載電網(wǎng)末端控制業(yè)務，需進一步測試傳輸時延、安全防護等性能。

不同于“堅強智能電網(wǎng)”時期的思路，“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”階段更為看重開放、共享和協(xié)作，而且配用電終端通信接入數(shù)據(jù)，到底會按照怎樣的節(jié)奏實現(xiàn)幾何級增長仍充滿變數(shù)。

那么問題就在于，自建與租賃如何更適時地投入？主動與被動角色、安全與成本要如何權衡與評估？國家電網(wǎng)公司對于230Mhz電力無線專網(wǎng)與5G公網(wǎng)的具體共存思路，又會如何調(diào)整？

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