5G 確定性網(wǎng)絡(luò)@電力系列白皮書

1、前言5G確定性網(wǎng)絡(luò)電力之需求洞察 011.1 行業(yè)數(shù)字化要求差異化、專屬和可自定義的3D網(wǎng)絡(luò)服務(wù)01 微秒級的時鐘同步需求061.2 電力是5G確定性網(wǎng)絡(luò)最具代表性的行業(yè)之一02 4個9的通道可用性需求071.2.1 電力典型場景對5G確定性網(wǎng)絡(luò)需求概覽02 非IP化傳輸需求081.2.2 電力對5GDN差異化網(wǎng)絡(luò)的需求洞察031.2.3 電力對5GDN專屬網(wǎng)絡(luò)的需求洞察08 持續(xù)上行帶寬流量需求041.2.4 電力對5GDN自助網(wǎng)絡(luò)的需求洞察09 毫秒級的網(wǎng)絡(luò)時延和抖動需求05 E2E切片自助服務(wù)需求10 對連續(xù)丟包性能的需求06 電力專用MEC自助服務(wù)需求105G確定性網(wǎng)絡(luò)電力之關(guān)鍵技術(shù)方

2、案112.1 5GDN電力關(guān)鍵支撐技術(shù)與需求匹配112.4.1 多路冗余傳輸172.2 無線域122.4.2 5G LAN182.2.1 精準(zhǔn)時鐘同步授時122.4.3 核心網(wǎng)隔離技術(shù)182.2.2 超級上行SUL132.4.4 電力MEC多接入邊緣計算192.2.3 靈活的無線隔離調(diào)度技術(shù)142.5 安全域192.2.4 Non-Slot特性縮短上下行時延142.5.1 5G電力終端安全解決方案202.2.5 上行免調(diào)度傳輸（UL Grant-free）152.5.2 5G電力網(wǎng)絡(luò)安全解決方案202.3 承載域152.6 管理支撐域202.3.1 硬隔離(Hard Isolation)技術(shù)1

3、52.6.1 E2E電力切片自管理212.3.2 軟隔離(Soft Isolation)技術(shù)162.6.2 電力MEC自管理222.4 核心網(wǎng)域165G確定性網(wǎng)絡(luò)電力之應(yīng)用實踐223.1 南方電網(wǎng)&中國移動深圳5G智能電網(wǎng)應(yīng)用案例233.2 國家電網(wǎng)&中國電信青島5G智能電網(wǎng)應(yīng)用案例243.3 國家電網(wǎng)&中國聯(lián)通駐馬店5G智能電網(wǎng)應(yīng)用案例25小結(jié)與展望26附錄27無切片，不ToB。網(wǎng)絡(luò)切片是5G區(qū)別于4G的標(biāo)志性技術(shù)之一，是5G使能千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵技術(shù)底座。伴隨著3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)的基線化、CCSA端到端網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)準(zhǔn)以及中國三大運營商5G SA獨立組網(wǎng)建設(shè)的有序推進，2020年將

4、成為中國5G 2B商用的元年。而2B相比2C的最關(guān)鍵差異化需求在于行業(yè)需要的是一張確定性網(wǎng)絡(luò)，也就是說能為所承載的業(yè)務(wù)提供包括時延、抖動、丟包率等關(guān)鍵指標(biāo)在內(nèi)的確定性業(yè)務(wù)保證的能力。5G確定性網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱5GDN）依托 5G原生的超大帶寬、超低時延超高可靠性、海量接入三大特性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片、MEC邊緣計算等關(guān)鍵解決方案，可以完美的匹配電網(wǎng)行業(yè)對于業(yè)務(wù)可用、安全可靠、可管可控的核心訴求，為電力終端接入網(wǎng)提供了泛在、靈活、低成本、高質(zhì)量的全新技術(shù)選擇，因此業(yè)界公認(rèn)電力有望成為5G 2B商用的第一波行業(yè)之一。為此，5GDNA（5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）能源互聯(lián)網(wǎng)小組集合了電網(wǎng)公司、電力終端和應(yīng)用提供

5、商、系統(tǒng)集成商、電信運營商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商等端到端產(chǎn)業(yè)鏈的力量，共同編制了本篇白皮書，一方面旨在統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)共識、形成電力行業(yè)對5G確定性網(wǎng)絡(luò)的需求基線，另一方面也希望能夠有助于運營商提前做好網(wǎng)絡(luò)能力準(zhǔn)備，共同加速5G智能電網(wǎng)的商用進程。本白皮書作為5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)白皮書的系列化行業(yè)衍生白皮書之一，基于5G確定性網(wǎng)絡(luò)的3D（Differentiat- ed-差異化網(wǎng)絡(luò)、Dedicated-專屬網(wǎng)絡(luò)、DIY-自助網(wǎng)絡(luò)）模型，重點針對智能電網(wǎng)對5G確定性網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵需求進行了具象化、實例化、量化的詳細(xì)解讀和分析，接著以原子能力的方式，針對匹配行業(yè)需求所需要的關(guān)鍵技術(shù)和解決方案進行了介紹，最后再輔以外場

6、PoC的實測結(jié)果，通過理論與實踐的有機結(jié)合，初步驗證了5G確定性網(wǎng)絡(luò)賦能智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的可行性。5G確定性網(wǎng)絡(luò)電力=5GDN差異化網(wǎng)絡(luò)（確定性的帶寬+時延+抖動+連續(xù)丟包率+時鐘同步+通道可用性+非IP化傳輸）+5GDN專屬網(wǎng)絡(luò)（隔離+安全）+5GDN自助網(wǎng)絡(luò)（切片自助服務(wù)+電力專用MEC自助服務(wù)） 5G確定性網(wǎng)絡(luò)電力的解決方案=基于網(wǎng)絡(luò)切片+MEC的5G電力行業(yè)虛擬專網(wǎng)本白皮書主要參編單位（以下排名不分先后）：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司、廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司暨國家電網(wǎng)公司電力通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗室、國網(wǎng)青島供電公司、北京四方繼保自動化股份有

7、限公司、南京南瑞信息通信科技有限公司、中國移動通信集團有限公司、中國電信集團有限公司、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司、華為技術(shù)有限公司本白皮書主要參編人員（以下排名不分先后）：楊俊權(quán)、劉建明、張國翊、洪丹軻、王勁、楊曉華、賴劍鋒、黃偉如、林柔丹、沈鵬、李炳林、郭云飛、徐群、劉明峰、李坤、徐駿、許健、胡陽、李洋、張影、吳沛喆、胡玉雙、李勇、夏旭、蔣春元、梅承力、文濤、肖羽、周漢、劉奇、郝晶晶、孫磊、王維、周建勇、丘國良、付佳佳、吳贊紅、林和昀、孫嚴(yán)智、董武、洪杰、陸國生、葉萌、黃觀金、謝俊毅、徐全、楊根甜5G確定性網(wǎng)絡(luò)電力之需求洞察行業(yè)數(shù)字化要求差異化、專屬和可自定義的3D網(wǎng)絡(luò)服務(wù)綜合10多個行業(yè)

8、100多個應(yīng)用場景的解析和實踐，行業(yè)數(shù)字化對5G網(wǎng)絡(luò)的訴求可收斂為3個維度，即能力可編排的差異化（Differentiated）網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)安全有保障的專屬（Dedicated）網(wǎng)絡(luò)，以及自主管理可自助服務(wù)的DIY網(wǎng)絡(luò)。Differentiated差異化網(wǎng)絡(luò)線上/線下購買網(wǎng)絡(luò)自定義快速開通自管理/自維護網(wǎng)絡(luò)自運營 DIY自助網(wǎng)絡(luò)Dedicated專屬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來源：Huawei cLab & CAICT圖 1-1行業(yè)數(shù)字化對網(wǎng)絡(luò)SLA的3D要求（來源：5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)白皮書）差異化網(wǎng)絡(luò)是行業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵訴求。不同于公眾消費者用戶的普遍需求，行業(yè)應(yīng)用的需求天然是千差萬別、多維度的。比如遠程抄表，需

9、要的網(wǎng)絡(luò)連接很多，對帶寬和時延并不敏感。而遠程醫(yī)療、自動駕駛等業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的確定性低時延、安全可靠提出更高的要求，甚至要達到6個9，每年的故障時間只有幾秒鐘。5G為行業(yè)數(shù)字化打開想象空間，緣于5G可以提供多維度的有體驗保證的網(wǎng)絡(luò)能力。專屬網(wǎng)絡(luò)保證數(shù)據(jù)安全隔離和數(shù)據(jù)隱私的保護，是行業(yè)應(yīng)用的普遍要求。對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等行業(yè)，網(wǎng)絡(luò)安全、分權(quán)分域管理、資源的隔離、數(shù)據(jù)及信令的保護是這類嚴(yán)苛類行業(yè)應(yīng)用場景基本的要求。用戶數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，要求做到公網(wǎng)專用，是行業(yè)應(yīng)用的共性需求。可DIY的自助網(wǎng)絡(luò)，是行業(yè)敏捷創(chuàng)新不可或缺的部分。響應(yīng)快速變化的業(yè)務(wù)需求，行業(yè)用戶希望自定義、按需設(shè)計、 DIY自

10、己的網(wǎng)絡(luò)。以園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)場景為例，客戶希望可以自主完成物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的編排/調(diào)度/管理，靈活的組網(wǎng)并部署創(chuàng)新應(yīng)用，隨時添加或刪除設(shè)備?；谶@三個維度構(gòu)筑確定性能力的網(wǎng)絡(luò)，就是運營商推動各行業(yè)在5G時代實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心資產(chǎn)，也就是5G確定性網(wǎng)絡(luò)（5GDN）。5GDN所能夠提供的差異化程度越高、越靈活，則5G網(wǎng)絡(luò)就能夠被應(yīng)用于更多的潛在市場；5GDN可達到的SLA確定性越強，則可以進入更高端、潛在收入空間更大的細(xì)分市場（如工業(yè)自動化、能源互聯(lián)網(wǎng)等）。電力是5G確定性網(wǎng)絡(luò)最具代表性的行業(yè)之一2019年，5G確定性網(wǎng)絡(luò)在全球各區(qū)域均開展了廣泛的試點部署。特別在中國市場，由運營商、行業(yè)、電信設(shè)備提供

11、商、通信服務(wù)產(chǎn)業(yè)多方聯(lián)合，在很多領(lǐng)域進行了深入合作探索，并獲得了顯著成效。這些成果一方面論證了5GDN技術(shù)在部分行業(yè)已具備了部署應(yīng)用條件，另一方面，展示出了方案所能夠帶來的商業(yè)價值。從下表可以看出，智能電網(wǎng)對于5G差異化、專屬化和自助服務(wù)的需求在TOP代表行業(yè)中，都是相關(guān)度最高的，屬于5G確定性網(wǎng)絡(luò)最具代表性的行業(yè)應(yīng)用之一。5GDN維度智慧港口智能電網(wǎng)智能制造AR/VRDifferentiated差異化網(wǎng)絡(luò)Dedicated 專屬網(wǎng)絡(luò)DIY 自助網(wǎng)絡(luò) 強相關(guān)中相關(guān)弱相關(guān)表 1-1四類典型行業(yè)應(yīng)用與5GDN能力相關(guān)度（來源：5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)白皮書）電力典型場景對5G確定性網(wǎng)絡(luò)需求概覽從電力業(yè)務(wù)

12、的生產(chǎn)消費環(huán)節(jié)維度分析，主要涵蓋“發(fā)、輸、變、配、用”5個主要環(huán)節(jié)，隨著電力電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，對先進、可靠、高效的新興無線通信技術(shù)提出了較大需求。以南方電網(wǎng)為例，其通過對發(fā)、輸、變、配、用等電網(wǎng)全業(yè)務(wù)場景的系統(tǒng)性梳理，共計識別出54種5G+智能電網(wǎng)潛在應(yīng)用場景（詳見附錄）。經(jīng)過多年建設(shè)，電力110kV及以上變電站、大型電廠等區(qū)域已實現(xiàn)光纖覆蓋。尤其在變電環(huán)節(jié)中，傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)，如調(diào)度電話、線路保護、安穩(wěn)控制，自動化 EMS、電能計量等已基于光纖實現(xiàn)穩(wěn)定運行，隨著電力物聯(lián)網(wǎng)及智能變電站的業(yè)務(wù)發(fā)展，如輸電線路視頻監(jiān)控、電力隧道環(huán)境及視頻監(jiān)控、變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控、變電站巡檢機器人、移動作業(yè)/

13、巡檢，以及新增的多媒體、物聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)（包括生產(chǎn)、安監(jiān)、市場、物資等）逐步興起，業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出大帶寬、高可靠、移動性等特點，需要考慮引入可靠的無線通信方式解決業(yè)務(wù)接入。在配用電領(lǐng)域，由于點多面廣，現(xiàn)有光纖覆蓋建設(shè)成本高、運維難度大，難以有效支撐其”可觀、可管、可控”。隨著大規(guī)模配電網(wǎng)自動化、低壓集抄、分布式能源接入、用戶雙向互動等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)光纖專網(wǎng)的建設(shè)成本高、業(yè)務(wù)開通時間長，無法滿足快速靈活的廣域接入需求。同時變電站機器人巡檢、輸配電線路無人機巡檢等移動性場景也對無線通信提出了剛需，因此迫切需要構(gòu)建安全可信、接入靈活、雙向?qū)崟r互動的通信

14、接入網(wǎng)，并采用先進、可靠、穩(wěn)定、高效的新興通信技術(shù)及系統(tǒng)予以支撐。針對上述業(yè)務(wù)發(fā)展特點，我們主要從通信的視角出發(fā)，將電力業(yè)務(wù)對5G確定性網(wǎng)絡(luò)的訴求收斂為以下四大類型：針對點多面廣廣域覆蓋的配電、用電等業(yè)務(wù)：基于電力“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則，可進一步細(xì)分為生產(chǎn)控制I區(qū)、生產(chǎn)控制II區(qū)、管理信息區(qū)三大業(yè)務(wù)類型；針對特定區(qū)域有限覆蓋的發(fā)電、變電等業(yè)務(wù)：從通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的視角劃分獨立的局域園區(qū)類型，以滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出廠站的核心安全隔離需求。在局域園區(qū)專網(wǎng)內(nèi)部，同樣存在著生產(chǎn)控制區(qū)和管理信息區(qū)的多樣化場景。不同類型業(yè)務(wù)對差異化網(wǎng)絡(luò)、專屬化網(wǎng)絡(luò)和自定義網(wǎng)絡(luò)的需求不同，如圖1-2所示。

15、圖中01表示需求程度，10表示需求強烈，0表示無需求。差異化網(wǎng)絡(luò)（Differentiated）1086420自助服務(wù)（DIY）專屬網(wǎng)絡(luò)（Dedicated） 生產(chǎn)控制 生產(chǎn)控制 管理信息 局域園區(qū)圖 1-2 不同類型業(yè)務(wù)的確定性網(wǎng)絡(luò)需求生產(chǎn)控制大區(qū)控制區(qū)（安全區(qū)I）業(yè)務(wù)是電力生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接實現(xiàn)對電力一次系統(tǒng)的實時監(jiān)控，電力生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)主要包括配網(wǎng)差動保護、智能分布式配電自動化、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、分布式能源調(diào)控等。生產(chǎn)控制I區(qū)類業(yè)務(wù)對時延、抖動等網(wǎng)絡(luò)性能要求高，同時具有嚴(yán)格的安全隔離和自助管控要求，對專屬網(wǎng)絡(luò)和自助服務(wù)的需求度高，傳統(tǒng)2/3/4G網(wǎng)絡(luò)的性能、隔離性和自助服務(wù)能力等均無法有效

16、穩(wěn)定地滿足其需求。生產(chǎn)控制大區(qū)非控制區(qū)（安全區(qū)II）業(yè)務(wù)是電力生產(chǎn)的必要環(huán)節(jié)，在線運行但不具備控制功能，主要包括配網(wǎng)高級計量、配網(wǎng)PMU、應(yīng)急現(xiàn)場自助網(wǎng)綜合應(yīng)用等。該類業(yè)務(wù)由于不具備控制功能，因此，與生產(chǎn)控制I區(qū)類業(yè)務(wù)相比，對差異化網(wǎng)絡(luò)性能需求相對較低。但由于該類業(yè)務(wù)涉及電力生產(chǎn)過程，因此對安全隔離和自助管控需求度較高。管理信息大區(qū)是指生產(chǎn)控制大區(qū)以外的電力企業(yè)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，主要包括變電站巡檢機器人、輸電線路無人機巡檢、配電房視頻綜合監(jiān)視和移動式現(xiàn)場施工作業(yè)管控等。該類業(yè)務(wù)的主要內(nèi)容是視頻傳輸，對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求高，傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)難以滿足其帶寬需求。但由于該類業(yè)務(wù)的目標(biāo)是輔助電力生產(chǎn)和管理，專屬網(wǎng)

17、絡(luò)需求較低，但對自助服務(wù)需求度較高。局域園區(qū)類業(yè)務(wù)是指數(shù)據(jù)和服務(wù)需要就地處理的業(yè)務(wù)，如換流變電站、抽水蓄能電廠、光伏/光熱/風(fēng)電等新能源廠站等。該類場景一般覆蓋面積較大，業(yè)務(wù)接入類型復(fù)雜，涉及室外、室內(nèi)各種不同環(huán)境，需要考慮深度覆蓋的同時，還包括新能源大量傳感器的接入、智能巡檢、智能檢測與閉環(huán)優(yōu)化、運維輔助等。同時，該類場景業(yè)務(wù)一般在變電站內(nèi)、電廠內(nèi)，或在就近的巡維中心（區(qū)縣級）卸載，一般不允許進入公網(wǎng)。因此對專屬網(wǎng)絡(luò)需求較高。此外，不同業(yè)務(wù)可能存在差異化網(wǎng)絡(luò)需求。值得一提的是，以上四種業(yè)務(wù)類型劃分并不是一成不變的，其可能隨著電力行業(yè)本身的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢變化而更新，需要我們以發(fā)展演進的視角去擁抱

18、變化。例如，近年來隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展，國家電網(wǎng)在傳統(tǒng)電力業(yè)務(wù)4大分區(qū)之外，又提出了新的互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)業(yè)務(wù)。電力對5GDN差異化網(wǎng)絡(luò)的需求洞察網(wǎng)絡(luò)差異化需求可以從持續(xù)上行帶寬流量、時延抖動、丟包率、同步授時和通道可用性等維度分析，并結(jié)合電力業(yè)務(wù)應(yīng)用增加非IP化傳輸需求。圖1-3給出三種典型生產(chǎn)控制I區(qū)類業(yè)務(wù)（配網(wǎng)差動保護、智能分布式FA、配網(wǎng)PMU）對差異化網(wǎng)絡(luò)需求。其中，配網(wǎng)差動保護通過計算線路兩端的電流差值來判斷故障位置并實現(xiàn)故障線路隔離；智能分布式FA主要通過 DTU之間的協(xié)調(diào)操作實現(xiàn)故障隔離后停電區(qū)域的自動復(fù)電；配網(wǎng)PMU通過匯集分布在配電網(wǎng)不同位置地PMU裝置測量信息實現(xiàn)對配網(wǎng)運行狀

19、態(tài)的實時監(jiān)控?？紤]到生產(chǎn)控制I區(qū)業(yè)務(wù)對差異化網(wǎng)絡(luò)的要求最為突出，如果5G能夠滿足其差異化網(wǎng)絡(luò)的需求，原則上就可以滿足其他電力業(yè)務(wù)的需求，因此5GDN在差異化網(wǎng)絡(luò)能力的設(shè)計上，重點聚焦?jié)M足該類業(yè)務(wù)。同時，通過我們對行業(yè)的需求分析，電力生產(chǎn)控制I區(qū)業(yè)務(wù)的差異化網(wǎng)絡(luò)需求較高，若5GDN滿足了電力的需求，在其他行業(yè)具有極高的推廣價值。專屬網(wǎng)絡(luò)持續(xù)上行帶寬流量需求1086通道可用性時延420授時精度抖動丟包率 配網(wǎng)差動保護 配網(wǎng)PMU 智能分布式FA圖 1-3 配網(wǎng)差動保護和PMU的差異化網(wǎng)絡(luò)需求持續(xù)上行帶寬流量需求該類需求典型的業(yè)務(wù)如：配網(wǎng)差動保護、配網(wǎng)PMU業(yè)務(wù)。以配網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)為例，每一個保護終

20、端都通過通信通道將本端的電氣測量數(shù)據(jù)發(fā)送給對端，同時接收對端發(fā)送的數(shù)據(jù)并加以比較，判斷故障位置是否在保護范圍內(nèi)，并決定是否啟動將故障切除。保護終端的典型采集頻率為1200Hz，每隔 0.833ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)，單次數(shù)據(jù)量為245Byte，通信帶寬需求為2.36Mbps。由于配網(wǎng)故障發(fā)生是隨機的，配網(wǎng)差動保護需要持續(xù)實時通信傳遞數(shù)據(jù)來判斷和檢測線路是否發(fā)生故障，因此具有持續(xù)上行帶寬流量需求，并且對對帶寬資源保障要求高。此外，持續(xù)通信也將產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)流量，單個終端DOU約為886GB，對網(wǎng)絡(luò)的流量承載能力要求高。寬帶 DOU886 GB2.36 Mbps33 GB1.47 Kbps差動保護PMU

21、圖 1-4 持續(xù)上行帶寬流量需求毫秒級的網(wǎng)絡(luò)時延和抖動需求在電力業(yè)務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)通信時延=業(yè)務(wù)執(zhí)行時間業(yè)務(wù)處理時間。其中業(yè)務(wù)執(zhí)行時間取決于業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)處理時間主要取決于硬件裝置。在業(yè)務(wù)執(zhí)行時間確定的條件下，網(wǎng)絡(luò)通信時延與業(yè)務(wù)處理時間強相關(guān)：網(wǎng)絡(luò)通信時延越短，預(yù)留給業(yè)務(wù)處理的時間越長；反之亦然。通過降低網(wǎng)絡(luò)通信時延可以為應(yīng)用提供更多的裕度。在配網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)場景中，業(yè)務(wù)處理時間主要包括采樣處理時間、邏輯判斷時間、出口繼電器時間和開關(guān)跳閘時間。不同硬件裝置的業(yè)務(wù)處理時間也不相同，采樣處理是保護裝置與通信裝置之間的轉(zhuǎn)換接口設(shè)備的處理時延，一般為13ms；為避免隨機誤差引起保護誤動作，一般連續(xù)5個采樣點

22、進行一次綜合判斷，一般為3ms左右。出口繼電器時延是指出口繼電器從接受到信號到驅(qū)動配電網(wǎng)開關(guān)跳閘的時間，一般為5ms。開關(guān)跳閘時間是指斷路器執(zhí)行跳閘執(zhí)行所需時間，一般為 5080ms。由于配網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)屬于新興業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)執(zhí)行時間要求尚未確定。現(xiàn)階段，配網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)執(zhí)行時間可以采用以下兩種方法確定：沿用主網(wǎng)差動保護的技術(shù)規(guī)范和參考配網(wǎng)常規(guī)保護的技術(shù)規(guī)范。網(wǎng)絡(luò)通信時延（傳輸時延和抖動）網(wǎng)絡(luò)抖動網(wǎng)絡(luò)時延業(yè)務(wù)通信時延（傳輸時延和抖動）或參考配網(wǎng)常規(guī)保護參考主網(wǎng)保護業(yè)務(wù)處理時間開關(guān)流利單次采樣處理邏輯判斷出口組電話圖 1-5 配網(wǎng)差動保護整組動作時間(一)、沿用主網(wǎng)差動保護的技術(shù)規(guī)范要求主網(wǎng)差動保

23、護技術(shù)規(guī)范要求：當(dāng)差動電流2倍整定值時，要求除開關(guān)跳閘時間外的保護動作時間（含采樣處理、邏輯判斷、出口繼電器時間）25ms；當(dāng)差動電流大于1.2倍整定值時，保護動作時間30ms。這里采用最嚴(yán)格的25ms作為配網(wǎng)差動保護的保護整組動作時間，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)時延要求15ms。(二)、參考配網(wǎng)常規(guī)保護的技術(shù)規(guī)范配網(wǎng)目前的常規(guī)保護業(yè)務(wù)處理時間（包含開關(guān)跳閘時間）要求100ms。考慮到配網(wǎng)自動化系統(tǒng)開關(guān)級聯(lián)較多，因此需要考慮線路末端差動保護與變電站線路出口保護的時間配合問題，一般變電站出口保護預(yù)留給配網(wǎng)系統(tǒng)隔離故障的最大業(yè)務(wù)執(zhí)行時間為300ms。為了縮小停電范圍，同時考慮開關(guān)拒動的擴大化隔離故障，一般要求開關(guān)

24、下游發(fā)生故障需要在150ms完成故障隔離，即業(yè)務(wù)執(zhí)行時間為150ms。考慮預(yù)留一定的裕度，實際工程要求業(yè)務(wù)執(zhí)行時間120ms，因此網(wǎng)絡(luò)通信時間 = 業(yè)務(wù)執(zhí)行時間（120ms）業(yè)務(wù)處理時間（100ms） = 20ms，考慮預(yù)留一定的裕度，要求網(wǎng)絡(luò)延時15ms。在智能分布式FA場景中，如果配網(wǎng)某點發(fā)生故障后，故障點之前的開關(guān)控制器產(chǎn)生GOOSE信號，并向上下游DTU傳遞，每臺DTU通過GOOSE信號和本級過流信號的比對，就地確定并執(zhí)行故障區(qū)間并執(zhí)行隔離策略、非故障區(qū)域自愈復(fù)電策略。全過程時延如下圖所示：故障點兩側(cè)開關(guān)跳閘DTU采集過流信號生成 GOOSE信號信號邏輯比對DTU采集過流信號生成 GO

25、OSE信號信號邏輯比對配電網(wǎng)發(fā)生相間短路故障通信傳輸采集信號 生成GOOSE信號通信傳輸信號比對 生成跳閘信號 出口繼電器動作斷路器跳開1 ms5 msX ms10 ms1 ms5 ms50 ms圖 1-6 分布式FA整組動作時間為避免引起客戶用電閃動，要求FA全過程時間不超過100ms。因此通信傳輸 全過程時間100ms采集信號1ms GOOSE信號生成5ms 信號比對10ms生成跳閘信號1ms出口繼電器動作5ms減斷路器跳閘50ms = 28ms?？紤]預(yù)留一定的裕度，要求網(wǎng)絡(luò)延時=20ms。此處應(yīng)該說明，網(wǎng)絡(luò)通信時延 = 網(wǎng)絡(luò)傳輸時延 + 傳輸抖動。一般情況下，傳輸抖動較小，網(wǎng)絡(luò)通信時延主

26、要取決于網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。在保證業(yè)務(wù)傳輸可靠性的情況下，抖動越小越好。目前電網(wǎng)對傳輸抖動的要求沒有量化的標(biāo)準(zhǔn)，為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)的不確定性傳輸，一般通過設(shè)置緩存區(qū)本身的大小和應(yīng)用層容錯設(shè)計來解決此問題。對連續(xù)丟包性能的需求丟包是指一個或多個數(shù)據(jù)包無法在規(guī)定的時間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭_目的地。連續(xù)丟包可能會影響業(yè)務(wù)的正常運行。以配網(wǎng)差動保護為例，為了保證業(yè)務(wù)的順利開展，規(guī)定如果保護終端連續(xù)3個時間間隔接收不到對端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，該終端就會判斷線路故障，并通過閉鎖差動保護功能邏輯模塊輸出閉鎖保護，同時產(chǎn)生差動保護閉鎖告警信號并上傳至配電主站；當(dāng)通信恢復(fù)和數(shù)據(jù)正常保持大于40ms后解鎖閉鎖，差動保護邏輯模塊恢復(fù)

27、正常運行，同時產(chǎn)生差動保護閉鎖接觸信號并上傳至配電主站。為了保障差動保護業(yè)務(wù)的順利進行，要求連續(xù)丟包數(shù)3。微秒級的時鐘同步需求電力系統(tǒng)中的裝置如PMU、保護終端、DTU等都內(nèi)置了時鐘，但這些時鐘之間由于時鐘初始值或時鐘計時精度等問題難以同步，導(dǎo)致其相應(yīng)的采集量也會出現(xiàn)時間偏差，進而影響電力業(yè)務(wù)的正確執(zhí)行。以配網(wǎng)差動保護為例，如圖1-7所示，線路兩端保護終端不同步將導(dǎo)致線路兩端差動電流IAIB數(shù)值計算不準(zhǔn)確，影響差動電流計算和保護邏輯判斷的準(zhǔn)確性。因此，需要通過衛(wèi)星授時等技術(shù)來實現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備和采集量的同步對時。實際工程中，配網(wǎng)差動保護要求對時精度10us；配網(wǎng) PMU要求對時精度1us。非同步同步

28、IAIBt t+tIAIBtB端電流A端電流t為A、B端終端時鐘差圖 1-7 配網(wǎng)差動保護同步對時需求示意圖4個9的通道可用性需求通道可用性是通信通道全年可正常通信的分鐘數(shù)占全年總分鐘數(shù)之比，是電力客戶與運行商的主要銜接指標(biāo)。以配網(wǎng)差動保護為例，配網(wǎng)差動保護依賴對端持續(xù)發(fā)送的電流實時測量數(shù)據(jù)以判別故障，通信通道是否可用直接影響配網(wǎng)差動保護的正確順利運行，因此對通道可用性要求高。電力企業(yè)要求一個配網(wǎng)差動保護判斷周期內(nèi)（連續(xù)5個采樣點），通道可用率不低于99.9%，折算到單次通道可用率為99.99%。配網(wǎng)PMU對通道可用性的要求也相對較高，一般為99.9%。分布式FA屬于事件觸發(fā)類業(yè)務(wù)，對通道可用

29、性的要求相對較低，一般為99%。連續(xù)5次通信通道可用率99.9%D1 D2 D3 D4 D5單次通道傳輸通道可用率99.99%D1 D2 D3 D4 D5發(fā)送端接受端圖 1-8 配網(wǎng)差動保護的通道可用率需求非IP化傳輸需求IEC61850 GOOSE和SV協(xié)議是電力場景常用的協(xié)議，是基于二層組播方式進行通信。不同組播組不僅組播MAC相互有區(qū)別，同時也攜帶不同的VLAN。目前不同DTU的組播MAC/VLAN都采用工具規(guī)劃，并在設(shè)備投運前，由人工近端操作使用工具進行配置?；?G網(wǎng)絡(luò)，需要終端CPE、無線、核心網(wǎng)都支持5GLAN特性，并支持VLAN+組播MAC的組播通信方式。為了減少支持組播復(fù)雜度

30、，一個VLAN內(nèi)攜帶組播MAC的消息需要同時發(fā)給VLAN內(nèi)的所有DTU終端。環(huán)網(wǎng)柜間的GOOSE/SV消息，需要通過5G網(wǎng)絡(luò)；環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的GOOSE/SV消息，則不需要經(jīng)過CPE或5G網(wǎng)絡(luò)通信。協(xié)議EtherType有效MAC地址數(shù)量COOSE0 x88B8512個SV0 x88BA512個環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的組播Goose/SV,不需要經(jīng)過5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的組播Goose/SV,需要經(jīng)過5G網(wǎng)絡(luò)dtu6dtu5dtu4dtu3dtu2dtu1集中式DTU Goose:010ccd010001 SV:010CCD040001環(huán)網(wǎng)柜3集中式DTU Goose:010ccd010001 SV:010CCD04

31、0001環(huán)網(wǎng)柜2集中式DTU Goose:010CCD010001 SV:010CCD040001環(huán)網(wǎng)柜1VIan10 Goose:010CCD010001 SV:010CCD040011VIan20 Goose:010CCD0100012 SV:010CCD040012VIan30 Goose:010CCD0100013 SV:010CCD040013VIan40 Goose:010CCD0100014 SV:010CCD040014圖 1-9 配網(wǎng)自動化的非IP化傳輸需求電力對5GDN專屬網(wǎng)絡(luò)的需求洞察作為民生基礎(chǔ)行業(yè)，電力需要專屬網(wǎng)絡(luò)來保證其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全。電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護的總體原則為

32、“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”，其中，安全分區(qū)指的是電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。網(wǎng)絡(luò)專用指的是電力監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)控制大區(qū)應(yīng)在專用通道上使用獨立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)，在物理層面上實現(xiàn)與其它通信網(wǎng)及外部公用網(wǎng)絡(luò)的安全隔離；橫向隔離指的是在生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間應(yīng)設(shè)置通過專用橫向單向安全隔離裝置，禁止HTTP、 TELNET等雙向的通用網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)通信；生產(chǎn)控制大區(qū)及管理信息大區(qū)內(nèi)部系統(tǒng)之間應(yīng)實現(xiàn)邏輯隔離；縱向認(rèn)證要求在生產(chǎn)控制大區(qū)與廣域網(wǎng)的縱向聯(lián)接處應(yīng)設(shè)置電力專用縱向加密認(rèn)證裝置或者加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)及相應(yīng)設(shè)施。電力安全防護主要針對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)，

33、重點強化邊界防護，提高內(nèi)部安全防護能力，保證電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)及重要數(shù)據(jù)的安全。隨著5G在電力行業(yè)的逐步推廣應(yīng)用，電力行業(yè)一方面要利用好5G的技術(shù)優(yōu)勢，同時保障電力安全防護要求，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對智能電網(wǎng)各類電力業(yè)務(wù)的靈活承載，數(shù)據(jù)的安全傳輸。電力5G安全架構(gòu)需要從終端安全、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及通道安全、接入?yún)^(qū)安全等方面考慮，電力5G總體安全防護架構(gòu)如下圖所示：時隙隔離VLAN隔離隧道隔離認(rèn)證安全連接安全通道隔離物理隔離邏輯隔離切片安全切片管理接口安全切片授權(quán)接口安全安全接入網(wǎng)關(guān)安全接入?yún)^(qū)電網(wǎng)控制類移動控制類信息采集類端口隔離終端認(rèn)證IP綁定管理信息大區(qū)生產(chǎn)控制大區(qū)MEC安全密碼增強信令防護接入控制終端安全接

34、入空口加密認(rèn)證數(shù)據(jù)加密傳輸電力5G安全終端接入網(wǎng)承載網(wǎng)核心網(wǎng)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用太區(qū)圖 1-10 電力5G專屬網(wǎng)絡(luò)安全防護框架其中終端安全包括端到端的安全認(rèn)證，5G終端接入安全接入?yún)^(qū)需要進行芯片級加密認(rèn)證，進行訪問控制和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測；內(nèi)網(wǎng)的邊界采用公司專用的安全接入平臺實現(xiàn)無線業(yè)務(wù)終端到網(wǎng)絡(luò)邊界的加密傳輸、終端合法性認(rèn)證和數(shù)據(jù)隔離交換等安全功能。通道安全主要包括在運營商網(wǎng)絡(luò)中傳輸電力專網(wǎng)數(shù)據(jù)以實現(xiàn)不同類型業(yè)務(wù)之間專用網(wǎng)絡(luò)的相互隔離，其中，接入生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)的業(yè)務(wù)之間需要采用物理隔離等措施，而接入管理信息大區(qū)的不同業(yè)務(wù)之間，以及生產(chǎn)控制大區(qū)的不同業(yè)務(wù)之間需要采用邏輯隔離等措施。電力切片安全需

35、要對接入網(wǎng)切片、承載網(wǎng)切片和核心網(wǎng)切片統(tǒng)一考慮，涉及切片管理安全、切片授權(quán)安全等技術(shù)。其中切片管理安全包括網(wǎng)絡(luò)切片控制器攻擊防范和業(yè)務(wù)配置管理面攻擊防范，切片授權(quán)安全要求能夠提供切片內(nèi)認(rèn)證和授權(quán)機制，防止非授權(quán)用戶訪問切片資源。接入?yún)^(qū)安全指生產(chǎn)控制大區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)在與其終端的縱向聯(lián)接中使用無線通信網(wǎng)、電力企業(yè)其它數(shù)據(jù)網(wǎng)（非電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)）或者外部公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)方式（VPN）等進行通信時應(yīng)設(shè)立安全接入?yún)^(qū)。此外，上述終端如果接入管理信息大區(qū)要求通過專用的信息網(wǎng)絡(luò)安全接入網(wǎng)關(guān)。移動邊緣計算MEC用戶面的靈活部署，一方面可以將服務(wù)下沉至基站側(cè)，將使得網(wǎng)絡(luò)邊界擴大，使得針對非法終端接入對電網(wǎng)業(yè)務(wù)

36、系統(tǒng)進行入侵和數(shù)據(jù)竊取的防護更為復(fù)雜；另一方面可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的本地化處理，保證數(shù)據(jù)不出廠站，提高了業(yè)務(wù)安全性。因此在部署MEC應(yīng)用時，需要對MEC進行安全監(jiān)管，對MEC部署的業(yè)務(wù)類型、運行情況及安全性進行實時監(jiān)控，解決MEC下沉帶來的安全性問題。電力對5GDN自助網(wǎng)絡(luò)的需求洞察電力企業(yè)對于5GDN自助網(wǎng)絡(luò)的需求主要表現(xiàn)在E2E切片和電力專用MEC兩個方面。E2E切片自助服務(wù)需求處于業(yè)務(wù)安全和運行監(jiān)控的需求，電力企業(yè)要求具備5G自助網(wǎng)絡(luò)全流程管理能力，如圖1-11所示。資費管理切片訂制設(shè)計1切片業(yè)務(wù)規(guī)劃與訂購2切片業(yè)務(wù)部署3切片運行監(jiān)控4圖 1-11 電力5G自助網(wǎng)絡(luò)管理需求電力企業(yè)對E2E切

37、片的管理需求可以歸納為以下5個方面：電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片訂制設(shè)計。為了滿足不同類型電力業(yè)務(wù)的差異化需求，運行商與電力企業(yè)需要開展深度合作，協(xié)同完成電力切片模板的訂制設(shè)計工作。電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)規(guī)劃與訂購。針對不同類型的電力業(yè)務(wù)開展通信需求整合，確定業(yè)務(wù)切片類型、數(shù)量、服務(wù)區(qū)域、切片容量、帶寬、SLA需求等參數(shù)，完成電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片規(guī)劃，形成網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)訂購清單，并在運營商的網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺上完成網(wǎng)絡(luò)切片訂購。電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)部署。電力企業(yè)在完成業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片采購后，可自主在訂購的切片上布置業(yè)務(wù)，并具備自主業(yè)務(wù)上下線和調(diào)整、業(yè)務(wù)終端和卡管理、網(wǎng)絡(luò)資源分配能力等。電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片運行監(jiān)控。主要為電

38、網(wǎng)對所訂購切片的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知、故障定位及業(yè)務(wù)體驗。具體為電網(wǎng)企業(yè)通過運營商能力開放平臺采集所訂購切片的業(yè)務(wù)帶寬、時延、網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)等，并關(guān)聯(lián)通信終端、業(yè)務(wù)終端的信息，進行智能故障定位，另外，可以通過撥測等方式主動針對某些業(yè)務(wù)開展業(yè)務(wù)體驗評價，以更加全面客觀地評估所訂購切片的運行狀態(tài)。電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片資費管理。電力企業(yè)明確切片的資費套餐模型，并對資費臺賬進行記錄和分析，與運營商同步相關(guān)資費信息，實現(xiàn)透明消費的效果。電力專用MEC自助需求考慮到電網(wǎng)對于業(yè)務(wù)的高安全高隔離要求，運營商和行業(yè)客戶已達成基本共識，需要為電力構(gòu)建專用獨享的用戶面（MEC），以便能夠確保和業(yè)務(wù)強相關(guān)的數(shù)據(jù)流始終流轉(zhuǎn)在電力的虛

39、擬專網(wǎng)中。因此，在E2E切片自運維自管理的基礎(chǔ)上，電力行業(yè)客戶對于電力專用MEC同樣存在可視可管可控的需求，包括但不限于如下幾方面的主要需求：1、租戶業(yè)務(wù)可視：例如用戶數(shù)、流量等KPI監(jiān)控2、租戶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控：例如異常事件通知、告警等監(jiān)控3、租戶管理：針對園區(qū)內(nèi)企業(yè)的租戶管理4、應(yīng)用管理：企業(yè)自有APP的上下線、APP狀態(tài)監(jiān)控等5G確定性網(wǎng)絡(luò)電力之關(guān)鍵技術(shù)方案5GDN基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以虛擬出多個“行業(yè)專網(wǎng)”，進行更高強度的安全隔離，定制化按需分配資源；基于5G MEC、TSN等技術(shù)則可以實現(xiàn)更低時延和更確定性的連接，從而能夠作為現(xiàn)有電力通信專網(wǎng)的有效補充，解決智能配電網(wǎng)及智能巡檢等無線通信業(yè)務(wù)“

40、卡脖子”問題。5GDN的差異化網(wǎng)絡(luò)能力可滿足超低時延抖動、超高授時精度和可靠性需求。5GDN的專屬網(wǎng)絡(luò)能力服務(wù)可以滿足電力虛擬行業(yè)專網(wǎng)的嚴(yán)格安全隔離需求。同時，5GDN的自助網(wǎng)絡(luò)能力可以通過北向API能力開放，滿足電力客戶對于切片KPI可視化、切片內(nèi)用戶管理等一定權(quán)限的自運維自管理需求。因此，基于5G確定性網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)差動保護解決方案，在滿足電力行業(yè)高安全高隔離的前提下，能夠提供更加高效靈活的接入方案，相比傳統(tǒng)光纖可有效節(jié)省部署成本，并大幅提升業(yè)務(wù)開通效率。5GDN電力關(guān)鍵支撐技術(shù)與需求匹配5GDN本身可以分為無線、承載、核心網(wǎng)、安全、管理支撐五大領(lǐng)域，不同領(lǐng)域擁有不同的關(guān)鍵技術(shù)。為了滿足電力行

41、業(yè)對3D（差異化網(wǎng)絡(luò)、專屬網(wǎng)絡(luò)、DIY網(wǎng)絡(luò)）的需求?？梢酝ㄟ^不同技術(shù)組合編排來滿足電力業(yè)務(wù)的差異化需求。5GDN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)與需求之間的對應(yīng)關(guān)系如表2-1所示。5G確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)差異化網(wǎng)絡(luò)專屬網(wǎng)絡(luò)自助網(wǎng)絡(luò)帶寬時延抖動丟包率時鐘同步通道可用性非IP化傳輸隔離安全切片自運維MEC自運維無線域精準(zhǔn)時鐘同步Y(jié)超級上行（SUL）Y靈活的無線隔離調(diào)度技術(shù)YYNon-Slot低時延Y上行免調(diào)度傳輸（UL Grant- Free）Y承載域硬隔離YY軟隔離YY核心網(wǎng)域多路冗余傳輸YY5G LANY核心網(wǎng)隔離技術(shù)Y電力MEC多接入邊緣計算YY安全域5G電力終端安全Y5G電力網(wǎng)絡(luò)安全Y管理支撐域E2E

42、電力切片自管理Y電力MEC自管理Y表 2-1 5G關(guān)鍵技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)需求的映射關(guān)系無線域精準(zhǔn)時鐘同步授時基于5G網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)微秒級的高精時鐘同步授時能力，一方面解決了電力業(yè)務(wù)高精度授時需求，另一方面，間接降低了網(wǎng)絡(luò)抖動的嚴(yán)苛要求。具體技術(shù)實現(xiàn)主要包括以下3個流程：1、 時鐘源來自GPS或者北斗，基站通過自身GPS天線或北斗天線獲取時鐘，基站也可以通過1588 V2協(xié)議從承載網(wǎng)獲取時鐘。5G推薦采用GPS或北斗+1588 V2異構(gòu)組網(wǎng)、實現(xiàn)天地互備，大幅提高網(wǎng)絡(luò)授時的安全可靠性；2、 5G基站將時鐘信息通過空口廣播（帶內(nèi)SIB16）或單播（攜帶SFN指示時鐘參考點）方式傳遞給5G CPE；3、 5G

43、CPE將時鐘信息通過IRIG-B碼接口方式傳遞給電力終端，最終實現(xiàn)電力終端間微秒級的高精時鐘同步需求。圖例光線、電纜環(huán)網(wǎng)柜 無線覆蓋區(qū)域正、反隔高裝置 SCADA歷史服務(wù)器us級時間同步授時架構(gòu)的三段連接：主網(wǎng)光纜前置機傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備1.時間源（GPS/北斗 ）到基站2.基站到CPE：無線空口3.CPE到測控裝置LTE核心網(wǎng)檢測裝置檢測裝置檢測裝置1CPECPE.CPECPECPECPE2環(huán)網(wǎng)柜3環(huán)網(wǎng)柜2環(huán)網(wǎng)柜1無線基站1圖 2-1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)時鐘同步授時原理圖超級上行SUL面向電力行業(yè)，超級上行技術(shù)主要為了解決電力上行為主的業(yè)務(wù)需求（包括覆蓋能力、帶寬承載及時延體驗）。電力行業(yè)應(yīng)用

44、以采集為主（上行），具有以下三大發(fā)展特征：1）結(jié)構(gòu)化向非結(jié)構(gòu)化發(fā)展；2）集中式向分布式控制發(fā)展，如配電網(wǎng)差動保護（2Mbps+）、配網(wǎng)PMU（100kbps+），將呈現(xiàn)“類視頻”的實時數(shù)據(jù)傳輸形態(tài)；3）從低頻次向高頻次發(fā)展，如采集頻次將從天、小時級提升至分鐘級。此外，由于電力部分業(yè)務(wù)地處環(huán)境偏僻，高頻段覆蓋性能難以達到較好效果，隨之也影響著時延、帶寬的體驗。雖然5GDN的傳輸速率有所提升，但從無線空口時隙配比上看，現(xiàn)階段仍以下行為主，如3.5GHz頻段采用雙周期，上下行時隙配比主要為3：7，2.6GHz頻段采用5ms單周期，上下行時隙配比主要為2：8，這樣導(dǎo)致上行速率和調(diào)度實時性受限。5G需要

45、利用TDD高頻與FDD低頻結(jié)合的方式，通過動態(tài)頻譜、共享頻譜技術(shù)，提升其上行能力。目前中國電信率先主導(dǎo)驗證了3.5GHz+2.1GHz超級上行技術(shù)，中國移動也正在計劃利用2.6GHz+1.8GHz提升其上行能力。所謂超級上行技術(shù)，主要是通過TDD+FDD聚合方式，實現(xiàn)上行全時隙調(diào)度，上行資源大幅增加，同時大大縮短 ACK/NACK反饋時延。如下圖所示：UL時隙，使用2.6G/3.5G頻譜發(fā)送 DL時隙，使用空閑1.8G/2.1G頻譜發(fā)送，使能上行全時隙TDD上行覆蓋TDD下行覆蓋FDD上行覆蓋2. 6G/3. 5G DDDDDDDSUU1. 8G/2.1G UUUUTDD FDD圖 2-2 超

46、級上行Super UL示意圖靈活的無線隔離調(diào)度技術(shù)5G NR隔離調(diào)度方式主要有QoS（5QI）優(yōu)先級、RB資源預(yù)留兩種，其中RB資源預(yù)留是區(qū)別于4G的重要特性。利用這一特性，可以更好地為電力不同區(qū)的業(yè)務(wù)提供不同等級的隔離、優(yōu)先級調(diào)度服務(wù)。1、基于QoS的調(diào)度：在資源有限的情況下，為不同業(yè)務(wù)提供“按需定制”的差異化服務(wù)質(zhì)量，包括業(yè)務(wù)調(diào)度權(quán)重、接納門限、隊列管理門限等，在資源搶占時，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)能夠優(yōu)先調(diào)度空口的資源，在資源擁塞時，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)也可能受影響。2、RB資源預(yù)留：無線空口的RB資源，是指基于時、頻、空域等多個正交維度劃分的基本單位，業(yè)務(wù)、信令將承載在 RB資源上，基站對RB資源進行調(diào)度

47、，以提升頻譜這類稀缺資源的使用效率。在5G NR設(shè)計中，允許多個切片共用同一個小區(qū)的RB資源，也可以為特定切片預(yù)留分配一定量RB資源，這是5G區(qū)別于4G的重要特性，具體可以采用動態(tài)共享或靜態(tài)預(yù)留兩種分配方式：動態(tài)共享方式：為指定切片預(yù)留的資源允許一定程度上和其他切片復(fù)用。在該切片不需要使用預(yù)留的RB資源時，該切片預(yù)留的RB資源可以部分或全部用于其它切片數(shù)傳。在上下行有數(shù)傳時，可以及時調(diào)配所需資源。靜態(tài)預(yù)留方式：為指定切片預(yù)留的資源在任何時刻都不能分配給其他切片用戶使用。確保任何時刻有充足資源隨時可用。由于電網(wǎng)場景時延可靠性要求高，建議優(yōu)選此方式。頻譜分割，RB資源預(yù)留TTIRB切片1切片2ft

48、TTI：發(fā)送時間間隔（典型值是0.5ms） RB：資源塊（通常是360Khz帶寬）圖 2-3 RB資源預(yù)留示意圖綜合電力行業(yè)安全分區(qū)的隔離性要求，推薦針對電力生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)采用基于RB資源預(yù)留的物理隔離方案，針對電力管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)采用基于5QI優(yōu)先級調(diào)度的邏輯隔離方案。Non-Slot特性縮短上下行時延Non-Slot特性是指在低頻TDD上下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，空口使用更短的TTI(Transmission Time Interval)長度，這就意味著發(fā)送等待時間縮短，提高了傳輸?shù)撵`敏性。這個一特性，尤其對于電力小包業(yè)務(wù)，一方面可以提高重傳的效率，另一方面，降低了傳輸時延遲。具體原理如下圖

49、，按普通Slot調(diào)度，下行或上行需要占用完整一個slot，共14個符號長度， TTI時長為0.5ms。啟用Non-Slot后，以下行為例，可以支持2/4/7符號長度，這樣TTI可以減少85%，等待時延更小，上行類似。DL Slot普通Slot調(diào)度Non-Slot調(diào)度下行控制信道PDCCH下行數(shù)據(jù)通道PDSCH圖 2-4 Non-Slot技術(shù)示意圖上行免調(diào)度傳輸（UL Grant-free）上行免調(diào)度傳輸（UL Grant-free）是標(biāo)準(zhǔn)Rel-15引入的一種上行數(shù)據(jù)傳輸方式。不同于常規(guī)的上行調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸， UL Grant-free用戶可以基于預(yù)配置資源，在指定周期時間內(nèi)，根據(jù)需要自行發(fā)送數(shù)

50、據(jù)，該特性特別適用于電力領(lǐng)域大量有周期性的采集型業(yè)務(wù)：用戶有上行數(shù)據(jù)需要傳輸：使用預(yù)配置資源發(fā)送。用戶沒有上行數(shù)據(jù)需要傳輸：無需發(fā)送一個Padding的PUSCH?！?” waiting time to tx when data comesNRLTEuRLLC DataGrantReqBSUEBSUEUL Grant Free 實現(xiàn)上行時延降低50%圖 2-5 UL Grant Free技術(shù)示意圖承載域RAN與CN之間的移動傳輸網(wǎng)絡(luò)根據(jù)對切片安全和可靠性不同訴求，分為硬隔離和軟隔離，其中硬隔離主要包括Flex- E/MTN接口隔離、MTN交叉隔離，軟隔離主要指VPN+Qos隔離調(diào)度技術(shù)。硬隔離

51、技術(shù)主要可用于電力生產(chǎn)控制大區(qū)、管理信息大區(qū)以及與公網(wǎng)的安全隔離，軟隔離技術(shù)主要用于在同一個大區(qū)內(nèi)的不同業(yè)務(wù)隔離保障。硬隔離(Hard Isolation)技術(shù) 1、FlexE/MTN接口隔離：FlexE/MTN接口是基于時隙調(diào)度將一個物理以太網(wǎng)端口劃分為多個以太網(wǎng)彈性硬管道，在網(wǎng)絡(luò)接口層面基于時隙進行業(yè)務(wù)接入，在同一個FlexE/MTN接口內(nèi)基于以太網(wǎng)進行統(tǒng)計復(fù)用 。100GE#1100GE#2100GEClient35*5GClient24*5GClient14*5GClient24*5GClient35*5GClient14*5GFlexE L1 switchFlexE Interfac

52、e100GEFlexE Interface圖 2-6 FLEX交叉技術(shù)示意圖軟隔離(Soft Isolation)技術(shù) VPN+Qos隔離：VPN+QoS可實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)在一個物理基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的邏輯隔離。VPN+Qos軟隔離不能實現(xiàn)硬件、時隙層面的隔離，無法達到物理隔離效果。同樣地，結(jié)合電力安全分區(qū)的隔離性要求，推薦針對電力生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)配置不同的FlexE/MTN剛性隔離通道，實現(xiàn)電力大區(qū)間、以及電力和其它行業(yè)業(yè)務(wù)之間的物理隔離；同時在兩個大區(qū)內(nèi)部通過VPN+QoS再劃分不同的軟隔離通道，以實現(xiàn)大區(qū)內(nèi)部（例如實時控制類I區(qū)業(yè)務(wù)和非實時控制類II區(qū)業(yè)務(wù)之間）的邏輯隔離。核心網(wǎng)域多路冗余

53、傳輸從電力行業(yè)來看，可靠性指標(biāo)有兩種含義：設(shè)備連續(xù)正常工作的可靠性（=可用性）：比如5個9，意味著年平均故障時間5分鐘；通信正確傳輸?shù)目煽啃裕?丟包率）：比如5個9，意味著10萬個包允許錯誤/丟失一個包。為了達成電力行業(yè)的上述兩種可靠性指標(biāo)，需要從兩個方面進行保障，一方面是設(shè)備本身的可靠性，需要能達到穩(wěn)定的連續(xù)正常工作的可用性標(biāo)準(zhǔn)，另外一個方面是通信鏈路上需要能滿足業(yè)務(wù)正確的傳輸可靠性需求，做到丟包率，時延和抖動等指標(biāo)的可控。為了達成上述兩個目標(biāo)，當(dāng)前電網(wǎng)中采用的方式一般是采用雙網(wǎng)雙宿的方式進行可靠性保障。如下圖所示毫秒級精準(zhǔn)控制模式傳輸系統(tǒng)/組網(wǎng)，主要的網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點和處理節(jié)點均采用雙網(wǎng)雙宿的

54、方式部署。匯聚接口：2M（A）協(xié)控中心站裝置A套匯聚接口：2M（B）協(xié)控中心站裝置B套協(xié)控中心站傳輸設(shè)備A 傳輸設(shè)備B上聯(lián)接口：2M (A)匯聚接口：2M (A)上聯(lián)接口：2M (B)匯聚接口：2M (B)傳輸設(shè)備B控制中心站裝置A套控制中心站控制中心站裝置B套傳輸設(shè)備A上聯(lián)接口：2M (A)匯聚接口：2M (A)控制主站裝置A套控制主站傳輸設(shè)備A上聯(lián)接口：2M (B)匯聚接口：2M (B)傳輸設(shè)備B控制主站裝置B套上聯(lián)接口：2M (A)匯聚接口：STM-1(A)上級傳輸設(shè)備B上聯(lián)接口：2M (B)匯聚接口：STM-1(B)控制子站裝置A套上級傳輸設(shè)備A控制子站控制子站裝置B套地市地市傳輸設(shè)備

55、A傳輸設(shè)備B傳輸設(shè)備2M (A)2M (B)接入變電站接口裝置接入變電站用戶側(cè) 接口裝置用戶側(cè) 接口裝置用戶側(cè) 傳輸設(shè)備 2M (A)控制終端2M (B)大型電廠用戶站點控制終端控制終端骨干層接入層圖 2-7 多路冗余傳輸示意圖3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)中定義了可靠性的E2E雙路冗余傳輸標(biāo)準(zhǔn)方案，為電力雙網(wǎng)雙宿需求，提供了移動通信網(wǎng)的解決方案。與傳統(tǒng)電網(wǎng)利用有線傳輸網(wǎng)不同的是，5G網(wǎng)絡(luò)主要通過核心網(wǎng)控制，為同一個業(yè)務(wù)分配不同的PDU Session，從而映射到 5G端到端的網(wǎng)絡(luò)資源中：PDU Session 1Host BPDU Session 2Fixed nodeUPF2gNB2Fixed no

56、deUPF1gNB1RHFHost A RHF UE圖 2-8 E2E雙路冗余傳輸標(biāo)準(zhǔn)在UE和DN之間建立兩個獨立的PDU會話，每個PDU會話的DNN+S-NSSAI不同，采用雙PDU會話應(yīng)用數(shù)據(jù)冗余發(fā)送，提高端到端的用戶面?zhèn)鬏斂煽啃?，UE和DN中的應(yīng)用層支持包復(fù)制和包去重。此種方案主要由核心網(wǎng)控制，可以通過創(chuàng)建不同的5G切片來對應(yīng)于不同的會話通道，同時要求5G NR，MEC，傳輸設(shè)備冗余部署。這種冗余傳輸部署模式，需要應(yīng)用層協(xié)議支持冗余傳輸協(xié)議，例如TSN系統(tǒng)中的802.1CB協(xié)議。 16 15 14 disjoint paths frame flowN1Replication 16 151

57、4N2Elimination圖 2-9 多路冗余傳輸5G LAN在工業(yè)能源領(lǐng)域，仍有大量非IP化的業(yè)務(wù)形態(tài)，如針對智能分布式配電自動化業(yè)務(wù)，其使用的是Goose/SV 協(xié)議，為了支持工業(yè)協(xié)議的消息轉(zhuǎn)發(fā)，基于R16標(biāo)準(zhǔn)定了5G LAN解決方案，需要核心網(wǎng)、無線、終端共同配合實現(xiàn)。其中核心網(wǎng)是5G LAN的核心，主要在核心網(wǎng)5GC上提供了5G LAN組的管理和二層廣播組內(nèi)的終端管理，并實現(xiàn)了終端間L2的通信交換能力，包括支持廣播、組播等。終端CPE等主要支持以太會話的創(chuàng)建。小區(qū)1GOOSE/SV協(xié)議配電柜1-DTU15GC基站小區(qū)n配電柜2-DTU2圖 2-10 5G LAN核心網(wǎng)隔離技術(shù)核心網(wǎng)隔

58、離技術(shù)是指5G切片在核心網(wǎng)部分的資源分配與SLA保障，主要可以分為資源視圖、組網(wǎng)視圖兩部分。核心網(wǎng)資源視圖可以分為硬件資源、虛擬資源和網(wǎng)元功能；而網(wǎng)絡(luò)視圖主要指5G核心網(wǎng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)數(shù)通網(wǎng)絡(luò)的隔離性。基于5G核心網(wǎng)的資源和組網(wǎng)兩個視圖，結(jié)合不同業(yè)務(wù)場景的需求，可分為以下3種技術(shù)方案：1、完全共享模式：能力等同于2/3/4G網(wǎng)絡(luò)的“一條跑道、盡力而為”，通常適用于公眾網(wǎng)的普通消費者業(yè)務(wù)，對于安全隔離性無任何特殊需求；2、部分獨占模式：結(jié)合行業(yè)實際需求，通過共享大部分網(wǎng)元功能+少量網(wǎng)元功能獨占專享的方式，在安全隔離性需求和成本之間做到最佳平衡，從而能夠滿足大多數(shù)通用行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)切片分級需求。3、完全獨

59、占模式：能力等同于建設(shè)一張完整的行業(yè)專用核心網(wǎng)，安全隔離性最好、但建設(shè)和運營成本也最高。因此僅適用于極個別需要超高安全隔離性而對成本不敏感的特需行業(yè)。同樣地，考慮到電力安全分區(qū)的隔離要求，以及建網(wǎng)成本之間的最佳平衡，我們建議針對電力生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)分別建設(shè)物理獨占專享的MEC用戶面網(wǎng)元（和會話強相關(guān)），同時在每個大區(qū)的MEC網(wǎng)元內(nèi)部劃分不同的邏輯切片以匹配大區(qū)內(nèi)部業(yè)務(wù)間邏輯隔離的需求；而針對和會話弱相關(guān)/不相關(guān)的5G核心網(wǎng)信令面網(wǎng)元（如SDM、PCF、NSSF、 NRF、AMF、SMF等），則采用大網(wǎng)資源共享的方式進行建設(shè)，以有效降低網(wǎng)絡(luò)使用成本。電力MEC多接入邊緣計算多接入/移動

60、邊緣計算 (MEC，Multi-Access/Moblie Edge Computing)，一般指在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)通過運營商連接和計算能力的下沉部署，將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量在本地分流和處理，從而提升業(yè)務(wù)指標(biāo)的技術(shù)。MEC技術(shù)的引入，對于電網(wǎng)而言主要可降低業(yè)務(wù)時延，同時對于部分重要數(shù)據(jù)，可避免穿越公網(wǎng)，在提高數(shù)據(jù)的安全性的同時，盡量減少云端集中處理帶來的大量傳輸帶寬租賃成本。在連接能力上：通過5G MEC下沉及網(wǎng)絡(luò)側(cè)策略配置，可以將電網(wǎng)所需的流量全部在變電站等邊緣區(qū)域內(nèi)直接分流，不再按照傳統(tǒng)模式傳送至運營商核心網(wǎng)絡(luò)，從而滿足電網(wǎng)數(shù)據(jù)不出局站的需求；同時由于5G空口時延較4G的極大提升，以及 MEC下沉后用戶