SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要:目前由于电缆隧道中网络系统的局限性,只能满足单一的监控功能,本文提出具有电力特点的5G切片技术,设计了一种直观、简洁的基于5G切片技术的网络配置方案,解决了目前电力隧道中业务单一、协调不足、无法实现信息及时共享等问题,为电力隧道环境与电缆运行提供了可靠的保障。
关键词:5G切片;电力隧道;应用
Application of 5G Slicing Technology in Power Tunnel
ZHOU Rongkun1,FENG Yu1,LI Zheng1,LI Meng1,XIANG Kun2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.Information and Communication Branch,Shenyang Liaoning 110055;2.Liaoning Post and Telecommunications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 110179)
【Abstract】:At present due to the limitations of network system in cable tunnel,it can only meet a single monitoring function,in this paper 5G slicing technology with power characteristics is proposed,an intuitive and concise network configuration scheme based on 5g slicing technology is designed,it solves the problems of single business,insufficient coordination and unable to share information in time in the current power tunnel,it provides a reliable guarantee for power tunnel environment and cable operation.
【Key words】:5G slice;power tunnel;application
0引言
电力隧道是重要的城市基础建设之一,安全、稳定、高效的网络环境将直接影响整个电力隧道的安全稳定运行,5G技术到来之前,电力隧道网络系统功能单一、协调不足。本文针对电力隧道系统的特点,通过5G切片技术,提出电力隧道中网络配置的直观方法,为电力隧道的安全提供了保障。
1电力隧道中5G切片技术划分原则
5G网络是面向多链接和多业务化的,在5G网络中采用软件与硬件解耦为特点的NFV(Network Function Virtualized,网络功能虚拟化)技术,及控制面和数据面分离和控制面集中化为主要特征的SDN(Software Defined Network,软件定义网络)技术结合,从而通过5G切片技术使整个网络更加灵活、可编程性、可拓展性、可延申性、具有个性化。5G切片技术是一种可以切出多个虚拟的端对端网络的按需组网方式,可以根据电力隧道不同的业务场景的进行切片[1]。分为增强型移动宽带(eMBB)切片、海量机器类通信(mMTC)切片及高可靠低时延通信(uRLLC)切片[2]。5G网络的三大场景及其QoS需求图1所示。
1.1 eMBB切片
业务场景主要应用于有密集信息采集点位,需要传输大量数据的场景。(1)不需要保证高质量的服务质量(QoS,Quality of service);(2)需要优先保证电力隧道网络系统的吞吐量和带宽;(3)保证电力隧道网络系统拥有较高的吞吐率的前提下,尽量减小系统物理资源的消耗。
1.2 mMTC切片
业务场景主要应用于一些重要,需要即时、准确获取信息业务的场景。(1)需要保证高质量的QoS;(2)需要严格保证低延时;(3)对电力隧道通信系统的吞吐量也有着较严格的要求。
1.3 uRLLC切片
业务场景主要应用于一些需要大量终端业务的场景。(1)端对端的传输数据量相对较小;(2)需要电力隧道系统有较低的阻赛率;(3)系统的延迟率要与相对小;(4)尽量减少占用的带宽资源。
2电力隧道中5G切片技术应用场景分析
根据eMBB切片、mMTC切片、uRLLC切片三种切片技术的特点,可将在电力隧道中的5G场景进行划分,见表1所示,从而实现“状态感知自动化、通道环境可视化、平台建设智能化、运维管理精益化、生产指挥扁平化、分析决策智能化”[3-4]。
(1)状态感知自动化:1)通过对电缆隧道和高压电缆加装各远端传感器单元,实现对电缆隧道整体运行环境状态和高压电缆线路运行状况实时感知和预警。2)部署移动运检机器人实现对电缆隧道的不间断智能巡检实现对电缆隧道整体运行环境状态进行实时感知和预警。(2)通道环境可视化:1)通过对电缆隧道的智能视频系统覆盖和3D建模实景展示,实现隧道现场的360度全方位展示,达到运行设备及资产可视化。2)融合增强现实、头戴设备、人工智能等新技术,实现电缆隧道AR智能巡检系统助力现场巡检作业技术的标准化和智能化升级。(3)平台建设智能化:建设部署电缆精益化管控平台全面支撑高压电缆智能运检体系建设。(4)运维管理精益化:全面应用电缆精益化管理系统、移动作业终端,规范电缆生产业务流程,深化设备运行状态和人员作业承载力分析实现电缆设备智能巡检覆盖率100%。(5)生产指挥扁平化:通过视频门禁监控系统对人员进行识别,通过与实物RFID联动,结合移动作业手持终端,实现检修人员违规操作、误入非检修区域等危险作业行为及时告警,提升检修作业安全防护水平。(6)分析决策智能化:通过网管中心可以实时监控数据,通过系统的数据库,系统将分析将实时信息传递给管理人员,从而将信息转化为更好的决策。
3电力隧道中5G切片技术网络建设方案
5G切片技术网络建设涵盖无线网、传输网和核心网切片技术,5G切片识别技术、网络端对端管理技术等[5]。
3.1网络设计原则
基于5G切片技术的网络平台将秉持先进性、安全稳定性、统一性、可扩展性等原则,构建最适合于国网目前和未来发展需要的管理信息平台架构,保证其体系架构和应用框架能构建在具有长期发展前途的应用平台基础上。系统各项建设原则具体要求如下:
(1)先进性原则:先进性原则要求体现三领先:技术领先、服务领先、理念领先。使电缆隧道综合监控平台达到实时监控、快速响应、科学决策、动态指挥的目的就必须使其在网络通信技术、多传感器技术、软件系统技术方面具备当今最先进的信息技术水平。(2)安全性原则:作为高压电缆安全运行的实时监控系统,系统自身安全稳定运行是对其各种设施和系统的基本要求。其安全稳定性包括:数据专网的安全稳定、所有子系统独立运行的稳定性、系统间同步运行及数据调用的稳定性。(3)统一性原则:要使得高压电缆隧道综合监控平台能真正起到管理、协调、监控、指挥的作用就必须将每一个子系统统一到一个标准的平台上,平台建设包括:统一技术规范、网络协议和通信规约。(4)可扩展性原则:电缆隧道综合监控平台必须始终具备开放式扩展的能力,能够满足未来较长一段时间内的管理职能、监控设备及监控区域增长需求。(5)子系统独立性原则:电缆隧道综合监控平台下设子系统必须具备分布式独立运行能力,主要体现几个方面:子系统安全隔离性、单独运行能力、子系统弱耦合交互。
3.2网络组网方案
(1)专网建设方案:5G电力专网建设涵盖无线网、传输网和核心网三部分。其中,无线网络采用2.6GHz频段,SA独立组网架构,通过建设专用基站实现电力专网覆盖;传输部分通过新建SPN传输网络,实现专用光纤承载5G基站的业务回传;核心网整体架构采用SA组网,采用5G Core标准云化部署方案,支持SBA/CUPS/切片业务流程等能力,AMF、SMF、UDM、AUSF、NRF等控制面网元部署在大区机房,媒体面UPF直接下沉到客户侧电网机房,通过N6接口经由裸纤或专线接入到客户侧应用服务器;(2)终端接入方案:巡检机器人、灭火机器人等如没有集成5G模组,可通过工业级CPE接入5G网络;(3)业务方案:所有工业终端配置专用DNN,业务数据经专用边缘UPF后直接分流到客户应用服务器,实现业务流量本地卸载,缩短端到端数据传输路径,有效降低网络时延,实现端到端SLA保障。手机终端用户通过基站接入到主站2C UPF,注册到VoLTE系统,完成音视频通话。5G切片网络平面图2所示:
3.3电力隧道中5G切片技术通信配套
(1)分布式组态监控平。“分布式组态监控平台以开放式、互动通信规约为基础,采用弱耦合方式可以实现分布式接入多种专业监测子系统,并可实现与各子系统的快速、安全联动;内部采用“.NET框架结构”高效可靠开发平台,编程主要应用面向对象(OOP)技
术和深度抽象与复用组态化的编程技术,具有较强的兼容性、可扩展性及快速页面重组特性;监控终端采用双机热备技术,加强了监控数据的完整性和可靠性,运行环境采用微软高级服务器系统,其内置的故障转移和均衡负载群集技术,保证了“分布式组态监控平台”运行的安全性、稳定性以及数据处理的高效性。(2)物理结构。分布式组态监控平台通过5G切片技术输过来的数据信息,这些数据主要包括通过光纤测温主机获得的电缆表面温度数据以及通信主站从传感器中获得的相关数据。监控中心将这些数据信息存储至数据库中,可供历史数据查询。同时,监控中心还通过电力系统读取所监测电缆的实时电流数据,并将该电流数据与电缆表面温度数据一起通过安装在监控中心的上位机软件计算出待测电缆内部温度,从而正确指导电缆调度部门采取相关措施进行调度。监控中心还可以通过分析从监控子站传输来的数据对现场的设备进行相关的控制和联动。(3)信号采集端的5G通信。通过5G通信对巡检机器人、消防机器人进行控制,实现对隧道进行不间断地反复巡检,并实现对隧道状态的连续、动态采集,补充了固定式、离散式在线监测系统不能实现对隧道情况的完全覆盖。
4结语
5G切片技术采用NFV、SDN技术,结合电力通信的特点对电力隧道通信系统规划设计进行研究,可以合理的优化配置电力隧道的通信网络,提供了一种更灵活、更高效的解决方案,提高电力隧道系统的可靠性。
参考文献
[1]文华.华为-中国移动-南方电网5G电力虚拟专网解决方案[J].通信世界,2021(11):47-48.
[2]田涛.5G网络切片技术的管理与5G组网应用分析[J].中国新通信,2021(8):31-32.
[3]王义华,罗久桓,张逸彬.探析5G通信技术在智能电网的应用[J].中国新通信,2021(2):9-10.
[4]唐时杰.基于分组切片的5G承载网技术分析与组网探讨[J].数码世界,2020(7):22-23.
[5]袁栋.5G切片技术在电力物联网方面的应用研究[J].信息记录材料,2021(3):196-198.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/36766.html
