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(diǎn)

　　5G通信技術(shù)是特朗普正竭力捍衛(wèi)的技術(shù)高點(diǎn)，事關(guān)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(guān)鍵戰(zhàn)場。

　　技術(shù)演進(jìn)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(yīng)設(shè)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(shù)的支持，同樣也繞不開基于5G技術(shù)解決方案的前瞻性研究。

　　藍(lán)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(luò)？

　　這是近期業(yè)界時常談及并有所爭議的話題。“我覺得以當(dāng)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(luò)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(yīng)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(shù)（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(shè)的無線網(wǎng)絡(luò)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(jī)啟動，打下了通信基礎(chǔ)。

　　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(tuán)副總經(jīng)理孫德棟在3月份華北電力大學(xué)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(shí)體網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)。在歷經(jīng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)階段后，采用光纖鋪設(shè)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(cè)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(diǎn)多面廣、投資額巨大的難題，從而進(jìn)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(shè)末端接入網(wǎng)的可選項(xiàng)。以無線網(wǎng)絡(luò)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(yù)期提速的背景下，無線公、專網(wǎng)絡(luò)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(dān)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(yùn)維等成本，是否會伴隨計(jì)入輸配電定價成本而加重購電用戶的負(fù)擔(dān)；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(gòu)中的第二層即“網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)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(yīng)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(lǐng)域的響應(yīng)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(shè)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(yùn)營商和通信設(shè)備商紛紛布置了單獨(dú)屏幕，講述基于5G通信技術(shù)在“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”領(lǐng)域的應(yīng)用場景構(gòu)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(shè)備泛在連接的重要選項(xiàng)”的標(biāo)語。盡管5G的大規(guī)模商用尚需時日，相關(guān)技術(shù)也有待驗(yàn)證和測試，而且由于處在起步階段，5G的相關(guān)費(fèi)用仍未有明確標(biāo)準(zhǔn)。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(luò)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(yīng)用白皮書》。

　　通常認(rèn)為，高寬帶、低延時和海量連接是5G通信技術(shù)的三大特點(diǎn)，與此同時5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)（Network Slicing）在垂直領(lǐng)域的應(yīng)用同樣頗受關(guān)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(shí)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(shí)現(xiàn)基于最新標(biāo)準(zhǔn)5G SA網(wǎng)絡(luò)的測試。

　　一位中興人士向eo介紹，“投資建一張（5G）網(wǎng)絡(luò)投資太大了，”可以利用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)租賃使用網(wǎng)絡(luò)。租用一個切片，意味著從終端到網(wǎng)絡(luò)的整個資源都可以切出一塊給用戶專享，“相當(dāng)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(yán)格的行業(yè)，通過5G的切片技術(shù)，無需與其他用戶共享網(wǎng)絡(luò)就可以享受5G的服務(wù)，而且比起自建專用通信網(wǎng)絡(luò)成本更低。

　　據(jù)其介紹，將光纖有線網(wǎng)絡(luò)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(wù)需求和投資預(yù)算，做不同的網(wǎng)絡(luò)布局組合，偏遠(yuǎn)地區(qū)可能提供語音服務(wù)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(zhǔn)負(fù)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(rèn)的幾個5G應(yīng)用潛在場景。輸變電線路的無人機(jī)巡檢、AR/VR在電力領(lǐng)域的應(yīng)用也被視作5G下的典型應(yīng)用，不過在5G牌照正式下發(fā)之前，這兩項(xiàng)業(yè)務(wù)已經(jīng)有所開展。換句話說，通信技術(shù)并不直接影響前述兩項(xiàng)業(yè)務(wù)的存在，但對業(yè)務(wù)今后的迭代方向會起到引導(dǎo)作用。

　　例如在輸變電線路無人機(jī)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(luò)并沒有嚴(yán)格要求，普通的wifi即可滿足。一家無人機(jī)巡檢公司研發(fā)人員向eo表示，他們現(xiàn)階段提供的服務(wù)甚至只需使用1.4G網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)照片的實(shí)時傳輸。如果未來無人機(jī)檢業(yè)務(wù)對實(shí)時的視頻傳輸有需求，才有可能需要用到5G。

　　一位服務(wù)于電力行業(yè)的AR/VR技術(shù)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(shí)現(xiàn)無延遲，但這并不意味著5G技術(shù)成熟后不會衍生出更高級的需求。“目前受技術(shù)限制發(fā)展不快，一是遠(yuǎn)程控制有延遲，二是識別率不夠。如果有更好更成熟的技術(shù)，功能拓展肯定會有跟進(jìn)。”

　　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(shí)時共享操作，由于涉及遠(yuǎn)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(diǎn)幾秒縮短到零點(diǎn)零幾秒。

　　“多站融合”模式當(dāng)中也涉及5G基站的應(yīng)用設(shè)想。相關(guān)人士表示，比起4G基站間隔較遠(yuǎn)，5G基站布點(diǎn)密集，可以和變電站做一個數(shù)據(jù)交互。如果設(shè)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(dāng)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(dú)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(shè)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(wù)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(shù)。”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(diǎn)為了5G而5G。”

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

　　230Mhz無線專網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而建

　　終端通信接入網(wǎng)是電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)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(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)時期。

　　彼時，國內(nèi)剛剛步入3G時代，通信技術(shù)首次實(shí)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(wù)后的維修還可以慢一些。”在其看來，建設(shè)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(yùn)維難度大等問題。

　　考慮到近用戶側(cè)終端的海量連接與分散性，建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)是比光纖通信更具經(jīng)濟(jì)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(diǎn)的數(shù)據(jù)要走有線光纖網(wǎng)絡(luò)。但是在非核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)的終端，考慮用無線網(wǎng)絡(luò)性價比更高。

　　不過受到早期國內(nèi)無線通信技術(shù)發(fā)展滯后的局限，當(dāng)時電網(wǎng)只能通過租用電信運(yùn)營商的GPRS和CDMA服務(wù)來實(shí)現(xiàn)語音等基礎(chǔ)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(yīng)運(yùn)而生。2009年，中國普天率先研發(fā)了適應(yīng)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(shù)創(chuàng)新研討會”上，基于230Mhz頻段對于智能配電網(wǎng)的應(yīng)用創(chuàng)新路線獲得認(rèn)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(yàn)證工作。在浙江嘉興、福建晉江，進(jìn)行了“230Mhz頻段使用載波聚合技術(shù)開展數(shù)據(jù)監(jiān)控及配網(wǎng)調(diào)度通信試驗(yàn)”，并最終在2017年6月通過工信部驗(yàn)收。

　　2017年，國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)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(jìn)一步制定電力無線專網(wǎng)的企業(yè)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并聯(lián)合研發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用。國家電網(wǎng)也正式確定了接入網(wǎng)建設(shè)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(bǔ)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(guān)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(shè)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(yùn)后2兩年內(nèi)，頻段占用度應(yīng)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(shè)困難的A+/A類供電區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電力無線專網(wǎng)全覆蓋。

　　根據(jù)上述人士當(dāng)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(wù)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(shù)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(shè)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(shè)的迫切性，第一，業(yè)務(wù)需求開始了爆發(fā)性增長，擴(kuò)展業(yè)務(wù)增長了六倍以上；第二，公網(wǎng)隔離有待加強(qiáng)，難以提供滿足電力業(yè)務(wù)隔離需求端到端的防護(hù)；第三，很多（地區(qū)）光纖建設(shè)難度大，線路覆蓋難度更大；第四，專業(yè)獨(dú)立分銷建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的資源利用率不高。

　　“基于專用頻段進(jìn)行定制化的設(shè)計(jì)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(yàn)，所有的業(yè)務(wù)傳輸試驗(yàn)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(yàn)的浙江嘉興，成為國家電網(wǎng)范圍內(nèi)率先實(shí)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(yù)期提速，是否會影響原有230Mhz電力無線專網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)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(xiàng)目，“本來準(zhǔn)備上，可研都做了，估計(jì)230Mhz的帶寬不夠用了。”不過在沿海早已先行布點(diǎn)230Mhz的地區(qū)，將繼續(xù)完善建設(shè)。

　　前述華為人士則認(rèn)為，這也可能是由于普天LTE230與華為IoT230兩種技術(shù)路線不兼容導(dǎo)致的建設(shè)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一。“不過230Mhz和5G在技術(shù)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(bǔ)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(dān)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(shí)際性能達(dá)不到理論值、價格偏高等問題，運(yùn)營商難以在短期內(nèi)大規(guī)模鋪設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。”由于覆蓋半徑較小，5G基站的布點(diǎn)密度會遠(yuǎn)大于4G，相應(yīng)的同等服務(wù)范圍內(nèi)的建設(shè)或租用成本要高得多。

　　租用5G公網(wǎng)，看起來是順應(yīng)浪潮的選擇，但需要跟隨電信運(yùn)營商的步伐被動布點(diǎn)；建設(shè)電力無線專網(wǎng)無疑能讓電網(wǎng)擁有更大的主動權(quán)，無論是更大程度保障數(shù)據(jù)安全，還是業(yè)務(wù)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(yīng)和判斷，“5G建成以后，230MHz專網(wǎng)的建設(shè)是不是浪費(fèi)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(yuǎn)可以用。只不過5G提供了高速率、大接入，滿足了另一種應(yīng)用場景，解決了電力創(chuàng)新業(yè)務(wù)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(wù)，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(luò)建設(shè)的基本原則是，“無線為主、光纖為輔、公專結(jié)合、因地制宜。”

　　電信運(yùn)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(jiān)持鋪設(shè)專網(wǎng)的原因。按照國家電網(wǎng)公司的構(gòu)想，要在2021年完成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步建設(shè)，并在2024年全面建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。然而，電信運(yùn)營商的5G規(guī)劃未必能踩點(diǎn)滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)度節(jié)點(diǎn)需要。

　　“電網(wǎng)有普遍服務(wù)的要求，雖然電信運(yùn)營商也有這個要求，但在偏遠(yuǎn)地方上5G短期內(nèi)不太現(xiàn)實(shí)。從建網(wǎng)角度，一定是先從熱點(diǎn)地區(qū)開始建，但廣泛覆蓋的肯定是4G網(wǎng)絡(luò)。一般的，運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)會3G、4G、5G網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)地區(qū)用專網(wǎng)（或是北斗定位）補(bǔ)盲覆蓋，城市地區(qū)用5G公網(wǎng)承載。

　　“運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度滯后于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)計(jì)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(xué)發(fā)表演講時的觀點(diǎn)是，5G面向行業(yè)用戶的高可靠、低延時和切片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未定稿，能否承載電網(wǎng)末端控制業(yè)務(wù)，需進(jìn)一步測試傳輸時延、安全防護(hù)等性能。

　　不同于“堅(jiān)強(qiáng)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(shí)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(quán)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？（eo記者 周慧之）