于同偉，劉一濤

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

城市對其各類基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性、效率和公共事件應(yīng)急能力需求隨規(guī)模增長呈指數(shù)規(guī)律提升，當(dāng)今中國城市群體發(fā)展迅速迫近拐點。4G、互聯(lián)網(wǎng)、云、人工智能構(gòu)建了一個“縱向通信關(guān)系”體系，大幅降低了購物、政務(wù)、教育和溝通等“人與人、物與人協(xié)同”的成本，卻對提升電力和通信系統(tǒng)可靠性、提高分布式能源滲透率、解決交通安全和擁堵等“物與物實時協(xié)同”方面無能為力。

5G是當(dāng)前國際最激烈的競爭核心技術(shù)之一。各國已經(jīng)啟動移動互聯(lián)網(wǎng)的升級。但5G的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還沒有規(guī)?；拇_切場景或者說盈利模式。運營商網(wǎng)絡(luò)為滿足手機和監(jiān)測類業(yè)務(wù)采用基站接入、大帶寬核心網(wǎng)縱向連接模式，滿足其任意位置、任意終端、任意時間、任意流量的連接[1-3]。

1 物物互聯(lián)需要什么類型的5G

物與物的通信關(guān)系與其物理連接關(guān)系對應(yīng)、位置不變、相鄰或相關(guān)的終端連接、流量固定且“近”大“遠”小。5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重要的戰(zhàn)略目標(biāo)是物聯(lián)市場。5G框架下的D2D(終端直通)橫向組網(wǎng)技術(shù)可以滿足上述需求。但這種方式必須與業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合共建，而不能像全球電信運營商那樣獨立建設(shè)和運營。只有電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠建立覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò)，電力終端高度滲透到人類的生產(chǎn)生活中。選擇建設(shè)基于電力終端的橫向設(shè)備直聯(lián)組網(wǎng)方案，不僅滿足電力業(yè)務(wù)和自動駕駛業(yè)務(wù)的實時性要求，還可以建設(shè)一部分、運營一部分、獲利一部分，平臺化的基礎(chǔ)設(shè)施將推動更多實時類業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和應(yīng)用服務(wù)民生、提升城市效率。

2 電力終端構(gòu)建的橫向網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前基于電力拓?fù)?，主干網(wǎng)采用光纖、城市配用電網(wǎng)采用5G端到端互聯(lián)，建立“橫向通信關(guān)系”的物與物實時協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，具備技術(shù)可行性。電力系統(tǒng)主網(wǎng)光纖隨輸電線路敷設(shè)資源充裕冗余，各大運營商都在尋找5G物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景和增量市場，具備工程可行性。提升終端數(shù)據(jù)同步和準(zhǔn)確性推動基于數(shù)據(jù)的集中式人工智能應(yīng)用，拓展配電網(wǎng)保護控制范圍實現(xiàn)實時故障自愈，具備體系兼容性。在滿足電力需求基礎(chǔ)上，還為無人駕駛交通系統(tǒng)等其他應(yīng)用提供服務(wù)，具備社會共享性。共用一個裝置、一個網(wǎng)絡(luò)、不占用頻帶資源、光纖與5G優(yōu)勢互補，統(tǒng)一供電、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一運維 ，具有社會經(jīng)濟性。分布式對等組網(wǎng)，任何組成部分損壞不影響其余部分，能在極端情況、公共事件下提供覆蓋全國的應(yīng)急通信備用，具有社會公益性。

3 戰(zhàn)略目標(biāo)及意義

建設(shè)“基于城市電力終端5G直聯(lián)組網(wǎng)的分布式實時智能物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施”。采用基于SoC專用芯片的電力終端，建立支持分布式能源交易的實時電力市場，促進清潔能源消納和電動汽車靈活充放電，提升電網(wǎng)可靠性、彈性和應(yīng)災(zāi)水平。提供覆蓋全部道路的低時延5G物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，建立智能交通管控和空地一體化無人駕駛系統(tǒng)。為手機運營商提供應(yīng)急和備用網(wǎng)絡(luò)，在災(zāi)害等極端情況下提供信息服務(wù)。

該方向所需技術(shù)均已進入成熟階段，綜合建設(shè)需要政府主導(dǎo)，電力實施，交通牽引，通信和芯片支撐。通過項目實施，我國將在5G、專用芯片、能源、無人駕駛等技術(shù)領(lǐng)域的競爭中引領(lǐng)世界?；A(chǔ)設(shè)施高度融合復(fù)用的城市將大幅降低運營成本，提升運行效率、承載能力、應(yīng)急能力。

4 面臨困難和挑戰(zhàn)

我國電網(wǎng)公司是國有企業(yè)，正面臨深度體制改革。我國率先發(fā)布5G商用牌照，但各大運營商沒有找到增量市場，建設(shè)投入緩慢。無人駕駛汽車由于沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，其自身搭載傳感器成本高、算法復(fù)雜、智能化水平無法滿足實際需求。國產(chǎn)芯片面臨與國外廠商同質(zhì)化競爭，生存空間狹小。

需要解決4個難題：①電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)在新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下在終端層面的融合重構(gòu)；②基于橫向通信網(wǎng)絡(luò)的分布式智能應(yīng)用在電力和交通等領(lǐng)域的研究與實踐；③具備免疫特性的嵌入式終端橫向互聯(lián)組網(wǎng)安全架構(gòu)；④滿足分布式智能業(yè)務(wù)的5G直聯(lián)組網(wǎng)(D2D)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)模組研制。

需要突破2個瓶頸：①集成分布式智能算力、免疫安全和橫縱向通信能力的SoC芯片研制；②在政府和用戶支持下，在5年的時間跨度內(nèi)，與電力、交通、電信企業(yè)共建區(qū)縣級分布式智能示范工程。

需要實現(xiàn)2個目標(biāo)：①與區(qū)域用電和供電客戶共同建設(shè)實時電力市場，促進分布式電源和儲能廣泛接入。②建設(shè)智能交通控制和無人駕駛支撐架構(gòu)，建立城市物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，大幅提升城市的承載和應(yīng)急能力。

5 現(xiàn)狀及推進思路

4G在D2D方面已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，但其局限于作為應(yīng)急通信與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)配合，并未得到規(guī)模應(yīng)用。5G 的D2D標(biāo)準(zhǔn)還未形成，但在車聯(lián)網(wǎng)(V2V)方面開展了大量的研究和實踐，我國取得了眾多原始創(chuàng)新。我國電網(wǎng)公司在10年前啟動智能電網(wǎng)技術(shù)研究和實踐，已經(jīng)完成變電站的智能化，具備變電站間的光纖互聯(lián)組網(wǎng)條件。2019年啟動城市配用電網(wǎng)的智能化建設(shè)。與廣電洽談合作，共建5G基礎(chǔ)設(shè)施(700 MHz頻段)，服務(wù)自身業(yè)務(wù)對外提供服務(wù)。共建網(wǎng)絡(luò)必定不會采用傳統(tǒng)蜂窩模式，投入巨大且無法在與傳統(tǒng)運營商的競爭中生存。選擇建設(shè)基于電力終端的橫向設(shè)備直聯(lián)組網(wǎng)方案，不僅滿足電力業(yè)務(wù)和自動駕駛業(yè)務(wù)的實時性要求，還可以建設(shè)一部分、運營一部分、獲利一部分，平臺化的基礎(chǔ)設(shè)施將推動更多實時類業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和應(yīng)用服務(wù)民生、提升城市效率。

該方向涉及多項關(guān)鍵技術(shù)，包括嵌入式終端設(shè)備橫向聯(lián)網(wǎng)安全、電力系統(tǒng)分布式智能業(yè)務(wù)、相關(guān)場景的SoC專用芯片、車聯(lián)網(wǎng)等。我國在國家、大型企業(yè)層面都有立項，但未能在統(tǒng)一的目標(biāo)下形成合力，未能在統(tǒng)一的規(guī)劃下協(xié)同建設(shè)示范工程。縱覽全球也只有在我國的特殊體制下才能整合多個領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施體系，在我國網(wǎng)絡(luò)普及、城市化規(guī)模和發(fā)展速度下，在我國完整的工業(yè)、工程及應(yīng)用技術(shù)發(fā)展水平下具備建設(shè)這個新型基礎(chǔ)設(shè)施的基本條件。

從電力系統(tǒng)的分布式智能重構(gòu)和實時電力市場構(gòu)建需求出發(fā)，從無人駕駛及智能交通管控需求出發(fā)，提出對5G的D2D組網(wǎng)的業(yè)務(wù)性能要求、路由要求、接入要求、拓展要求，與華為、中興等5G標(biāo)準(zhǔn)制定核心成員開展密切合作，推動第一版D2D標(biāo)準(zhǔn)年內(nèi)完成，并研制相關(guān)模組，開展試驗、測試和工程試點工作。同時啟動第二版標(biāo)準(zhǔn)修訂，第二版的目標(biāo)是工程推廣。

跟蹤電力分布式智能業(yè)務(wù)、嵌入式免疫安全和D2D標(biāo)準(zhǔn)的研究，研制支持分布式智能、直聯(lián)組網(wǎng)和免疫安全的電力終端用SoC芯片?；谠搶Ｓ眯酒_發(fā)用戶側(cè)的電能表終端、配電網(wǎng)的5G互聯(lián)終端、大電網(wǎng)的光纖互聯(lián)終端。在大型城市中，劃定一個區(qū)縣級區(qū)域電網(wǎng)開展長期規(guī)劃，建設(shè)區(qū)域?qū)崟r電力市場。同步在該區(qū)域進行無人駕駛及交通智能管控系統(tǒng)建設(shè)。在該區(qū)域開放橫向互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)平臺，開展應(yīng)急手機通信等開放性物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究和示范工作。以示范工程的實際運行效果作為檢驗成果的唯一標(biāo)準(zhǔn)，推動分布式智能在城市運營中產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用、發(fā)展大幅降低運營成本，提升城市運營效率、應(yīng)急水平和承載能力。

6 現(xiàn)階段建設(shè)方案

建設(shè)基于“一縱一橫”5G網(wǎng)絡(luò)的分布式智能配電網(wǎng)。利用5G通信和分布式智能技術(shù)，提升城市核心城區(qū)配電網(wǎng)可靠性和智能化水平，降低建設(shè)成本，提出并實踐智能配電網(wǎng)整體解決方案。建設(shè)“一縱一橫”兩類5G業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)：縱向網(wǎng)絡(luò)承載量測、監(jiān)測類業(yè)務(wù)，利用運營商接入、傳輸和核心網(wǎng)，信息經(jīng)縱向加密、安全隔離后通過專用光纜送入電力內(nèi)網(wǎng)；橫向網(wǎng)絡(luò)承載實時類保護控制及物與物協(xié)同創(chuàng)新業(yè)務(wù)，由運營商網(wǎng)絡(luò)和無覆蓋電力終端直聯(lián)共同構(gòu)成。建設(shè)基于5G通信和平臺化終端的分布式接地、短路故障精準(zhǔn)隔離、自愈控制、同步線損等智能化業(yè)務(wù)能力。建設(shè)配電網(wǎng)涵蓋5G技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、終端和業(yè)務(wù)的整體方案及其標(biāo)準(zhǔn)體系。研究滿足電力物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)當(dāng)前及未來發(fā)展需求的5G核心技術(shù)及裝備，探索與無人駕駛交通系統(tǒng)通信基礎(chǔ)設(shè)施的融合共建(見圖1)。

7 結(jié)束語

由政府主導(dǎo)，電網(wǎng)公司建設(shè)，跨行業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，通信和芯片行業(yè)支撐，全行業(yè)參與分布式實時物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新業(yè)務(wù)實踐，構(gòu)建“基于城市電力終端5G直聯(lián)組網(wǎng)的分布式實時智能物聯(lián)”生態(tài)系統(tǒng)，我國將引領(lǐng)5G及其城市物聯(lián)應(yīng)用發(fā)展。