鄭滟 榮月 歐陽思佳

1引言

5G 是能源轉型的重要戰(zhàn)略資源，5G 與能源行業(yè)高度融合可注入新的動力并為生產起到引領作用。核電作為能源行業(yè)不可或缺的一部分，發(fā)展5G 技術勢在必行。

25G 技術

（1）5G 技術概述

5G 是第五代移動通信，是一個端到端的、全移動、全連接的生態(tài)系統。5G 的基本特征是高數率、低時延、海量設備連接、低功耗[1] 。

根據實驗室理論數據，5G 移動通信的峰值吞吐率可達到10Gbps，并具有1ms 時延及100 萬/ km2 的超大連接數，基于以上特性，主要從三方面概述5G 應用場景：eMBB 業(yè)務（增強型移動寬帶）讓我們可以隨時隨地高速接入網絡、享受VR 和AR 等新業(yè)務并通過網絡分享高清媒體視頻;mMTC 業(yè)務（海量連接物聯網）側重海量大連接，使參與整個運行的事物具備可感知的能力，如個人穿戴設備（手表、耳機、手機等）、智慧家庭設備（家庭網關、聲光報警器等）、智慧城市設備（共享單車、路燈等）都可以輕松接入網絡并提供定制化服務;uRLLC 業(yè)務（超高可靠性、超低時延）使遠程醫(yī)療、自動化交通控制和駕駛、智能工業(yè)制造成為現實。

（2）5G 與工業(yè)互聯網融合應用

“5G+工業(yè)互聯網”的行業(yè)應用主要包括電力、制造（電子、汽車、家電等）、港口、油田等，屬于垂直行業(yè)應用。國內主要在電力、工廠制造等行業(yè)取得了一定的應用示范成果，涉及的業(yè)務種類主要包括工業(yè)控制類業(yè)務（如系統自動控制和遠程控制等）、質量監(jiān)測類業(yè)務和環(huán)境監(jiān)測類業(yè)務（如物聯網、大數據業(yè)務等）。

通用型應用主要包括5G 與工業(yè)AR/ VR、超高清視頻、無人機、機器人等領域的結合[2] 。國內已取得的示范性應用成果包括信息監(jiān)測、視頻回傳類業(yè)務（如工業(yè)AR/ VR 巡檢、無人機巡檢、機器人巡檢、超高清視頻監(jiān)控等）和物流類業(yè)務（如采用AGV 完成的物料配送、倉儲物流業(yè)務等）。從以上各行業(yè)應用現狀觀察，5G 應用的標準尚不健全，并且與產業(yè)環(huán)境的適配程度及應用模式的推廣離全行業(yè)規(guī)模化應用尚有差距。期望在企業(yè)試點示范的帶動下，盡早實現應用規(guī)范化。

35G網絡技術

3.1網絡構架

5G 網絡架構由接入網、承載網和核心網組成。接入網是連接無線設備和終端傳輸的通道。5G 的基站通過接口對接核心網的控制面和用戶面。5G 終端通過空中接口NR 接入網絡，從而實現各種業(yè)務;承載網負責數據及語音業(yè)務的傳輸，其介質為光纜;核心網采用控制功能網元和用戶功能網元分離構架，可實現移動與會話管理的同時性和獨立性。用戶面不同，控制面管理的特點也會不同，在確保會話質量基礎上建立多樣性的管理會話窗，有助于同時操作遠端和實現本地分流。此外，在本地部署了移動網絡邊緣計算平臺，可以以模塊化的方式提供服務，而不需要進行網絡的重新設計，使服務更靠近終端，從而降低延時并使平臺更易于新增、部署和維護。

3.25G 技術場景和關鍵技術及之間的關系

根據業(yè)務需求，5G 技術場景包括面向移動互聯網的連續(xù)廣域、熱點高容量場景以及面向物聯網的低時延高可靠和低功耗大連接場景。

移動通信常見的覆蓋形式是連續(xù)性、全面性的覆蓋，即連續(xù)廣域，此方式需要提供無縫高速業(yè)務體驗，需要采用新型空分多址、支持多空間數據流多用戶波的大規(guī)模天線陣列結合，提高頻譜利用效率，使其具備多用戶接入功能。在網絡架構方面，采用協同技術，減少干擾，提供高效、穩(wěn)定的數據速率。

熱點容量高有利于滿足數據流量和傳輸速率的要求，應用場景是熱點區(qū)域。對于此場景的單位面積內頻率效率的提升需要超密集組網技術;極高的傳輸速率需要時同頻全雙工技術。除此之外，頻譜效率的提升仍然需要多址及天線陣列技術與組網技術、全雙工技術的組合應用。

低功耗大連接與其他關鍵技術不同，主要應用領域是能源行業(yè)，在采集數據、控制傳感方面發(fā)揮作用，需要注意的是，應用此技術時需要考慮設備接入量和功能消耗問題。多址技術可提升系統連接能力，D2D技術實現了通信終端之間的直接通信，降低了時延和功耗。此場景的碎片頻譜靈活使用可借助復用技術和多載波技術實現。

低時延高可靠主要面向工業(yè)控制等具有特殊應用需求的場景，其采用極短的幀結構和更優(yōu)的調制編碼規(guī)則降低了空口和網絡數據轉發(fā)時延并提升了可靠性。網絡架構方面采用了控制云的數據路徑優(yōu)化至靠近轉發(fā)云和接入云的方案，以進一步降低傳輸時延。

4核電廠5G 網絡推薦方案

4.1業(yè)務需求的設計

根據目前5G 發(fā)展水平及電廠環(huán)境應用，建議在建設階段覆蓋以下業(yè)務：單個設備故障可導致停堆、停機等重大設備的連續(xù)監(jiān)視及故障預警;重要環(huán)境參數的數據采集及預警;放射源、?；窢顟B(tài)監(jiān)控及移動流轉溯源;照明、機柜風扇、火警探頭等分布廣泛系統設備簡化運維;關鍵敏感區(qū)域出入管理;重要設備和區(qū)域的電子圍欄等安保等級提升;高風險作業(yè)現場區(qū)域及時間提醒;重要作業(yè)現場、臨時施工點、事故點的實時監(jiān)控;井蓋監(jiān)控、漏水檢測、停車位應用部署;建立核電站輻射監(jiān)測信息網，實時傳輸輻射水平數據，工作人員劑量數據，熱點防誤入、高輻射區(qū)域人員出入管理、場所與廠區(qū)輻射危害實時監(jiān)測、核清潔自動化與智能化、應急輻射防護實時監(jiān)控、放射性物品實時管控等輻射防護需求;人員定位、清點及流量監(jiān)控;在線培訓考試、競賽現場的實時監(jiān)控等方面的管理提升。

運行巡檢：巡檢人員使用無線網絡可進行實時錄入發(fā)現的問題、進行照片上傳及實時通信;行異常情況記錄、巡檢計劃、路線、任務和內容的管理;邊緣、危險區(qū)域的無人巡檢。

運行操作：方便運行操作遠程監(jiān)護，運行操作電子記錄，減少現場人因失誤，實現運行規(guī)程等數字化移動應用。

移動維修：通過移動終端實現各種工作流程的申請、審批等業(yè)務及相應業(yè)務的狀態(tài)提醒。

即時通信：實現點對點通話、多方通話、會議、廣播等功能，提供語音、文字、短信、圖片、視頻等多媒體通信。

應急響應：使用無線網絡信息傳回指揮部，提高指揮調度和現場工作效率，實現人員清點搜救、事故人員疏散。

廠區(qū)配送與倉儲管理：包括工器具跟蹤及固定資產的定位和搜尋。

巡檢安全：提高現場人員安全保護水平，避免走錯隔間，放錯設備。

操作安全：通過人員位置和設備位置確認避免人為操作錯誤。

輻射安全：對控制區(qū)域和進入控制區(qū)的人員輻射劑量進行實時監(jiān)控;人員的裝具佩戴監(jiān)督、行為監(jiān)督等。

在未來，隨著5G 網絡在電力系統的逐步普及應用，逐漸可由輔控擴展至?？兀瓿蒔LC 等總線控制轉化。

4.2技術場景的選擇

根據5G 應用的主要技術場景，廠前區(qū)域建筑為高密度辦公區(qū)，屬于熱點高容量場景覆蓋;核島及常規(guī)島區(qū)域應在建設階段考慮PLC 控制需求組網，按照低時延高可靠場景進行組網設計;其他BOP 廠房在業(yè)務區(qū)域上屬于低功耗大連接場景，也可以按照更高標準的“低時延高可靠場景”覆蓋[3] 。

相應場景對應的關鍵技術須根據組網方式進一步確定。

4.3組網方式

由于企業(yè)對數據安全性要求高，公網傳輸方案無法滿足企業(yè)需求。為了滿足大帶寬、低時延、高安全性的智能工業(yè)應用需求，5G 專網成為各行各業(yè)的企業(yè)優(yōu)選。

5G 專網指的是專用于特定行業(yè)或企業(yè)的移動通信網絡，有七種路徑，如表1 所列。

目前，國內出現的5G 專網基本采用前者，并且已有很多成熟的部署方案。而關于兩種方式哪種比較好的爭議至今未有結果。

部分研究指出，新技術發(fā)展進步后，運營單位可以通過相關技術向各行各業(yè)提供公網服務，公網具有網絡穩(wěn)定、網速暢通的特點，為提高圖譜利用率，減少成本損耗提供了機會。然而，面對此方案實施路徑，出現很多質疑的聲音，主要爭議點集中在網絡性質上。反方認為上述方案中的公網是不存在的，究其本質而言都是專網的范疇。未來能否真正實現專網和公網的融合還是一個未知數，需要依靠運營單位不斷進行技術升級，為二者融合創(chuàng)造環(huán)境。

4.45G 加智能核電

5G 加智能運維：由于電廠的設備雜而多，若要實現設備的可管、可控、可視非常困難。然而，在5G 和數據運輸等技術指導下，電廠設備可以增添很多監(jiān)控、評估功能，切實實現智慧管理的目標。

5G 加安全生產：由于電力行業(yè)的特殊性，其安全生產問題尤為突出。通過5G 網絡的覆蓋，實現高危作業(yè)場景的無人化操作（如無人化天車系統），通過高清視頻回傳，實現遠程操作，提升生產安全性，減少安全事故。

5G 加智能巡檢：智能巡檢依靠的技術主要有視覺成像、智能AI 系統等，通過自動化管理和遠程操控管理，電廠設備可以提高運行效率，自主完成巡檢任務，工作人員只需將檢查內務相關指標設定完成，智能巡檢便可投入使用，巡檢過程高效，安全性能好，減少不必要的成本。

5G 加智慧生產控制：核電廠利用5G 相關技術，對廠內常用設備包括測量器械、控制平臺等進行重新整合，建立完善的工業(yè)控制體系，實現遠程在線檢查、自動記錄、前后臺互動支持、智能輔助等功能支撐各類實時數據采集和遠程控制。

5G 加智慧安全應急：5G 技術關鍵性特點是通信能力強，安全應急環(huán)節(jié)融入5G 可以有效減少安全事故，提高核電廠的安全等級。一旦出現人員傷亡、危險品暴露等問題，通信系統會自動發(fā)出警報，同時向總部傳遞實時畫面，總部根據畫面中呈現的問題及時給予指導，采取相關救援措施或者補救方法，最大限度減少傷害。

5G 加智慧調控：5G 技術中的網絡切片技術可以對配電系統進行智能管控，系統識別出故障問題后，會自動調控其他電網線路，同時將數據傳遞到電力部門，進行實時共享。

5G 加智慧工地：在工地引入5G 通信技術，利用語音通信、人臉識別、RHD 等技術，綜合記工地工作人員出勤率和來往車輛進入情況，針對進入現場人員的身份進行唯一性識別，實時掌握施工現場樓層分布、施工布局、實際施工人數等信息。

5G 加智能管理：根據大數據處理、5G 網絡技術，可以對現場操作流程進行嚴格監(jiān)督，總部數據管理平臺與一線現場采取聯網監(jiān)督模式，總部發(fā)現問題時及時向一線施工現場進行預警提示，施工現場在觀看預警視頻后，及時找到對應節(jié)點，進行干預工作，實現智慧管理。

5G 加人工智能管路識別系統：基于5G 技術、GIS系統和AR 可以實時識別管路信息、進行管路定位，提高巡檢效率。此系統搭配AR 巡檢智能穿戴設備，如果遇到無法獨立解決的問題，可向遠程的專家發(fā)起視頻通話，將現場的數據傳回專家組，尋求更專業(yè)的幫助。也可通過GIS 系統后臺預存圖紙定位故障點，以方便后續(xù)處理。

5結束語

5G 不僅僅是運營商的5G，更是千行百業(yè)的5G，希望運營商、設備商、集成商能夠密切合作，搭建適應電廠運營特點和傳輸網絡，從而實現生產控制、智能巡檢、運行維護、安全應急等智慧化管理目標。