5G提速 泛在电力物联网能否找到“安全与成本”的平衡点

　　5G通信技术是特朗普正竭力捍卫的技术高点，事关他口中“must win”的科技战役。6月6日国内四张5G牌照提前发放，令各界对以5G为支撑的商用场景探索按下加速键，而物联网正是被视作5G能够施展技艺的关键战场。

　　技术演进催生需求升级。物联网浪潮之下，旨在连接电力用户及其相应设备的泛在电力物联网战略，自然离不开与之相适配的通信技术的支持，同样也绕不开基于5G技术解决方案的前瞻性研究。

　　蓝图中电力物联网的打造，到底在多大程度必须用到5G网络？

　　这是近期业界时常谈及并有所争议的话题。“我觉得以当前的数据量，对5G没有那么大的需求。”不少电力业内人士持此保留意见，现有4G网络已经能满足不少电力物联网功能，5G不是必要条件。一位通信界人士则干脆公开表示，“只有1%-5%的物联网应用是基于5G或者依赖于5G。”

　　另一边在公网之外，国家电网公司早已酝酿多年针对配用电环节终端通信接入的230Mhz电力无线专网——基于由4G向5G过渡的通信技术（又称为4.5G），并于去年8月从工信部获批适用于电网企业及能源互联网建设的无线网络专用频率资源。这也为半年后泛在电力物联网的正式开机启动，打下了通信基础。

　　布局“终端通信接入网”对国家电网公司来说，有多重要？国网信息通信产业集团副总经理孙德栋在3月份华北电力大学的公开演讲中曾提到，“我们没有泛在接入的最大瓶颈，就是在接入网上。”

　　自建“电力通信网”于电网而言，是另一张“有形的”的实体网络资产。在历经坚强智能电网建设阶段后，采用光纤铺设的电力专用骨干通信网已基本接近全覆盖。然而在配用电侧10kV和0.4kV的终端通信接入网环节，如同所有的“最后一公里”一样，遭遇着海量终端点多面广、投资额巨大的难题，从而进展缓慢。

　　如今成熟普及的4G和测试阶段的5G公网，以及基于4.5G的230Mhz电力无线专网，均是电网建设末端接入网的可选项。以无线网络替代有线光纤布局接入网已是共识，但无线公网与无线专网兼有利弊。

　　在国家层面推动5G超预期提速的背景下，无线公、专网络具体如何组合布局，专网带宽是否需要超前投入以满足物联网数据量爆发等问题上，“现在的确存在不少困惑，国网还没有最后定案。”

　　外界的担忧在于，一是为打造电力物联网所产生的新建、改造、租赁及运维等成本，是否会伴随计入输配电定价成本而加重购电用户的负担；二是是否存在“为了5G而5G”的情况发生。

　　泛在电力物联网架构中的第二层即“网络层”中“接入网”的搭建，该如何找到“数据安全与投入成本”的平衡点与有效边界，是国家电网正在思量求解的问题。

　　5G公网下电力应用初探

　　泛在电力物联网的概念，是在2019年3月两会期间首度引发大范围热议的。由此促发的通信领域的响应步伐也极为快速。

　　两个月后，在福州举行的第二届“数字中国”建设成果展览会以及在天津举办的第三届“世界智能大会”上，电信运营商和通信设备商纷纷布置了单独屏幕，讲述基于5G通信技术在“泛在电力物联网”领域的应用场景构想。

　　华为、中兴推出了针对“泛在电力物联网”的通信网解决方案，并打出“5G是海量配用电末端设备泛在连接的重要选项”的标语。尽管5G的大规模商用尚需时日，相关技术也有待验证和测试，而且由于处在起步阶段，5G的相关费用仍未有明确标准。不过现场工作人员向eo表示，愿与电网共同探索5G商业场景的落地。

　　电力界与通信界的联合研究工作早已启动。国家电网公司与中国电信、华为共同编写了《5G网络切片使能智能电网》的报告，并于2018年1月发布。去年6月，南方电网公司与中国移动、华为又联合发布了《5G助力智能电网应用白皮书》。

　　通常认为，高宽带、低延时和海量连接是5G通信技术的三大特点，与此同时5G网络切片技术（Network Slicing）在垂直领域的应用同样颇受关注。今年4月，国网南京供电公司与中国电信江苏公司、华为共同完成了以真实电网为环境的电力切片测试，这也是全球范围内第一次实现基于最新标准5G SA网络的测试。

　　一位中兴人士向eo介绍，“投资建一张（5G）网络投资太大了，”可以利用5G网络切片技术租赁使用网络。租用一个切片，意味着从终端到网络的整个资源都可以切出一块给用户专享，“相当于一个隧道。”

　　“这是虚拟的专网。”上述中兴人士说，对于类似于电力对安全保障格外严格的行业，通过5G的切片技术，无需与其他用户共享网络就可以享受5G的服务，而且比起自建专用通信网络成本更低。

　　据其介绍，将光纤有线网络无线化的作用，“一是节约成本，二是缩短工期。”不过他也表示，要根据不同区域的业务需求和投资预算，做不同的网络布局组合，偏远地区可能提供语音服务即可。“5G到底比4G好多少，还待评估，但是未来是有场景需求的。”

　　配电自动化、精准负荷控制、大数据信息采集、分布式电源控制等等功能是电力界公认的几个5G应用潜在场景。输变电线路的无人机巡检、AR/VR在电力领域的应用也被视作5G下的典型应用，不过在5G牌照正式下发之前，这两项业务已经有所开展。换句话说，通信技术并不直接影响前述两项业务的存在，但对业务今后的迭代方向会起到引导作用。

　　例如在输变电线路无人机巡检方面，目前已有案例主要采用先内存存储，后期工作人员再读取数据的方式工作，因而对于通信网络并没有严格要求，普通的wifi即可满足。一家无人机巡检公司研发人员向eo表示，他们现阶段提供的服务甚至只需使用1.4G网络，就可以实现照片的实时传输。如果未来无人机检业务对实时的视频传输有需求，才有可能需要用到5G。

　　一位服务于电力行业的AR/VR技术开发人员告诉eo，在现有局域网之下，AR/VR基本可以在本地实现无延迟，但这并不意味着5G技术成熟后不会衍生出更高级的需求。“目前受技术限制发展不快，一是远程控制有延迟，二是识别率不够。如果有更好更成熟的技术，功能拓展肯定会有跟进。”

　　他提到5G对于AR/VR在“异地多人”场景下的意义，例如两个省级电力公司需要实时共享操作，由于涉及远程传输对时延要求敏感，“延迟太长，异地传输就没有意义了。”如果是基于5G的传输速度，时延理论上可以从零点几秒缩短到零点零几秒。

　　“多站融合”模式当中也涉及5G基站的应用设想。相关人士表示，比起4G基站间隔较远，5G基站布点密集，可以和变电站做一个数据交互。如果设备有故障数据就可以传到5G基站旁边的数据中心，包括变电站周边的数据都可以就近先发到那里，而不是所有数据都要传回总部。

　　当然在不少业内人士看来，“5G没办法这么快就跑起来，每个用户独享宽带可能还需要等个几年。”与此同时，也有业内人士提示，部分电力设备不能完全暴露在高频段环境下，可能会受到电磁干扰而影响使用。

　　“主要还是看电网的业务诉求，从宽带、时延、接入用户数几个维度看有没有一定需要5G技术。”一位华为的无线通信专家告诉eo，“够用就好，不用过涉及。过涉及的话，反而有点为了5G而5G。”

　　对方举例提到，中国商飞就明确了十大5G应用场景，“（中国商飞）想得非常清楚。电网有哪些业务必须要用5G专网承载，是需要研究的。”

　　230Mhz无线专网应运而建

　　终端通信接入网是电力骨干通信网络在配用电环节的延展。电力无线专网的研发与规划思路，起于2009年坚强智能电网建设时期。

　　彼时，国内刚刚步入3G时代，通信技术首次实现从“追随”到“突破”，距离后来4G时代世界水平“并跑”还差了四年。

　　一位熟悉通信和电力的业内人士说，“电网不能断，一旦出现故障必须马上抢修。电信中断服务后的维修还可以慢一些。”在其看来，建设专网对电网而言是更可靠的选择。不过电网也需要面临对通信不熟悉而产生的运维难度大等问题。

　　考虑到近用户侧终端的海量连接与分散性，建设无线网络是比光纤通信更具经济性和操作性的解决方案。在前述中兴人士看来，从安全角度考虑，核心节点的数据要走有线光纤网络。但是在非核心生产业务的终端，考虑用无线网络性价比更高。

　　不过受到早期国内无线通信技术发展滞后的局限，当时电网只能通过租用电信运营商的GPRS和CDMA服务来实现语音等基础数据采集，更高级对带宽要求更高的传输功能难以满足。

　　230Mhz电力无线专网的研发应运而生。2009年，中国普天率先研发了适应于230Mhz频段的LTE230系统，主要面向电力、石油等行业为其提供无线通信需求。2012年，在工信部无线电管理局组织的“230Mhz频段管理与技术创新研讨会”上，基于230Mhz频段对于智能配电网的应用创新路线获得认可。

　　此后五年，电网范围内多个省市开展了一系列230Mhz电力无线专网的验证工作。在浙江嘉兴、福建晋江，进行了“230Mhz频段使用载波聚合技术开展数据监控及配网调度通信试验”，并最终在2017年6月通过工信部验收。

　　2017年，国网信息通信产业集团牵头组建了中国无线电协会专网产业联盟，联盟成员包括华为、普天、中国信通院在内的55家企业。该联盟旨在进一步制定电力无线专网的企业于技术标准，并联合研发创新应用。国家电网也正式确定了接入网建设电力无线专网的战略。

　　一年后，国家电网公司对于增补230Mhz频段的申请迎来最终敲定。

　　2018年8月31日，工信部发布《关于调整223-235Mhz频段无线数据传输系统频率使用规划的通知》（以下简称《通知》）（223-235Mhz统称为230Mhz频段）。工信部明确调整230Mhz频段使用规划，以支持和满足电网加快新一代宽带无线系统与能源互联网战略建设的频段需求。

　　为避免过度投资，《通知》对于频段使用情况提出了约束条件，“系统投运后2两年内，频段占用度应不低于70%。” 国家电网公司是目前电力行业唯一获此频段的企业。

　　国家电网公司原信息通信部副主任在2018年9月举办的第一届中国无线电大会演讲时就表示，到“十三五”末，国家电网有限公司将初步建成有效覆盖全网范围C类及以上供电区域的电力无线专网，并在B/C类供电区域、光缆建设困难的A+/A类供电区域实现电力无线专网全覆盖。

　　根据上述人士当时的介绍，仅2019年和2020年，国家电网公司规划的基站数量为2500座以上，终端接入数量在10万个以上。

　　与此同时，2014年旧首推4.5G战略的华为在2018年10月的”IOT-G 230Mhz使能全业务泛在电力物联网“产业论坛中，又推出了基于4.5G技术的IOT-G 230Mhz电力无线专网解决方案。今年4月，华为发布基于ASIC芯片的230Mhz商用终端模组eM600，该模组的定位正是为电力行业行业及”泛在电力物联网“建设量身打造的。

　　孙德栋在今年3月的公开演讲中也谈到电力无线专网建设的迫切性，第一，业务需求开始了爆发性增长，扩展业务增长了六倍以上；第二，公网隔离有待加强，难以提供满足电力业务隔离需求端到端的防护；第三，很多（地区）光纤建设难度大，线路覆盖难度更大；第四，专业独立分销建设网络的资源利用率不高。

　　“基于专用频段进行定制化的设计产品，从配用电环节提供泛在、可靠、高效接入是非常好的。（目前已经在）江苏、福建做了很多试验，所有的业务传输试验基本上是可以解决的。”孙德栋说。

　　到了2018年12月，参与最早一批试验的浙江嘉兴，成为国家电网范围内率先实现电力无线专网全覆盖的地级城市。

　　230Mhz专网与5G公网如何共存

　　5G超预期提速，是否会影响原有230Mhz电力无线专网的建设进度，业内有所困惑。

　　有电力行业人士告诉eo，从今年四月份左右开始，有西北省份暂停新建230Mhz无线专网项目，“本来准备上，可研都做了，估计230Mhz的带宽不够用了。”不过在沿海早已先行布点230Mhz的地区，将继续完善建设。

　　前述华为人士则认为，这也可能是由于普天LTE230与华为IoT230两种技术路线不兼容导致的建设摇摆，上述两种路线共存将带来相互干扰，现阶段电力无线专网的技术标准亟待统一。“不过230Mhz和5G在技术上是无法更迭的，使用的模块不同，如需要只能更替。”这位人士补充说。

　　业内对于无线专网与无线公网规划如何衔接的担忧仍在。“现在的确很矛盾。”一位国网人士说，“5G商用化面临实际性能达不到理论值、价格偏高等问题，运营商难以在短期内大规模铺设5G网络。”由于覆盖半径较小，5G基站的布点密度会远大于4G，相应的同等服务范围内的建设或租用成本要高得多。

　　租用5G公网，看起来是顺应浪潮的选择，但需要跟随电信运营商的步伐被动布点；建设电力无线专网无疑能让电网拥有更大的主动权，无论是更大程度保障数据安全，还是业务增值的考虑，但230Mhz能在多大程度能满足今后物联时代数据传输的需求存在不确定性。

　　孙德栋对此顾虑给出过回应和判断，“5G建成以后，230MHz专网的建设是不是浪费了？或者5G建成后，230MHz专网就不用建了？”

　　“没有淘汰不淘汰，只要网放在这里，就永远可以用。只不过5G提供了高速率、大接入，满足了另一种应用场景，解决了电力创新业务上的新场景（的传输需求）。”孙德栋说，“未来是一个各种通信方式解决不同业务，共同存在的一张空天地的泛在电力物联网体系。”

　　原国家电网公司国家电力调度控中心副主任辛耀中在4月的一次公开演讲对此也有思考，他提到“泛在电力物联网”通信网络建设的基本原则是，“无线为主、光纤为辅、公专结合、因地制宜。”

　　电信运营商的规划与电网规划无法同步，是无线公、专网并行使用的另一大原因，也是此前坚持铺设专网的原因。按照国家电网公司的构想，要在2021年完成泛在电力物联网初步建设，并在2024年全面建成泛在电力物联网。然而，电信运营商的5G规划未必能踩点满足泛在电力物联网的进度节点需要。

　　“电网有普遍服务的要求，虽然电信运营商也有这个要求，但在偏远地方上5G短期内不太现实。从建网角度，一定是先从热点地区开始建，但广泛覆盖的肯定是4G网络。一般的，运营商的网络会3G、4G、5G网络长期并存。”上述华为人士说，对电网而言，或许也是公网和专网长期并存，偏远地区用专网（或是北斗定位）补盲覆盖，城市地区用5G公网承载。

　　“运营商5G网络建设进度滞后于泛在电力物联网建设计划，4G公网和230MHz电力无线专网仍将是泛在电力物联网无线接入的主要手段。”孙德栋此前在华北电力大学发表演讲时的观点是，5G面向行业用户的高可靠、低延时和切片技术标准尚未定稿，能否承载电网末端控制业务，需进一步测试传输时延、安全防护等性能。

　　不同于“坚强智能电网”时期的思路，“泛在电力物联网”阶段更为看重开放、共享和协作，而且配用电终端通信接入数据，到底会按照怎样的节奏实现几何级增长仍充满变数。

　　那么问题就在于，自建与租赁如何更适时地投入？主动与被动角色、安全与成本要如何权衡与评估？国家电网公司对于230Mhz电力无线专网与5G公网的具体共存思路，又会如何调整？（eo记者 周慧之）