摘要：用比特使能瓦特，面对电力行业的新需求，中国电信、国家电网和华为依托于国家重大科技项目平台进行了深入合作，共同开展5G切片在电力等行业典型案例的测试、验证以及应用落地。重点基于智能电网的主要通信业务场景，逐一探讨和分析不同业务场景下的业务特征和技术指标要求，总结了智能电网在发展过程中遇到的挑战、5G网络切片在智能电网中的潜在应用场景以及方案分析。
关键词：网络切片；智能电网；超低时延；隔离；虚拟专网
一、5G切片在智能电网中的应用
1.1电力系统对5G切片业务需求
（1）超高可靠超低时延需求：典型代表场景包括智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、主动配电网差动保护等工业控制类下行业务，对应的切片类型为URLLC超高可靠性超低时延切片。
（2）海量物联终端接入需求：典型代表场景包括低压用电信息采集、智能汽车充电站/桩、分布式电源接入等信息采集类上行业务。对应的切片类型为mMTC海量机器通信接入切片。
（3）高清视频回传需求：典型代表场景包括输变电线路状态监控、无人机远程巡检、变电站机器人巡检、AR远程监护等需要高清视频回传的业务场景，对应的切片类型为eMBB增强带宽切片。
（4）高清语音通信需求：典型代表场景包括调度电话、管理电话、远程巡检、应急通信等需要高安全、高可靠、高接通率和高清通话质量保障的专网语音通信场景，对应的切片类型为Voice语音切片。
二、5G切片在电力物联网的实践和探索
以智能配电网站所的智能综合管控场景为例，直观展示了5G网络切片如何从端到端SLA保障、业务隔离性和运营独立性等多角度满足智能电网的行业需求，从而全面提升智能配电网站所的管理效率。核心网基于服务化架构（SBA）将网络功能模块化，实现定制化网络切片的快速上线，并基于转控分离（CUPS）及多接入边缘计算（MEC）技术为智能电网的配电自动化、精准负荷控制、用电信息采集和分布式能源等不同业务场景提供超高带宽、超高可靠性、超低时延等网络质量可保障的虚拟专用网络，为打造“切片即服务”的创新型商业模式提供网络技术支撑。同时依托于切片管理器，可以实现电力行业租户对所租用切片网络资源的可见可管，有效降低TCO，促进智能电网的创新能力。正是基于这样的端到端智能电网切片，电网的综合管控系统通过实时监控、远程遥控、现场可视化等技术，进一步提升了配电网的科学管控、科学生产及快速排障效率。
三、电力系统5G切片的技术实现
为了支撑智能分布式配电自动化业务要求，使用5G技术为智能分布式FA（FeederAutomation）建立可独立运维、质量可保证的切片网络。下面分别从智能分布式FA切片的创建、FA终端间的5G网络通信、业务质量保证、安全、可靠性、管理能力开放七个方面描述相应的技术实现要点。
（1）网络切片生命周期管理主要包括设计、部署、运维、终止等几个大的环节，要创建智能分布式FA网络切片，首先要基本电力需求进行切片模板的设计，其次根据客户订单进行切片实例的部署。
智能分布式FA网络切片设计：根据智能分布式FA的业务需求，包括容量、时延、带宽、安全等级、可靠性等级等，通过网络切片设计界面进行网络功能和参数的灵活编排，设计满足电力业务需求的uRLLC切片。其中核心网可以提供微服务级编排能力，接入网可以对L1物理层、L2协议层和L3RRC层功能进行选择和裁剪，传输网可以根据时延和隔离性要求，进行传输资源、路径的选择等。智能分布式FA网络切片部署：客户从订购界面订购智能分布式FA切片，并选择该切片需要具备的SLA能力，切片管理系统一键式完成智能分布式FA切片的资源部署、网络功能加载以及相应的业务配置。
（2）基于5G的智能分布式FA终端间网络通信智能分布式FA通讯解决方案的核心思想是基于终端设备间的报文（组播）转发，通过去中心化实现信息的快速交互，从而进行故障诊断和隔离。采用5G作为接入方式后，5G网络需要支持基于GOOSE的组播报文转发，主要需要解决以下新的需求。
1）电力终端设备组管理。静态组方案：组成员由电力管理系统导入核心网控制面，核心网控制面基于导入的信息生成组成员转发策略，下发到UPF，UPF基于组内成员转发策略将组播报文在组内分发。动态组方案：电力终端通过IGMPJoin/Leave消息，实现动态组的加入和离开，核心网侧支持IGMPProxy，从而实现组成员的动态管理。
2）组播报文的E2E分发。电力终端将GOOSE报文通过UDP组播方式向上发送，5G通讯终端支持组播报文识别和转发，将报文封装到对应承载。核心网支持组播报文的复制分发，将组播报文复制分发到组播组内成员。
（3）智能分布式FA超低时延业务质量保证通过网络切片的微服务级编排能力部署uRLLC切片，同时通过5G技术、MEC技术、永久在线、切片内消息的优先级保证、业务质量监控等技术共同保证智能分布式FA时延需求。
1）5G技术保障低时延。智能分布式FA业务对5G网络的时延需求5ms~6ms（200~500字节大包），而LTE的端到端时延是50ms~100ms，无法满足电力要求，所以需要使用5G新空口、传输时延优化以及CN侧的时延优化手段。在5GRAN侧，主要通过ShortenedTTI、快速HARQ、新型帧结构等技术解决超低时延。在TN侧，通过优化包交换的排队技术降低排队时延，采用灵活以太底层（1.5层）交叉方式实现确定性时延管道，在CN侧通过按需调度等技术降低时延。
2）用户面下沉部署。智能分布式FA通讯解决方案的核心思想是通过电力终端设备间的信息交互进行故障判断和故障隔离，而且互相通信的终端一般处于一个手拉手环网网络中，所以可以通过UPF的分布式本地部署方式，降低网络处理时延。
3）永久在线。STU终端永久在线是基本的要求，因为通过心跳包或者业务包触发RRC连接建立将无法满足当次业务低时延业务需求。所以针对智能分布式FA切片，网络侧需要进行终端永久在线配置，保证RRC连接不被释放。
4）消息优先级控制。智能分布式FA业务流程共分为两大类消息:STU<->STU终端之间发送的消息：采用GOOSEOVERUDP/IP协议，组播，优先级最高，对于时延最敏感（毫秒级），其又可分为心跳消息和故障触发的状态组播消息，后者优先级最高，一旦触发，则停止发送心跳消息。STU<->控制中心（主站/子站）之间发送的消息：采用标准TCP/IP协议，优先级次之，对于时延不敏感（通信时延秒级），其又可分为统招（遥信、遥测）和遥控（人为指令下发）消息，后者优先级更高。
对于STU采用一个IP地址的场景，可以通过在一个PDU会话中创建不同优先级的QoSflow进行优先级区分。对每个STU配置两个独立IP的场景，可以通过创建两个PDU会话，每个PDU会话内创建不同优先级的QoSflow进行优先级区分。
5）业务质量监控。在智能分布式FA切片系统中，系统可以实时进行业务运行信息监控，包括终端和网络侧运行测量信息。在业务质量不满足要求的情况下，系统可以启动闭环控制，如进行扩缩容、配置参数的调整、业务路径的切换等措施保证业务质量。同时系统还会将业务运行信息发送给电力管理系统，电力管理系统可以根据收集到的业务数据进行业务建模，并进行潜在的价值点挖掘。
结语：
对于运营商，5G网络切片将帮助运营商打造敏捷灵活的网络，将业务延伸到垂直市场，主要表现在：运营商的基础设施以共享方式提供，极大提升网络资源的利用效率；运营商提供不同切片能力，可以同时保障垂直行业差异化业务的不同技术要求；灵活开放的网络架构体系也可为垂直行业提供相对独立的运营能力，保证其业务开展的灵活性和个性化。
参考文献：
[1]夏旭,朱雪田,邢燕霞,等.5G网络切片按需定制使能电力智能化服务[J].通信世界,2017(20):51.
[2]中国电信,国家电网,华为.5G网络切片使能智能电网[R].2018.
[3]夏旭,朱雪田,邢燕霞,等.5G网络切片按需定制使能电力智能化服务[J].通信世界,2017(20):51.