CN112437447A - 一种电力cps环境下电力4g无线专网向5g演进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力通信领域，公开了一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，以适应电力信息物理融合系统(CPS)环境下，电力智能终端的接入数量显著增长、终端业务数量显著增加、终端业务类型更加多样、终端业务交互程度更加频繁等现状。该演进策略结合电力业务需求和5G通技术特点，构建了循序渐进的演进思路。主要包括电力4G无线专网终端4G向5G演进策略、基站4G向5G演进策略、回传网4G向5G演进策略以及核心网4G向5G演进策略。本发明提供的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法可以满足电力CPS业务对通信的需求，助力电力CPS发展，对电网安全稳定运行具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于电力通信领域，尤其是涉及了一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法。
背景技术
电力无线专网是解决电力系统通信“最后一公里”连接问题的关键，是能源互联网建设过程中的重要组成部分。随着国家网络空间安全战略的提出，电力无线专网受到广泛重视。2016年，国家电网公司统筹终端通信接入网建设，推动电力无线专网建设。2017年，国家电网公司发布了《国家电网公司关于推进电力无线专网建设工作的通知》(国家电网信通〔2017〕1102号)，《电力无线专网可行性研究内容深度规定》(Q/GDW11665-2017)，随后又出台了《电力无线专网通用要求》(Q/GDW 11803-2018)等文件，大力推进电力无线专网建设。目前，电力无线专网以4G技术为主，在国家电网公司、南方电网公司的多个省市电力系统已开展大规模应用，取得较好效果。
近年来，随着“云大物移智”等先进信息技术在电力系统中的广泛应用，以及智能终端设备在电力系统中的普及，电力系统对信息通信的依赖程度逐渐增加，信息通信对电力系统的影响亦逐渐加深，电力系统已发展为信息物理高度耦合的电力信息物理融合系统(Cyber Physical System,CPS)。在电力CPS环境下，电力智能终端的接入数量将显著增长、终端业务数量将显著增加、终端业务类型将更加多样、终端业务交互程度将更加频繁。如“十三五”期间，预计新增智能终端500万个，业务类型扩展至分布式电动汽车、分布式电源、综合能源服务、智能移动巡检、虚拟电厂等几十种业务。将配电自动化覆盖率由12.6％提升至90％，将用电信息采集频次由每天一次提升至15分钟一次。对电力通信带宽、通信时延、通信覆盖率、通信可靠性等提出更高的要求，现有电力4G无线专网难以满足未来业务对通信的需求，迫切需要借助新的通信技术对电力4G无线专网进行改进。
2019年，工信部发放5G牌照，拉开5G建设帷幕。与4G相比，5G在带宽、时延、容量等性能方面具有显著优势。5G具有三大典型运行场景：增强移动带宽(enhanced MobileBroadband，eMBB)、海量机器通信(massive Machine Type Communications，mMTC)、超可靠低时延(ultra Reliable and Low Latency Communications，uRLLC)。华为在《5G时代十大应用场景白皮书》里列出了5G的十大应用领域：云VR/AR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人AI辅助、智慧城市。而在电力领域，5G也有诸多应用业务，如海量终端高效接入、大规模用电信息采集、低时延精准负荷控制等。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出了一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法。在现有电力无线专网的基础上，基于业务流向，在业务流向各环节，有针对性的提出了相应的电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进办法，推进电力无线专网建设，保障电力CPS环境下电力业务对通信的需求。
本发明通过如下技术方案实现：一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)在业务流终端环节提出满足电力CPS业务的高效交互与安全运行的终端4G往5G演进策略；
步骤(2)基于5G基站设备组网的灵活性，为了实现电力通信网络的部署灵活化、开放化、运维智能化；在业务流基站环节提出电力基站设备4G往5G演进策略；
步骤(3)在业务流基站环节提出满足不同的电力运行场景，以及电力业务差异化运行需求的电力基站部署策略；
步骤(4)基于5G的高带宽传输能力，为了实现海量电力CPS业务传输需求，在业务流回传网环节提出电力回传网4G往5G演进策略；
步骤(5)基于5G核心网高效的处理能力，为了保障海量电力业务对通信的需求，在业务流核心网环节，提出电力核心网4G往5G演进策略。
进一步，上述步骤(1)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出满足电力CPS业务的高效交互与安全运行的终端4G往5G演进策略；主要包含通信模组、外置通信终端(CPE)、工业网关，根据不同业务选择不同的策略。
进一步，上述步骤(2)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出电力基站设备4G往5G演进策略；4G基站基带处理单元(Building Base band Unite,BBU)中所有功能，在电力无线专网5G基站中将由集中单元(Centralized Unit，CU)及分布单元(DistributeUnit，DU)两个设备来实现；CU由原BBU的非实时部分分割出来，负责处理非实时协议和服务。电力无线专网5G基站的源天线(Active Antenna Unit，AAU)设备由4G基站射频拉远单元(Remote Radio Unite,RRU)和天线组成；BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。
进一步，上述步骤(3)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出满足不同的电力运行场景，以及电力业务差异化运行需求的电力基站部署策略；包括以下的基站部署策略：CU、DU与AAU全部分离部署；DU与AAU集中部署，CU单独部署；AAU单独部署，CU与DU集中部署；CU、DU、AAU集中部署。
进一步，上述步骤(4)中，针为了实现电力业务的高效传输需求，在业务流回传网环节提出电力回传网4G向5G演进策略；包括以下的回传网接入策略：力5G基站、电力5G核心网设备直接接入在现有SDH或MSTP回传网；对现有电力4G的SDH或MSTP网络进行升级增大端口业务传输容量；新建5G回传网络承载电力业务。
进一步，上述步骤(5)中，针对业务流在核心网环节的通信需求，为了保障海量电力业务对通信的需求，在业务流核心网环节，提出电力核心网演进策略；包括了如下具体步骤：
第一步：部署NSA单组网方案，NSA单组网方案复用4G核心网，数据汇聚点放在5G基站，电力4G终端业务数据与电力5G终端业务数据统一在5G基站进行汇聚后，由电力5G基站上传至4G核心网；该方案将数据汇聚点放在5G基站上，避免了对4G基站、4G核心网做过多的改动，充分利用了5G基站的大带宽、高传输速率的优势，支持电力CPS增强移动带宽业务，部署迅速；
第二步：NSA单组网方案中引入NSA+NA双组网方案，NSA+SA双组网方案中搭建全新的5G基站、核心网，5G基站连接5G核心网，这是5G网络架构的终极形态，可以支持5G的所有应用；通过一张电力无线专网实现非独立组网NSA和独立组网SA并存，引入电力5G核心网后，可以根据电力无线专网的覆盖需求、电力CPS业务终端类型、业务通信需求在非独立组网NSA和独立组网SA之间进行灵活选择；
第三步：根据电力CPS终端对SA的支持程度、电力业务需求和5G部署成本的综合分析，适时将电力无线专网全网升级至NSA+SA双组网方案，最终实现电力5G无线专网的终极演进。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：在现有电力无线专网的基础上，基于业务流向，在业务流向各环节，有针对性的提出了相应的电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进办法，推进电力无线专网建设，保障电力CPS环境下电力业务对各类通信业务环境的需求。
附图说明
图1为本发明的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法的流程框架图；
图2为本发明的电力终端4G向5G演进策略结构框架图；
图3为本发明的电力基站设备4G往5G演进策略结构框架图；
图4为本发明的电力基站部署策略结构框架图；
图5为本发明的电力回传网4G向5G演进策略结构框架图；
图6为本发明的电力核心网4G向5G演进策略结构框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1-6，一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)在业务流终端环节提出满足电力CPS业务的高效交互与安全运行的终端4G往5G演进策略；
步骤(2)基于5G基站设备组网的灵活性，为了实现电力通信网络的部署灵活化、开放化、运维智能化；在业务流基站环节提出电力基站设备4G往5G演进策略；
步骤(3)在业务流基站环节提出满足不同的电力运行场景，以及电力业务差异化运行需求的电力基站部署策略；
步骤(4)基于5G的高带宽传输能力，为了实现海量电力CPS业务传输需求，在业务流回传网环节提出电力回传网4G往5G演进策略；
步骤(5)基于5G核心网高效的处理能力，为了保障海量电力业务对通信的需求，在业务流核心网环节，提出电力核心网4G往5G演进策略。
在上述步骤(1)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出满足电力CPS业务的高效交互与安全运行的终端4G往5G演进策略；主要包含通信模组、外置通信终端(CPE)、工业网关，根据不同业务选择不同的策略。例如在对于低成本电力业务、分布式电力业务中，可以采用通信模组，通信模组可集成在电力终端中，方便使用与维护，成本低；而对于重点核心业务，如配网差动保护、精准控制等业务，采用外置通信终端(CPE)，CPE通过有线接口与电力终端连接，业务与通信解耦，可根据网络环境灵活部署，跨业务维护沟通少，可以选择一带多的形式；再或者，对于设备集中度高的物联网业务，如变电站智能机器人巡检、综合能源等业务，可以采用工业网关，工业网关接口多，功能多，具有更强的适应能力。
在上述步骤(2)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出电力基站设备4G往5G演进策略；4G基站基带处理单元(Building Base band Unite,BBU)中所有功能，在电力无线专网5G基站中将由集中单元(Centralized Unit，CU)及分布单元(Distribute Unit，DU)两个设备来实现；CU由原BBU的非实时部分分割出来，负责处理非实时协议和服务。电力无线专网5G基站的源天线(Active Antenna Unit，AAU)设备由4G基站射频拉远单元(RemoteRadio Unite,RRU)和天线组成；BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。
在上述步骤(3)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出满足不同的电力运行场景，以及电力业务差异化运行需求的电力基站部署策略；包括以下的基站部署策略：CU、DU与AAU全部分离部署；DU与AAU集中部署，CU单独部署；AAU单独部署，CU与DU集中部署；CU、DU、AAU集中部署。
策略一：CU、DU与AAU全部分离部署。此方案可进行集中化电力无线接入网(Centralized RAN，C-RAN)组网，C-RAN组网，可极大减少成本，有利于实现统一管理，灵活方便，机房需配置空调降温，CU支持多基站接入，可同时处理多个网元信息，时延较高，适用于对时延需求较低的电力CPS业务。
策略二：DU与AAU集中部署，CU单独部署。可C-RAN组网，支持多个DU，DU的增加会提高处理时延，适用于对时延需求较低的电力CPS业务，此方案由于DU与AAU集中部署，无需前传，仅需中传和回传。
策略三：AAU单独部署，CU与DU集中部署，此方案无法进行C-RAN组网，CU仅处理单个DU数据，时延较低，适用于时延需求高电力CPS业务。策略四：CU、DU、AAU集中部署。三设备集中部署体积大，所以对杆塔设施要求较高，该方案无法进行C-RAN组网，CU处理单个网元数据，适用于对时延要求较高的电力CPS业务。
在上述步骤(4)中，针为了实现电力业务的高效传输需求，在业务流回传网环节提出电力回传网4G向5G演进策略；包括以下的回传网接入策略：电力5G基站、电力5G核心网设备直接接入在现有SDH或MSTP回传网；对现有电力4G的SDH或MSTP网络进行升级增大端口业务传输容量；新建5G回传网络承载电力业务。
策略一：电力5G基站、电力5G核心网设备直接接入在现有SDH或MSTP回传网，同时承载4G基站与5G基站电力业务。但该方案受限于电力4G架构组网能力、4G回传网带宽、通信时延，不能很好承载对通信时延要求高的业务。
策略二：对现有电力4G的SDH或MSTP网络进行升级，接入层、核心汇聚层设备升级更大容量的端口实现业务传输。适用于接入层带宽急剧增长，原电力4G接入层无法实现5G基站全接入的场景。
策略三：新建一张5G回传网络承载电力业务，新平面采用大容量，通过SPN技术进行组网，满足电力业务的通信需求，实现网络切片、灵活连接、高精度同步时间等功能。新建SPN网络与原有电力4G的SDH或MSTP网络之间实现业务互通，可合理利用已有电力4G网络资源，平滑演进到5G SPN网络。
在上述步骤(5)中，针对业务流在核心网环节的通信需求，为了保障海量电力业务对通信的需求，在业务流核心网环节，提出电力核心网演进策略；包括了如下具体步骤：
第一步：部署NSA单组网方案，NSA单组网方案复用4G核心网，数据汇聚点放在5G基站，电力4G终端业务数据与电力5G终端业务数据统一在5G基站进行汇聚后，由电力5G基站上传至4G核心网；该方案将数据汇聚点放在5G基站上，避免了对4G基站、4G核心网做过多的改动，充分利用了5G基站的大带宽、高传输速率的优势，支持电力CPS增强移动带宽业务，部署迅速；
第二步：NSA单组网方案中引入NSA+NA双组网方案，NSA+SA双组网方案中搭建全新的5G基站、核心网，5G基站连接5G核心网，这是5G网络架构的终极形态，可以支持5G的所有应用；通过一张电力无线专网实现非独立组网NSA和独立组网SA并存，引入电力5G核心网后，可以根据电力无线专网的覆盖需求、电力CPS业务终端类型、业务通信需求在非独立组网NSA和独立组网SA之间进行灵活选择；
第三步：根据电力CPS终端对SA的支持程度、电力业务需求和5G部署成本的综合分析，适时将电力无线专网全网升级至NSA+SA双组网方案，最终实现电力5G无线专网的终极演进。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)在业务流终端环节提出满足电力CPS业务的高效交互与安全运行的终端4G往5G演进策略；
步骤(2)基于5G基站设备组网的灵活性，为了实现电力通信网络的部署灵活化、开放化、运维智能化；在业务流基站环节提出电力基站设备4G往5G演进策略；
步骤(3)在业务流基站环节提出满足不同的电力运行场景，以及电力业务差异化运行需求的电力基站部署策略；
步骤(4)基于5G的高带宽传输能力，为了实现海量电力CPS业务传输需求，在业务流回传网环节提出电力回传网4G往5G演进策略；
步骤(5)基于5G核心网高效的处理能力，为了保障海量电力业务对通信的需求，在业务流核心网环节，提出电力核心网4G往5G演进策略。
2.根据权利要求1所述的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，其特征在于：所述步骤(1)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出满足电力CPS业务的高效交互与安全运行的终端4G往5G演进策略；主要包含通信模组、外置通信终端(CPE)、工业网关，根据不同业务选择不同的策略。
3.根据权利要求1所述的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，其特征在于：所述步骤(2)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出电力基站设备4G往5G演进策略；4G基站基带处理单元(Building Base band Unite,BBU)中所有功能，在电力无线专网5G基站中将由集中单元(Centralized Unit，CU)及分布单元(Distribute Unit，DU)两个设备来实现；CU由原BBU的非实时部分分割出来，负责处理非实时协议和服务。电力无线专网5G基站的源天线(Active Antenna Unit，AAU)设备由4G基站射频拉远单元(Remote RadioUnite,RRU)和天线组成；BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。
4.根据权利要求1所述的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，其特征在于：所述步骤(3)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出满足不同的电力运行场景，以及电力业务差异化运行需求的电力基站部署策略；包括以下的基站部署策略：CU、DU与AAU全部分离部署；DU与AAU集中部署，CU单独部署；AAU单独部署，CU与DU集中部署；CU、DU、AAU集中部署。
5.根据权利要求1所述的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，其特征在于：所述步骤(4)中，针为了实现电力业务的高效传输需求，在业务流回传网环节提出电力回传网4G向5G演进策略；包括以下的回传网接入策略：力5G基站、电力5G核心网设备直接接入在现有SDH或MSTP回传网；对现有电力4G的SDH或MSTP网络进行升级增大端口业务传输容量；新建5G回传网络承载电力业务。
6.根据权利要求1所述的一种电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进方法，其特征在于：所述步骤(5)中，针对业务流在核心网环节的通信需求，为了保障海量电力业务对通信的需求，在业务流核心网环节，提出电力核心网演进策略；包括了如下具体步骤：
第一步：部署NSA单组网方案，NSA单组网方案复用4G核心网，数据汇聚点放在5G基站，电力4G终端业务数据与电力5G终端业务数据统一在5G基站进行汇聚后，由电力5G基站上传至4G核心网；该方案将数据汇聚点放在5G基站上，避免了对4G基站、4G核心网做过多的改动，充分利用了5G基站的大带宽、高传输速率的优势，支持电力CPS增强移动带宽业务，部署迅速；
第二步：NSA单组网方案中引入NSA+NA双组网方案，NSA+SA双组网方案中搭建全新的5G基站、核心网，5G基站连接5G核心网，这是5G网络架构的终极形态，可以支持5G的所有应用；通过一张电力无线专网实现非独立组网NSA和独立组网SA并存，引入电力5G核心网后，可以根据电力无线专网的覆盖需求、电力CPS业务终端类型、业务通信需求在非独立组网NSA和独立组网SA之间进行灵活选择；
第三步：根据电力CPS终端对SA的支持程度、电力业务需求和5G部署成本的综合分析，适时将电力无线专网全网升级至NSA+SA双组网方案，最终实现电力5G无线专网的终极演进。
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2020
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