2025版5G赋能电力物联网应用实践

5G赋能电力物联网应用实践基于原文档《5G赋能电力物联网应用实践》完整章节重编技术工程培训材料|2024目录CONTENTS01物联网及电力物联网概述内涵特征·应用类型·5G影响02电力物联网的发展情况智能电网·物联网发展·应用现状03终端通信业务接入需求发电/输变电/配电/用电需求04架构及关键技术四层架构·感知/网络/平台/应用055G网络能力及业务适配5G架构·典型业务·三大场景065G新功能加速发展NPN/IAB/切片/MEC/TSN07核心网及端到端方案扁平化架构·切片实现方案08无线网及共享方案工程建设·勘察设计·共建共享095G网络安全解决方案风险分析·安全需求·解决方案全书结构本书共9章，从物联网与电力物联网基础概念出发，系统介绍电力物联网的发展现状、终端通信业务需求、四层架构及关键技术，深入阐述5G网络能力、五大新功能、核心网与无线网解决方案，最后以5G网络安全解决方案收尾，形成完整的技术知识体系。5G赋能电力物联网应用实践|第2页01物联网及电力物联网概述物联网内涵、特征、应用类型与电力物联网概念物联网的内涵与定义第1章物联网定义物联网（InternetofThings,IoT）是通过信息传感设备，按约定协议将任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。核心内涵物联网的核心和基础仍是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信通过各类信息传感设备采集物品信息，实现物与物、物与人的泛在连接关键要素全面感知：利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体信息可靠传输：通过电信网与互联网融合，将物体信息实时准确地传递出去智能处理：利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理物联网的基本特征第1章全面感知利用RFID、传感器、二维码、GPS、摄像头等感知设备，随时随地获取物体的各类信息感知层是物联网的皮肤和五官，负责识别物体、采集信息可靠传输通过各种电信网络与互联网的融合，将物体信息实时准确地传递出去网络层是物联网的神经中枢和大脑，负责信息传递和处理智能处理利用云计算、数据挖掘、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析处理应用层是物联网的社会分工，与行业需求结合实现广泛智能化技术特征从通信对象看：从人到人扩展到物到物、物到人从连接数量看：从数十亿级扩展到数百亿级甚至万亿级物联网的应用类型与应用模式第1章应用类型·智能交通：车辆控制、交通调度、停车管理·智能医疗：远程监护、健康管理、医疗信息化·智能农业：精准种植、畜牧管理、食品安全溯源·智能家居：家电控制、安防监控、能源管理·智能工业：生产监控、设备管理、供应链优化·智能电网：发电监测、输电巡检、配电自动化应用模式·政府主导型：智慧城市、智能交通等公共领域·行业应用型：电力、石油、矿山等垂直行业·企业自用型：企业内部生产管理和流程优化·公众服务型：面向个人消费者的智能家居等·产业链协同型：跨行业、跨领域的融合应用·平台运营型：提供物联网平台和数据服务5G赋能电力物联网应用实践|第6页5G对物联网发展的影响第1章5G为物联网带来的变革5G的三大应用场景（eMBB、mMTC、uRLLC）完美匹配物联网多样化需求eMBB增强移动宽带：支持高清视频监控、AR/VR等大带宽应用mMTC海量机器类通信：支持海量传感器接入，连接密度可达100万/km²uRLLC超可靠低时延通信：支持工业控制、自动驾驶等毫秒级时延需求关键能力提升连接数密度：从4G的10万/km²提升到100万/km²端到端时延：从4G的10ms降低到1ms可靠性：从99.9%提升到99.999%峰值速率：从4G的1Gbps提升到20Gbps发展意义5G解决了物联网长期面临的网络瓶颈问题，使万物互联从概念走向规模化应用电力物联网的概念与内涵第1章电力物联网定义电力物联网是物联网技术在电力系统中的具体应用，是智能电网的重要组成部分通过广泛部署的传感器、智能终端和通信网络，实现电力系统各环节的全面感知、互联互通和智能应用覆盖范围发电环节：电厂设备状态监测、新能源发电预测、机组优化运行输电环节：线路状态监测、杆塔倾斜监测、覆冰监测、无人机巡检变电环节：变电站智能巡检、设备状态监测、环境监测配电环节：配电自动化、馈线自动化、分布式电源接入用电环节：用电信息采集、智能电表、需求响应、电动汽车充电建设目标实现电力系统状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活提升电网安全运行水平和经营管理效率02电力物联网的发展情况智能电网发展、物联网发展历程与电力物联网应用现状智能电网的发展历程第2章智能电网概念智能电网是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网发展阶段传统电网：以单向输电为主，缺乏实时监测和智能控制能力数字化电网：引入SCADA、EMS等系统，实现基本自动化智能电网：实现双向互动、自愈、兼容、优化和集成中国智能电网建设2009年提出坚强智能电网发展战略2010-2020年为全面建设阶段2021-2025年为引领提升阶段特高压输电、智能变电站、配电自动化、用电信息采集等领域取得显著进展发展趋势从自动化向智能化、从集中式向分布式、从单向向双向互动发展物联网技术的发展现状第2章全球物联网发展全球物联网连接数持续快速增长，预计2025年将超过250亿物联网技术标准逐步完善，LPWAN（低功耗广域网）技术快速发展NB-IoT、LoRa等低功耗广域网技术在抄表、追踪等领域规模应用中国物联网发展中国物联网产业规模持续扩大，已形成完整产业链NB-IoT网络实现县级以上城市主城区普遍覆盖物联网在智慧城市、工业互联网、车联网等领域应用不断深化关键技术进展感知层：MEMS传感器、RFID、智能仪表等技术成熟度提升网络层：5G、NB-IoT、LoRa、TSN等通信技术快速发展平台层：物联网平台、大数据平台、AI平台能力增强应用层：各行业应用场景不断丰富，商业模式逐步成熟电力物联网的应用现状第2章发电环节应用火电厂：设备状态监测、智能巡检、燃烧优化、脱硝优化新能源：风功率预测、光伏功率预测、设备健康管理水电：水情测报、大坝安全监测、机组状态监测输变电环节应用输电线路：在线监测、无人机巡检、机器人巡检、故障定位变电站：智能巡检机器人、视频监控、设备状态监测、环境监测配电环节应用配电自动化：馈线自动化、故障定位隔离与恢复分布式电源接入：光伏、储能、电动汽车充电桩的监测与控制用电环节应用用电信息采集：智能电表全覆盖、远程抄表、线损分析需求响应：可中断负荷、有序用电、虚拟电厂电动汽车：充电桩监测、充电网络管理、V2G技术03电力物联网终端通信业务接入需求发电/输变电/配电/用电/其他各环节通信需求分析发电环节通信业务需求第3章火力发电机组运行参数监测：温度、压力、流量、振动等实时数据采集设备状态监测：发电机、汽轮机、锅炉等关键设备健康状态环保监测：烟气排放、脱硫脱硝数据实时上传智能巡检：机器人/无人机巡检数据回传新能源发电风电：风机运行状态、功率曲线、振动、温度、偏航等数据光伏：逆变器运行数据、组串电流电压、辐照度、温度等功率预测：气象数据、历史功率数据的采集与传输水力发电水情数据：水位、流量、降雨量等实时采集机组状态：振动、温度、压力等参数监测大坝安全：位移、渗流、应力等监测数据通信需求特点数据采集点多、分布广，部分场景位于偏远地区实时性要求较高，部分控制类业务需要毫秒级时延可靠性要求高，关键设备监测不允许数据丢失输变电环节通信业务需求第3章输电线路监测导线温度、弧垂、风偏、舞动等在线监测杆塔倾斜、沉降、振动监测覆冰厚度、微气象监测视频监控、图像抓拍故障定位、行波测距数据传输变电站监测设备状态监测：变压器、断路器、GIS等设备油色谱、局放、温度智能巡检机器人：视频、红外、声音等数据回传环境监测：温湿度、SF6气体泄漏、水浸、烟雾安防监控：视频、门禁、周界防范通信需求特点输电线路监测终端分布广、数量大，需要广域覆盖部分监测数据量小但上报频繁，适合低功耗广域网视频监控和机器人巡检需要大带宽支持变电站内通信可采用有线+无线混合方式配电自动化系统典型结构第3章图3-4配电自动化系统典型结构配电自动化系统通过配电主站、配电子站、配电终端三层架构，实现配电网的实时监测、故障定位、隔离与恢复供电。配电终端包括FTU、DTU、TTU等，通过通信网络与主站连接。配电环节通信业务需求第3章配电自动化馈线自动化：故障检测、定位、隔离与恢复供电配变监测：电压、电流、功率、电能质量等数据采集开关状态监测：柱上开关、环网柜、开闭所状态分布式电源与储能光伏逆变器运行数据监测储能系统充放电状态、SOC、温度监测并网点电压、频率、功率因数监测电动汽车充电设施充电桩运行状态、充电功率、电量计量充电网络管理与调度通信需求特点终端数量庞大，分布范围广，接入密度高差动保护等业务对时延和同步精度要求极高（<10ms）配电自动化业务对可靠性要求高，需要支持双向通信部分终端采用电池供电，需要低功耗通信技术用电环节通信业务需求第3章用电信息采集智能电表数据采集：电压、电流、功率、电能、需量远程抄表、远程拉合闸、费控管理采集频率：日冻结、小时冻结、15分钟冻结需求侧管理需求响应：可中断负荷控制、有序用电指令下发能效监测：重点用能企业能耗数据采集分布式能源管理：户用光伏、储能、充电桩协调控制智能家居与楼宇智能家电控制、能耗监测楼宇自动化：空调、照明、电梯等设备监控通信需求特点终端数量极其庞大（数以亿计），需要海量连接能力数据上报频率较低，单次数据量小对时延要求不高，但对覆盖和成本敏感部分需求响应业务需要一定的实时性电力各环节通信业务需求对比第3章环节典型业务时延要求连接密度带宽需求可靠性发电设备状态监测秒级中中高输电线路在线监测秒级低低-中高变电智能巡检秒级中高中配电馈线自动化毫秒级高中极高配电差动保护<10ms中中极高用电用电信息采集分钟级极高低中用电需求响应秒级高低中5G赋能电力物联网应用实践|第19页04电力物联网架构及关键技术四层架构体系·感知层/网络层/平台层/应用层关键技术典型物联网体系架构第4章图4-1典型物联网体系架构（感知层-网络层-平台层-应用层）5G赋能电力物联网应用实践|第21页电力物联网体系架构第4章图4-2电力物联网体系架构5G赋能电力物联网应用实践|第22页感知层关键技术第4章感知层定位感知层是电力物联网的基础，负责电力系统各环节状态信息的全面采集相当于电力系统的皮肤和五官，实现对设备、环境、状态的全面感知核心技术传感器技术：温度、湿度、压力、振动、电流、电压等各类传感器RFID技术：设备标识、资产追踪、巡检管理智能仪表：智能电表、智能水表、燃气表等机器视觉：摄像头、红外热成像、无人机航拍声学感知：声纹监测、局部放电超声波检测状态监测：油色谱、局放、SF6气体、铁芯接地电流等发展趋势传感器向微型化、低功耗、智能化、集成化方向发展边缘计算能力下沉，感知终端具备本地数据处理和智能分析能力多传感器融合，提高监测准确性和可靠性网络层关键技术第4章网络层定位网络层是电力物联网的神经中枢，负责感知数据的可靠传输实现感知层与平台层、应用层之间的信息传递有线通信技术光纤通信：电力特种光缆（OPGW、ADSS），主干传输电力线载波（PLC）：中压/低压电力线载波通信工业以太网：变电站、电厂内通信无线通信技术公网通信：4G/5G、NB-IoT、LoRa专网通信：230MHz电力无线专网、1.8GHz宽带无线专网短距离通信：ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi卫星通信：偏远地区、应急通信发展趋势5G为电力物联网提供大带宽、低时延、大连接的通信能力网络切片技术为不同电力业务提供差异化QoS保障软件定义网络（SDN）提升网络灵活性和可管理性平台层与应用层关键技术第4章平台层关键技术物联网平台：设备管理、连接管理、数据管理、应用使能大数据技术：海量数据存储、分布式计算、实时流处理云计算技术：IaaS、PaaS、SaaS，弹性计算资源人工智能：机器学习、深度学习、知识图谱、自然语言处理数字孪生：物理设备的虚拟映射，仿真分析与预测应用层关键技术发电侧：智能巡检、设备健康管理、功率预测、优化运行输变电侧：在线监测、智能巡检、故障诊断、状态评价配电侧：配电自动化、分布式能源管理、电能质量监测用电侧：用电信息采集、需求响应、能效管理、电动汽车安全防护技术终端安全：身份认证、加密传输、访问控制网络安全：防火墙、入侵检测、安全隔离数据安全：数据加密、脱敏、完整性保护应用安全：权限管理、审计日志、安全监测电力物联网安全防护体系第4章图4-3电力物联网安全防护体系5G赋能电力物联网应用实践|第26页055G网络能力及业务满足电力物联网需求5G发展概况·网络架构·典型业务·三大场景适配5G发展概况与标准化进展第5章5G标准化历程3GPP是5G标准的主要制定组织，R15为第一个5G标准版本R15（2018年）：5G基础标准，支持eMBB和部分uRLLCR16（2020年）：增强uRLLC、V2X、工业物联网R17（2022年）：RedCap、NTN非地面网络、增强MTCR18及以后：5G-Advanced，向智能原生、感知通信一体化演进5G商用部署全球5G商用网络持续增加，5G用户快速增长中国5G基站数量全球领先，已实现县城以上区域连续覆盖5G行业应用从试点示范走向规模化复制5G三大应用场景eMBB（增强移动宽带）：3D/超高清视频、AR/VR、云办公mMTC（海量机器类通信）：智慧城市、环境监测、智能抄表uRLLC（超可靠低时延通信）：工业控制、自动驾驶、远程医疗5G网络能力指标第5章5G关键能力指标（与4G对比）峰值速率：4G1Gbps→5G20Gbps（提升20倍）用户体验速率：4G10Mbps→5G100Mbps（提升10倍）端到端时延：4G10ms→5G1ms（降低10倍）连接数密度：4G10万/km²→5G100万/km²（提升10倍）移动性：4G350km/h→5G500km/h可靠性：4G99.9%→5G99.999%流量密度：4G0.1Tbps/km²→5G10Tbps/km²频谱效率：4G的3倍以上网络功能增强网络切片：为不同业务提供端到端逻辑隔离网络边缘计算（MEC）：计算能力下沉到网络边缘，降低时延网络功能虚拟化（NFV）：网元软件化，灵活部署软件定义网络（SDN）：控制与转发分离，集中管控5G核心网系统架构（SBA）第5章图5-65G核心网基于服务的架构（SBA）5G赋能电力物联网应用实践|第30页5G无线网架构（NG-RAN）第5章图5-15NG-RAN架构与CU/DU分离5G无线网（NG-RAN）由gNB组成，gNB采用CU/DU分离架构，CU负责非实时协议层功能，DU负责物理层和实时协议层功能，AAU负责射频和天线。CU/DU之间通过F1接口连接。5G典型业务应用案例（一）第5章智能制造5G+工业互联网：工厂内设备互联、AGV调度、机器视觉检测5G替代工业以太网，减少布线，提升灵活性车联网及无人驾驶V2X通信：车与车、车与路、车与人、车与网络远程驾驶、编队行驶、自动泊车等场景无人机飞控5G网联无人机：远程控制、高清图传、AI识别电力巡检、安防监控、应急救援等应用应急通信5G应急通信车、无人机基站，快速恢复通信高清视频回传、远程指挥调度智慧会展5G+AR/VR导览、互动体验、人流分析5G典型业务应用案例（二）第5章智慧渔业水质监测、增氧控制、投喂管理、渔船监控智慧校园智慧教学、平安校园、能耗管理、智慧图书馆立体巡防智慧派出所5G+AI安防、视频结构化、移动警务、应急处突物联网智慧城市、智能抄表、环境监测、资产追踪智能视频监控4K/8K高清视频、AI智能分析、云存储、移动监控异地全息通信全息投影、远程呈现、沉浸式会议对电力行业的启示上述案例中的技术方案可迁移到电力巡检、变电站监控、应急指挥等场景5G+无人机电力巡检、5G+AR远程指导等已在电力行业试点应用5G适配电力通信业务场景：低时延第5章低时延业务场景配电差动保护：要求端到端时延<10ms，时间同步精度<1μs配网馈线自动化：故障定位、隔离、恢复，要求秒级以内精准负荷控制：毫秒级负荷切除指令分布式电源控制：并网点电压/频率快速调节5G低时延能力空口时延：5GNR空口用户面时延可低至0.5ms边缘计算（MEC）：UPF下沉，减少传输往返时延预调度、免授权等技术降低调度时延TSN（时间敏感网络）技术提供确定性时延保障关键挑战广域覆盖下的低时延保障跨基站切换时的时延稳定性与有线光纤通信的时延对比和互补时间同步精度的保障机制5G适配电力通信业务场景：大连接与大带宽第5章大连接业务场景用电信息采集：海量智能电表数据上报配电终端：FTU、DTU、TTU等大量终端接入传感器网络：温湿度、振动、状态等各类传感器5G大连接能力连接数密度可达100万/km²NB-IoT作为5GmMTC场景的重要补充，支持海量低速率连接5GRedCap（轻量化5G）支持中高速率、中等连接数的物联场景大带宽业务场景变电站智能巡检机器人：4K视频、红外热成像回传输电线路无人机巡检：高清视频、图像实时回传视频监控：变电站、营业厅、机房等场所高清监控AR/VR远程指导：专家远程协助现场作业5G大带宽能力单用户峰值速率下行20Gbps、上行10Gbps支持4K/8K视频、多路视频并发传输网络切片保障大带宽业务的QoS基于电力物联网的5G潜在应用场景第5章图5-44基于电力物联网的5G潜在应用场景示意5G在电力物联网中的应用覆盖发电、输电、变电、配电、用电各环节，包括智能巡检、配电自动化、差动保护、用电信息采集、需求响应、电动汽车充电等典型场景。065G新功能加速电力物联网发展NPN专网/IAB统一接入回传/网络切片/MEC/TSN五大新功能5GNPN非公共网络（专网）第6章NPN概念NPN（Non-PublicNetwork）非公共网络，是为特定用户或组织提供的5G专用网络与公共网络（PLMN）相对，提供更高的安全性、可靠性和可控性NPN两种部署模式SNPN（Stand-aloneNPN）独立非公共网络：完全独立于公网，自建核心网和无线网PNI-NPN（PublicNetworkIntegratedNPN）公网集成非公共网络：依托公网资源，通过切片等技术实现隔离PNI-NPN三类共享方案方案一：共享RAN，核心网独立方案二：共享RAN和控制面，用户面独立方案三：共享RAN和核心网，通过切片隔离电力行业应用电力5G专网通常采用PNI-NPN模式，与运营商共建共享专用切片保障电力业务的隔离性和QoS部分重要场站可考虑SNPN模式，实现完全物理隔离SNPN与PNI-NPN架构对比第6章图6-1/6-2SNPN与PNI-NPN架构对比5G赋能电力物联网应用实践|第39页IAB统一接入回传第6章IAB概念与优势IAB（IntegratedAccessandBackhaul）通过5G无线同时提供终端接入和基站回传IAB节点既作为gNB为终端提供接入，又作为UE无线连接上游节点减少光纤部署需求，降低建站成本和周期，支持多跳级联扩展覆盖电力行业应用场景偏远地区变电站、风电场、光伏电站的无线回传输电线路沿线基站部署，替代部分光纤地下室、隧道等覆盖盲区信号延伸应急通信场景下快速部署临时基站5G网络切片技术第6章网络切片概念网络切片是5G的核心技术之一，在同一物理网络基础设施上虚拟出多个端到端的逻辑网络每个切片包含独立的网络功能、资源和配置，为特定业务提供定制化的网络服务切片组成接入网切片：无线资源隔离、QoS保障传输网切片：硬隔离（FlexE）或软隔离（VPN）核心网切片：独立的AMF/SMF/UPF等网络功能切片类型eMBB切片：大带宽，用于视频监控、AR/VR等mMTC切片：大连接，用于抄表、传感器等uRLLC切片：低时延高可靠，用于控制保护等电力行业应用为不同电力业务创建独立切片，保障隔离性和QoS差动保护uRLLC切片：低时延高可靠视频监控eMBB切片：大带宽用电采集mMTC切片：海量连接切片管理：通过运营商能力开放平台实现切片订购、监控和调整5G网络切片使能智能电网第6章图6-95G网络切片使能智能电网示意5G赋能电力物联网应用实践|第42页MEC移动边缘计算第6章MEC概念MEC（Multi-accessEdgeComputing）多接入边缘计算将计算、存储、网络能力下沉到靠近用户的网络边缘在边缘节点提供云计算能力和IT服务环境MEC技术优势降低端到端时延：计算在本地完成，减少回传和核心网处理时延减少回传带宽：数据在边缘处理，仅上传必要结果提升数据安全性：敏感数据不出园区，降低数据泄露风险支持本地化业务：位置服务、视频分析、本地缓存等电力行业应用变电站边缘节点：本地视频AI分析、设备状态实时计算配电网边缘控制：分布式电源本地控制、馈线自动化数据预处理：海量监测数据在边缘过滤、聚合后再上传5G+MEC+电力应用：在MEC平台部署电力应用，实现低时延闭环控制典型架构5GUPF下沉到电力园区，与MEC平台共部署电力业务流量通过本地分流，在MEC平台完成处理TSN时延敏感网络第6章TSN概念TSN（Time-SensitiveNetworking）时间敏感网络由IEEE802.1工作组制定的一系列标准，旨在提供确定性的以太网通信保障数据传输的低时延、低抖动和高可靠性TSN核心技术时间同步：802.1AS，精确时间同步（亚微秒级）流量调度：802.1Qbv（时间感知整形器）、802.1Qbu（帧抢占）可靠性：802.1CB（帧复制和消除）、802.1Qci（流过滤和监管）资源管理：802.1Qcc（流预留协议）5G与TSN融合5G系统支持与TSN网络互联，提供端到端确定性通信5G系统作为TSN网桥，支持时间同步和确定性传输为工业控制、电力差动保护等场景提供确定性保障电力行业应用配电差动保护：需要精确时间同步和确定性时延分布式能源协同控制：多节点协同需要时间同步电厂自动化：工业控制网络的确定性通信微电网控制：源网荷储协同控制的实时性保障5G五大新功能对比第6章功能核心价值电力典型应用关键指标NPN专网网络隔离与安全可控电力5G虚拟专网独立PLMN/切片隔离IAB无线回传，灵活部署偏远场站回传多跳级联，自组织网络切片差异化QoS保障差动保护/视频/抄表端到端逻辑隔离MEC低时延本地计算变电站边缘分析时延<10ms，本地分流TSN确定性通信差动保护/协同控制亚微秒同步，零抖动5G赋能电力物联网应用实践|第45页075G核心网及端到端解决方案扁平化IP架构·网络切片实现方案·电力切片部署5G核心网统一扁平架构第7章图7-1统一扁平架构5G赋能电力物联网应用实践|第47页5G核心网典型架构第7章图7-25G核心网的典型架构5G赋能电力物联网应用实践|第48页5G网络架构设计原则第7章5G网络设计原则基础设施平台创新：从专用硬件向通用硬件转变，引入NFV和SDN技术网络架构创新：控制转发分离、控制功能重构，简化核心网结构以用户为中心：提供定制化部署和服务，支持多样化业务需求新型基础设施平台NFV（网络功能虚拟化）：网元功能与物理实体解耦，通用硬件替代专用硬件SDN（软件定义网络）：控制功能与转发功能分离，集中管控网络资源NFV+SDN融合：实现网络功能按需编排、灵活组网5G网络逻辑架构（三平面）接入平面：多站点协作、多连接、多制式融合，灵活接入网拓扑控制平面：控制逻辑重构、按需编排、网络能力开放转发平面：分布式数据转发、动态锚点、业务链处理三层网络功能视图管理编排层：用户数据、管理编排、能力开放网络控制层：无线资源分配、多接入管控、移动性/会话/安全管理网络资源层：CU/DU接入功能、数据转发、流量优化5G组网功能元素与部署层级第7章四级组网功能元素中心级：控制、管理和调度职能，虚拟化功能编排、广域数据中心互联，部署于全国节点汇聚级：控制面网络功能（移动性管理、会话管理、用户数据、策略），部署于省份一级区域级：数据面网关功能，承载业务数据流，部署于地市一级，MEC和业务链可下沉到此接入级：CU和DU功能，CU部署在回传接入层或汇聚层，DU部署在用户近端5G代表性网络服务能力网络切片：为不同业务提供定制化逻辑网络移动边缘计算：计算能力下沉，降低时延按需重构的移动网络：根据业务需求动态调整网络功能以用户为中心的无线接入网：用户移动时网络跟随网络能力开放：通过API向第三方开放网络能力部署灵活性功能元素部署位置不与地理位置严格绑定根据网络规划、业务需求、流量优化、用户体验和传输成本综合考虑支持多数据中心和跨地区功能部署端到端网络切片解决方案第7章网络切片典型用例移动宽带（eMBB）：智能天线、高频段通信，提供几十到几百Mbps速率多媒体：视频监控、远程医疗、应急通信，上下行视频传输机器类通信（MTC）：大规模MTC（监测、自动化、智慧农业）和关键MTC（实时控制、低时延高可靠）网络切片实现要素切片模板：定义业务场景所需的网络功能模块、接口和资源网络编排：切片的创建、管理、撤销，资源的动态调整切片选择：根据用户需求和签约信息为用户选择切片切片隔离：逻辑或物理隔离，保障业务独立性SDN在切片中的作用SDN控制器集中化网络控制，识别最优报文路由网络拥堵或部分瘫痪时动态调整路由支持网络资源的灵活分配和调度大数据驱动的网络优化根据业务量动态调整切片资源（扩容/缩容）自动化运维，及时响应网络和业务变化保障用户体验，提高网络资源利用率5G电力网络切片示意第7章图7-55G电力网络切片示意5G赋能电力物联网应用实践|第52页电力网络切片实现方案第7章电力切片类型专用切片：网络端到端配置专用资源、硬隔离管道，不与公众和其他行业业务混用通用切片：网络资源复用运营商面向垂直行业的切片资源，逻辑隔离电力5G虚拟专网核心网部署专属核心网UPF：与电力业务流向匹配，避免流量迂回控制面网元SMF：匹配运营商核心网控制面布局，提高信令接续效率SMF与UPF信令接口N4：由运营商信令专网统一承载，不跨运营商和电力专网新增功能实体切片管理器：商务设计、实例编排、运行管理三阶段切片选择功能：根据用户需求和签约信息选择接入切片三种典型组网架构不共享：每个切片逻辑完全独立，隔离性最好，用户同一时间只能接入一个切片控制面部分共享：部分控制功能共享，支持同时接入多个切片控制面完全共享：仅用户面隔离，隔离性最差，支持同时接入多个切片切片管理与运营运营商提供切片订购、设计、部署、质量监控、业务保障服务电力客户通过运营商能力开放平台管理所订购切片网络切片典型架构（三种）第7章图7-6网络切片三种典型架构5G赋能电力物联网应用实践|第54页085G无线网及共享解决方案工程勘察设计·建设方案·设备安装·防雷接地·共建共享5G无线网勘察流程第8章图8-15G无线网勘察流程5G赋能电力物联网应用实践|第56页5G无线网设计流程第8章图8-25G无线网设计流程5G赋能电力物联网应用实践|第57页5G无线网工程勘察要点第8章勘察前准备获取勘察任务和站点相关规划信息准备备用工具：GNSS、数码相机、卷尺、指北针、勘察表格收集现有资料：网络结构图、共址基站平面图、设备平面图、走线架布线图、天馈图现场勘察信息记录：开关电源电压/电流、整流模块、空开熔丝、蓄电池型号、机柜情况BBU(CU/DU)型号及端口、综合柜剩余空间、传输ODM占用、传输设备型号及端口接地排情况、RRU/AAU信号、塔杆抱杆情况、天线型号拍照记录：多方位拍摄站点和周边环境，记录拍照顺序勘察完成勘察当天整理资料，编制勘察报告根据勘察信息、覆盖目标、环评保护距离完成设计图纸重要环节设计要点BBU(CU/DU)安装位置：根据传输资源和机房条件合理选择AAU(RRU)安装位置：满足系统间天线隔离度要求，降低干扰电源、基础等配套建设：满足节能减排要求5G基站建设方案与设备选型第8章覆盖区域策略个人用户：聚焦重点城市、重点场景，优先保障高流量高价值区域行业用户：依托市场前端输入，按需满足行业客户需求站址选择原则站间距：密集城区300~400m，普通城区400~500m避开大功率无线电发射台、电视发射台、雷达站避开易燃易爆场所、有毒气体/多烟雾/粉尘工业企业考虑与其他系统干扰，保证空间隔离，避开高压电站等与市政规划结合，争取政府支持AAU设备选型64T64R：覆盖扩大30%~35%，容量提升2倍，密集城区和高流量场景优选32T32R/16T16R：非热点区域、郊农区域4T4R：街道、沿街商铺等室外末梢补盲BBU集中部署方案大C-RAN机房：30台以上，综合业务局站或边缘DC中C-RAN机房：10~30台，综合业务局站小C-RAN机房：5~10台，接入点机房或综合业务局站5G天线参数设置第8章天线挂高密集市区：25~35m，比周围建筑物平均高度高2~3层最佳一般市区/郊区：35~45m，尽量利用建筑物自身高度乡镇：45~50m下倾角设置5G基站下倾角包括机械下倾角、电调下倾角和数字下倾角密集市区：机械下倾角(-20°~20°)+灵活数字下倾一般城区/郊区：机械下倾角(-10°~10°)+灵活数字/电调下倾农村：机械下倾角(-8°~8°)+电调/数字下倾角(-8°~8°)32T32R/64T64R建议机械下倾+数字下倾；16T16R建议机械下倾+电调下倾方向角设置主瓣方向可考虑与4G天线同方向，100m范围内无明显阻挡小区主方向对着最需要覆盖和高话务区域小区间夹角尽量大于90°，保持网络结构均匀避免过多小区重叠覆盖和覆盖空洞MassiveMIMO垂直赋形解决高层覆盖弱和污染问题5G无线网设备安装要求第8章机架设备安装安装位置符合设计要求，垂直度偏差不大于机架高度1.0‰列主走道侧对齐成直线，误差不大于5mm，相邻机架缝隙不大于3mm各种螺丝齐全拧紧，螺栓露出螺帽3~5扣设备接口标志明确，电源系统设醒目警示标志按抗震要求加固，机架可靠接地壁挂安装设备安装墙体为水泥墙或砖墙（非空心砖），具有足够强度BBU底部距地1.2m，上端不超过1.8m水平和竖直偏差小于±1°BBU机柜前面预留不小于700mm，两侧不小于200mmAAU(RRU)安装抱杆安装：牢固稳定，考虑抗风防雨防震散热设备下沿距楼面最小距离大于500mm塔上安装：塔身及平台强度满足荷载要求方位角偏差不大于±5°，俯仰角偏差不大于±0.5°射频单元在避雷针±45°保护区域内线缆布放直流电源线、交流电源线、信号线分开布放信号线与交流电源线间距150~200mm线缆顺直整齐，避免交叉，两端有明确标识5G无线网防雷与接地第8章防雷保护原则综合防护、整体实施，系统分级防护，重点保护雷击易损部位交流引入线过压保护：浪涌防护产品，通流容量不小于60kA接地系统要求基站采用联合接地方式，接地电阻要求小于10Ω总地线截面积≥95mm²，每个接点只能接一个设备室外设备设置避雷针，所有设施在45°保护角内线缆与天馈防雷线缆至少两处接地，接地点分开，每点最多连3条接地线GNSS天线在避雷针有效保护范围内，馈线>60m时中间增加接地点直流远供馈电线采用屏蔽电缆，屏蔽层两端接地5G无线网共建共享第8章5G组网架构SA（独立组网）：4G/5G相互独立，采用Option2，5GNR直接接入5GC，提供完善5G全业务和网络切片能力NSA（非独立组网）：4G/5G基站共用核心网，初期采用Option3共享4G核心网NSAOption3系列Option3：数据分流控制点在4G基站，4G负责控制管理和数据分流，对4G基站负荷较大Option3a：数据分流控制点在4G核心网，核心网向4G和5G分发数据，4G核心网需大幅升级Option3x：数据分流在5G基站，是当前主流方案共建共享意义降低5G网络建设成本，避免重复建设加快5G网络覆盖进度提升网络资源利用效率电力行业可与运营商共建5G基站，共享站址、电源、传输等资源电力行业共建共享模式电力杆塔资源开放：利用输电塔、变电站等电力设施部署5G基站运营商提供网络服务：电力业务通过切片或专网保障联合建设：双方共同投资建设，按比例分享资源09基于电力物联网的5G网络安全解决方案安全概述·风险分析·关键需求·安全解决方案电力物联网网络安全概述第9章安全重要性电力物联网作为国家关键信息基础设施，安全关系电力供应和国家安全电力系统历来是网络战和网络攻击的首选目标典型安全事件2010年伊朗核电站震网病毒攻击，大量设备遭破坏2015年乌克兰电力系统遭恶意软件攻击，大面积停电2017年Industroyer恶意程序可无限循环操作断路器导致变电站断电2019年南美多国大规模停电，据称与网络攻击、电磁攻击相关安全挑战海量终端泛在接入，边界模糊，传统和新型安全风险聚集感知层、网络层