基于差异化业务需求的电力5G虚拟专网组网方案研究

5G可在具有更高价值的垂直行业应用场景中为设备赋智、为企业赋值、为产业赋能。电力行业在通信需求方面与5G通信的特点高度契合。文章基于电力业务差异化通信需求,进行5G典型组网方案研究,主要从5G网络发展现状、电力5G业务模型分析、支撑电力业务通信指标的5G关键技术、5G与电力业务适配性分析、电力5G虚拟专网组网架构及组网方案开展研究分析,进一步保证5G在电力场景科学、高效应用,支撑公司5G规模化应用。

基于风险均衡度的电力5G通信链路自动选择方法研究

为有效自动选择通信链路,降低通信全局风险度,提出了一种基于风险均衡度的电力5G通信链路自动选择方法。首先,以最低全局风险度、最高业务通道可用性为目标函数,以通道带宽、时延与丢包率为约束条件,建立电力5G通信链路自动选择模型。以业务风险度与网络业务风险均衡度等为指标,评估业务风险度。按照风险度大小,由低至高排序通信业务,利用通信链路自动选择模型,优先为风险度较低的业务选择链路。通过量子遗传算法求解通信链路自动选择模型,获取最低全局风险度与最高业务通道可用性值,完成通信链路自动选择。实验证明:该方法可有效获取各通信业务风险度,自动选择通信链路,降低全局风险度,提升业务通道可用性和通道带宽,减少通道时延与丢包率,风险均衡效果较优。

适用于电力5G终端的二次认证方法及其形式化分析

在5G网络中,物联终端接入方式主要是无线接入。针对在海量接入场景下高昂的认证成本,该文提出了一种适用于电力5G终端二次认证的基于聚合签密的二次认证方法,该方法在保证安全性的同时,具有计算量和存储空间消耗少、运行效率高的特点,同时避免了传统公钥密码系统中的证书管理问题和基于身份的公钥密码系统中的密钥托管问题。该文对于适用于该方法的5G EAP-TLS鉴权协议进行研究。5G EAP-TLS协议主要用于5G专网或IoT场景下的鉴权和密钥协商,该文基于TS 33.501文档构建5G EAP-TLS协议模型,采用ProVerif验证工具验证协议的安全属性,并提出了修正方案。

基于最近位置中继选择策略的电力5G网络D2D通信安全可靠性分析

电力5G网络中,利用终端直通(D2D)通信技术建立中继链路以可改善电力终端的通信质量,保障电力数据的可靠性传输。基于随机几何理论,定量分析了电力5G网络中中继终端辅助D2D通信系统中基于位置信息的中继选择策略下系统的安全性和可靠性,其安全性和可靠性分别通过保密中断概率和中断概率作为性能指标来衡量。首先,推导直传方式下D2D通信的中断概率和保密中断概率,以提高D2D通信的可靠性为目标提出基于最近位置的中继选择(NLB-RS)策略,并理论推导了D2D链路采用此策略时的中断概率和保密中断概率;然后,针对中继辅助D2D通信的安全性问题,提出了带安全保护区域的最近位置中继选择(NLR-SGR)策略,并定量分析了此策略下系统的安全性和可靠性;最后,通过蒙特卡洛仿真验证了NLB-RS和NLR-SGR策略的有效性。仿真实验结果表明,NLRSGR策略能在不降低系统可靠性的前提下提高系统的安全性。

基于SDN与NFV的电力5G网络切片差异化资源分配方案

基于SDN与NFV技术框架,以满足电力多业务差异化需求为目标,设计了面向大规模采集类业务、低时延电力工控业务、移动大带宽巡检类业务等场景的电力5G网络切片方案;建立了从电力业务需求到网络切片通信、计算资源的映射模型,揭示了两者之间的作用机理与转换关系。以电力多业务传输带宽、时延以及计算资源需求为约束条件,建立了电力5G多业务网络切片运行经济性最优数学模型,提出网络切片通信与计算资源的联合分配算法,实现了电力网络切片资源高效、经济利用。

电力5G通信网络可靠性组网及部署技术的应用

目前,面对新型电力系统海量接入及数字化业务的新要求,作为电力物联网关键技术之一的通信技术需考虑自身的适应性问题。当前电力物联网环境下的通信技术呈现无线化、虚拟化的趋势,以第5代移动通信技术(5G)为代表的无线技术支持高速率、高可靠、低时延与低能耗。电力通信网朝无线化、虚拟化平滑演进时,既应该遵守电力现有规范,又应该考虑与现有通信系统融合的部署方案。

基于电力5G的MEC网络架构与部署策略

本文首先介绍了边缘计算技术的发展由来,接着分析了5G在电力应用的关键问题,最后提出了基于电力5G的MEC网络架构与部署策略,通过部署模式、基站侧部署、汇聚侧部署、网络架构、测试理论分析方法提供了支撑,并验证了该方法的有效性,该方法可以在电力系统中运用。

电力5G通信网络可靠性组网及部署技术的应用分析

现阶段,电信运营商积极致力于建设基于IPv6+的云网融合网络,在城域云网、安全能力池、5GSA网络建设等方面都推动了IPv6+技术的应用,有助于持续提升IPv6在广联接、超宽带、自动化和网络安全等维度的性能表现,助力千行百业的数字化转型。本文探究了电力通信规范和通信现网设备,分别提出了在电力厂站侧的5GNR无线终端冗余技术,以及在广域传输的5G核心网虚拟网络冗余技术。

面向电力应用场景的5G信道测量与路损模型修正

传统公网5G信道模型一般针对城市、街区等场景进行建模,在变电站等电力工业场景中适应性不足。为支撑5G在电网的规模化应用,需要开展对特定电力场景的信道测量与建模以指导电力5G无线网络规划和系统级仿真。本文在500 kV变电站开展5G频段的实地信道测量,分析了时延功率谱、路径损耗等信道特性,并在此基础上提出了一种引入天线高度矫正因子的路损模型修正方法,以便更准确地对天线高度与路损之间的关系进行建模,同时对比分析与5G标准路损模型之间的差异。结果表明,该模型能更好地适应电力应用场景,可为通信性能评估提供参考与指导,并为电力通信设备的覆盖范围预测提供理论依据。

电力业务与公网5G匹配模式及合作建设

论述了电力系统应用5G网络的优势,并从电力业务空间分布、QoS性能、业务架构及安全防护等多角度与5G网络进行匹配,提供了5G与电力业务匹配的系统级框架;从公网资源独享专用与电力业务分区的角度,阐述了电力公司与运营商合作建设5G网络的模式,提出了合作建设的总体架构,为5G网络在电力系统的规模化应用指明方向。

雾化零信任组件的5G电力失陷终端威胁检测

5G技术在电力行业的普及推进了海量电力终端接入网络,但众多电力终端暴露在互联网中,攻击者可以先入侵脆弱的电力终端进行远程控制,然后以失陷终端作为跳板,纵向渗透到5G电力物联网内部从而窃取敏感数据。零信任的出现为失陷终端威胁检测提供了可能,然而电力终端分布具有广泛性,致使中心化零信任安全架构无法直接应用于5G电力物联网。提出一种雾化零信任组件的失陷终端威胁检测方案。采用分布式多点方式将零信任组件雾化部署到电力终端周围,并设计一套宕机组件应急响应流程用于及时发现单点失效的零信任组件。建立一种突发信任评估模型,充分利用安装在电力终端的零信任代理持续性地收集终端行为因素,从中提取突发因子并量化反映到信任值,以快速发现和阻断具有突发异常行为的失陷终端。仿真结果表明,该方案能有效缓解零信任组件部署于5G电力物联网时的检测压力,在失陷终端比例为20%的条件下对突变异常失陷终端的检测率高达92.3%,具有较好的非法访问抑制效果。

基于软件定义网络的5G电力通信网业务编排自主决策方法

在电力系统和能源互联网的深度融合大背景下,电力通信网融合第五代移动通信技术(fifth generation mobile communication technology,5G)成为一种必然趋势,5G电力通信网业务编排成为支撑电力业务服务质量需求的关键手段。针对电网中现有业务编排优化存在的不足,提出了一种基于软件定义网络(software defined network,SDN)的5G电力通信网业务编排自主决策方法,利用Sarsa(state action reward state action)算法,通过不断与环境交互,在信息不确定的情况下实现接入网信道选择与核心网路由选择的联合优化,从而最小化电力通信终端数据包传输总时延,为电力业务超低时延需求提供保障。仿真结果表明,所提算法能够在传输环境突变的情况下,保持较低传输总时延,并降低波动,有效地提高了电力业务的传输质量。

5G电力虚拟专网中基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法

针对5G电力虚拟专网中高维、不均衡和分布式的数据特征,提出了一种基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法。首先,鉴于生成对抗网络在获取高维复杂数据分布方面的优势,采用具有梯度惩罚的Wasserstien生成对抗网络(WGAN-GP)模型对网元中的多维运行数据进行分析和监控并获取其分布情况。其次,基于5G电力虚拟专网的管理架构,设计了一种基于联邦对抗学习的分布式异常检测框架,使分布式电力切片管理器能够协同训练全局异常检测模型,增强模型泛化能力。最后,通过数值仿真验证了基于联邦对抗学习的分布式异常检测算法的训练效率和检测性能。

5G电力虚拟专网和数字孪生相结合的系统架构和构建

设计了一种5G电力虚拟专网和数字孪生相结合的系统架构,并考虑了终端数字孪生时同步的构建方法,提出了一种分层多智能强化学习算法。该算法决定分配给电力用户终端的资源和数字孪生体的放置,上层通过深度Q网络实现切片通信资源的分配,下层通过多智能体深度强化学习实现电力用户终端的数字孪生体放置。实验结果表明,所提出的分层多智能体算法在电力用户终端数字孪生体的同步强度上能获得较好的系统收益。

5G电力虚拟专网在电网监测及调控中的应用分析

为推进5G网络与智能电网的进一步融合,深化5G电力虚拟专网在电网监测及调控中的应用,结合5G电力虚拟专网技术特点,提出其在电网监测及调控中的典型组网架构,根据相关业务特征,对典型应用场景进行分析,提出不同场景下的传输性能要求。同时对5G电力虚拟专网在电网推广应用所需要的关键技术展开探讨,构建相应标准体系,并对信号增强技术进行研究。最后结合试点情况,提出当前应用中存在的问题及面临的挑战。

5G电力专网架构及关键技术

随着5G网络的建设和关键技术的发展,5G专网和电力应用开始大规模融合,催生出能适应电力需求的5G电力专网。首先,梳理电力“发”、“输”、“变”、“配”、“用”多个环节各类业务对通信网络时延、带宽、覆盖范围等指标的初步要求,并通过变电站智能巡检、配网差动保护、计量自动化三大典型电力业务场景分析电力业务对通信网络时延、带宽、可靠性、连接数等性能的详细需求;其次,重点阐述适合电力业务场景需求的5G软、硬切片专网方案和公网专用、专网专用的5G核心网组网架构,同时分析5G核心网5G LAN、端边协同等关键技术;最后,通过实际落地的5G电力专网案例和成果验证说明5G电力专网已基本能满足电力业务对带宽、时延、安全等需求,同时提出5G电力专网规模化商业应用还需解决5G切片颗粒度偏大、业务开通不够智能化、产业链升级缓慢、关键技术还需迭代等问题。

省地协同的5G电力虚拟专网规模应用及自服务管理

为应对当前5G规模化应用建设过程中,亟待解决集约化管理、业务灵活接入、终端自主管控以及降低5G应用成本的实际问题,以广东电网公司5G规模化推广应用为例,从网络、终端、管理、应用4个方面开展基于省地协同的5G电力虚拟专网规模应用及自服务管理模式的研究。针对国内多运营商网络部署特点和不同地市电力业务差异化需求,提出了省地协同的5G电力虚拟专网部署架构。针对电力业务特点,提出两类定制化融合5G的智能终端,实现5G与电力异构组网通信。在面向电力业务的支撑和管理方面,设计了一种面向5G自服务的电力业务支撑系统,实现对5G网络切片、5G电力卡以及5G终端设备的实时管控。最后,对所研成果系统性规模化应用的效果进行了详细阐述。

运营商5G网络与电力通信网融合组网研究

针对电力行业对5G的需求,文章提出电力通信网络与运营商5G网络的融合组网方案,而非完全由运营商为电力行业提供5G专网。为完成与运营商的融合组网,首先分析通信运营商5G网络建设情况,包括5G频谱资源使用情况,核心网、承载网建设模式。根据电力行业不同类型业务对带宽、时延等指标的不同需求,将电力业务与5G三大应用场景进行匹配,提出运营商5G网络与电力通信网不同融合组网方案。通过融合组网,提升电力通信网络资源的利用率,进而实现电力与运营商通信资源相互补充、共建共享。

电力行业5G承载业务及承载网建设思路分析

随着 5G 的应用日趋广泛,各行各业都在积极探索 5G 赋能行业新的方式。电力行业作为通信息息相关的行业,5G 的到来势必会为现有的电力行业承载网的运行方式带来变革,电力承载网的所承载的业务承载方式与建设思路必然相应发生变化以适应时代的发展。5G应用场景三大类型包括增强型移动宽带(eMBB)、大规模物联网(mMTC)、关键业务型服务(uRLLC)特点正在一步步的被电力行业所认知并逐渐商用,为全面建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业奠定基础。

5G电力虚拟专网架构及关键技术研究

介绍了5G电力虚拟专网架构、关键技术以及规模化应用分析。首先,整体梳理了5G网络在电力领域应用过程中需要考虑的电力业务特性,并通过几大典型电力业务场景具体介绍了电力业务对5G网络的网络能力要求;其次,重点阐述了5G电力虚拟专网体系及组网架构,同时结合试点部署情况,分析了电力5G专网规模化应用仍然面临的问题;最后,基于电网业务需求展望电力5G关键技术及其未来发展,为5G网络在电力领域的应用落地和推广提供有益借鉴。