5G 技術在瀑布溝水電站的應用背景及意義

石葉子

（國能大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 雅安 625304）

0 引言

由于國家正大力推動5G 網絡建設，同時5G 布網及應用特性均偏重能源和大型制造行業，可以預見未來相當長的一段時期，水電行業將是5G 應用需求的主要增長點之一。一方面，在水電站建設過程中，需要將先進的信息技術與工程管理技術深度融合，以“全生命周期管理、全方位風險預判、全要素智能調控”為建設目標，通過各智能單元的建設和應用，實現工程建設自動感知、自動預判、工程展示、輔助決策功能，全面提升工程建設展示和數據管控能力。另一方面，在水電站運營過程中，需要完成大量的數據采集工作，并通過5G 網絡的特點完成數據快速傳遞、匯聚、分析；該數據處理和利用往往是包括本地物聯網的匯集，以及總部數據的再利用等層面，特別是在總部層面可通過多個水電站運營數據的集中積累水電行業的研究資源。

1 5G 技術在瀑布溝水電站的建設背景及可行性

1.1 建設背景

近年來，全球5G 網絡技術得到了快速的發展，其面向增強型移動寬帶、大規模機器通信、高可靠低時延通信三大業務場景，以全新的網絡架構，提供至少十倍于4G 的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，開啟萬物廣泛互聯、人機深度交互的新時代。從全球范圍來看，5G 當前處于技術標準形成和產業化培育的關鍵時期，全球各國在國家數字化戰略中均把5G 作為優先發展領域，強化產業布局，塑造競爭新優勢。我國《國家信息化發展戰略綱要》指出，2020 年開始從國家戰略層面提出實現5G 全面引領目標，通過5G 助推制造強國、網絡強國建設，全面構筑經濟社會數字化轉型的關鍵基礎設施，從線上到線下、從消費到生產，從平臺到生態，推動我國數字經濟發展邁上新臺階。助力“中國制造2025”和“互聯網+”戰略實施。

為了推廣瀑布溝水電站5G+智慧電廠應用，向地災、防汛、無人機實時監控、集團黨校大渡河分校可視化教學等基于大寬帶、高安全的信息化應用提供載體，為瀑、深兩站生產現場、辦公區域及集團黨校大渡河分校提供高速、穩定的移動通信環境，對兩站生產現場及辦公區域開展5G 技術建設勢在必行。

1.2 技術可行性分析

5G 是一個嶄新的、顛覆性的起點，它以全新的網絡架構提供至少十倍于4G 的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，并將結合NFV、SDN、人工智能、云計算、物聯網等技術構成新的信息基礎設施，開啟萬物廣泛互聯、人機深度交互的新時代，成為經濟社會數字化轉型的關鍵使能器。

5G 標準中原4G 網絡中的BBU 功能被重構為CU 和DU 兩個新的功能實體，二者間接口為F1 接口。CU/DU 邏輯功能上的分離使無線基站架構相比3G 和4G 網絡更為靈活，可基于不同業務場景差異化部署，更有效地滿足各類業務的不同特性需求。

圖1 網絡架構對比

CU（集中單元）：主要包括非實時的無線高層協議棧功能，同時也支持部分核心網功能下沉和邊緣應用業務的部署。

DU（分布單元）：主要處理物理層功能和實時性需求的層2 功能。考慮節省RRU 和DU 之間的傳輸資料，部分物理層功能也可上移至RRU 實現。

現階段需要小區間深度協同場景和需提供超低時延業務場景需求不明顯，CU/DU 合設產品成熟度較高，以CU/DU 合設方式為主。中遠期宏微異構網場景、小站UDN（超密集組網）場景、雙鏈接場景大量涌現，設備產品也趨向成熟，超低時延等新業務場景需求逐步旺盛，將引入CU/DU 分離式架構，如圖2 所示。

圖2 兩種架構示意

按照部署位置和組網的差異，5G 無線基站組網模式包括D-RAN（Distributed Radio Access Network，分布式無線接入網）、C-RAN（Centralized Radio Access Network or Cloud Radio Access Network，集中化或云化無線接入網）兩類。其中，C-RAN 包括CU 云化&DU 分布式部署、CU 云化&DU 集中部署兩種。

圖3 組網模式示意

C-RAN 是各通信運營商5G 無線網絡的主要組網模式，它是基于集中化處理(Centralized Processing)、協作式無線電(Collaborative Radio) 和實時云計算架構(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無線接入網架構(Clean system)。其本質是通過實現減少基站機房數量，減少能耗，采用協作化、虛擬化技術，實現資源共享和動態調度，提高頻譜效率，以實現低成本、高帶寬和靈活度的運營。

5G 無線網絡將采用立體組網方式滿足各類場景覆蓋和業務承載需求，主要包括基礎覆蓋容量層、容量體驗層和價值場景室內覆蓋層3 個部分，如圖4 所示。

圖4 立體組網示意

基礎覆蓋容量層（底層網）是以宏站為主的連續覆蓋和容量網絡，滿足基本的覆蓋和容量吸收，主要實現室外普遍的業務承載。

容量體驗層（中層網）是以微站為主的非連續覆蓋和容量網絡，針對宏站邊緣區域或流量高地等特定場景的盲點、弱點深度覆蓋和大容量吸收，主要部署于道路、高層建筑、居民區、大型集會、風景區等區域。

價值場景：室內覆蓋層（室內網）是以皮站、飛站等室分系統為主的室內價值場景覆蓋和容量網絡，提供優質的室內用戶體驗，主要面向交通樞紐、購物中心、醫院、酒店/辦公樓、園區等室內場景。

瀑布溝水電站需求為實現深溪溝電站、集團黨校大渡河分校、瀑布溝電站室內、室外5G 網絡信號的全覆蓋，提供語音通話、短彩信等優質的基礎通信服務，并為5G+智慧電廠應用提供通信網絡載體。

整體組網架構見圖5。

圖5 整體組網架構

2 5G 技術在瀑布溝水電站的建設意義及必要性

2.1 與集團公司及大渡河公司即時通信方面

與集團公司和大渡河公司建設一張統一的5G切片專網。5G 切片專網不僅具有高帶寬、低時延、大連接的特性，還提供了電信運營商級別的安全防護。

（1）使得與集團公司和大渡河公司業務以及數據交互更加快速和可靠；

（2）可進一步促進集團公司、大渡河公司與瀑電總廠在辦公、生產、管理上的遠程互動；

（3）為遠程辦公、遠程巡檢、遠程維護、遠程協助等基于大帶寬、高安全的信息化應用創造了條件。

2.2 在地災、防汛等方面

通過5G 的大帶寬、低延時、大連接的特性，可以將前端的視頻圖像、監測數據等極低延遲回傳到后端平臺。后端平臺通過圖像處理、精密算法對視頻圖像、監測數據進行處理和分析，及時發現潛在的危險和隱患。

2.3 無人機實時監控方面

依托5G 大帶寬+低時延的特性，遠程操控或預置路線，實現：

（1）整個廠區的定期無人機巡航；

（2）實時回傳巡航畫面；

（3）依托視頻AI 技術在線辨識事故和設備故障；

（4）巡檢機器人搭載多路高清視頻攝像頭及傳感設備，將高清視頻及傳感信息回傳至遠程控制中心進行決策；

（5）可利用5G 低延時特性下發控制指令，實現實時運動控制機器人；

（6）可滿足各類事故環境偵查、滅火降溫等多功能的作業需求；

（7）全面掌握廠區的整體運行情況，保障安全生產。

2.4 集團黨校大渡河分校培訓中心可視化教學方面

基于5G 的高帶寬、低時延等特性，實現遠程教學的高清音視頻數據實時傳輸、以及遠端學員與近端老師的沉浸式、低時延互動，全面提升學員的學習效果。

（1）場景基于5G 網絡，整合優質培訓資源，旨在實現“一帶一、一帶多”的遠程實時互動上課模式，解決培訓師資緊張、課后服務模式單一、培訓內容呈現難等問題。

（2）支持多終端視頻全融合，滿足同步上課，直播聽課，老師和學員互動等功能，強大的音視頻交互能力、超低時延，帶來更好的互動教學體驗。

（3）可以實時呈現直播教室老師的3D 圖像。

（4）支持一對多模式（1 個主會場3 個分會場）。

（5）支持圖像語音互動。

（6）支持使用黑板等傳統教學方式。

3 效益預測及風險分析

3.1 財務效益

5G 服務項目的實施為瀑深兩站生產現場、辦公區域及集團黨校黑馬分校提供高速、穩定的移動通信環境，提高效率，降本增效，提升經濟效益。

3.2 社會效益

本次5G 服務項目建設為推廣瀑電總廠5G+智慧電廠應用，向地災、防汛、無人機實時監控、集團黨校可視化教學等基于大寬帶、高安全的信息化應用提供載體。有力地促進了瀑電總廠的信息化發展，為智慧企業建設提供堅實的基礎，提升了央企形象，也推動了行業的發展。

3.3 管理效益

提高工作效率：5G 與光纖寬帶網絡深度融合統一管理，搭配MOA 等應用程序，實現高效移動、自動辦公。

提高管理水平：基于5G 網絡基礎，聚焦精細化運維和監控場景，實現全域實時可視化監控，提高管理效率。

3.4 風險分析

（1）組織風險

項目組內部人員以及項目組與關聯部門人員交流和溝通順暢，組織風險較低。

（2）技術風險

本項目采用國家已正式商用的5G 通信技術，且國內外已有大量的5G 網絡建設覆蓋項目成熟案例，技術風險較低。

（3）經濟風險

本項目通過公開招標方式，項目成本可控，經濟風險較低。

（4）社會風險

本項目采用成熟度高的5G 網絡技術，實施經驗豐富，對瀑電總廠業務系統運行，以及公眾使用能源或者訪問業務系統不會造成影響，社會風險較低。

（5）政策許可風險

5G 技術是國家和集團大力推進的方向，能夠得到國家和集團政策的大力支持，故存在政策許可風險的可能性極低。

4 結束語

5G 技術在瀑電總廠的建設及應用為建設5G+智慧電廠提供了先進的技術保障；為移動辦公提供網絡高速公路，為生產管理效率和生產安全賦能，為全域自動化、實時化、可視化監控賦能，為節能減排、降本增效提供創新可能；對水電高效管理具有促進作用，也能提高電廠運行的經濟效益。