5G通信技术在电力物联网中的应用

5G通信技术在电力物联网中的应用

董艳蕾

山东广电网络有限公司滨州分公司， 山东 滨州 256600

摘要：目前，随着我国社会迅速发展，电网规模不断扩大，同时随着智能电网建设的推进，电力设备、电力终端、用户陡增，设备与设备之间、设备与用户之间、用户与用户之间的信息传递互动的需求呈爆发式增长，迫切需要高效、安全稳定的通信技术作为支撑，提升电力系统的智能化、自动化、信息化水平，从而为社会经济的稳定提供可靠的服务。

关键词：5G；通信技术；电力物联网

引言

电力公司是一项利国利民的事业，为此将物联网融入电力公司是非常重要的举措，但是当前电力物联网安全问题一直以来是困扰其发展的重要因素，如何才能在信息传递中确保安全性就成为重点。

1 5G通信特点

（1）高速度。与4G网络相比，5G网络的传输速度得到了大幅提升。5G基站峰值大于20Gb/s，速度的剧增为数据的下载、上传提供了更优的服务。电力系统中存在海量数据，如监测视频数据、图像、文本等，5G的高速度特点为电力系统中的数据传输提供了保障。（2）高容量。4G时代，除了方便人们生活的手机、电脑、智能家电、共享汽车等设备需要使用网络以外，其他很多领域也需要联网，尤其对于复杂的电力系统，仅仅凭借人工对电力系统的操作、监测、管理等已不能满足快速发展的智能电力系统的要求。电力系统中很多终端设备都需要联网，4G通信能够连接的终端有限，5G的高容量特点为实现电力系统的各设备之间的互联和智能化管理提供了保障。（3）高可靠，低时延。在时延和可靠性方面，相比之前的蜂窝移动通信技术，5G通信有了极大的提升。5G通信技术实现了基站与终端间，上下行均为0.5ms的用户面时延。该时延是从发送方5G无线协议层入口点，经由5G无线传输，到接收方5G无线协议层出口点的时间。（4）低功耗。物联网中由于终端多，充电频繁即充电限制，给其发展带了很大的困扰，阻碍了物联网的发展。5G通信通过降低信令开销来解决功耗高的问题，从而使设备终端长期保持在线状态。

2 当前电力物联网安全防护技术应用情况

2.1 安全防护目标

对于电力物联网而言，其安全防护最终目标也就是将安全风险规避，实现正常运行，确保电力公司合法利益免受损害，为此而做的一些防护措施，避免网络出现瘫痪，系统遭受破坏、数据丢失、信息被窃取、感染病毒等情况的发生，确保自身安全稳定运行的情况下可以将电力物联网作用充分发挥。

2.2 安全体系架构

电力物联网对安全问题进行有效的管理，侧重点应该是对电力公司相关数据、信息、设施设备等进行保护，避免遭受非法侵害，而且借助相应的制度给予保障。互联网通信安全是针对物联网运行的相关网络、通信设施、系统数据进行科学合理防护，确保通信设施始终处于良好运作状态。在电力物联网安全中，介质的安全是基础，主要是对物联网相关硬件设施设备进行保护。软环境的安全则是确保电力公司业务有序开展的保障，例如访问、认证数据，管理的授权，鉴别身份等。应急措施是在电力物联网发生突发事件时所采用的一系列方法，需要提前预设。

2.3 具体技术应用情况

首先是加密技术。电力物联网安全防护技术中加密技术是基础，其以电子标签RFID无线通信技术为主。此技术主要包含着诸多的协议，例如Hash-Lock，RFID，Hash，RFID，LCAP等。其次是认证技术。此技术主要应用于电力物联网具体工作内容，重点是对申请者身份认证，在认证中将安全隐患一一排除，这也是目前物联网分级管理最具代表性的方式。目前电力物联网中使用较多的就是口令、X.590、域等认证技术。最后是入侵检测以及保护相关的体系。此技术主要是对事后进行管理的防御措施，也就是排查物联网中存在的安全隐患。其中入侵检测包含检测互联网、主机、组件入侵。检测、保护共同进行才可以使防护效果更佳。

3 5G通信在电力物联网中的应用

3.1 5G通信网络

随着4G网络的标准化和成熟，国内外已经对5G移动通信系统进行了研究。5G网络将实现真正的“万物互联”，并创造前所未有的新兴产业规模，为移动通信带来无限活力。5G+网络切片技术不仅可以启用新的电网工业控制服务，而且还可以完美继承2/3/4G公共网络支持的现有信息收集服务。因此，5G可以在电网内实现多层混合组网，统一管理和运维，帮助电网客户有效节省运营成本。电力物联网的5G技术架构包括收集信息、管理、检查以及在设备和联网网络之间共享数据的活动。在过去的几十年里，蜂窝和无线技术发生了一场革命，从1G发展到4G，行业在这些技术的设计和应用上遇到了很多障碍。上一代4G和3G的成就将有助于5G系统的发展，后者将改变社会运行方式，并制定新的管理政策和方案。随着技术进步带来的数字存储容量的增加，要在设备之间传输的数据的大小增加了，从而产生了对现有技术无法满足的更高数据速率的需求。随着5G的到来，另一个频段被称为毫米波(mmWave)，这是一种30-300GHz的超高频率，可让管理员访问巨大的数据传输容量通道。由于4G和3G的数据传输容量较低，因此毫米波范围不受不同小工具的阻碍，从而有助于加快传输速度。但是，5G技术的研究也面临着以下几个挑战：（1）实时网络中1Gbps-10Gbps的数据速率：数据传输必须比现有技术多10倍。（2）低延迟>10ms：与LTE网络相比，延迟必须小10倍。（3）低成本:物联网应以低成本传感器、设备和部署成本为特点。（4）更多的连接设备：随着我们正在使用物联网系统，预计将有约800亿个物联网设备通过网络连接。(5)更长的电池寿命：由于设备预计将是智能的，并且需要更多的功耗，因此电荷存储和备用电池应该更多。（6）减少近90％的能源消耗：通过部署绿色技术可以减少5G技术的能源消耗，并且在大规模连接和高数据速率方面可以高效实现。

3.2 5G在电力物联网中的应用

智能分布式配电自动化、低压用电信息采集、分布式电源、电力巡检等领域是5G在电力行业的重点应用场景。配电自动化的目的是提升供电可靠性，由于传统配网采用过流保护，一旦发生停电现象，会造成较大的影响，排查时无法精准确定，所以实现配网故障精准定位，提高供电可靠性是亟待解决的问题。在配电自动化中加入5G技术，可以对故障进行精准定位，使配网故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。当前，电力用户对用电信息进行采集业务主要用于计量，数据传输的业务规模小、频次低，特点是上行流量大、下行流量小。5G通信网络可以提供海量接入和实时数据上报，帮助电力用户完成用电信息采集。对于传统配电网来说，它的早期架构设计并没有考虑分布式电源的接入。后期加入分布式电源后，网络架构发生了很大的变化，从原来的单电源辐射状网络变为双电源甚至多电源网络。对于用户来说，他们既是用电方，也是发电方，电流呈现出双向流动、实时动态变化。因此，需要引入5G技术来增加配电网的可靠性、灵活性及效率。

4 结束语

5G通信高速度、高容量、低延迟、高可靠、低功耗的特点将重构电力系统的未来，也将创造万物互联的时代。本文在深入分析5G特点的基础上，对5G在电力系统中的几个应用场景进行了剖析，为5G通信技术在电力系统中的研究与应用提供了参考和技术支撑。

参考文献：

[1]王宏延,顾舒娴,完颜绍澎,等.5G技术在电力系统中的研究与应用[J].广东电力,2019,32(11):78-85.

[2]尹功喜.探讨5G时代物联网技术的应用[J].通讯世界，2019，26(1):13-14.