云服務與5G物聯終端技術融合為電網管理提供“一站式”服務

鐘衛成

（廣西電網有限責任公司崇左憑祥供電局 廣西 崇左 532600）

1 引言

云服務作為近年來軟件與服務的實施平臺和對外服務基礎設施，已經逐步呈現出了替代傳統服務承載方式的趨勢。最初的網絡服務是由單一服務器進行承載和對外運營的。隨著虛擬化和云計算的發展，一種彈性可擴展的云端虛擬服務逐步替代了傳統服務，為多服務互通整合、服務集群化運維、服務高可用性等問題提供了解決方案。而隨著5G基礎建設的不斷推進，基于5G的物聯網通信服務和物聯網組件已經成功應用在了包括能源、物流、軍工、航運等不同領域。特別是基于5G的物聯終端，與云服務相融合，為眾多領域提供了高可靠性的實施數據監測和控制方案，為諸多實施管理場景提供了可行性[1]。電網管理近些年逐步在進行服務整合，原來分散在各地的服務系統和電網管理系統，目前逐步在向云服務遷移，期望利用SAAS為電網管理進一步賦能。一方面能夠為電網管理提供更高的安全性和穩定性，另一方面 也能夠提升管控能力，做到服務和數據的高度共享和全面監控[2]。本文將對云服務與5G物聯終端技術在電網管理領域的應用進行探討，對需求和應用方案進行分析，期望通過云計算和5G物聯終端技術，為電網管理進行賦能，助理智能電網的建設和發展。

2 云服務與5G物聯終端融合現狀

要對云服務和5G物聯終端融合現狀進行探討，首先應當對云服務及5G物聯終端的發展現狀進行了解。

2.1 云服務

要探討云服務，就不得不提到云計算。云計算實質上是一種全新的基于互聯網的計算方式。通過將海量高性能計算機通過高速內部網絡進行連接，并將其集群化和虛擬化，構建一套邏輯上分布式的計算集群。這套計算集群對外在進行服務的時候會隱藏分布式中的每一個個體節點，從而對外提供統一的計算機終端服務。而云的概念則是，該超級計算機可以隨時隨地被訪問，其計算資源也可以隨時隨地被調用[2]。云服務則是基于云計算的一種特定應用，基于云計算基礎設施，用戶可以獲得一個可擴展的邏輯服務器甚至邏輯服務器集群。通過將傳統分散在各個自建數據中心或私有服務器上的數據和服務進行整合，構建基于云服務的互通服務集群，能夠有效提升數據互通的效率和服務的可用性。由于云服務是虛擬的概念，因此其本質上可以橫向擴充，這種根據需要可以彈性擴充的優勢省去了頻繁增減硬件的維護和物料成本。

2.2 5G物聯終端

移動通信是人類近30年最影響人類發展的關鍵技術之一。自從2G時代的GPRS及EDGE通信被普及，基于長距離無線通信的物聯網控制方案就已經形成，諸多移動式的物聯終端被應用在了各個領域。然而物聯終端最為核心的需求主要是傳輸速度、傳輸帶寬和傳輸時延。隨著通信技術的發展，從2G到4G，變化的不僅有帶寬，還有速率。最初的物聯終端僅能夠被用作傳輸幾十個字節的報文，因此通常只能夠用于一些變量測量或狀態數據監測和回傳[3]。而到了4G時代，物聯終端已經可以傳輸一定清晰度的語音和視頻數據，這進一步拓寬了物聯終端的應用領域。然而時延問題始終影響著物聯終端在遠程控制和實時數據監聽領域的應用。

5G的出現徹底解決了這一問題。在5G環境下，通信時延從傳統網絡的100 ms+降低到了最快10 ms以內，據中國移動與華為聯合提供的5G移動通信模塊的測試數據顯示，端到端延時最低能夠達到5 ms，帶寬和速率能夠超過當前家用寬帶的水平[4]。在這樣的基礎設施環境下，5G物聯終端能夠切入到實時控制領域，這對于對設備運行狀態有實施監控和遠程控制需求的電網管理業務有極大幫助。

2.3 基于云服務的5G物聯終端應用

物聯網的架構中，物聯終端承擔著指令相應、數據采集和數據回傳的職能。而所有物聯網必然是以業務為核心，因此通常需要有個中心服務承擔數據處理中心和管理中心的職能。此時云服務的一些特質就能提供幫助。首先，云服務作為集中提供的云端虛擬服務，其對外連接性通常做過諸多優化，能夠確保在不同地域獲得相同的訪問效果，這一點是傳統服務難以提供的。其次，云服務內部的虛擬機群允許各虛擬主機之間以極高速率進行互通訪問，必要的時候甚至能夠獲取到超過磁盤IO的傳輸速率，這就使得物聯網控制中心和業務管理中心能夠高速共享數據[4]。第三，基于云服務的物聯終端應用，能夠盡可能降低服務的維護成本，對于應用能夠降低極大的門檻。

3 基于云服務和5G物聯的“一站式”電網管理服務

3.1 電網管理的云服務與5G物聯融合需求

電網管理目前正在向著智能電網的方向發展，核心思路是利用數字化、信息化和自動化技術，將電力生產、運營、管理等各方面業務進行系統化。然而由于一些歷史原因，電網管理領域有許多獨立運行和部署的服務，各個服務間數據格式不統一、鏈路不互通、資源不互通，這就使得在進行電網管理時，不僅要實施和應用多個系統，需要同時維護多個系統，同時系統間數據無法共享，導致數據應用效率低下。同時，由于電網存在眾多分布在不同地理位置的數據監控和控制終端，傳統模式下是通過GPRS專網或者485鏈路傳遞到采集中心，再轉發至業務系統。此外，還存在眾多因技術方案較早無法接入物聯網的設備[5]。針對上述現狀，特別對電網管理在云服務與5G物聯融合方面的實際應用需求進行分析。

（1）電網管理服務與數據治理

為打破現有管理模式下的諸多信息孤島，可以構建基于云服務的數據治理架構，一方面將現有服務遷移到可信云端，并對各系統間數據進行標準化，構建貫通電網管理和調度業務的統一平臺。通過這種方式，在滿足電網管理服務的同時，有效利用數據，減少數據轉發和加工次數，提高消息利用率和響應時效。

（2）基于5G網關的傳統設備物聯網改造

在現有電力系統中，已經有很多數據采集和控制設備，然而由于技術方案較早，這些設備并沒有接入互聯網或者直接應用物聯數據傳輸的能力。因此可以借助5G終端作為中間網關，間接為傳統設備提供物聯網傳輸和遠程控制能力。

（3）基于5G終端的數據監控和控制終端應用

在新興建和部署的電力監控與管理設備設施時，可以將5G物聯終端或支持5G的終端納入到設計和部署清單中，以提升設備設施的物聯網傳輸和控制能力。

（4）5G智能人機交互終端應用

在電網管理系統中，人機交互始終是不可或缺的。在辦公環境下，有線網絡即可完成與云服務的交互，然而還有眾多外勤人員需要通過業務系統進行線上業務交互?？衫?G智能人機交互終端，對外勤業務人員賦予遠程工作能力。

3.2 技術融合下的服務架構

眾所周知，云服務環境下，所有終端均通過公共或專有網絡訪問服務中心。而在5G環境下，無論是人機終端還是5G設備或5G網關，均可以直接通過5G網絡獲得高帶寬、高速度、低時延的網絡通信能力[6]?；谇拔乃龌拘枨?，可以設計如圖1所示的云服務與5G物聯終端技術融合架構。

圖1 云服務與5G物聯終端技術融合架構

云服務與5G物聯終端技術融合架構從結構上可以區分為云端、網端以及物端。

（1）云端

云端即基于虛擬化技術的云服務，基于云計算基礎架構，業務平臺遷移至云端，以云服務形式為一定范圍內設備和用戶提供數據和業務服務。云服務之間通過高速內部網絡進行互通，并共享數據源。為確保數據和業務安全，可由電網內部自行搭建上層的統一云服務平臺，以私有化云平臺為對外服務形式。這樣在確保安全性和穩定性的同時，也能夠享受云服務的便捷和高效。

（2）網端

網端通常指網絡接入能力，在當前場景下所指就是基于5G網絡的物聯網通信鏈路。為確保對部分資源和服務的私有性訪問，可能通過VPN或者加密方式，實現對網端的保護。

（3）物端

物端是物聯網絡的核心。根據現有實際硬件和技術應用情況可知，物端具備兩種情況：基于5G網關的傳統設備改造，基于5G物聯終端的設備。前者具備一定的異構型，可以將不同協議不同標準的傳統設備通過網關進行統一化管理和標準化傳輸，為傳統設備提供物聯賦能；后者則自身具備5G通信基礎，可以直接與數據中心交互完成數據傳輸和指令執行[7]。

通過上述架構，電網服務能夠具備更強大的服務管理能力、更高效的數據處理能力、更具時效性的監控和控制能力，能夠很好解決當前電網服務的諸多痛點。

4 結語

本文通過挖掘電網管理在云服務與5G物聯融合方面的實際需求，結合云服務和5G物聯終端各自的特點，對云服務與5G物聯終端技術融合為電網管理提供“一站式”服務進行了探討，并設計了適宜于電網管理現狀的云服務與5G物聯終端技術融合架構。未來的時代是物聯網與云服務的時代，合理利用先進的通信和數據處理服務為電網管理賦能，能夠有效提升電網管理效能，為電網生產、運維提供基礎平臺保障。