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「物聯網產業」5G等蜂窩通信技術如何打通“泛在電力物聯網”的脈絡?

發布時間:2019-07-31 來源:物聯網智庫 240

在泛在電力物聯網的具體應用和環節中,物聯網通訊技術要解決的主要問題是數據獲取、數據傳輸、數據處理。由此產生的兩個關鍵問題是我們不得不面對的:

1.不同細分領域,如何正確匹配合適的通訊技術?

2.在大量數據下沉的情況下,數據處理的準確性該如何保證?

下面,我們嘗試從具體應用場景中探尋這兩個問題的答案,在此之前,我們先理清泛在電力物聯網的典型應用場景有哪些。

 

PART 01 物聯網視角下的“泛在電力物聯網”

泛在電力物聯網的概念是由國家電網公司在2019年兩會報告中首次提出,并成為和堅強智能電網相提并論的“兩網建設”重點工作。其架構包含感知層、網絡層、平臺層、應用層。

泛在電力物聯網技術架構圖.jpg

感知層包括電表在內的各種傳感器。感知層的數據要到網絡層需要兩個步驟,首先是從感知層終端模組到物聯網基站,基站收到數據以后,再回傳到平臺系統。因此網絡層其實包括兩個部分,一是從終端模組到基站,二是從基站到平臺信息系統。

在這兩個步驟中,從終端模組到基站的數據傳輸采用的是物聯網無線通信核心技術,既可以通過傳統的運營商3G、4G網絡,也可以通過電力專網傳輸。在這個平臺的基礎上可以建立各種各樣的業務應用,這就是從感知層到網絡層、到平臺層、最終到應用層的完整環節。

就物聯網和電力系統發展情況來看,當前泛在電力物聯網處于初步布局的階段,重點布局應該還是在感知層和網絡層,國家電網當前投入資金的主要用途應該是在感知層和網絡層方面。所以,選擇恰當的通訊技術尤為重要。

 

PART 02 泛在電力物聯網在不同領域的連接選擇

根據電力的輸送路徑,電力物聯網的應用場景主要集中在用電側、配電側、變電側、輸電側、發電側、電網資產管理等細分領域。

電力物聯網應用場景分析.jpg

下圖更直觀一些。

電力物聯網詳細應用場景分析.jpg

從電力設備的角度,應用場景包括測溫、電氣設施環境監測等;從用戶側,應用場景包括智能電表、智能電器、智能充電樁,甚至漏電監測,以及能效管理、智能建筑、智能消防等。

而泛在電力物聯網的應用場景,因為“泛在”二字拓展到無比龐大的格局,即國家電網所稱的SG-eIoT(electric Internet of Things):把電力的輸電、變電、配電、用電、經營五大業務結合通訊、計算、控制等技術,把終端、網絡、平臺、運維、安全五大體系融合進網、云、層、邊、端,把電力、數據、服務都變成一種取之不盡的基礎設施流。

除此之外,國家電網公司正在推廣的泛在電力物聯網創新應用還包括實物ID提升移動作業、虛擬電廠、能源大數據、全景安防等。

整體來看,由于傳統的電力系統并不缺電,對低功耗不是剛需,所以綜合以上應用場景,在電力系統進行物聯網推進過程中,以4G、5G為主的蜂窩IoT才是主流。

 

PART 03 5G等蜂窩通信技術打通泛在電力物聯網的脈絡

目前,4G制式通信模塊才是國家電網采用的主流連接技術。在當日的峰會論壇上,電力喵主編陳玲君的分享顯示,4G制式通信模塊在2018年遠程通信單元需求數量占比高達97%,全國有18個省的電力公司全部采用4G制式。

2018年度國網需求情況.jpg

從最近三年遠程通信單元方案需求的變化情況來看,230MHz、CDMA基本停滯;GPRS增長乏力,4G雖然高速增長到97.01%,但年度市場占有率已經到達天花板。

遠程通信單元需求變化情況.jpg

在4G通信芯片市場方面,高通擁有絕對的話語權。比如,在智能電表細分領域,有方科技推出的基于高通芯片平臺的4G全網通通信模塊N710\N720等產品,并憑借該系列產品的穩定性以及可靠性,自2015年開始至今,一直保持電力行業市場占有率第一的地位。

其系統示意圖如下:

網絡模塊示意圖.png

隨著技術的演變,鑒于4G模塊在電力市場上的占有率已經觸及天花板,可以預見的是,即將商用的5G將會為泛在物聯網的發展提供一種更優的無線通信解決方案。在本次論壇上,高通物聯網產品市場總監馬進武在接受物聯網智庫專訪時表示,

“高通正與國家電網公司探討如何在5G上深入合作,共同推進5G應用進程。因為5G具備的大連接、高速率、低時延等特點能更好地滿足電網在授時、頻率、相位、時效性的高標準要求,不僅如此,5G的大規模應用還能給泛在電力物聯網的‘泛在’應用帶來極大的可操作空間。高通期望更快把5G技術運用到國家電網推進泛在電力物聯網的進程中去。”

IoT演進.jpg

物聯網的應用主要包括信息的采集和傳輸,以及通過分析數據進而進行的控制,泛在物聯網中的應用也不例外。隨著泛在物聯網的推進,在控制方面泛在電力物聯網應用場景不久將從當前的星型集中連接模式向點到點分布式連接切換,主站系統將逐步下沉,出現更多的本地就近控制和邊緣計算。

主體系統的下沉,讓數據中心逐漸向現場、邊緣轉移,應運而生的邊緣計算則完美的解決這部分數據處理的問題。

 

PART 04 邊緣計算是處理數據下沉的利器

在講泛在電力物聯網的時候,常常會跟大數據、人工智能、云計算相關聯,但我們卻忽略了邊緣計算。

什么是邊緣計算呢?邊緣計算是指在靠近物或數據源頭的一側,采用網絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺,就近提供服務。其應用程序在邊緣側發起,產生更快的網絡服務響應,滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。邊緣計算處于物理實體和工業連接之間,或處于物理實體的頂端。

電力系統任何微小的進步都會帶來很大的優勢,但與之相對的,電力系統任何微小的故障也可能帶來很大的損失——電網的很多數據“保鮮期”很短,一旦處理延誤,就會迅速“變質”,數據價值呈斷崖式跌落。因此不是所有數據都必須上傳到云平臺,“邊緣計算”便發揮了巨大作用。

當前,物聯網信息處理基本都是“端-管-云”的模式——在應用的現場,“端”只負責收集數據、執行指令,而“云”負責所有的數據分析和控制邏輯功能。“邊緣計算”就是將部分數據分析功能,放到了應用場景的邊緣側(終端或網關)來實現,這種就近提供的智能服務可以滿足行業數字化在敏捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

連接圖.jpg

如果把大腦比作云端,那么邊緣計算就是神經末梢,對簡單的刺激進行自處理并將處理的特征信息反饋給云端大腦。在泛在電力物聯網領域,邊緣計算的應用,可以針對不同場所進行個性化定制功能。在遇到一些情況需要處理的時候,可以快速的在現場進行處理,而不是先上傳到云端,云端再返回處理。這樣可以大大減少反應時間,在一些重大故障需要緊急處理的時候,反應的快慢往往決定著事故的破壞程度!

雖然,邊緣計算設備的異構分布式計算、時序化存儲、跨站協調、冗余計算、超低能耗、智能操作系統等技術理論已經成熟,但適用于泛在電力物聯網場景的具體應用仍需一定的研發工作,在這方面,有方科技已經向前邁進了一步。

有方科技在本次大會上重點介紹了Open CPU創新解決方案。該方案基于高通MDM9x07平臺,使用MODEM芯片自身的計算能力(CortexA7)替代傳統的MCU,不僅提升了方案的集成度,降低了成本,也使芯片平臺的自身強大的計算能力更好地發揮,為泛在電力物聯網在終端側執行邊緣計算提供了一種新的方案選擇。

邊緣計算核心需求分析圖.jpg

LAST 總結:“萬物互聯”是物聯網的最終目標之一,泛在電力物聯網的“泛在”理念也彰顯了其“無處不聯接”的決心。但是,在連接的過程中,泛在電力物聯網在傳統電力系統領域以及新興領域等不同場景選擇合適的連接技術尤為重要,當前的主要任務是提升采集的通信能力,比如積極開展4G通信模塊改造、應用,開展無線專網、eSIM卡試點應用,以及合理布局5G的創新應用。

國家電網要在2021年將初步建成泛在電力物聯網,到2024年全面建成泛在電力物聯網,這一宏偉目標的實現,需要巨大的勇氣和實力。當然對于“宇宙電網”來說,時間、財力、物力、人力都不是問題。

不論從哪個方面來講,不可忽視的是泛在電力物聯網需求下所反映出來的,物聯網行業的發展前景。而物聯網發展之一則是智能制造的發展問題。

如何更快的抓住物聯網發展的機遇,需要的是一個更好的生產基地遂寧歐美產業園就是這樣一個基地。遂寧歐美產業園,位于國家級遂寧經濟技術開發區,一期占地700畝,總投資50億元。采用”以企興園”模式,為引進歐美先進的技術、管理理念,以及智能制造、高新技術等領域產業而打造的高科技園區。

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遂寧歐美產業園.jpg

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