SPN赋能电力5G虚拟专网

        随着气候变化的严峻形势日益显现，越来越多的国家和地区开始制定碳达峰和碳中和的计划和目标，并采取具体的行动来减少温室气体的排放，促进低碳经济的发展。中国政府在2020年联合国大会上提出了“3060”目标，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。为了实现双碳目标，我国将着力构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。电力5G虚拟专网的提出，将助力电网公司打造能源互联网与能源互联网企业，推动新型电力系统转型升级，从而支撑双碳目标。

电力5G虚拟专网业务需求及背景

        电力5G业务主要分为控制和采集两大类，遵循电力安全要求，以安全分区可进一步分为4类：生产控制大区-安全区I、II，管理信息大区-安全区III、IV。电力网络承载的业务差异性大，安全等级要求各不相同。比如生产控制I区的差动保护业务，对通信时延（端到端时延小于12ms）及可靠性要求高，高度依赖光纤通信，但配网终端通信点多面广，且布局分散；I区配电自动化业务和生产控制II区的大带宽视频会议业务对同步精度要求高，通过继电保护自动装置监测配电网线路和设备状态信息，快速实现配电网或设备故障精准定位，迅速隔离故障区段或故障设备。对于电力视频监控的场景，特别是高清监控需要超大带宽支持，如在变电站、高压线塔等区域部署4K摄像头，可部署多个进行多角度全方位的检视。

        根据电力业务安全要求，电网业务与其他ToB/ToC业务间物理隔离；电力生产控制大区和管理信息大区间物理隔离，大区内部逻辑隔离。传统电力网络分区依靠SDH、OTN、电力线载波等多种承载方案叠加部署，部署成本高，无法保障业务需求，也无法实现集中管控。

电力虚拟专网业务承载方案

        5G虚拟专网切片技术的出现，使得不同电力网络分区业务可在一个物理网络中，通过多个逻辑网络叠加，实现对电力业务的统一承载（见图1）。

        综合不同类型业务要求，网络切片规划时生产控制大区业务通过划分专用且资源独占的网络切片，并在无线侧使用RB（Radio Block）无线资源块预留叠加5QI优先级调度技术，承载侧使用MTN（Metro Transport Network）切片技术，核心网使用专用UPF（User Plane Function），实现与管理信息大区、其他ToB业务及公网业务之间的物理隔离；管理信息大区业务通过无线侧5QI优先级调度、承载侧VPN隔离、核心网共享行业网UPF，实现与其他ToB业务及公网业务的逻辑隔离，实现方案如表1所示。

        针对电力业务的小颗粒带宽和业务硬隔离需求特性，在MTN1.0标准5G带宽切片基础上，可部署FGU小颗粒（最小支持10M带宽）承载控保类高安全等级业务，如图2所示。

        安全III和IV区业务可共享VPN承载在现网的集客共享硬切片，安全I和II区业务可通过FGU小颗粒切片承载在独享VPN，FGU小颗粒切片可灵活分配N×10M带宽。在共享大网硬切片中，不同切片业务之间基于优先级调度；切片业务是独享VPN或是与其他切片业务共享VPN，主要取决于是否存在IP地址冲突，以及是否需要独立管理运维等角度来考虑。

        根据需求所列业务，结合传输切片特性，VPN可设计为：对生产控制大区-安全区I/II业务采用MTN硬切片（含小颗粒）与管理信息大区-安全区III/IV时隙硬隔离,安全区I/II业务内业务，可采用基于MTN client通道SR隧道的L3VPN或MTN subclient通道MPLS隧道的L2VPN，也可根据现网条件在MTN硬切片通道上采用VPN软隔离承载；对管理信息大区-安全区III/IV业务采用MTN硬切片和VPN软隔离承载。

江苏电力5G虚拟专网实践

        2022年8月，南京移动携手中兴通讯与国家电网江苏电力公司三方联合在南京江北新区顺利完成5G无线、核心网、承载网端到端切片环境下的差动保护、配电自动化、分布式光伏、精准负荷控制等电力生产控制类业务的测试验证。

        本次测试通过核心网电力专用UPF承载电力业务，传输SPN采用中兴通讯的ZXCTN6700核心汇聚设备和ZXCTN6180H接入层设备。测试结果表明，SPN小颗粒切片承载可实现电力控保业务安全隔离，相比于集客共享切片，小颗粒切片不受拥塞流的影响，具有刚性隔离类SDH能力；可根据电力业务带宽需求，部署最小10Mbps颗粒度硬切片，实现5G虚拟专网提供9ms端到端平均时延、零丢包率、可靠性>99.999%、同步授时精度误差小于500ns（满足电力业务1µs要求），可为电力业务提供安全、高效、确定性时延抖动的通信管理通道，为SPN网络支撑电力业务综合承载及其在电力行业的规模商用奠定坚实基础。