芯耀
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"萬物互聯(lián)”是物聯(lián)網的最終目標之一，泛在電力物聯(lián)網的“泛在”理念也彰顯了其“無處不聯(lián)接”的決心。但是，在連接的過程中，泛在電力物聯(lián)網在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)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(chuàng)新應用。
4 月 16 日，筆者參與了由有方科技主辦、高通公司協(xié)辦的 2019 年蜂窩通信技術與泛在電力物聯(lián)網應用論壇。本次論壇參與方包括國家電網專家、電力終端廠商、運營商代表等，圍繞蜂窩通信技術與泛在電力物聯(lián)網應用落地與未來趨勢進行了分享與探討。
通過參與此次論壇，筆者認為通訊技術與不同應用場景的契合程度才是應用成功落地的核心因素之一。泛在電力物聯(lián)網推進的過程中，應該根據(jù)具體細分的應用場景有選擇的采用匹配度最高的技術連接，并用整體性思維選擇最佳的實用方案，靠最終的數(shù)據(jù)、效果說話。
在泛在電力物聯(lián)網的具體應用和環(huán)節(jié)中，物聯(lián)網通訊技術要解決的主要問題是數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理。由此產生的兩個關鍵問題是我們不得不面對的：
不同細分領域，如何正確匹配合適的通訊技術？
在大量數(shù)據(jù)下沉的情況下，數(shù)據(jù)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(lián)網的典型應用場景有哪些。
物聯(lián)網視角下的“泛在電力物聯(lián)網”
感知層包括電表在內的各種傳感器。感知層的數(shù)據(jù)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(lián)網基站，基站收到數(shù)據(jù)以后，再回傳到平臺系統(tǒng)。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(tǒng)。
在這兩個步驟中，從終端模組到基站的數(shù)據(jù)傳輸采用的是物聯(lián)網無線通信核心技術，既可以通過傳統(tǒng)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(yè)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(huán)節(jié)。
就物聯(lián)網和電力系統(tǒng)發(fā)展情況來看，當前泛在電力物聯(lián)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?shù)耐ㄓ嵓夹g尤為重要。
泛在電力物聯(lián)網在不同領域的連接選擇
根據(jù)電力的輸送路徑，電力物聯(lián)網的應用場景主要集中在用電側、配電側、變電側、輸電側、發(fā)電側、電網資產管理等細分領域。
下圖更直觀一些。
而泛在電力物聯(lián)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(yè)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(shù)據(jù)、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(lián)網創(chuàng)新應用還包括實物 ID 提升移動作業(yè)、虛擬電廠、能源大數(shù)據(jù)、全景安防等。
整體來看，由于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)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(tǒng)進行物聯(lián)網推進過程中，以 4G、5G 為主的蜂窩 IoT 才是主流。
5G 等蜂窩通信技術打通泛在電力物聯(lián)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(shù)量占比高達 97%，全國有 18 個省的電力公司全部采用 4G 制式。
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。
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 N710N720 等產品，并憑借該系列產品的穩(wěn)定性以及可靠性，自 2015 年開始至今，一直保持電力行業(yè)市場占有率第一的地位。
其系統(tǒng)示意圖如下：
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(lián)網的發(fā)展提供一種更優(yōu)的無線通信解決方案。在本次論壇上，高通物聯(lián)網產品市場總監(jiān)馬進武在接受物聯(lián)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(guī)模應用還能給泛在電力物聯(lián)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(lián)網的進程中去。”
物聯(lián)網的應用主要包括信息的采集和傳輸，以及通過分析數(shù)據(jù)進而進行的控制，泛在物聯(lián)網中的應用也不例外。隨著泛在物聯(lián)網的推進，在控制方面泛在電力物聯(lián)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(tǒng)將逐步下沉，出現(xiàn)更多的本地就近控制和邊緣計算。
主體系統(tǒng)的下沉，讓數(shù)據(jù)中心逐漸向現(xiàn)場、邊緣轉移，應運而生的邊緣計算則完美的解決這部分數(shù)據(jù)處理的問題。
邊緣計算是處理數(shù)據(jù)下沉的利器
什么是邊緣計算呢？邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)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(fā)起，產生更快的網絡服務響應，滿足行業(yè)在實時業(yè)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(yè)連接之間，或處于物理實體的頂端。
電力系統(tǒng)任何微小的進步都會帶來很大的優(yōu)勢，但與之相對的，電力系統(tǒng)任何微小的故障也可能帶來很大的損失——電網的很多數(shù)據(jù)“保鮮期”很短，一旦處理延誤，就會迅速“變質”，數(shù)據(jù)價值呈斷崖式跌落。因此不是所有數(shù)據(jù)都必須上傳到云平臺，“邊緣計算”便發(fā)揮了巨大作用。
當前，物聯(lián)網信息處理基本都是“端 - 管 - 云”的模式——在應用的現(xiàn)場，“端”只負責收集數(shù)據(jù)、執(zhí)行指令，而“云”負責所有的數(shù)據(jù)分析和控制邏輯功能。“邊緣計算”就是將部分數(shù)據(jù)分析功能，放到了應用場景的邊緣側（終端或網關)來實現(xiàn)，這種就近提供的智能服務可以滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。
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(lián)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(xiàn)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(xié)調、冗余計算、超低能耗、智能操作系統(tǒng)等技術理論已經成熟，但適用于泛在電力物聯(lián)網場景的具體應用仍需一定的研發(fā)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(chuàng)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(tǒng)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(fā)揮，為泛在電力物聯(lián)網在終端側執(zhí)行邊緣計算提供了一種新的方案選擇。
總結：“萬物互聯(lián)”是物聯(lián)網的最終目標之一，泛在電力物聯(lián)網的“泛在”理念也彰顯了其“無處不聯(lián)接”的決心。但是，在連接的過程中，泛在電力物聯(lián)網在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)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(chuàng)新應用。
國家電網要在 2021 年將初步建成泛在電力物聯(lián)網，到 2024 年全面建成泛在電力物聯(lián)網，這一宏偉目標的實現(xiàn)，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。
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