"萬(wàn)物互聯(lián)”是
物聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)之一,泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的“泛在”理念也彰顯了其“無(wú)處不聯(lián)接”的決心。但是,在連接的過(guò)程中,泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)
電力系統(tǒng)領(lǐng)域以及新興領(lǐng)域等不同場(chǎng)景選擇合適的連接技術(shù)尤為重要,當(dāng)前的主要任務(wù)是提升采集的
通信能力,比如積極開(kāi)展 4G 通信模塊改造、應(yīng)用,開(kāi)展無(wú)線專網(wǎng)、
eSIM 卡試點(diǎn)應(yīng)用,以及合理布局
5G 的創(chuàng)新應(yīng)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(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用論壇。本次論壇參與方包括國(guó)家電網(wǎng)專家、電力終端廠商、
運(yùn)營(yíng)商代表等,圍繞蜂窩通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地與未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行了分享與探討。
通過(guò)參與此次論壇,筆者認(rèn)為通訊技術(shù)與不同應(yīng)用場(chǎng)景的契合程度才是應(yīng)用成功落地的核心因素之一。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)的過(guò)程中,應(yīng)該根據(jù)具體細(xì)分的應(yīng)用場(chǎng)景有選擇的采用匹配度最高的技術(shù)連接,并用整體性思維選擇最佳的實(shí)用方案,靠最終的數(shù)據(jù)、效果說(shuō)話。
在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用和環(huán)節(jié)中,物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)要解決的主要問(wèn)題是數(shù)據(jù)獲取、
數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理。由此產(chǎn)生的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是我們不得不面對(duì)的:
不同細(xì)分領(lǐng)域,如何正確匹配合適的通訊技術(shù)?
在大量數(shù)據(jù)下沉的情況下,數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性該如何保證?
下面,我們嘗試從具體應(yīng)用場(chǎng)景中探尋這兩個(gè)問(wèn)題的答案,在此之前,我們先理清泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景有哪些。
物聯(lián)網(wǎng)視角下的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念是由國(guó)家電網(wǎng)公司在 2019 年兩會(huì)報(bào)告中首次提出,并成為和堅(jiān)強(qiáng)
智能電網(wǎng)相提并論的“兩網(wǎng)建設(shè)”重點(diǎn)工作。其架構(gòu)包含感知層、
網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、
應(yīng)用層。
感知層包括電表在內(nèi)的各種
傳感器。感知層的數(shù)據(jù)要到網(wǎng)絡(luò)層需要兩個(gè)步驟,首先是從感知層終端模組到物聯(lián)網(wǎng)
基站,基站收到數(shù)據(jù)以后,再回傳到平臺(tái)系統(tǒng)。因此網(wǎng)絡(luò)層其實(shí)包括兩個(gè)部分,一是從終端模組到基站,二是從基站到平臺(tái)信息系統(tǒng)。
在這兩個(gè)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(wǎng)
無(wú)線通信核心技術(shù),既可以通過(guò)傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商 3G、4G 網(wǎng)絡(luò),也可以通過(guò)電力專網(wǎng)傳輸。在這個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上可以建立各種各樣的業(yè)務(wù)應(yīng)用,這就是從感知層到網(wǎng)絡(luò)層、到平臺(tái)層、最終到應(yīng)用層的完整環(huán)節(jié)。
就物聯(lián)網(wǎng)和電力系統(tǒng)發(fā)展情況來(lái)看,當(dāng)前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)處于初步布局的階段,重點(diǎn)布局應(yīng)該還是在感知層和網(wǎng)絡(luò)層,國(guó)家電網(wǎng)當(dāng)前投入資金的主要用途應(yīng)該是在感知層和網(wǎng)絡(luò)層方面。所以,選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄓ嵓夹g(shù)尤為重要。
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在不同領(lǐng)域的連接選擇
根據(jù)電力的輸送路徑,電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在用電側(cè)、配電側(cè)、變電側(cè)、輸電側(cè)、發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)資產(chǎn)管理等細(xì)分領(lǐng)域。
下圖更直觀一些。
從電力設(shè)備的角度,應(yīng)用場(chǎng)景包括測(cè)溫、電氣設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)等;從用戶側(cè),應(yīng)用場(chǎng)景包括
智能電表、智能電器、智能
充電樁,甚至漏電監(jiān)測(cè),以及能效管理、智能建筑、智能消防等。
而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景,因?yàn)?ldquo;泛在”二字拓展到無(wú)比龐大的格局,即國(guó)家電網(wǎng)所稱的 SG-eIoT(electric Internet of Things):把電力的輸電、變電、配電、用電、經(jīng)營(yíng)五大業(yè)務(wù)結(jié)合通訊、計(jì)算、控制等技術(shù),把終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、運(yùn)維、安全五大體系融合進(jìn)網(wǎng)、云、層、邊、端,把電力、數(shù)據(jù)、服務(wù)都變成一種取之不盡的基礎(chǔ)設(shè)施流。
除此之外,國(guó)家電網(wǎng)公司正在推廣的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用還包括實(shí)物 ID 提升移動(dòng)作業(yè)、虛擬電廠、能源
大數(shù)據(jù)、全景安防等。
整體來(lái)看,由于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)并不缺電,對(duì)
低功耗不是剛需,所以綜合以上應(yīng)用場(chǎng)景,在電力系統(tǒng)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)過(guò)程中,以 4G、5G 為主的蜂窩 IoT 才是主流。
5G 等蜂窩通信技術(shù)打通泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的脈絡(luò)
目前,4G 制式通信模塊才是國(guó)家電網(wǎng)采用的主流連接技術(shù)。在當(dāng)日的峰會(huì)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(yuǎn)程通信單元需求數(shù)量占比高達(dá) 97%,全國(guó)有 18 個(gè)省的電力公司全部采用 4G 制式。
從最近三年遠(yuǎn)程通信單元方案需求的變化情況來(lái)看,230MHz、
CDMA 基本停滯;GPRS 增長(zhǎng)乏力,4G 雖然高速增長(zhǎng)到 97.01%,但年度市場(chǎng)占有率已經(jīng)到達(dá)天花板。
在 4G 通信
芯片市場(chǎng)方面,高通擁有絕對(duì)的話語(yǔ)權(quán)。比如,在智能電表細(xì)分領(lǐng)域,有方科技推出的基于高通芯片平臺(tái)的 4G 全網(wǎng)通通信模塊 N710N720 等產(chǎn)品,并憑借該系列產(chǎn)品的穩(wěn)定性以及可靠性,自 2015 年開(kāi)始至今,一直保持電力行業(yè)市場(chǎng)占有率第一的地位。
其系統(tǒng)示意圖如下:
隨著技術(shù)的演變,鑒于 4G 模塊在電力市場(chǎng)上的占有率已經(jīng)觸及天花板,可以預(yù)見(jiàn)的是,即將商用的 5G 將會(huì)為泛在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供一種更優(yōu)的無(wú)線通信解決方案。在本次論壇上,高通物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)馬進(jìn)武在接受物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)專訪時(shí)表示,
“高通正與國(guó)家電網(wǎng)公司探討如何在 5G 上深入合作,共同推進(jìn) 5G 應(yīng)用進(jìn)程。因?yàn)?5G 具備的大連接、高速率、低時(shí)延等特點(diǎn)能更好地滿足電網(wǎng)在授時(shí)、頻率、相位、時(shí)效性的高標(biāo)準(zhǔn)要求,不僅如此,5G 的大規(guī)模應(yīng)用還能給泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的‘泛在’應(yīng)用帶來(lái)極大的可操作空間。高通期望更快把 5G 技術(shù)運(yùn)用到國(guó)家電網(wǎng)推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程中去。”
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要包括信息的采集和傳輸,以及通過(guò)分析數(shù)據(jù)進(jìn)而進(jìn)行的控制,泛在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用也不例外。隨著泛在物聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn),在控制方面泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景不久將從當(dāng)前的星型集中連接模式向點(diǎn)到點(diǎn)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(jì)算。
主體系統(tǒng)的下沉,讓
數(shù)據(jù)中心逐漸向現(xiàn)場(chǎng)、邊緣轉(zhuǎn)移,應(yīng)運(yùn)而生的邊緣計(jì)算則完美的解決這部分?jǐn)?shù)據(jù)處理的問(wèn)題。
邊緣計(jì)算是處理數(shù)據(jù)下沉的利器
在講泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候,常常會(huì)跟大數(shù)據(jù)、
人工智能、
云計(jì)算相關(guān)聯(lián),但我們卻忽略了邊緣計(jì)算。
什么是邊緣計(jì)算呢?邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè),采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開(kāi)放平臺(tái),就近提供服務(wù)。其
應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起,產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng),滿足行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。邊緣計(jì)算處于物理實(shí)體和工業(yè)連接之間,或處于物理實(shí)體的頂端。
電力系統(tǒng)任何微小的進(jìn)步都會(huì)帶來(lái)很大的優(yōu)勢(shì),但與之相對(duì)的,電力系統(tǒng)任何微小的故障也可能帶來(lái)很大的損失——電網(wǎng)的很多數(shù)據(jù)“保鮮期”很短,一旦處理延誤,就會(huì)迅速“變質(zhì)”,數(shù)據(jù)價(jià)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(tái),“邊緣計(jì)算”便發(fā)揮了巨大作用。
當(dāng)前,物聯(lián)網(wǎng)信息處理基本都是“端 - 管 - 云”的模式——在應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng),“端”只負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)、執(zhí)行指令,而“云”負(fù)責(zé)所有的數(shù)據(jù)分析和控制邏輯功能。“邊緣計(jì)算”就是將部分?jǐn)?shù)據(jù)分析功能,放到了應(yīng)用場(chǎng)景的邊緣側(cè)(終端或網(wǎng)關(guān))來(lái)實(shí)現(xiàn),這種就近提供的智能服務(wù)可以滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。
如果把大腦比作云端,那么邊緣計(jì)算就是神經(jīng)末梢,對(duì)簡(jiǎn)單的刺激進(jìn)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(wǎng)領(lǐng)域,邊緣計(jì)算的應(yīng)用,可以針對(duì)不同場(chǎng)所進(jìn)行個(gè)性化定制功能。在遇到一些情況需要處理的時(shí)候,可以快速的在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(yīng)時(shí)間,在一些重大故障需要緊急處理的時(shí)候,反應(yīng)的快慢往往決定著事故的破壞程度!
雖然,邊緣計(jì)算設(shè)備的異構(gòu)
分布式計(jì)算、時(shí)序化存儲(chǔ)、跨站協(xié)調(diào)、冗余計(jì)算、超低能耗、智能操作系統(tǒng)等技術(shù)理論已經(jīng)成熟,但適用于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的具體應(yīng)用仍需一定的研發(fā)工作,在這方面,有方科技已經(jīng)向前邁進(jìn)了一步。
有方科技在本次大會(huì)上重點(diǎn)介紹了 Open
CPU 創(chuàng)新解決方案。該方案基于高通 MDM9x07 平臺(tái),使用 MODEM 芯片自身的計(jì)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(tái)的自身強(qiáng)大的計(jì)算能力更好地發(fā)揮,為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在終端側(cè)執(zhí)行邊緣計(jì)算提供了一種新的方案選擇。
總結(jié):“萬(wàn)物互聯(lián)”是物聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)之一,泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的“泛在”理念也彰顯了其“無(wú)處不聯(lián)接”的決心。但是,在連接的過(guò)程中,泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)領(lǐng)域以及新興領(lǐng)域等不同場(chǎng)景選擇合適的連接技術(shù)尤為重要,當(dāng)前的主要任務(wù)是提升采集的通信能力,比如積極開(kāi)展 4G 通信模塊改造、應(yīng)用,開(kāi)展無(wú)線專網(wǎng)、eSIM 卡試點(diǎn)應(yīng)用,以及合理布局 5G 的創(chuàng)新應(yīng)用。
國(guó)家電網(wǎng)要在 2021 年將初步建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng),到 2024 年全面建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng),這一宏偉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),需要巨大的勇氣和實(shí)力。當(dāng)然對(duì)于“宇宙電網(wǎng)”來(lái)說(shuō),時(shí)間、財(cái)力、物力、人力都不是問(wèn)題。