基于电力5G的MEC网络架构与部署策略

刘元莹 徐溯 姚鹏

（国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 江苏省镇江市 212002）

1 边缘计算技术

随着互联网、企业IT和智能手机的大规模商用，激起了以大型集服务器群为基础的云计算浪潮。一些公司成为这个领域的领军者，即所谓的超大规模云计算玩家，包括亚马逊、微软和谷歌。近年来，其他公司也加入了这一市场，并正在迅速扩大规模，包括IBM、Oracle以及中国的阿里巴巴和腾讯。尽管边界很难严格定义，但可信迹象表明，边缘计算这一新浪潮正在发展，这标志着算力和资源靠近客户部署的分布式转型将成为趋势。本质上讲，这表示业务模式从以网络为中心转变为以工作负载为中心，本地化成为首要原则。但这并不是非此即彼的情况，集中式云数据中心将继续存在，且整体容量仍可能继续扩大，但新的需求（如物联网和企业）以及5G时代超低时延业务的潜力正在将计算拉近最终用户。3GPP定义C/U分离的网络架构，在5G网络中UPF是MEC的数据入口；ETSI定了MEC的商业框架，包含应用场景、整体架构、部件以及API接口。UPF是ETSI与3GPP网络架构融合的锚点。用户平面功能（UPF）在5G网络中的集成MEC部署中起着关键作用。MEC可以提供APP以纯软件方式运行在虚拟基础设施上的技术框架。UPF作为数据面锚点，形成的连接+计算的融合汇聚节点。

2 5G在电力应用的关键问题

当前在电力应用过程中，主要面临的两种挑战分别为：

2.1 安全性问题

在对电力系统和相关的配电站进行终端和主站的信息传递时，必须要对整个数据的保护和数据的传输来进行加密方式的落实，但是仍然需要多样化的验证方式来确保整个加密算法具有较高的实际功能，能够真正的实现信息予以保密的形态进行传递；

2.2 持续连接的问题

在终端线路之间的保护过程中，想真正的实现监督体系和后期监控制度之间的一体化状态，确保其以连续的方式来满足整体的配电网需求，确保信息能够在规定时间内以保密的形态进行传递，还能以较为平稳运行的发展状态来对整个配电网系统进行有效的保护，所以真正地解决当前电力应用体系在发展过程中所面临的各种挑战。

3 基于电力5G的MEC网络架构与部署策略

3.1 部署模式

MEC所具有的部署模式较为多样化，通常情况下都会将5G网络与之相结合，有效地帮助运营商来进行网络建设的形态构建，还可以有效地帮助本地的电信业务实现计算能力的最大化提高。在进行电力业务的部署和变电站的规模确定时，MEC发挥着十分重要的作用，可以有效地对各种配电网业务模式进行优化和革新，赋予其更多的自动化和智能化形态和设备，然后例如一些智能机器人来对后期的各种形态做出有效的监督和检查，提高整个新业态的功能和模式，甚至可以顺应未来时代发展潮流和科技的创新发展要求，够有效地满足客户端用户对于电力物联网的实际需求。在进行电力系统和各项业务的有效推广和整合的过程时，部署模式需要根据具体电力流向和体系的规划来进行明确的部署，从而可以提高后期部署形态和模式的高效率和高质量性。

3.2 基站侧部署

我们对上图一中的蓝色线进行部署之后发现，利用运营商的5G网络来对MEC数据库进行有效的部署，然而可以缩短服务的时间，并提高整个服务的质量和效率，实现电压网之间信息的有效传递。

3.3 汇聚侧部署

而对紫色线的部署情况进行有效分析之后发现，在明确具体的运营商MEC部署结构时，必须结合实际业务的具体需求和网络现状等相关因素来进行后期的战略部署和计划的调整，才能够真正的时整个汇聚策部署情况得到优化。然而现阶段大部分的电力应用场景较为复杂且多样，不能利用统一的电力MEC系统来为其进行部署，导致操作人员无法利用科学合理的操作系统来提高整个电力业务的安全性。但是随着MEC部署层次的逐渐提高，所应用的中心机房等级也随之而增加，能够有效地拓宽电力业务，还可以帮助电力企业节约一定的生产成本和资金，最大程度的降低后期再进行网络运维工作的压力。

3.4 网络架构

5G网络形态在传统网络的基础上得到进一步的升级和优化，主要是通过多样化的服务器体系和逐渐的眼镜来实现软件的多样化部署，可以最大程度的提高网络的承接功能和开放功能。终端用户在进行网络和数据的应用时，也可以根据后期相关业务的管理和连接来实现整体效能的增加，还可以帮助后期的运维监督管理商来进行后期的监督工作，促进整个网络业务的切片管理和授权管理发展。而且对于网络架构的使用时，也可以提供专业的无线网络来进行信息的安全隔离，从而可以实现资源的最大化利用和优势匹配，有效地实现用户使用的安全性发展。5G网络主要是由两种网络形式组合而成，分别是独立组网和非独立组网，可以呈现出多样化的选择系统架构形态。在进行NSA网络形态的具体构建时，通常利用各种形态的网络之间进行重复性检验和核心网络的传承，然后能够大大增加整个网络的覆盖面积，并且可以为网络运营商节约一定的生产成本，这类独立的核心网络体系能够有效的实现网络的切片式管理，可以为后期的行业发展提供一定的基础性信息形态，但在初期的发展过程中可能会由于投入成本较高而产生一定的制约性影响。

（1）5G网络切片体系的主要基础是SDN和NFV。这种形式的网络切片计划形态可以有效地融合各种网络核心网域的优点，其中，后者应用技术可以有效的将各种核心化网络以虚拟化的形态进行展示，而前者应用技术可以对互联网流域进行科学有效的编制。虚拟化的基础设施管理模型可以针对各种形式的角色来进行网络形态的分配，并且可以根据基础化的网络信息形态来进行计算资源的储存，然后根据各种编排器的要求，来最大程度的满足各种用户的实际需求，并且可以利用虚拟机器来实现客户各种需求的有效虚拟展现。不仅如此，SDN控制器角色还可以对基础设施层还有虚拟化网络资源进行科学合理的分配和控制，实现虚拟机中心控制体系与下端各类连接器之间的有效结合。从网络切片方案的具体形态中我们可以发现:再利用广域网的基础设施，控制器和管理器的综合性应用时，可以有效的发布各类管理执行任务，有效地满足各类网络服务的具体需求。而且不同的网络切片状态还可以实现运营支撑体系的最大效用的发挥，并且利用独特的网络编排器来满足不同租户的需求，根据有效的资源编排器来实现虚拟资源的最大化分配。

（2）在利用5G网络切片技术的时候，随着应用电力设备和中心体系规模的不断扩大，对用电的需求和整个通信体系的速度具有更高的要求。所以，现阶段在发展5g网络电力物联网络的平台发展和体系构建的过程中，最大的挑战就是成本的降低和信息化效率的提升。而网络切片技术可以有效的根据悉尼化的网络状态来对其各类网络进行有效的区分和切片，使其保持独立的状态来满足不同用户的需求，从而可以最大程度的提高电力物联网络与实际用电需求之间的合理分配效用。操作人员也可以根据用户的实际需求，来为其进行逻辑网络切片的资源化分配，将那些较为虚拟的资源已较为形象的影视展现到硬件架构中，并且可以通过实际存在的网络形式条件来对其进行操控。

（3）MEC。这类流程体系架构主要是在为终端用户提供效率更高且更综合性的通信服务体系而努力，并且可以有效的利用这种云计算平台来进行体系的升级和优化，实现移动通信网络的有效迁移和网络边缘化发展。而对于欧洲地区的电信标准化委员会定义的MEC体系，需要整个体系内部包含不同的管理和能力开发掌管的基础性体系和构建，然后这种边缘化的基础性设施可以有效地实现数据的综合性整合。

4 测试

4.1 测试流程

系统组网方案可参照图1所示。

图1：系统组网方案

（1）5GSA在进行切片业务时，电力III/IV区可以有效地确保监控操作次数和监控时间，然后在后台观察整个运行网络的具体操作情况，利用远程操控系统和相关的操作手段来将次数控制在3000次左右。

（2）5GSA对其进行隔离性检验测试。利用核心网络和相关的公网体系来对各种数据进行系统端传输的操作检验，然后根据端切片之间的具体显现状况来明确数据之间是否具有隔离性，最终发现切片之间并不会受到其他切片的影响。

4.2 验证结果

（1）对5GSA与电力行业进行服务进行后期的验证，可以发现：电力由于区域的不同所形成的业务之间也有所差异，对于I/II区的电力业务而言，数据之间可以通过远程的操作手段来进行指令的下发和数据之间的有效联通，最终的操作次数可以达到3000次，而且具有百分之百的成功率。而III/IV区的电力业务，主要以视频监控的形式存在，可以确保在长时间的视频测试和回传的过程中，不出现信号紊乱和卡顿的现象，而且整个视频在播放过程中具有较为稳定的流量。

（2）在对传输网进行最终的测试时，可以将整体的传速平均速率维持在1841μs，而且随着抖动频率的不断稳定，也可以提高整个巡检业务的稳定性，这些都可以表明电力输送管道在运行状态下受到外界的环境影响较少，甚至可能与管道的堵塞问题之间并没有较大联系。

4.3 测试结论

通过测试相关的数据显示，将5G网络与MEC网络进行互相融合，可以有效地对相关的网络构架进行布局，能够有效地承接相关业务管理的压力，推动整个电力业务的平稳运行发展，对于未来的优化创新也有一定的积极影响。

5 结束语

基于电力5G的MEC网络架构与部署为基础，以传统电力系统为核心，结合5G、MEC等先进技术，构成了一个高效、可靠、实时的能源系统。作为未来能源产业的发展方向，通过人与物之间的互联互通，打造智慧能源综合服务平台，进一步保障电网的可靠与经济运行。