國家電網(wǎng)5G網(wǎng)絡建設方案：利用廣電700/60MHz建11.31萬座基站

  近日，國網(wǎng)(國家電網(wǎng))公司擬利用中國廣電700MHz頻段、60MHz頻譜資源開展5G網(wǎng)絡建設的消息不脛而走，《國家電網(wǎng)5G網(wǎng)絡建設方案》也隨即曝光。據(jù)悉，國網(wǎng)的5G網(wǎng)絡建設內容分為六個部分：核心網(wǎng)建設、承載網(wǎng)建設、基站建設、網(wǎng)管及支撐系統(tǒng)建設、安全體系建設和服務公司生產經(jīng)營的自用業(yè)務終端建設。

  方案具體內容如下：

  國網(wǎng)(國家電網(wǎng))公司擬利用中國廣電700MHz頻段、60MHz頻譜資源開展5G網(wǎng)絡建設。5G網(wǎng)絡建設內容分為六個部分：核心網(wǎng)建設、承載網(wǎng)建設、基站建設、網(wǎng)管及支撐系統(tǒng)建設、安全體系建設和服務公司生產經(jīng)營的自用業(yè)務終端建設。

國網(wǎng)5G網(wǎng)絡整體架構圖

  核心網(wǎng)

  國網(wǎng)公司5G核心網(wǎng)建設以業(yè)務需求為導向，建設國干層、大區(qū)層、省層和地市層4個網(wǎng)絡層級。在國干層設置骨干NRF(網(wǎng)絡存儲庫功能)兩套，在大區(qū)層設置6個核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元，在省層部署27個核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元，在地市層部署294個核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元。

分層部署的5GC組網(wǎng)架構圖

  國干層部署于兩個中心城市，負責網(wǎng)絡功能的注冊、發(fā)現(xiàn)和選擇，將5G網(wǎng)絡能力對外開放。

  大區(qū)層部署于國網(wǎng)公司6個分部，主要實現(xiàn)核心網(wǎng)控制面功能，負責終端的移動性和接入管理;SMF(會話管理功能)負責對話管理功能等。

  省層部署于國網(wǎng)公司27個省公司，地市層部署于294個地市公司，兩者主要實現(xiàn)核心網(wǎng)用戶面功能，負責數(shù)據(jù)匯聚、無線鏈路和媒體接入等。

  承載網(wǎng)

  國網(wǎng)5G承載網(wǎng)重點依托公司現(xiàn)有資源，分為省際干線、省內干線、本地網(wǎng)絡三部分。

承載網(wǎng)與核心網(wǎng)對應關系

  省際干線

  省際干線承載全國跨省業(yè)務，將全國中心、大區(qū)中心與省級中心相連，實現(xiàn)省級核心、大區(qū)核心、全國核心間數(shù)據(jù)互通。省際傳輸網(wǎng)采用OTN設備搭建，單臺傳輸容量80x100Gbps。全部設備安裝在總分部、省公司中心機房及500kV以上變電站通信機房內。

  目前國網(wǎng)公司省際干線光纜以OPGW光纜為主，隨500千伏及以上電網(wǎng)線路架設。目前跨區(qū)跨省光纜建設時間較早，光纜纖芯數(shù)量偏少，同時承載系統(tǒng)較多，資源利用率高，部分區(qū)段光纜資源出現(xiàn)瓶頸。省際干線優(yōu)先利用現(xiàn)有光纜空余纖芯，同時對現(xiàn)網(wǎng)設備進行騰退、整合，部分區(qū)段根據(jù)實際需求對光纜進行改造。

  省內干線

  省級光傳輸系統(tǒng)為國網(wǎng)三級骨干光傳輸網(wǎng)絡，承載各省跨地市業(yè)務，將省級中心與地市中心相連，實現(xiàn)各地市核心網(wǎng)與省級核心網(wǎng)之間業(yè)務上傳與下達。省級光傳輸系統(tǒng)采用OTN設備組網(wǎng)，網(wǎng)絡容量為80x100Gbps。全部設備安裝在省公司、地市公司、220kV及以上通信機房內。

  目前省內干線光纜以OPGW光纜為主，隨220千伏及以上電網(wǎng)線路架設，部分區(qū)段光纜資源出現(xiàn)瓶頸，需新建光纜。

  本地網(wǎng)絡

  本地網(wǎng)絡是地市基站上聯(lián)至地市5G核心網(wǎng)的承載網(wǎng)絡，分為地市接入層、地市骨干層。

本地網(wǎng)絡業(yè)務傳送結構

  地市骨干層在本地網(wǎng)絡中起到匯聚作用，將地市接入層上傳的5G基站上傳的業(yè)務回傳至地市5G核心網(wǎng)。地市骨干層傳輸網(wǎng)為國網(wǎng)四級骨干網(wǎng)絡，實現(xiàn)地市接入層業(yè)務的匯聚。單臺設備按照匯聚6臺接入層設備設計，采用80x100Gbps容量OTN設備，安裝位置為110kV站機房、縣公司機房為主的自有物業(yè)。

  地市骨干層上聯(lián)光纜依托地市110kV、35kV線路光纜，部分區(qū)段需新建光纜補充。目前110kV站機房大多采用一體化電源，難以滿足新增設備電源接入需求，涉及大量電源改造。部分機房條件簡陋，不滿足設備運行環(huán)境，需進行改造。

  地市接入層作為承載網(wǎng)絡末端層級，一般為環(huán)網(wǎng)結構，將5G基站與地市骨干層相連，從而將5G業(yè)務上傳至地市核心網(wǎng)。地市接入層傳輸網(wǎng)實現(xiàn)5G基站接入，單臺設備按照接入8座基站設計，設備覆蓋廣、數(shù)量多、帶寬需求大，采用40x100Gbps容量OTN設備。

  地市接入層光纜與現(xiàn)網(wǎng)光纜重合度不高，地市接入層下聯(lián)至5G基站、上聯(lián)至地市匯聚層光纜需要大量新建。地市接入層光傳輸設備安裝站址優(yōu)先選用變電站、配電所、營業(yè)廳等自有物業(yè)，部分站址選用第三方物業(yè)。所用站址電源不能滿足新增設備需求，大多數(shù)站點需要進行電源改造。

  無線接入網(wǎng)

  無線接入網(wǎng)建設以SA(Standalone：獨立組網(wǎng))作為基礎架構，以構建“布局層、補盲層、吸熱層”三者協(xié)作型無線結構化網(wǎng)絡為目標，充分利舊現(xiàn)有桿塔、機房等配套資源，新建基站11.31萬座，并完善配套電源設施。無線網(wǎng)絡將覆蓋公司經(jīng)營區(qū)域范圍內A+、A、B、C類區(qū)域以及D類部分區(qū)域65萬平方公里，包含國網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內60%以上的人口。

  5G基站選址方面，充分利用公司豐富的基礎資源設施，盡可能選用自有桿塔和站所(電力公司、變電站、供電所、營業(yè)廳等)，后期根據(jù)網(wǎng)絡覆蓋情況可考慮采用置換的方式租用鐵塔公司桿塔。

  在桿塔建設方面，按照站址資源類型，建設內容主要包括：

  (1)自有物業(yè)站所：在自有物業(yè)建筑物樓頂建設各種樓頂增高架、樓頂桅桿/抱桿，或建設自立鐵塔，用以加掛基站天線、安裝室外設備。

  (2)自有物業(yè)桿塔：在電力輸電桿塔上安裝鐵塔抱桿，以加掛基站天線、安裝室外設備。

  (3)租用鐵塔公司等第三方桿塔與站所：在第三方通信桿塔上安裝抱桿，以加掛基站天線、安裝室外設備。

  在機房建設方面，主要分為固定建筑物機房和室外活動機房兩類。

  對于自有物業(yè)站點，一般情況下，基站設備安裝在通信機房或二次設備機房內，屏位或機房面積不足時，需要擴建、改造;部分供電所、營業(yè)廳未設置機房的，需要新建。

  室外活動機房用于自有電力桿塔和租用第三方資源站點。其部署于自有電力桿塔站址，主要包括兩種方式，一是在110kV及以上電壓等級角鋼塔或鋼管塔內部布置緊湊型機房，有效使用面積約6m2;二是在110kV以下電壓等級的角鋼塔和各電壓等級鋼管桿，推薦在桿塔外部布置活動機房，并采取必要的防雷措施。

  在電源配套方面，對于供電公司、變電站、供電所、營業(yè)廳等自有物業(yè)站點，由于新增基站設備，電源負載需求增大，部分站點電源容量不足，需擴容或改造電源;上述自有物業(yè)新建機房、室外新建活動機房，應按照技術標準配置-48V電源系統(tǒng)。

  在前傳網(wǎng)絡方面，對于自有物業(yè)站所、自有物業(yè)桿塔兩種基站站址，可利舊現(xiàn)有的電力光纜資源，部分供電所、營業(yè)廳無本地接入光纜資源或纖芯容量不足的，需要新建前傳光纜;租用鐵塔公司等第三方桿塔與站所的，需要視具體情況租用或新建前傳光纜。

  網(wǎng)管系統(tǒng)

  國網(wǎng)公司基于核心網(wǎng)部署，分級建設網(wǎng)管系統(tǒng)。建設內容包括綜合網(wǎng)管系統(tǒng)、終端網(wǎng)管系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡運營支撐系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡運維支撐系統(tǒng)以及同步時鐘。

  面向新建的5G網(wǎng)絡，網(wǎng)絡管理、運營、運維的挑戰(zhàn)將是全方位的，自動化、智能化的網(wǎng)絡運營運維能力，將成為5G時代電信網(wǎng)絡運營運維的剛需。通過人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術的應用，實現(xiàn)高計算量數(shù)據(jù)分析、跨領域特性挖掘、動態(tài)策略生成等，建設綜合網(wǎng)管系統(tǒng)、運營支撐系統(tǒng)、運維支撐系統(tǒng)等一系列的平臺和系統(tǒng)，賦予5G時代網(wǎng)絡管理、運營、運維新的模式和能力。

  管理支撐平臺架構安全體系

  國網(wǎng)公司5G網(wǎng)絡安全體系的構建基于網(wǎng)絡的整體部署與業(yè)務接入規(guī)劃。重點打造涵蓋公司專網(wǎng)與和5G公網(wǎng)的隔離防護、5G網(wǎng)絡自身安全防護在內的網(wǎng)絡安全建設;開展海量物聯(lián)終端的接入防護與安全監(jiān)控建設，確保邊界安全與終端安全;根據(jù)業(yè)務類型的不同，開展針對性的安全防護設計與建設，確保業(yè)務安全。

  5G專網(wǎng)與和5G公網(wǎng)的隔離防護

  公司在5G網(wǎng)絡中根據(jù)自有業(yè)務需要，保留專用信道承載電力專用業(yè)務，實現(xiàn)與5G公網(wǎng)之間的物理隔離，滿足國家和行業(yè)監(jiān)管要求，具體方案如下：

  終端方面，電力專用業(yè)務和5G公網(wǎng)業(yè)務使用不同終端;空口方面，電力專用業(yè)務和5G公網(wǎng)業(yè)務使用不同固定頻段的頻譜，實現(xiàn)物理隔離;基站方面，電力專用業(yè)務和5G公網(wǎng)業(yè)務經(jīng)不同RRU接入不同的BBU基帶板，共用BBU控制、電源等公共板卡和機框;回傳網(wǎng)方面，通過電力回傳網(wǎng)絡采用時隙隔離方式，實現(xiàn)物理隔離;核心網(wǎng)方面，電力業(yè)務通過公司核心網(wǎng)絡傳輸，公網(wǎng)業(yè)務通過廣電核心網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)物理隔離。隔離防護示意圖如下所示：

  5G網(wǎng)絡自身安全防護

  建設5G網(wǎng)絡的系統(tǒng)性、差異性的安全保護能力，實現(xiàn)以用戶數(shù)據(jù)安全為中心，在數(shù)據(jù)從產生到傳輸至終端的完整生命周期中，不僅注意5G本身的安全防護，也要針對云、終端等進行系統(tǒng)地、完整地防護。建設可靠的差異化安全防護能力確保充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡針對不同用戶、不同業(yè)務的提供差異化安全防護服務。

  建設統(tǒng)一的端到端的身份認證體系，實現(xiàn)統(tǒng)一的認證鏈和權威的數(shù)字身份體系，從終端到云到運營商網(wǎng)絡到基站，都進行完整的身份認證，以過濾掉大部分的非法用戶和非法入侵，并防止如木馬等的傳播。

  建設邊緣計算的安全防護措施，保障電力業(yè)務系統(tǒng)的終端物理安全、云平臺安全、數(shù)據(jù)安全、通信安全。

  建設網(wǎng)絡切片安全防護機制，通過無線接入網(wǎng)隔離、承載隔離、網(wǎng)絡切片間隔離、網(wǎng)絡功能隔離、網(wǎng)絡切片與用戶隔離等安全措施保障網(wǎng)絡切片安全，防止網(wǎng)絡切片之間非法訪問。

  邊界和終端安全

  開展海量物聯(lián)終端的接入防護與安全監(jiān)控建設，通過eSIM安全芯片和安全模塊建設，采用可信加固、認證等措施解決各類終端偽造、接入等安全問題。開展信令數(shù)據(jù)及用戶面數(shù)據(jù)保密性和完整性保護，實現(xiàn)無線通信終端和基站之間雙向認證。

  業(yè)務應用安全

  根據(jù)不同類型的5G網(wǎng)絡承載業(yè)務，分析典型安全風險和需求，開展針對性的安全防護設計和建設工作：

  針對帶寬有極高需求的eMBB(增強移動寬帶)場景，如超清視頻監(jiān)控、移動巡檢等，5G網(wǎng)絡可通過擴展LTE安全機制來滿足eMBB場景所需的安全需求。

  針對鏈接密度有較高要求的mMTC(海量機器類)，如智能家居和用電信息采集類業(yè)務，設計輕量級安全算法和簡單高效的安全協(xié)議，降低物聯(lián)網(wǎng)設備在認證和身份管理方面的成本，實現(xiàn)面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量設備的高效安全防護。

  針對低時延高可靠性的uRLLC(超可靠低時延)場景,例如配電自動化、配網(wǎng)差動保護等，通過降低需要優(yōu)化業(yè)務接入過程身份認證的時延、數(shù)據(jù)傳輸安全保護帶來的時延、終端移動過程由于安全上下文切換帶來的時延、以及數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡節(jié)點中加解密處理帶來的時延。

  業(yè)務及終端

  國網(wǎng)公司在建設5G網(wǎng)絡的同時購置部分自有業(yè)務終端，開展業(yè)務接入工作。先期接入的主要業(yè)務類型包括配電自動化、用電信息采集、精準負荷控制、配變監(jiān)測、分布式能源等。

  國網(wǎng)5G網(wǎng)絡運營主要面向2B和2C兩類客戶，其中2B業(yè)務又可以分為公司自有業(yè)務(如配電自動化、用電信息采集等)和其他行業(yè)(企業(yè))用戶業(yè)務。

  參照公網(wǎng)運營管理經(jīng)驗，運營商不負責終端的采購和建設，由業(yè)務使用者自行解決，如個人手機、企業(yè)用終端CPE(客戶前置設備)等，因此國網(wǎng)5G網(wǎng)絡建設的終端部分主要為服務公司生產經(jīng)營的自用業(yè)務終端建設，主要業(yè)務類型包括配電自動化、用電信息采集、精準負荷控制、配變監(jiān)測、分布式能源等。

  當前電力業(yè)務接入無線網(wǎng)絡主要是通過獨立CPE終端接入方式實現(xiàn)，隨著網(wǎng)絡大規(guī)模建設和終端大規(guī)模接入，外置式獨立CPE終端無法滿足建設和運維的需求，嵌入業(yè)務終端內部的模塊式通信倉將是合理的解決手段，如在電表集中器中用700MHz頻段的5G通信倉替代現(xiàn)有的運營商4G通信倉，插入公司5G網(wǎng)絡的sim卡即可接入網(wǎng)絡。

  下圖以營銷業(yè)務為例展現(xiàn)了兩種不同的終端形態(tài)。

  人才隊伍建設

  建議以5G網(wǎng)絡建設為契機，持續(xù)開展5G技術培訓，不斷培養(yǎng)專家型、復合型人才。同時，允許各級通信機構嘗試使用更為靈活的用工方式(如：勞務派遣、業(yè)務外包等)，進而實現(xiàn)無線網(wǎng)絡建設人才的迅速擴充。5G網(wǎng)絡建成后，參與建設的人才隊伍可轉為網(wǎng)絡運維人員，從而建立一支長期穩(wěn)定的建設管控和運維管理團隊。