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中国移动发布5G+应用场景白皮书:共创5G未来,赋能百业新篇章
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更新于2024-07-16
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《5G+应用场景白皮书(预览版)》是一份由中国移动发布的详细阐述5G在各行业应用的深度文档。该报告揭示了5G技术对于经济社会发展的重要影响,强调了其作为融合创新、经济增长引擎的角色。随着2019年10月中国5G商用的启动,5G时代正式拉开序幕,中国移动作为全球最大的电信运营商,扮演着5G网络建设的主导者、5G应用推广的推动者以及服务大众的先行者。 报告中,中国移动提出“5G+”战略,通过5G与4G的协同发展、AI、大数据、云计算、物联网(AICDE)的融合创新、以及生态系统的共建和多元化应用(如工业互联网、智慧能源、智慧交通等)的拓展,推动5G成为社会信息流动的核心通道、产业转型升级的关键驱动力和数字社会的基石。白皮书涵盖了14个重点行业,共计100个应用场景,如5G工业互联网通过连接机器、物料和人,提升生产效率;5G智慧能源实现智能监控和优化;5G智慧交通则带来自动驾驶和高效交通管理。 每章都深入探讨了5G如何在各个领域如金融、媒体、教育、农业、城市管理和无人机等方面发挥作用,展现了5G时代下数字经济的新兴业态。例如,5G云游戏提供沉浸式的游戏体验,5G智慧园区则实现智能化管理和运营。 中国移动不仅关注5G技术本身的发展,更注重与产业伙伴的协同合作,共同推动5G深入到各行各业,开启数字经济的新篇章。这份白皮书旨在探索5G创新应用的潜力,引导行业走向万物互联、赋能百业的新时代,共创5G的美好未来。 《5G+应用场景白皮书》是中国移动对未来5G应用的深度洞察和战略部署,它不仅展示了5G技术的当前成就,更是对5G时代商业和社会变革的前瞻思考,具有重要的参考价值。
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应用场景白皮书 5G 智慧能源
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网络层 :
结合 5G 三大网络特性、网络切片技术以及智能电网各类业务的通信需求,可构建各类定制化的切片,能够
满足电网不同的业务需求。每类切片可按需构建多个网络切片实例,电力企业可根据切片资源特性及业务需求,为业务提
供差异化的网络切片服务。
平台层:
基于运营商的能力开放,为电力企业构建电力业务通信管理支撑平台,平台主要分为数据采集与控制层、
平台层、管理应用层及横向接口四个层次,实现 5G 通信网络中的连接管理、终端管理、切片管理等功能。
应用层:
5G 智能电网应用层总体上可分为控制、采集两大类。其中,控制类包含新能源厂站通信、配网差动保护、
配网自动化三遥和配网 PMU 等;采集类主要包括电厂智能化巡检、输电线路无人机巡检、变电站综合监控和高级计量等。
2.2 智慧矿山
中国移动依托自身领先的 5G 技术,结合终端及平台能力,在井上和井下不同类别的场景下,打造类型丰富的物联网
连接,形成多样化的应用切入,助力“无人矿区”、“少人矿区”的实现。
采集层:
主要采集矿区应用环境下的各类采矿设备数据,包括井上、井下各类终端、传感器、摄像头、行业专用网关等。
企业通过各类设备终端,实现对设备的全面综合感知和操控。
网络层:
利用 5G 网络低时延、高速率、海量连接的特性,围绕井上、井下两大类环境满足不同应用场景的网络需求。
2.1 智能电网
中国移动 5G 智能电网应用解决方案为电力通信网无线接入提供了一种更优的选择,推动新能源厂站通信、电厂智能
化巡检、输电线路无人机巡检、变电站综合监控、配网差动保护、配网自动化三遥、配网 PMU 和高级计量等业务形成新
的技术突破。解决方案主要系统构架如下:
感知层:
在智能电网 5G 典型应用场景中,综合考虑终端形态、改造成本、移动性、负载性、取电等因素,对于配
网差动保护、配网自动化三遥和配网 PMU 的终端可采用 CPE 或嵌入式通信模块的方式;对于新能源厂站通信、电厂智
能化巡检、输电线路无人机巡检、变电站综合监控和高级计量应用的终端,后续可采用嵌入式模块方式。
图 2-5 智能电网应用解决方案
应用层
控制子站
网络层
感知层
管理层
应用
B/S终端
终端管理
数据存储、数据交换、流程引擎、负载均衡……
数据采集与控制平台
(实时消息总线、协议框架、协议库)
运营商网络能力开放接口
电力终端1 电力终端2 电力终端3
基站 边缘DC 区域DC(地级市) 中心DC
无线终端接口
Backhaul Backhaul Backhaul
业务管理 切片管理 统计分析 高级应用
平台层
数据
采集与
控制层
电
力
业
务
管
理
支
撑
平
台
新能源厂站通信、配网差动保护、配网自动化三遥、高级计量等
横向接口
运行管控
系统
计量统计
配电自动
化系统
……
UPF
AMF SMF
UDM PCRF
图 2-6 智慧矿山解决方案系统架构
应用层
能力层
5G网络
网络层
采集层
感知
设备
井下设备采集
5G宏站覆盖 露天移动专网 井下融合专网
远程监测
高清视频监控
无人化采掘 无人矿卡作业 露天移动专网 井下融合专网
数字化运维 智能化监控 机器视觉 边缘计算 融合组网 行业专网
无人作业 融合组网
基础连接能力
摄像头
采煤机 皮带机 通风机 岩石掘进机 重型矿车
雷达 传感器 网关
2. 方案介绍
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应用场景白皮书 5G 智慧能源
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场景二:配网差动保护
该场景属于配电环节,配网差动保护的动作原理是配电自动化终端利用 5G 低时延及高精度网络授时特性,比较两端
或多端同时刻电流值 ( 矢量 )。当电流差值超过门限值时判定为故障发生,执行差动保护动作,实现配电网故障的精确定位
和隔离,并快速切换备用线路,大幅减少停电时间。
该业务要求端到端网络时延不大于 15ms,网络授时精度小于 10
μ
s,传统的 2/3/4G 通信技术不具备高精度网络授时
功能,同时端到端网络时延也无法满足业务需求。5G 能充分满足配网差动保护业务的通信需求,有效促进该业务的推广
应用,改善配网运行状态,推动整个智能配电网的升级发展。
5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延 授时 连接数
采集类业务 配网差动保护 ≥ 2Mbps 99.999% ≤ 15ms 10us X*10 个 /km
2
平台层:
为行业应用提供通用的工业互联网行业基础平台,并通过通信连接管理、设备接入管理及数据分析服务,
实现上云设备的快速接入及数字化运维;同时打造制造云平台、电器云平台、动力云平台、能源云平台等一系列垂直行业
云平台,提供标准接口和自服务界面,赋能垂直行业。
应用层:
基于远程监测、无人作业、融合组网等应用场景,在井下及露天矿的设备采集、高清视频监测、无人化采掘、
无人矿卡作业、露天移动专网、井下融合组网等方向上打造 5G 新模式,助力 5G 智慧矿山新变革。
3.1 智能电网
5G 智能电网应用场景贯穿智能电网发、输、变、配、用各个环节,利用 5G 多样化的网络特性满足不同业务差异化
的网络需求,助力电力通信网的升级发展。
场景一 : 智能化巡检
该场景适用于发电/输电/配电等环节,利用5G 高速率、低时延、海量连接、快速移动特性实现巡检终端遥控及数据采集,
实现巡检高清视频实时回传及远程控制作业。同时结合无人机和机器人应用,扩大巡检范围,提升巡检效率。巡检终端包
含无人机、机器人等多种类型,能够提供多路高清视频图像 ( 百兆级以上 ) 及多元的传感信息 ( 红外、温感、湿感、辐射综
合回传能力、百毫秒级远程控制能力 ),有效扩大巡检范围,实现巡检的智能化。
5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延 连接数
采集类业务 智能化巡检 100Mbps 99.9% ≤ 200ms 十万
3. 应用场景
图 2-7 智能化巡检场景
5G基站
MEC本地视频;
流量下载及图像处理
控制台
巡检终端
5G
5G
图 2-8 差动保护应用场景
无线无线
差动保护场景
数字
通信
终端
设备
CSC-103 CSC-103
数字
通信
终端
设备
微波或
光纤通道
In A、B、C
In A、B、C
In A、B、C
In A、B、C
CB CB
TATA
M N
DTU
DTU
继电保护器 继电保护器
场景三:高级计量
该场景属于用电环节,高级计量将以智能电表为基础,开展用电信息深度采集,满足智能用电和个性化客户服务需求。
对于工商业用户,主要通过企业用能服务系统建设,采集客户数据并智能分析,为企业能效管理服务提供支撑。对于家庭用户,
重点通过居民侧“互联网 +”家庭能源管理系统,实现关键用电信息、电价信息与居民共享,促进优化用电。
当前主要通过低压集抄方式进行计量采集。未来基于现有远程抄表、负荷监测、线损分析、电能质量监测、停电时间统计、
需求侧管理等业务,将构建更为丰富多元的应用,例如支持阶梯电价等多种电价政策、用户双向互动营销模式、多元互动
的增值服务、分布式电源监测及计量等。
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应用场景白皮书 5G 智慧能源
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5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延 授时 连接数
控制类业务 高级计量 ≥ 2Mbps 99.999% ≤ 15ms 10us X*10 个 /km
2
5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延
授时
连接数
控制类
配网 PMU
≥ 2Mbps
99.999% ≤ 50ms ≤ 1us X*10 个 /km
2
场景四:配网 PMU
该场景属于配电环节,利用 5G 网络对 PMU 设备进行高精度网络授时,为电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等
相量数据提供精准的时标信息,并通过 5G 网络把数据回传至监测主站。监测主站根据以上信息精确定位故障位置,并在
电网系统扰动时快速生成系统解列、切机及负荷切换的方案。
场景五:配网自动化三遥
图 2-10 PMU 场景
电力安全
加密官网
回传
核心网
PMUn
PMU2
PMU1
5G CPE 站点机房
5G NR
回传专线
电力隔离网关
电力监控中心
图 2-9 电表直抄与现有集抄模式比较
变压器
智能 电表 智能 电表
智能 电表
低压集 抄终端
非侵入式
负荷识别
95598 . 网上营业厅
微信 . APP多渠道服务体系
掌上电力APP
互动
智能家具APP
充电桩
太阳能板
智能 插座
冰箱 空调 热水器 电饭煲 洗衣机
智能 插座 智能 插座 智能 插座 智能 插座
宽带接入 IP电话 电视
智能交互
机顶盒
红外探测器烟雾探测器 燃气泄漏
探测器
智能交互终端
电力流
无线通信
信息流
户外光纤
10KV
380V
电力通信
电动汽车
充电桩
分布式
电源
用户家庭
变压器
无线公网
用户电表 集中器
电力营销系统
电量计量
主站系统
数据上行为主,频次低,信息粗放
现状:集抄,目前以天、小时频次采集,
上报用户用电数据,上行为主
未来:直抄,频次为分钟级,内容更深入用户家庭负荷,
并与用户双向互动
图 2-11 配电三遥场景
电网配网主站
专属通道
5G核心网 5G基站 CPE 配电终端设备
……
5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延 连接数
控制类 配网自动化三遥 ≥ 2Mbps 99.999% ≤ 50ms X*10 个 /km
2
该场景属于配电环节,配网自动化三遥是以一次网架和设备为基础,综合利用计算机、信息及 5G 通信等技术,并通
过与相关应用系统的信息集成,实现设备与电网主站之间的通信。配网自动化三遥包括遥信、遥测和遥控,遥信是对设备
状态信息的监控,如告警状态或开关位置,阀门位置等。遥测是电网的测量值信息,如被测电流和电压数值等;遥控是完
成对设备运行状态的控制,如断开开关等。同时,通过与继电保护自动装置配合,实现配网线路区段或配网设备的故障判
断及准确定位,有效提高配电网的供电可靠性。
配网自动化三遥需要经过配网主站接入电网生产控制大区,业务安全隔离性要求高,传统的无线网络无法满足该业务
的要求。5G 网络切片能提供端到端安全隔离方案,实现通信可靠性和业务安全接入的有效结合。
场景六:精准负荷控制
图 2-12 精准负荷控制场景
接入层电力用户配电室
分路开关及计量装置
5G基站 精准负荷控制通信系统主站
5G
核心网
专用通道
设备间不通信
……
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应用场景白皮书 5G 智慧能源
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3.2 智慧矿山
场景一:远程监测 - 井下设备采集
按照井下“无人化”、“智能化”改造趋势,下井操作人员数量将大幅减少,工作人员改由通过地面控制中心观察井
下设备运行情况,因此需要首先将设备列车、采煤机等设备运行数据采集上来,通过 5G 专用通信模组、传感器等终端,
实现设备数据的实时采集和回传,对参数进行监测,可以掌握设备的实时运行状态,实现煤矿全面感知。
5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延 连接数
控制类 精准负荷控制 10kbps~2Mbps 99.999% ≤ 50ms X*10 个 /km
2
该场景属于配电环节,通过精准负荷控制设备解决电网故障初期频率快速跌落、省际联络线功率超用等问题。根据不
同控制要求,分为实现快速负荷控制的毫秒级控制系统和更加友好互动的秒级、分钟级控制系统。
在精准负荷控制系统中,控制对象将精准到生产企业内部的可中断负荷,减少对重要用户的影响。通过精准控制,优
先切除可中断非重要负荷,例如电动汽车充电桩、工厂内部非连续生产的电源等,充分降低社会影响。由于该业务控制粒
度小,且电力系统故障需要实时快速响应,需要对用电设备实现低时延的负荷控制,因此对通信系统提出了更为严格的需求,
其通信需求主要集中在超低时延与高可靠性上。
场景七:电网应急通信
该场景主要针对地震、雨雪、洪水、故障抢修等灾害环境下的电力抢险救灾需求,通过应急通信车进行现场支援。应
急通信车可配备搭载5G 基站的无人机主站,通过该无人机在灾害区域迅速形成半径在 2-6km 的5G网络覆盖,其余无人机、
单兵作业终端等设备可通过接入该无人机主站,回传高清视频信息或进行多媒体集群通信。应急通信车一方面作为现场的
信息集中点,结合边缘计算技术(MEC),实现基于现场视频监控、调度指挥、综合决策等丰富的本地应用。另一方面,
可为无人机主站提供充足的动力,使其达到 24 小时以上的续航能力。
5G 网络性能需求
业务类别 业务名称
通信需求
带宽 可靠性 时延 连接数
采集类 电网应急通信 20~100Mbps 99.9%
视频≤ 200ms
控制≤ 100ms
局域 5~10 个
图 2-13 电网应急通信场景
无人机(监测)
无人机主站
(搭载5G基站)
单兵作业视频回传 应急通信车
场景二:远程监测 - 高清视频监测
目前国内井下环境基于有线电缆或光缆通讯的智能化工作面的远程控制试验,已经取得了较多经验和示范性应用成果,
但对基于无线技术的远程控制应用匮乏。基于 5G 的高清视频监测,通过在掘进机上加装自动除尘高清摄像仪,实现井上、
井下自动化和信息化系统的接入融合。
场景三:无人作业 - 无人化采掘
利用 5G 低时延能力,实现采掘设备实时控制。以掘进机为例,通过在掘进机上安装防撞系统及环境监控系统,数据
实时回传到远程控制中心。通过 5G 矿用本安型转换器连接后方控制中心,完成对掘进机的操控,有效提高井下安全生产
水平,助力无人矿山的实现。
图 2-15 基于 5G 的高清视频监测场景
图 2-14 基于 5G 的井下设备采集
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应用场景白皮书 5G 智慧能源
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场景四:无人作业 - 无人矿卡作业
露天矿山环境下的矿卡无人驾驶主要基于北斗及差分 GPS 惯性导航、激光雷达,多毫米波雷达等技术,实现方向、油门、
制动等控制。在人工智能控制下,电动轮会按照编程路线行驶,将横向误差和航向误差限制在厘米级别,极大降低了开采
环境下的人工成本和人为因素引起的车辆损耗。
场景五:融合组网 - 露天移动专网
露天矿坑面积广阔,采掘设备每行进一段距离则需要更换开采区域。通过车辆搭载 5G 基站的方式,能根据露天矿区
地形的变化,调整网络覆盖,满足矿区内各类 5G 应用需求。
场景六:融合组网 - 井下融合组网
针对井下开采过程面临的矿工管理、工作面数据监测、控制信令安全、工作面设备远程实时控制、井下高清视频回传
卡顿等诸多难题,利用 5G 技术优势,克服离地距离远、井下硬件安全要求高、工作面不固定等困难,实现井下工作面无
线网络覆盖,助力无人采矿的实现。
图 2-18 基于 5G 的露天移动专网架构
控制室 网络环路 采矿车
控制中心 被控车辆
5G NR
固定区域:矿车工作的矿山局域;
恶劣环境:冬天矿区最低温度40°
以下,扬尘大;
图 2-16 基于 5G 的无人化采掘场景
图 2-19 基于 5G 的井下融合组网架构
AMF / SMF / MME / SGW
PGW / 5GC / EPC
MEC
矿区办公区网络 矿区主机房
煤层
采
集
面
竖
井
井下
5G基站
5G微站
5G微站
5G微站
Relay
巷
道
办公区网关
办公区防火墙
VPN专线
业务网 / Internet
图 3-11 基于 5G 的无人矿卡作业场景
图 3-11 基于 5G 的无人矿卡作业场景
图 2-17 基于 5G 的无人矿卡作业
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