一种基于5G网络切片的电力业务管理方法及系统

技术领域

本发明涉及智能电网的技术领域，尤其涉及一种基于5G网络切片的电力业务管理方法及系统。

背景技术

智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。

智能电网和全域物联网的建设对通信提出了多元化、高标准的需求，南方电网公司的通信业务需求主要包括基本业务需求和扩展业务需求，基本业务需求包括配电自动化、精准负荷控制、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充电站/桩等业务，扩展业务需求包括输配变机器巡检、输变电状态监测、电能质量监测、配电所综合监测、智能营业厅、智能家居、电力应急通信、开闭所环境监测、视频监控、仓储管理、移动IMS语音、移动作业等业务，电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。

在现有技术中，通过构建大容量、安全可靠的全光骨干网络和可靠高效数据网络来支撑智能电网的发展。然而，在配电通信网侧，由于点多面广，海量设备需要实时监测或控制，信息双向交互频繁，而现有光纤覆盖建设成本高，运维难度大，公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控；随着大规模配电网自动化、高级计量、分布式能源接入、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，智能电网对电力通信网的安全性、实时性、准确性和可靠性提出了更高的要求，传统技术的光纤骨干通信网已越来越不能满足智能电网的要求。

切片技术是5G网络的重要特性，该技术可实现将一个物理网络切割成多个虚拟的端对端的网络，每个虚拟网络之间逻辑独立，任何一个虚拟网络发生故障都不会影响到其他的虚拟网络，同时，单个切片更改和添加在网络管理层面具有独立性，无需考虑到网络其他部分的影响，5G系统引入网络切片技术，通过对网络资源的同一管理，为不同业务分配相互隔离，并能够满足业务需求的资源，满足不同业务的不同网络性能需求。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：设备需要实时监测或控制，信息双向交互频繁，传统方案覆盖建设成本高，运维难度大，公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控，传统技术无法满足智能电网的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：利用电力终端采集不同业务场景下对应的数据信息；基于运营商的网络切片将所述数据信息传输到各电力业务平台，预处理所述数据信息；利用人工神经网络算法构建数据分析模型，基于所述模型对预处理后的数据信息进行分析及管理，完成电力业务的管理。

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理方法的一种优选方案，其中：所述数据分析模型包括输入层、隐藏层、输出层。

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理方法的一种优选方案，其中：所述输入层、隐藏层、输出层包括，输入层：j；隐藏层：z＝θ

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理方法的一种优选方案，其中：所述数据分析模型进一步包括，

其中，n表示迭代次数，y

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理方法的一种优选方案，其中：所述网络切片包括eMBB网络切片、uRLL网络切片和mMTC网络切片。

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理方法的一种优选方案，其中：所述数据信息包括电力通信终端位置、状态、性能、台账、卡号、流量、业务资费、在线状态。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于5G网络切片的电力业务管理系统，技术方案如下：电力终端模块包括智能分布配电自动化终端、集中器、电表、无人机、巡检机器人、高清摄像头，应用于配电自动化、精准负荷控制、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充电站/桩以及输配变机器巡检、输变电状态监测、电能质量监测、配电所综合监测、智能营业厅、智能家居、电力应急通信、开闭所环境监测、视频监控、仓储管理、移动IMS语音、移动作业等业务，用于采集不同业务场景下对应的数据信息；运营商切片网络管理模块与所述电力终端模块相连接为运营商提供切片网络管理，包括对无线、传输承载、核心网网络切片管理，为智能电网提供网络切片服务；电力业务通信管理支撑模块与所述运营商切片管理模块相连接用于调用所述运营商网络切片管理模块的API，通过对应的网片切片接口，传输不同场景下的电力终端所采集到的数据信息，并对数据信息进行处理、分析和管理。

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理系统的一种优选方案，其中：所述电力业务通信管理支撑模块还包括数据采集与控制模块，平台模块和应用模块，具体包括，所述数据采集与控制模块通过Restful接口与所述运营商的网路切片管理模块对接，或直接通过所述应用模块协议从无线终端采集相关状态数据，同时，通过所述运营商的移动网络管理模块获取终端所属网络切片状态信息，所述数据采集与控制模块通过实时消息总线、协议库和协议框架的方式与所述平台模块进行数据交互。

作为本发明所述的基于5G网络切片的电力业务管理方法的一种优选方案，其中：所述应用模块还包括终端管理模块、业务管理模块、切片管理模块、统计分析模块及其它功能模块，具体包括，所述终端管理模块用于检测管理实现电力通信终端位置、状态、性能、台账、卡号、流量、业务资费、在线状态的信息，所述切片管理模块与所述终端管理模块相连接，包括状态监测单元和控制监测单元，所述状态监测单元用于对运营商网络的业务切片属性、切片资源视图、切片负荷运行状态的监测；控制监测单元用于监测根据电力企业的需求订购网络切片，选择网络切片类型、容量、性能及相关覆盖能力，并根据电力企业的需求调整切片的功能、业务属性、资源分配、调整不同业务之间切片隔离程度，并给予电力企业自行进行切片上下线管理的权限；所述统计分析模块与所述切片管理模块相连接，用于对终端、业务运行、SIM卡状态、网络切片及故障告警信息进行分析处理。

本发明的有益效果：本发明满足智能网络在通信网络的业务隔离、超低时延、超高可靠性和安全性等方面的需求，通过电力行业5G网络切片管理系统能够对电力行业不同场景需求的切片进行申请、订购、配置、监控及运维管理，而且可以管理不同运营商的网络切片，实现网络即服务，满足电力行业定制化的网络通讯需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种基于5G网络切片的电力业务管理方法的基本流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种基于5G网络切片的电力业务管理系统的整体框架图；

图3为本发明一个实施例提供的一种基于5G网络切片的电力业务管理系统的电力业务通信管理支撑模块总体架构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

5G网络切片技术的典型特征就是将一张5G物理网络按照业务、场景、需求切割成多张虚拟的端到端网络，匹配不同业务需求，实现安全隔离，5G的网络切片技术可以满足智能网络在通信网络的业务隔离、超低时延、超高可靠性、安全性和大连接等方面具有强烈的需求，因此，迫切需要构建基于5G网络切片的电力业务管理系统以满足智能电网的发展需求。

以智能电网为基础的能源互联网是能源与信息深度融合的复杂系统，需要低延时、大带宽、高可靠、广覆盖的5G通信网络实现各类能源生产、传输、消费全环节的各类设备和主题的移动接入、实时交互和深度感知，提高发电单元的主动响应和协调控制能力，实现精准负载控制。

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于5G网络切片的电力业务管理方法，包括：

S1：利用电力终端采集不同业务场景下对应的数据信息；

需要说明的是，数据信息包括电力通信终端位置、状态、性能、台账、卡号、流量、业务资费、在线状态。

其中，电力终端将采集到的数据信息通过运营商的网络切片传输到各电力业务平台，对相关数据信息进行隔离等处理，满足不同电力业务平台的SLA(Service LevelAgreement,服务级别协议)要求。

S2：基于运营商的网络切片将数据信息传输到各电力业务平台，预处理数据信息；

需要说明的是，网络切片包括eMBB网络切片、uRLL网络切片和mMTC网络切片。

具体的，运营商的切片网络管理包括对无线、传输承载、核心网网络切片管理，并为智能电网提供网络切片服务，并根据电力业务的不同分区，为电力企业不同的业务提供不同的子切片服务，保证电力业务的安全隔离要求，通过与电力各类业务平台对接，实现电力终端至主站系统的可靠承载。

更加具体的，提供eMBB网络切片、uRLL网络切片和mMTC网络切片等三种网络切片的管理。

eMBB网络切片面向智能电网的大视频应用，包括了变电站巡检机器人、输电线路无人机巡检、配电房视频综合监控、移动现场施工作业管控、应急现场综合自主网应用，eMBB网络切片满足高带宽业务需求。

uRLL网络切片面向智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应业务，uRLL网络切片满足低时延业务需求。

mMTC网络切片面向分布式能源调控及高级计量两大业务，mMTC网络切片满足大连接业务需求。

上述每类切片按照实际需求构建多个网络切片实例，电网企业根据切片运行的状态及业务需求，为所属各单位提供差异化的电力业务网络切片服务。

S3：利用人工神经网络算法构建数据分析模型，基于模型对预处理后的数据信息进行分析及管理，完成电力业务的管理。

需要说明的是，数据分析模型包括输入层、隐藏层、输出层。

其中，输入层、隐藏层、输出层包括：

输入层：j；

隐藏层：z＝θ

输出层：

数据分析模型进一步包括，

其中，n表示迭代次数，y

为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案4G专网与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

传统的技术方案应用服务器集中于中心机房，距离终端远，中间需要经过多个传输节点，4G网络主要为智能手机服务，公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控，无法满足智能电网的要求；本发明方法基于5G网络切片相较于传统方法可以接入大量的设备，具有多功能性，且具有较高的实时性、安全性高、效率高、高可靠性；本实施例基于4G专网及本发明方法，利用MATLB软件编程实现本对比实验的仿真测试，根据实验结果得到仿真数据，其数据如下表所示：

表1：实验数据对比表。

从上表可以看出本发明方法通过专用、隔离和SLA可保障的“切片”为各行各业提供差异化服务，一个切片的异常不会影响到其他的切片，整体网络故障率低，且网络故障识别率高于传统方法，体现了本发明方法的安全性高，本发明方法相较于传统方法时延较低，且具有较高的运行效率。

实施例2

5G的“网络切片”技术根据应用、场景、需求进行网络资源的管理编排，进行网络功能的裁剪定制，为客户自动化提供“量身定制”的“专属”虚拟网络，可以满足差异化SLA(Service Level Agreement，服务等级协议)服务的QoS需求，可以保证不同垂直行业、不同客户、不同场景、不同业务之间的安全隔离，实现NaaS(Network as a Service，网络即服务)。

参照图2～3为本发明另一个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：提供了一种基于5G网络切片的电力业务管理系统，包括：

电力终端模块包括智能分布配电自动化终端、集中器、电表、无人机、巡检机器人、高清摄像头，应用于配电自动化、精准负荷控制、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充电站/桩以及输配变机器巡检、输变电状态监测、电能质量监测、配电所综合监测、智能营业厅、智能家居、电力应急通信、开闭所环境监测、视频监控、仓储管理、移动IMS语音、移动作业等业务，用于采集不同业务场景下对应的数据信息；

运营商切片网络管理模块与电力终端模块相连接用于提供运营商的切片网络管理包括对无线、传输承载、核心网网络切片管理，并为智能电网提供网络切片服务；

其中，运营商的网络切片管理模块将网络切片管理能力通过API开放给电力业务通信管理支撑模块。

电力业务通信管理支撑模块与运营商切片管理模块相连接用于调用运营商网络切片管理模块的API，通过对应的网片切片接口，传输不同场景下的电力终端所采集到的数据信息，并对数据信息进行处理、分析和管理。

其中，电力业务通信管理支撑模块还包括数据采集与控制模块，平台模块和应用模块，具体包括，

数据采集与控制模块通过Restful接口与运营商的网路切片管理模块对接，或直接通过应用模块协议从无线终端采集相关状态数据，同时，通过运营商的移动网络管理模块获取终端所属网络切片状态信息，数据采集与控制模块通过实时消息总线、协议库和协议框架的方式与平台模块进行数据交互。

具体的，数据采集与控制模块采集运营商的电力Slice1(uRLLC网络切片)传输过来的、适用于在智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应场景下的电力终端，如智能DTU、负荷管理控制终端等采集的数据信息，满足低时延业务需求；数据采集与控制模块采集运营商的电力Slice3(mMTC网络切片)传输过来的、面向于分布式能源调控及高级计量等场景下电力终端，如智能电表采集到的数据信息，满足大连接业务需求；数据采集与控制模块采集运营商的电力Slice3(eMBB网络切片)传输过来的、面向于智能电网的大视频应用场景下的电力终端，如变电站巡检机器人、输电线路无人机、配电房视频摄像设备等采集到的信息，满足高带宽业务需求；其中，平台模块通过API接口为上层的应用管理层提供数据存储、数据交互、流量引擎、负载均衡等功能。

进一步的，应用模块还包括终端管理模块、业务管理模块、切片管理模块、统计分析模块及其它功能模块，具体包括，终端管理模块用于检测管理实现电力通信终端位置、状态、性能、台账、卡号、流量、业务资费、在线状态的信息，切片管理模块与终端管理模块相连接，包括状态监测单元和控制监测单元，状态监测单元用于对运营商网络的业务切片属性、切片资源视图、切片负荷运行状态等的监测；控制监测单元用于监测根据电力企业的需求订购网络切片，选择网络切片类型、容量、性能及相关覆盖能力，并根据电力企业的需求调整切片的功能、业务属性、资源分配、调整不同业务之间切片隔离程度，并给予电力企业自行进行切片上下线管理的权限；统计分析模块与切片管理模块相连接，用于对终端、业务运行、SIM卡状态、网络切片及故障告警信息进行分析处理。

具体的，根据实际的需求通过API接口向下层的平台层调用对应的功能，灵活快速。还可以通过对外通过Web等方式实现各类管理终端的远程接入。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。