复旦大学助推5G在电力行业的应用发展

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。

目前电力行业高度关注5G在电力行业的应用，复旦大学也在积极研究这个领域，通过产学研用助力5G+电力应用发展。

复旦大学多领域研究合作，助推行业发展

复旦大学依托多学科基础研究的优势，系统化、集成化开展跨学科多领域合作，开展了面向国家重大需求的前瞻性、关键性、创造性工程与应用技术研发。

复旦大学智联网络系统研究中心以智能计算、智能芯片、智能机器人及智联网络前沿技术与应用工程的交叉为突破点，聚焦新一代人工智能与移动通信网络创新深度融合产生的万物智联（智联网络生态系统，Networking Systems of AI），变传统集中式的人工智能为分布式的庞大智联网络体，形成自组织、自进化的实时智联系统，借助移动通信的演进实现面向消费者、政府、企业的无处不在的智能服务，提供实时智能的颠覆式用户体验。

复旦大学智联网络系统研究中心针对5G商用等重大应用需求，立足智能计算的大交叉学科创新，融合通信网络并面向应用系统开展生态共性技术研究。其中，复旦大学智联网络系统研究中心团队在3GPP 5G和未来6G万物智联应用研究中提出未来城市智能终端基础架构、连接方式等获国际主流运营商和设备商认可；在物理信息多网络融合技术中提出强化学习与对抗网络学习等深度学习算法，网络切片满足3GPP定义的eMBB、uRLLC、mIoT及V2X多业务场景的客户移动网络需求；在《IEEE Trans. on Vehicular Technology》《IEEE Trans. on Wireless CommunicaTIons》《Applied Energy》等能源、通信、安全领域权威刊物发表多篇具有原创性的高水平论文，积累了丰富的5G+AI原创性成果。

特别值得一提的是，复旦大学智联网络系统研究中心团队近期围绕5G的智能电网多业务、多网络、多接入融合、配电网通信与计算资源需求和动态差异化特征研究。重点聚焦配电网广义负荷的高效调度及安全控制，分场景提供超高带宽、超高可靠性、超低时延等网络质量可保障的5G融合网络，提供不同业务的QoS保障和更大范围的移动性，实现各个5G+智慧能源的精细化运营和个性化服务。同时构建资源动态配置的5G智能电网切片方案，面向点多面广全程全域全覆盖的配用电环节构建5G电力广域专网，利用5G网络切片灵活经济、安全可靠的优势，面向特定区域，研究设计5G电力局域（园区）专网切片，使能最后一公里移动化广泛化接入需求。

此外，复旦大学智联网络系统研究中心团队还开展了5G智能电网切片的端到端多量级的安全和隔离机制研究。通过5G基础设施与智能电网的典型业务特征相结合，以网络与设备为中心，以可视性与可控性为基本框架，充分利用切片定制、能力开放等打造与电网行业紧密融合的网络架构，完成对5G行业应用网络的安全性和隔离性的深层次加固，为电网提供了更健壮的业务安全、更严密的数据保护及更强的用户数据保护。

坚实的国际标准体系基础促进5G应用全面铺开

2020年7月初国际标准组织3GPP宣布R16标准冻结，标志着5G第一个演进版本标准完成。R16实现了从能用到好用，围绕“新能力拓展”“已有能力挖潜”和“运维降本增效”三方面，进一步增强了5G更好服务行业应用的能力，提高了5G的效率。3GPP R16的新需求不仅包括ITU IMT-2020（5G）所定义的eMBB、mMTC、uRLLC 3个典型应用场景，支持原有4G所有功能及场景，还包括对垂直行业的5G创新应用。垂直行业的参与对5G的成功至关重要，目前最重要的应用场景包括智慧能源、车联网、智慧物流、智慧工厂、智慧医疗等。

智慧能源是5G创新应用的重要方向之一。2020年5月，3GPP在R18的需求研究SA1专业组联合多家运营商、服务提供商、高校研究所成功立项了“5G智慧能源基础设施”项目。意图从5G的标准阶段即考虑智慧能源的应用需求，构建更加符合智慧能源业务应用的5G网络框架。这也为智慧能源领域应用5G新技术提供了最前沿的国际标准研究平台，是无线通信与智慧能源的跨专业、跨学科合作的创新尝试。

近年来，我国做出大力发展建设新型基础设施的战略布局规划，新型基础设施主要包括三方面内容：一是以5G、人工智能、数据中心等为代表的信息基础设施；二是以智慧能源、智能交通等为代表的融合基础设施；三是以产业技术创新设施、重大科技实验室等为代表创新基础设施。

此次3GPP在R18的需求研究SA1专业组推进的5G智慧能源基础设施国际标准不仅对智慧能源应用5G提供了跨行业的标准规范，为其它领域的5G应用标准提供了标杆性的作用，更为基于“新基建”的5G应用的全面铺开奠定了坚实的国际标准体系基础。

产学研多方合作，推进5G智能电网应用

国家电网也做出了打造能源领域新型数字基础设施，推动能源互联网建设，服务能源转型升级的战略部署，确定了十大建设任务包括电力物联网、能源互联网5G应用和电力人工智能应用等重点方向。

2019年底，由国家自然科学基金委员会与国家电网共同设立的智能电网联合基金围绕能源互联网的5G应用和关键技术的亟需解决的创新性问题和关键理论问题开展专题立项。2020年3月复旦大学智联网络系统研究中心团队联合中国电信、国家电网全球能源互联网研究院、华北电力大学、上海电力大学研究机构等的行业专家，依照指南要求并结合智慧能源对5G的需求、3GPP R16定义的垂直行业的新需求提交了基于5G技术的智慧能源“广义负荷智能认知及高效调控研究”项目。剖析了5G技术应用于智能电网领域已经成为电力行业“新基建”的趋势和共识，5G通信系统所提供的确定性低延迟和网络资源d性配置为“更实时”的系统响应提供保障，结合分布式AI基于区域及场景数据构成更精确的可在线训练智能模型，达到“更智能”的调度与控制。将广义负荷终端特性融入5G智联网络系统，可充分体现更实时、更智能的系统特性，为新型广义负荷网络系统的智能调度优化与实时安全控制提供创新手段。同时针对电力行业对业务可用、安全可信、可管可控的需求，基于5G网络三大原生能力，以及网络切片、MEC多接入边缘计算等创新技术，打造5G智慧电网行业解决方案，成为当前智能电网发展的重大机遇。

同时，南方电网与华为、中兴通讯等单位也在大力推进5G智能电网应用“新基建”示范区建设，并从顶层设计、国际标准、关键技术、线网测试、工业验证等方面开展了5G承载电网控制类业务测试，5G网络切片功能验证和切片管理平台预研等工作。可以说智慧能源已经成为5G、人工智能等前沿技术的重点应用方向。

综上，5G是构建电力物联网云、管、边、端智联网络系统的关键环节，是电网感知测控边界向电源侧、电网末端、客户侧和供应链的延伸，也是全面提升电网、设备、客户的泛在互联和全息感知能力连接的关键技术。5G的大速率、高可靠、低时延、广连接、切片等技术优势，将在输变电智能运维、电网精准控制和能源互联网创新业务应用等方面发挥关键作用。

在此基础上，R18专项关注的智慧能源基础设施是我国电力行业央企、三大运营商、复旦大学等高校与国际领军企业联手打造，将针对面向“新基建”的5G智慧能源应用形成全球亮点和国际标准，从而进一步引领该领域的全球技术革新与科技进步。

作者简介

宋梁，加拿大国家工程院院士、复旦大学教授、中国特聘专家、多家上市公司首席科学家，兼任上海产业技术研究院首席专家、加拿大多伦多大学教授、上海浦东物联网产业联盟常务理事、上海5G云VR产业联盟理事长等职务。

庞成鑫，2008年获得法国国家研究中心博士，上海市特聘专家、上海市青年东方学者特聘教授、上海市浦江学者、国网电力科学院科技项目专家。庞成鑫分别在法国Bell实验室、法国巴黎11大学IEF研究所、法国电信Orange-Labs研究所、法国巴黎11大学LCF研究所从事科研工作。

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