تحقیق در مورد کاربرد فناوری 5G RedCap در صنعت برق

فناوری RedCap (5G Lightweight) با ساده‌سازی قابلیت‌های دستگاه و کاهش پیچیدگی به اهداف صرفه‌جویی در هزینه، مصرف انرژی کمتر و کاهش اندازه دستگاه‌ها دست می‌یابد، در حالی که قابلیت‌های بومی 5G را حفظ می‌کند و به تعادل بین فناوری و هزینه دست می‌یابد. این مقاله به بررسی ویژگی‌های فنی RedCap و سیاست‌های ملی مربوطه می‌پردازد و آن‌ها را با الزامات شبکه صنعت برق ترکیب می‌کند تا گزینه‌های کاربردی و استقرار RedCap را در سناریوهای مختلف صنعت برق تجزیه و تحلیل کند و پتانسیل توسعه فناوری RedCap و مورد بحث قرار گیرد. استراتژی های استقرار اپراتورها

ویژگی های فناوری 5G RedCap

به منظور گسترش دامنه کاربرد 5G در زمینه IoT، در ژوئن 2022، 3GPP نسخه استاندارد 5G R17 را مسدود کرد که فناوری 5G RedCap را معرفی می کند که نیازهای اتصال اینترنت اشیاء متوسط ​​و پرسرعت را با طراحی دستگاه برآورده می کند. قابلیت و کاهش پیچیدگی و تحقق اهداف کاهش هزینه، کوچک کردن اندازه و کاهش مصرف برق.

در مقایسه با 5G NR، RedCap از نظر پهنای باند طیف، آنتن‌ها، مصرف انرژی، مدولاسیون و غیره ساده‌سازی شده است (همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است.) پهنای باند RedCap در باند FR1 از 100 مگاهرتز به 20 مگاهرتز کاهش یافته است، تعداد ارسال‌ها. و آنتن‌های دریافت از 4 آنتن معمولی به 2 یا 1 آنتن کاهش یافته است و حداکثر تعداد لایه‌های MIMO downlink کاهش یافته است که نیازهای ظرفیت ماژول پردازش فرستنده RF و باند پایه را کاهش می‌دهد. در عین حال، مدولاسیون بالاترین سفارش RedCap از حداکثر 256QAM downlink به 64QAM کاهش می یابد، FDD تمام دوبلکس به حالت نیمه دوبلکس کاهش می یابد و قابلیت هایی مانند CA (Carrier Aggregation)، MR-DC (اتصال دوگانه) ، و DAPS (پشته پروتکل فعال سازی دوگانه) برای کاهش بیشتر پیچیدگی طراحی و هزینه ترمینال برش داده می شوند. علاوه بر این، RedCap فناوری‌های eDRX (دریافت ناپیوسته گسترده) و RRM (مکانیسم آرامش اندازه‌گیری) را برای برآورده کردن نیازهای کم مصرف اینترنت اشیا معرفی می‌کند.

RedCap ضمن ساده‌سازی قابلیت‌های خود، قابلیت‌های بومی ویژه 5G، از جمله محاسبات لبه، برش 5G، 5G LAN، 5G کم تأخیر، محلی‌سازی 5G، زمان‌بندی دقیق 5G و سایر ویژگی‌ها را حفظ می‌کند که می‌تواند الزامات عملکرد شبکه اینترنت صنعتی، ویدئو را برآورده کند. نظارت، شبکه هوشمند، تله ماتیک و سایر کاربردهای صنعتی.

در مقایسه با 5G NR، RedCap می تواند به طور موثر هزینه را کنترل کند، مصرف برق را کاهش دهد و اندازه را کوچک کند. در مقایسه با 4G LTE، RedCap دارای ویژگی‌های پهنای باند بزرگ 5G و تأخیر کم است و همچنین تعادلی بین عملکرد، عملکرد و هزینه ایجاد می‌کند که مشکلات کلیدی برنامه‌های 5G را در صنایع عمودی حل می‌کند و امکانات بیشتری را برای توسعه کاربردهای صنعت 5G در مقیاس بزرگ.

پس زمینه خط مشی RedCap

5G RedCap یک فناوری کلیدی برای محبوبیت برنامه های 5G در زمینه IOT با سرعت متوسط ​​و بالا است که باعث ارتقای تحول و ارتقاء صنایع سنتی توانمند شده توسط 5G و همچنین ادغام عمیق اقتصاد دیجیتال و اقتصاد واقعی

چین اهمیت زیادی برای توسعه و کاربرد RedCap 5G قائل است. 2023 در اکتبر 2023، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات اعلامیه ای را در مورد ارتقای تکامل فناوری 5G سبک وزن (RedCap) و توسعه نوآورانه برنامه ها صادر کرد که به صراحت ارائه شد. تا سال 2025، ظرفیت جامع صنعت RedCap 5G به طور قابل توجهی بهبود می یابد، محصولات جدید و حالت های جدید ظاهر می شوند، مقیاس برنامه های همگرایی ارتقا می یابد و ظرفیت امنیتی افزایش می یابد. در میان آنها، پوشش مقیاس ردکپ 5G در شهرهای بالاتر از سطح شهرستان در سراسر کشور تحقق خواهد یافت و تعداد اتصالات ردکپ 5G ده میلیون رشد را محقق خواهد کرد.

به منظور تسریع توسعه نوآورانه 5G و ترویج فرآیند تجاری 5G RedCap به شیوه ای مستحکم و منظم، در آوریل 2024، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات اطلاعیه ای را مبنی بر اجرای 5G سبک وزن (RedCap) از طریق اقدام در این کشور صادر کرد. 2024 که کار کلیدی را در هفت جنبه استانداردها، شبکه‌ها، تراشه‌ها، ماژول‌ها، پایانه‌ها، برنامه‌ها و ضمانت‌ها مشخص می‌کند و پایه محکمی برای محبوبیت ایجاد می‌کند و این پایه محکمی برای محبوبیت و کاربرد 5G RedCap ایجاد کرده است. تکنولوژی در چین

RedCap را می توان به طور گسترده در برق، امنیت، شبکه وسایل نقلیه، استخراج دیجیتال صنعتی و سایر زمینه ها استفاده کرد. با توسعه سریع اقتصاد دیجیتال، تقاضای صنعت برای 5G RedCap به طور فزاینده ای قوی شده است. شرکت تحقیقاتی بازار Counterpoint Research پیش‌بینی می‌کند که ماژول‌های 5G RedCap تا سال 2030 18 درصد از کل محموله‌های ماژول‌های IoT سلولی را به خود اختصاص خواهند داد. شرکت دیگری به نام IoT Analytics پیش‌بینی می‌کند که محموله‌های ماژول‌های اینترنت اشیاء مجهز به 5G 16 درصد از بازار را در سال 2026 به خود اختصاص دهد. RedCap نقش کلیدی دارد.

تحت انگیزه دوگانه رهبری سیاست و تقاضای بازار، فناوری 5G RedCap به طور فزاینده‌ای بالغ می‌شود، سناریوهای کاربردی فراوان‌تر خواهند شد و دوره طلایی توسعه سریع را آغاز می‌کنند.

برنامه تست

این آزمایش راه حل فنی یکپارچه "پایان، شبکه و صنعت" را اتخاذ می کند، پایانه های 5G RedCap را در سمت انتهایی به کار می گیرد، FTU های توزیع (پایانه های نظارت سوئیچ توزیع)، DTU ها (پایانه های بی سیم)، کنترل کننده های انرژی و سایر تجهیزات را به هم متصل می کند. در سمت شبکه، برش های نرم 5QI و منابع RB به ترتیب 1% برش های سخت رزرو شده باز شده اند و UPF (عملکرد رو به روی کاربر) ویژه منطقه کنترل تولید به ایستگاه اصلی و مرکز نظارت بر توزیع برق در منطقه کنترل تولید UPF (عملکرد صفحه کاربر) اختصاص داده شده به منطقه کنترل تولید برای تحقق ارتباط با ایستگاه اصلی توزیع برق و مرکز نظارت منطقه کنترل تولید. از طریق تست مقایسه فناوری‌های مختلف مانند RedCap/5G NR، برش نرم/برش سخت و غیره، عملکرد نرمال برنامه‌هایی مانند توزیع سه راه دور، نظارت شبکه، FA توزیع شده و غیره را در سمت سرویس تأیید می‌کند.

پس از تعیین سناریوی آزمایشی و مکان، اپراتور یک ایستگاه پایه 5G در نزدیکی خود را برای روشن کردن عملکرد RedCap انتخاب می‌کند و برش‌های نرم 5QI و منابع RB را به ترتیب 1% برش‌های سخت در سمت شبکه پیکربندی می‌کند. تسترها پایانه‌های RedCap را نصب می‌کنند و اتصالات بین پایانه‌ها و تجهیزات FTU، PMU (واحدهای مدیریت نیرو) و ایستگاه اصلی توزیع برق را برای انجام آزمایش مقایسه خدمات تنظیم می‌کنند.

نتایج آزمون

این تست شامل تست های مقایسه ترمینال RedCap با ترمینال 5G NR و ترمینال 4G، برش نرم با برش سخت، و زمان اشغال سرویس با زمان بیکاری و سایر سناریوها است.

1. نوع تست: مقایسه تاخیر برش سخت 5G و تاخیر برش نرم 5G

مدل سرویس آزمایشی: بسته های 255 بایتی پینگ تک کاربره، فاصله ارسال 1 0 0 میلی ثانیه، مجموعاً 7000.

نتایج آزمایش نشان می دهد که میانگین تاخیر برش سخت 60٪ کمتر از برش نرم است. هنگامی که سرویس شبکه 5G متراکم است، حداکثر تأخیر برش سخت 62 میلی‌ثانیه است که می‌تواند تأخیر سرویس برق و قابلیت اطمینان را تحت تأثیر قرار دهد. در حالی که برش نرم در زمان شلوغی تاخیر زیادی خواهد داشت که بر کیفیت خدمات تاثیر می گذارد.

2. نوع تست: برش نرم 5G و مقایسه تاخیر 4G

نتایج آزمایش نشان می‌دهد که پهنای باند 4G کوچک است و بدون فناوری برش، به راحتی می‌توان ازدحام ایجاد کرد که منجر به از دست رفتن بسته‌ها و تاخیر زیاد می‌شود. برش نرم 5G RedCap بدون از دست دادن بسته در همه حالات است و میزان موفقیت پینگ 100٪ است.

زمان پردازش (شامل زمان خاموش شدن سوئیچ) سرویس حفاظتی معمولی شبکه توزیع باید کمتر یا مساوی 100 میلی‌ثانیه باشد و با توجه به اینکه در سیستم اتوماسیون شبکه توزیع آبشار سوئیچ‌های بیشتری وجود دارد، نیاز کلی این است که سرویس اجرا شود. زمان باید کمتر یا مساوی 150 میلی‌ثانیه باشد. همانطور که از نتایج آزمایش مشاهده می‌شود، میزان موفقیت دسترسی به شبکه پایانه RedCap، میزان موفقیت بارگذاری داده‌ها و میزان موفقیت صدور فرمان از راه دور همگی به 100 درصد می‌رسند و شاخص‌های کلیدی مانند تأخیر دسترسی، سرعت بارگذاری و بارگیری داده ها، همگی الزامات تولید برق را برآورده می کنند. تأخیر دسترسی، آپلود داده‌ها، نرخ دانلود و سایر شاخص‌های کلیدی نیازهای کیفی تجارت کنترل تولید برق را برآورده می‌کند.

سناریوی توزیع برق کاربردی ترین و نماینده ترین سناریو در منطقه کنترل تولید برق است. تجزیه و تحلیل بالا در مورد نیازهای شبکه برق و تست های خدمات ثابت کرد که فناوری 5G RedCap می تواند به طور کامل نیازهای سرویس برق را برآورده کند.

سناریوهای صنعت برق RedCap

برای ساخت نوع جدیدی از سیستم قدرت و تحقق اهداف تولید برق پاک و کم کربن، انتقال و تبدیل ایمن و کارآمد، توزیع برق قابل انعطاف و قابل اعتماد، و استفاده متنوع و دوستانه از برق، یک سیستم فراگیر، بسیار قابل اعتماد، بسیار ایمن و شبکه ارتباطی اقتصادی مورد نیاز است. فناوری 5G RedCap می‌تواند از شبکه 5G بالغ موجود استفاده مجدد کند، تأثیر مقیاس شبکه را کاملاً بازی کند و هر پیوند از سیستم قدرت را با هزینه کم، مصرف انرژی کم و ویژگی‌های قابلیت اطمینان بالا تقویت کند.

نیروگاه انرژی های نو توزیع شده

منابع انرژی جدید مانند انرژی فتوولتائیک و باد تمیز و کم کربن هستند، اما در برابر اثرات آب و هوایی حساس هستند و با تصادفی و نوسان مشخص می شوند. همانطور که نسبت تولید انرژی جدید همچنان در حال افزایش است، مصرف شبکه، ظرفیت تنظیم با چالش های جدی مواجه است. روش کنترل دستی سنتی مشکل "رها کردن باد و نور" هر از گاهی رخ می دهد، نیاز به استفاده از ابزارهای فنی کنترل هوشمند آن است. ایستگاه های میدان انرژی جدید به طور گسترده توزیع شده و از نظر وسعت بزرگ هستند و هزینه بالا و دوره ساخت طولانی شبکه فیبر نوری سیمی منجر به نرخ پایین کنترل ایستگاه میدانی در برخی مناطق شده است.

جمع آوری اطلاعات و داده های فرمان کنترل تولید برق PV عموماً بین 20k ~ 100kbit/s است. از طریق 5G RedCap برای جمع‌آوری انواع داده‌ها از اینورترها، جعبه‌های همگرایی، ایستگاه‌های ذخیره انرژی، تابش‌دهنده‌ها، ابزارهای هواشناسی، مترها و غیره، وضعیت ایستگاه‌های PV را می‌توان در زمان واقعی درک کرد. از طریق 5G RedCap برای اتصال به دور موتورها، AGCها و سایر تجهیزات، تنظیم و کنترل از راه دور و بهره برداری و نگهداری هوشمند از اتصال به شبکه PV می تواند تحقق یابد که می تواند به طور موثر و کارآمد ایستگاه های PV را کنترل کند. از طریق 5G RedCap، کنترل از راه دور و بهره برداری و نگهداری هوشمند می تواند محقق شود و به طور موثری راندمان تولید برق ایستگاه و ایمنی اتصال به شبکه را بهبود بخشد.

بازرسی خطوط انتقال نیرو

خطوط انتقال نیرو نقاط و خطوط طولانی زیادی دارند که مستعد آسیب های خارجی، اتصال کوتاه اجسام خارجی، خوردگی و شکستگی رشته ها و تهدید آتش و دود و غیره هستند. حجم کار بازرسی دستی سنتی، راندمان پایین و ریسک بالا. حجم کار بازرسی دستی سنتی، راندمان کم، ریسک بالا، هر فرد فقط می تواند 10 کیلومتر یا 3 ~ 4 برج در روز را بازرسی کند.

از طریق پهپاد نصب شده 5G RedCap ماژول برای بازرسی خودکار، می تواند تشخیص هوشمند هوش مصنوعی ویدیوی بازرسی، بازگشت به موقع به کشف به موقع خطوط انتقال شل، خاموش، خوردگی و سایر ناهنجاری ها، و سپس هشدار و نمایش دقیق محل خطا را درک کند. . شبکه اختصاصی 5G می تواند ایمنی پرواز هواپیمای بدون سرنشین، انتقال بلادرنگ ویدیوی بازرسی را تضمین کند. AI تشخیص هوشمند می تواند در هر زمان برای پیدا کردن خطر پنهان، به طوری که بهره وری تشخیص چندین بار افزایش یافته است. پهنای باند مورد نیاز برای کنترل پهپاد و انتقال تصویر 3M~5Mbit/s است و تاخیر زمانی کمتر از 100ms است، RedCap می تواند به طور کامل نیازهای شبکه خود را برآورده کند و مصرف انرژی کم است که می تواند زمان استقامت پهپاد را افزایش دهد. بازرسی پهپاد 5G می تواند کارایی بازرسی را افزایش دهد و در هزینه بازرسی صرفه جویی کند.

بهره برداری و نگهداری پست

به عنوان یک گره کلیدی سیستم قدرت، پست ها کانون نظارت بر عملکرد سیستم قدرت هستند. پست های خارج از منزل مستعد آب و هوای شدید هستند و نیاز به بازرسی و نظارت منظم بر قرائت کنتورها، موقعیت سوئیچ ها، دمای تجهیزات و سایر وضعیت ها دارند. از آنجایی که بازرسی پست تکراری است، ربات های برق 5G و دوربین های 5G HD را می توان برای انجام بازرسی های هوشمند و خودکار تجهیزات اصلی، اتاق های رله، جعبه ترمینال ها و سایر امکانات و همچنین محیط ایستگاه مستقر کرد و جایگزین پرسنل O&M در انجام بازرسی های روزانه شود. ، اندازه گیری دما، قرائت کنتور و سایر کارهای تکراری، ایجاد شرایطی برای پرسنل O&M برای انجام بازرسی های بدون سرنشین از راه دور، در نتیجه بهبود کارایی و کاهش خطر عملیات در محل.

اتوماسیون توزیع برق

با افزایش تقاضا برای برق و کسب و کار جدید، شبکه های توزیع با مشکلاتی مانند تقاضای زیاد برای جمع آوری اطلاعات، بسیاری از خطاهای پنهان و بازرسی های دشوار روزانه مواجه هستند. توزیع FA، PMU توزیع، سه راه دور توزیع، ایستگاه هوشمند، حفاظت دیفرانسیل توزیع و سایر تجهیزات عمدتاً مسئولیت جمع آوری و سنجش، محل خطا و جداسازی و بازیابی شبکه توزیع را بر عهده دارند که کلید تضمین کیفیت منبع تغذیه است. راندمان عملیاتی و تجربه کاربری و چنین تجهیزاتی دارای طیف وسیعی از نکات بوده و دارای الزامات بالاتری برای تاخیر و امنیت در ارتباط است.

اتوماسیون توزیع مبتنی بر «5G RedCap+Hard Slicing» می‌تواند از حفاظت توزیع بسیار قابل اعتماد پشتیبانی کند و از طریق انتقال شبکه با تأخیر کم و بسیار قابل اعتماد، می‌تواند محلی‌سازی سریع خطا و بازیابی جداسازی، کنترل دقیق بار، نظارت ویدیویی در زمان واقعی، و در نهایت به هدف تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان شبکه برق و بهبود کیفیت خدمات دست یابد.

تحقیق توسعه صنعت RedCap

در حال حاضر، شرکت های بزرگ تراشه مانند کوالکام، مدیاتک، هسی و زیلایت اسپردتروم به طور متوالی پلتفرم های تراشه های RedCap را راه اندازی کرده اند و شرکت هایی مانند TD Tech، Lierda، Shifted Telecom، CommuniLink و China Mobile Internet of Things (CMIG) موارد بیشتری را منتشر کرده اند. بیش از 20 ماژول RedCap و بیش از 30 ترمینال مانند DTU و دوربین یکی پس از دیگری در بازار عرضه شده است. Nanrui، Smartcore، Unicom، CMO و سایر تولیدکنندگان انواع پایانه های RedCap را که به انرژی الکتریکی اختصاص داده شده است، راه اندازی کرده اند و از نظر تجاری در شبکه برق تایید شده اند. پیش بینی می شود که تا پایان سال 2024، هزینه ماژول RedCap به کمتر از 200 RMB و هزینه ترمینال به کمتر از 900 RMB کاهش یابد. RedCap توسعه گسترده برنامه های 5G را با مزیت هزینه ترمینال هدایت می کند و بالادست و پایین دست اکوسیستم های صنعتی مانند تراشه ها، ماژول ها، پایانه ها و برنامه های RedCap باعث شیوع RedCap خواهند شد.