电力专网通信加速转型,这项技术再迎机遇……

标签:电力通信
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5G到来之后,给全球通信行业的发展带来了巨大的改变。

这个改变,不仅仅体现在通信技术的演进和升级上,更体现在通信应用场景的变迁上。人们不再仅仅关注以手机为代表的消费互联网,而是将更多的注意力放在蓬勃发展的行业互联网上。

以工业制造、能源电力、交通物流、医疗教育等为代表的百行千业,都开始引入先进的通信技术,进行数字化智能化改造,走向数字化转型之路。

 

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传统的专网通信技术,已经无法满足时代发展的需求。企业需要对内部通信网络进行全面升级,以满足业务高速发展的需要。

其实,除了5G之外,还有很多通信和IT技术正在被企业所接受,融入到这场百年一遇的变革之中,包括园区光网络(PON)、Wi-Fi 6/7、Cat.1、NB-IoT、eMTC等等。

这些技术基本都属于底层连接技术。

今天,小枣君要给大家介绍的,是一个上层通信技术,是围绕业务和服务的技术。没错,这个技术,就是大名鼎鼎的IMS

 

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█什么是IMS

IMS,英文全名叫做IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统。很多读者对它的了解,来自此前很火的VoLTE业务。还有,去年和今年热度极高的5G消息(RCS)5G新通话(VoNR),也都和IMS有密切的联系。

IMS最早提出于20世纪90年代末。当时,它被认为是国际公认的下一代核心网络通信技术。2002年6月冻结的3GPP R5版本,完成了对IMS的早期标准定义,从而将其推到了商用阶段。

在世界各大运营商全面IP化的浪潮下,IMS是必不可少的重要系统,是实现固定通信网和移动通信网融合的统一标准,是通信网络从TDM向IP演进的基石。

IMS真的有这么强吗?它到底能带来什么?

其实,IMS(IP Multimedia Subsystem)的命名本身,就已经向我们透露了一部分答案。

 

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首先,IP,代表IMS基于IP承载,完全采用了IP技术。

IMS的核心协议是SIP(Session Initiation Protocol,会话初始协议)。这是IETF基于Internet量身定制的应用层控制协议。它独立于底层协议之上,非常开放灵活,具有很强的扩展性,特别适合多媒体通信。

其次,Multimedia(多媒体),是指IMS可以实现多媒体业务。

传统理解的多媒体业务是语音、图像、音频、视频等。IMS标准,对多媒体业务进行了更细致的划分,包括IP电话类业务、多媒体会议类业务、协同办公类业务、通信助理业务等。

最后,Subsystem(子系统),表明IMS是整个通信系统的一个重要组件。它可以配合其它网络系统,实现业务功能。例如,IMS与LTE进行配合,可以实现VoLTE。IMS与5G配合,可以实现VoNR业务。IMS与即时消息配合,可以实现RCS。……

 

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简单来说,IMS就是部署在IP网络上的“多媒体服务器”。通过它的控制协调,IP网络上的用户就可以互相进行视频电话这样的多媒体业务。

IMS的核心目标,是构建一个与接入无关、支持广泛多媒体业务的融合平台,为IP网络赋能,为客户需求服务。

IMS诞生于3G,成熟于4G。它的技术标准逐渐完善,得到各大主流运营商的广泛认可,并在全球范围内应用普及。

█IMS与数字电力专网

电力通信专网,是国内企业专网通信最具代表性的一个专网类型。

近年来,在国家电网公司(以下简称“国网”)的大力推动下,电力专网的数字化转型也在紧锣密鼓地进行之中。

 

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电力专网是实现电力数字化转型的基础平台,是保障电网调度指令畅通的重要支撑。在国网已实现全光纤资源35kV及以上厂站、自有物业办公场所/营业所全覆盖基础网络上,国网的网络资源、信息化程度处于全国领先水平。

但是,国网内部的信息系统繁多,难以高效协同,已成为中国当下数字化转型的重点研究课题。信息和通信技术融合,推动电网数字化程度不断加速,网络规模急剧扩大,电网的“神经末梢”以爆炸的形式快速扩张。在支撑电网安全的信息通信网络体系中,容纳了千千万万的终端和设备。

传统以语音为主的程控交换技术,面临停产停服、高能耗、应急修复能力弱等问题。而软交换技术,又存在标准不统一、业务扩展难、协同交互能力弱等问题。它们无法适应电网数字化发展需求。

国网的组网架构采用国网、省公司两级汇接制。随着时间的推移,网络结构更加错综复杂、边界更加模糊,网络安全、各种终端和系统维护量巨增,协同能力弱、应急保障效率低、多媒体通信能力差,以及开放性不足等问题逐渐扩大。所有这些,都极大制约了国网“数智电网”建设目标的实现。

随着5G新一代通信技术发展,国网迫切需要建设以零信任网络安全为基础,以先进通信技术标准为引领的新型信息通信融合网络,以此支撑企业数字化转型。涉及最后一公里的接入终端可信接入管控、多系统及应用协同融合、跨网络安全互通等系列难题,都需要尽快解决。

所以,将IMS引入电力通信专网建设,是大势所趋,也是时代必然。

█电力专网引入IMS的意义

国家电网在2018年以前就开始引入IMS技术。目前,国家电网的电力行政交换网已经逐渐演变到IMS交换技术体制。

国家电网不断拥抱IMS技术,到底有什么重要意义?

1、IMS作为国际确立的新一代通信交换技术“标准”地位。

IMS是国际公认的固移融合网络标准,也是根正苗红的3GPP标准。不仅3G/4G/5G会持续使用,未来6G也少不了它。6G标准制定的过程中,也需要IMS技术标准同步优化补充。

因此,国家电网引入IMS技术,不仅对能源电力企业转型研究的一种促进,也能探索突破制约应用落地的关键技术难题, 对国家电网信息与通信融合标准化制订有非常重要的意义。

加强IMS在国内电力专网领域的研究和探索,对增强中国在IMS国际标准的话语权,有举足轻重的关键作用。

2、对构建零信任信息通信网络有标准引领研究价值。

网络安全关系国家安全。构建零信任网络、协同电网与信息通信网络中各种资源实现数字化转型,必须要有“统一标准”引领。

国家电网引入IMS,并基于实际应用,破解制约落地的关键技术障碍,对构建电网零信任信息通信网络有标准引领的意义,也有重要研究价值。

3、为电网5G应用落地及数字化转型探索领先的解决方案。

IMS作为5G核心交换承载平台,在电网5G应用落地探索中,也同样涉及网络安全、最后一公里接入、多系统协同及应用互通等系列难题。

因此,在以“安全”为红线的零信任网络战略规划及建设中,围绕IMS标准探索开发制约应用落地难的关键技术,不仅能助力电网行政办公通信网和调度通信网标准规范统一,同时为电网5G应用落地及数字化转型探索一种领先的解决方案。

█电网引入IMS技术面临的主要困难

在电网引入IMS技术的过程中,也普遍遇到了一些困难,具体表现在:

1、对IMS技术定位的认知差异

在IMS落地早期,很多人对IMS技术定位的认知存在偏差。

这些人认为,IMS仅是立足“打电话”需求,和传统软交换技术“差不多”。甚至有部分软交换设备厂家,以此来“误导”用户,试图拖延IMS的普及。

这种观点和做法,阻碍和制约了IMS技术在电网数字化转型中的关键技术突破和研究。

2、对IMS技术优势的认知不足

IMS作为国际通信技术标准,在普通用户中的知名度较低。其实,IMS的技术优势是非常明显的。它相比软交换更“软”、业务定义更规范严谨,安全可靠性更高,主要优势在于:

1)多媒体通信交换能力

多媒体交换是IMS区别于软交换的关键。IMS不仅支持SIP协议视频通话,同时支持VoLTE/VoNR视频通信,具备与不同RTC和监控媒体流的多视场交互能力。

此外,IMS还具备涉及应急通信保障的全业务呼叫转移能力。

IMS底层技术架构演进及关键技术标准优化补充,对商业模式及应用落地有很大的促进作用。

2)标准引领多系统融合的重要作用

IMS不仅可以实现软交换的VoIP业务,更重要的是将有效地对网络资源、用户资源及应用资源进行管理,提高网络的智能性。

以IMS标准引领多系统(子系统)融合,使得用户可以跨网络并使用多种终端,感受融合的通信体验。

3、IMS技术开放性不足导致标准制定和应用落地困难

IMS的应用落地速度不理想,与全球对IMS的应用仍停留在探索阶段有一定关系。更关键的原因在于,厂家的开放性不足。

IMS虽然作为一种技术标准,但应用需要结合用户自身需求开发。鉴于设备厂家的开放性不足,国家电网即便有强大的专业开发能力,也无法有效参与到IMS标准制定和应用落地关键技术研究中。

由此所涉及到构建零信任信息通信网络的安全、最后一公里接入、多系统协同和应用互通等问题,直接制约了进一步融合AI、大数据、云计算等先进技术向数字化转型的研究和探索。

█IMS在电网5G应用探索中的作用

早在2019年国内运营商正式商用5G之前,大约在2017年,电力专网就启用了针对5G的的应用研究。

此后,针对“电力+5G”的各种应用场景,集团总部和各地电网公司与不同的通信运营商合作开展了深度不一的试点测试。

例如,陕西电力联合合作伙伴,开展了首家广电700Mhz低频段5G的电力应用试点。

试点主要结合电力供电服务指挥当前无法指挥到具体工作人员、无法监督管控现场工作情况及进展、无法精准管控指挥、指挥失联等业务现状,围绕5G在单兵指挥和应急抢修中的应用,进行了深入的测试和验证。

 

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首先,基于IMS技术标准,经过电力专家团队指导,开发出国际首款5G物理隔离多媒体通信网关,解决电力IMS专网与运营商IMS核心网超低延时视频类业务互通障碍。

其次,通过双向四因子终端KEY加密技术开发,进一步强化与IMS专网视频类业务互通终端的安全隔离审核,构建起安全为基础的零信任信息通信网络体系。以此建设起无使用范围和场景限制的双向指挥系统,实现单兵装置接入,完成单兵指挥监督。

经过5G试点应用验证及开发,最终破解了多项制约应用落地的关键技术障碍。

█结语

IMS技术本身已足够成熟,自国内运营商4G网络全面引入IMS以来,IMS的应用已经取得了很多的成果和经验。但是,因为关键技术障碍、专业认知、商业模式和开放性等一直处于探索阶段的原因,IMS的应用落地还是有很大的空间。

2021年9月,国内三大运营商实现IMS网间互联互通,预示着以IMS为标准引领的全新通信网络生态体系建设拉开帷幕。

国家电网公司顺应能源革命和数字革命融合发展的趋势,创造性地提出了建设“三型两网”世界一流能源互联网企业的战略目标。陕西省电力积极响应国网提出的双碳和数字化转型探索文件精神,率先开展IMS技术在电网中的试点应用,并取得了全国领先的成果。

相信随着时间的推移,IMS与电力专网通信的融合将变得更加紧密。IMS将在更多的专网场景落地发芽,并孵化出种类繁多的数字多媒体应用,帮助企业提升生产效率,改进业务流程,最终助力企业成功实现数字化转型。

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