Tehnologija RedCap (5G Lightweight) postiže ciljeve uštede troškova, manje potrošnje energije i smanjene veličine uređaja pojednostavljivanjem mogućnosti uređaja i smanjenjem složenosti, uz zadržavanje izvornih mogućnosti 5G, postižući ravnotežu između tehnologije i cijene. Ovaj rad proučava tehničke karakteristike RedCap-a i povezane nacionalne politike, te ih kombinira s mrežnim zahtjevima elektroprivrede kako bi se analizirale mogućnosti primjene i postavljanja RedCap-a u različitim scenarijima elektroenergetske industrije, te raspravlja o razvojnom potencijalu RedCap tehnologije i strategije postavljanja operatera.
Značajke 5G RedCap tehnologije
Kako bi proširio opseg primjene 5G u IoT području, 3GPP je u lipnju 2022. zamrznuo 5G R17 standardnu verziju, koja uvodi 5G RedCap tehnologiju, koja zadovoljava potrebe povezivanja srednje i velike brzine IoT prilagođavanjem uređaja sposobnost i smanjenje složenosti te ostvarivanje ciljeva smanjenja troškova, smanjenja veličine i smanjenja potrošnje energije.
U usporedbi s 5G NR, RedCap je pojednostavljen u pogledu propusnosti spektra, antena, potrošnje energije, modulacije itd. (kao što je prikazano u tablici 1.) RedCap-ova propusnost u pojasu FR1 smanjena je sa 100MHz na 20MHz, broj odašiljača i prijamne antene smanjene su s tipične 4 antene na 2 ili 1 antenu, a smanjen je i maksimalan broj downlink MIMO slojeva, što smanjuje zahtjeve za kapacitetom terminalnog RF primopredajnika i modula za obradu osnovnog pojasa. U isto vrijeme RedCap modulacija najvišeg reda smanjena je s maksimalno 256QAM silazne veze na 64QAM, full-duplex FDD smanjen je na half-duplex mod, a mogućnosti kao što su CA (Carrier Aggregation), MR-DC (Dual Connectivity) , i DAPS (Dual Activation Protocol Stack) su izrezani kako bi se dodatno smanjila složenost dizajna i cijena terminala. Uz to, RedCap uvodi tehnologije eDRX (prošireni diskontinuirani prijem) i RRM (mehanizam za opuštanje mjerenja) kako bi se zadovoljili zahtjevi niske potrošnje energije za IoT.
Iako pojednostavljuje svoje mogućnosti, RedCap zadržava izvorne mogućnosti specifične za 5G, uključujući rubno računalstvo, 5G rezanje, 5G LAN, 5G nisku latenciju, 5G lokalizaciju, 5G precizno mjerenje vremena i druge značajke, koje mogu zadovoljiti zahtjeve mrežnih performansi industrijskog interneta, videa nadzor, pametna mreža, telematika i druge industrijske aplikacije.
U usporedbi s 5G NR, RedCap može učinkovito kontrolirati troškove, smanjiti potrošnju energije i smanjiti veličinu; u usporedbi s 4G LTE, RedCap ima karakteristike 5G velike propusnosti i niske latencije, a također postiže ravnotežu između performansi, funkcionalnosti i cijene, što rješava ključne bolne točke 5G aplikacija u vertikalnim industrijama i pruža više mogućnosti za razvoj 5G industrijske aplikacije u velikim razmjerima.
Pozadina RedCap politike
5G RedCap ključna je tehnologija za popularizaciju 5G aplikacija u području IOT-a srednje i velike brzine, koja će dodatno promicati transformaciju i nadogradnju tradicionalnih industrija osnaženih 5G-om, kao i duboku integraciju digitalnog gospodarstva i realna ekonomija.
Kina pridaje veliku važnost razvoju i primjeni 5G RedCap-a.2023 U listopadu 2023. Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije izdalo je Obavijest o promicanju evolucije 5G lagane (RedCap) tehnologije i inovativnog razvoja aplikacija, koja je izričito istaknula da će se do 2025. sveobuhvatni kapacitet 5G RedCap industrije značajno poboljšati, novi proizvodi i novi načini rada će se nastaviti pojavljivati, opseg aplikacija za konvergenciju će se nadograditi, a sigurnosni kapacitet će se sinkronizirati. Među njima, 5G RedCap pokrivenost će se ostvariti u gradovima iznad županijske razine diljem zemlje, a broj 5G RedCap priključaka ostvarit će desetmilijunski porast.
Kako bi se ubrzao inovativni razvoj 5G i promicao komercijalni proces 5G RedCap na čvrst i uredan način, u travnju 2024. Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije izdalo je Obavijest o provođenju 5G Lightweight (RedCap) kroz akciju u 2024, koji specificira ključni rad u sedam aspekata standarda, mreža, čipova, modula, terminala, aplikacija i jamstava, te postavlja čvrste temelje za popularizaciju i Time su postavljeni čvrsti temelji za popularizaciju i primjenu 5G RedCap-a. tehnologija u Kini.
RedCap se može široko koristiti u elektroenergetici, sigurnosti, umrežavanju vozila, industrijskom digitalnom rudarenju i drugim područjima. S brzim razvojem digitalnog gospodarstva, potražnja industrije za 5G RedCap postala je sve veća. Tvrtka za istraživanje tržišta Counterpoint Research predviđa da će 5G RedCap moduli činiti 18% ukupnih isporuka mobilnih IoT modula do 2030. Druga tvrtka, IoT Analytics, predviđa da će isporuke IoT modula s omogućenom 5G činiti 16% tržišta 2026., s RedCap igra ključnu ulogu.
Pod dvostrukim poticajem političkog vodstva i tržišne potražnje, 5G RedCap tehnologija postat će sve zrelija, scenariji primjene će biti brojniji, uvodeći zlatno razdoblje brzog razvoja.
Test Program
Ovaj test usvaja integrirano tehničko rješenje "kraj, mreža i industrija", postavljanje 5G RedCap terminala na krajnjoj strani, povezivanje distribucijskih FTU-ova (terminala za nadzor distribucijskih sklopki), DTU-ova (bežičnih terminala), energetskih kontrolera i druge opreme; na mrežnoj strani, otvoreni su 5QI meki odsječci i RB resursi rezervirani 1% tvrdih odsječaka, a posebna UPF (korisnička funkcija) regije kontrole proizvodnje povezana je s glavnom stanicom i nadzornim centrom distribucije električne energije u područje kontrole proizvodnje. UPF (funkcija korisničke ravnine) posvećena području kontrole proizvodnje radi ostvarivanja veze s glavnom stanicom za distribuciju električne energije i centrom za nadzor regije kontrole proizvodnje. Usporednim testom različitih tehnologija kao što su RedCap/5G NR, meko rezanje/tvrdo rezanje itd., provjerava normalan rad aplikacija kao što su distribucija s tri daljinske upravljača, nadzor mreže, distribuirani FA itd. na strani usluge.
Nakon utvrđivanja testnog scenarija i lokacije, operater odabire obližnju 5G baznu stanicu za uključivanje funkcije RedCap i konfigurira 5QI meke odsječke i RB resurse rezervirane 1% tvrdih odsječaka na strani mreže. Ispitivači instaliraju terminale za napajanje RedCap i podešavaju veze između terminala i FTU-ova za distribuciju električne energije, PMU-ova (jedinica za upravljanje energijom) opreme i glavne stanice za distribuciju električne energije kako bi proveli test usporedbe usluga.
Rezultati ispitivanja
Test uključuje usporedne testove RedCap terminala s 5G NR terminalom i 4G terminalom, meko rezanje s tvrdim rezanjem i vrijeme zauzetosti usluge uz vrijeme mirovanja i druge scenarije.
1. Vrsta testa: usporedba kašnjenja 5G tvrdog rezanja i 5G mekog rezanja
Testni model usluge: Ping za jednog korisnika 255 bajtova paketa, 1 0 0 ms interval slanja, ukupno 7000.
Rezultati ispitivanja pokazuju da je prosječna odgoda tvrdog rezanja 60% manja nego kod mekog rezanja. Kada je 5G mrežna usluga zagušena, maksimalno kašnjenje tvrdog rezanja je 62 ms, što može učiniti nepromijenjenim kašnjenje usluge napajanja i pouzdanost; dok će meko rezanje imati veliko kašnjenje tijekom vremena zauzetosti, što utječe na kvalitetu usluge.
2. Vrsta testa: 5G meko rezanje i usporedba kašnjenja 4G
Rezultati testa pokazuju da je 4G propusnost mala i da je bez tehnologije rezanja lako generirati zagušenje, što rezultira gubitkom paketa i velikim kašnjenjem. 5G RedCap meko rezanje nema gubitka paketa u svim scenarijima, a stopa uspješnosti Ping-a je 100%.
Vrijeme obrade (uključujući vrijeme okidanja prekidača) redovne usluge zaštite distribucijske mreže mora biti Manje od ili jednako 100ms, a s obzirom da postoji više kaskada prekidača u sustavu automatizacije distribucijske mreže, opći zahtjev je da izvršenje usluge vrijeme bi trebalo biti manje od ili jednako 150 ms. Kao što se može vidjeti iz rezultata testa, stopa uspješnosti pristupa RedCap terminalskoj mreži, stopa uspješnosti učitavanja podataka i stopa uspješnosti izdavanja daljinske naredbe dosežu 100%, a ključni indeksi kao što su kašnjenje pristupa, učitavanje podataka i brzina preuzimanja, svi zadovoljavaju zahtjeve proizvodnje električne energije. Odgoda pristupa, prijenos podataka, brzina preuzimanja i drugi ključni pokazatelji zadovoljavaju zahtjeve kvalitete poslovanja kontrole proizvodnje električne energije.
Scenarij distribucije električne energije najprimjenjiviji je i najreprezentativniji scenarij u području kontrole proizvodnje električne energije. Gornja analiza zahtjeva za elektroenergetsku mrežu i testovi usluga dokazali su da 5G RedCap tehnologija može u potpunosti zadovoljiti zahtjeve za uslugom napajanja.
RedCap energetski sektorski scenariji
Kako bi se izgradio novi tip elektroenergetskog sustava i ostvarili ciljevi proizvodnje čiste i niskougljične energije, sigurnog i učinkovitog prijenosa i transformacije, fleksibilne i pouzdane distribucije električne energije te raznolike i prijateljske upotrebe električne energije, sveprisutan, visoko pouzdan, visoko siguran i potrebna je ekonomična komunikacijska mreža. 5G RedCap tehnologija može ponovno upotrijebiti postojeću zrelu 5G mrežu, u potpunosti iskoristiti učinak mrežnog razmjera i osnažiti svaku poveznicu elektroenergetskog sustava s niskom cijenom, niskom potrošnjom energije i značajkama visoke pouzdanosti.
Distribuirana nova proizvodnja energije
Novi izvori energije kao što su fotonaponska energija i energija vjetra su čisti i imaju nisku emisiju ugljika, ali su osjetljivi na vremenske utjecaje i karakterizirani su nasumičnošću i nepostojanošću. Kako se udio nove proizvodnje električne energije povećava, potrošnja mreže i regulacijski kapacitet suočavaju se s ozbiljnim izazovima. Tradicionalna ručna metoda upravljanja problemom "napuštanja vjetra i svjetla" javlja se s vremena na vrijeme, potreba za korištenjem tehničkih sredstava njegove inteligentne kontrole. Nove energetske terenske stanice su široko rasprostranjene i velikog opsega, a visoki troškovi i dugo razdoblje izgradnje žičane optičke mreže doveli su do niske stope kontrole terenskih stanica u nekim područjima.
Podaci o prikupljanju informacija i upravljačkim naredbama za proizvodnju fotonaponske energije općenito su između 20k~100kbit/s. Kroz 5G RedCap za prikupljanje svih vrsta podataka iz pretvarača, konvergencijskih kutija, stanica za pohranu energije, ozračivača, meteoroloških instrumenata, mjerača itd., stanje PV stanica može se uočiti u stvarnom vremenu; putem 5G RedCap-a za spajanje s telemotorima, AGC-ima i drugom opremom, može se realizirati daljinska regulacija i kontrola te inteligentno upravljanje i održavanje fotonaponskih mrežnih veza, što može učinkovito i djelotvorno kontrolirati fotonaponske stanice. Putem 5G RedCap-a može se ostvariti daljinsko upravljanje te inteligentan rad i održavanje, čime se učinkovito poboljšava učinkovitost proizvodnje električne energije stanice i sigurnost priključka na mrežu.
Pregled dalekovoda
Vodovi za prijenos električne energije imaju mnogo točaka i dugih vodova koji su skloni vanjskim oštećenjima, kratkom spoju stranih tijela, koroziji i polomljenim nitima, prijetnji požara i dima, itd. Tradicionalno radno opterećenje ručnog pregleda, niska učinkovitost i visok rizik. Tradicionalno radno opterećenje ručne inspekcije, niska učinkovitost, visok rizik, svaka osoba može pregledati samo 10 kilometara ili 3~4 tornja dnevno.
Putem 5G RedCap modula montiranog na dron za automatsku inspekciju, može realizirati inspekcijski video AI inteligentno prepoznavanje, u stvarnom vremenu natrag do pravovremenog otkrivanja dalekovoda labavih, isključenih, korozije i drugih anomalija, a zatim alarmirati i točno prikazati mjesto kvara. . 5G namjenska mreža može osigurati sigurnost leta drona, prijenos videa inspekcije u stvarnom vremenu; AI inteligentno prepoznavanje može u bilo kojem trenutku pronaći skrivenu opasnost, tako da se učinkovitost otkrivanja povećala nekoliko puta. Propusnost potrebna za kontrolu drona i prijenos slike je 3M~5Mbit/s, a vremensko kašnjenje je manje od 100ms, RedCap može u potpunosti zadovoljiti svoje mrežne zahtjeve, a potrošnja energije je mala, što može produljiti vrijeme izdržljivosti drona. Inspekcija 5G dronovima može poboljšati učinkovitost inspekcije i uštedjeti troškove inspekcije.
Rad i održavanje trafostanice
Kao ključno čvorište elektroenergetskog sustava, trafostanice su u fokusu praćenja rada elektroenergetskog sustava. Vanjske podstanice osjetljive su na ekstremne vremenske uvjete i zahtijevaju redoviti pregled i praćenje očitanja brojila, položaja prekidača, temperature opreme i drugog statusa. Budući da se inspekcija trafostanice ponavlja, 5G energetski roboti i 5G HD kamere mogu se rasporediti za obavljanje inteligentnih i automatskih inspekcija glavne opreme, relejnih prostorija, priključnih kutija i drugih objekata kao i okoline stanice, zamjenjujući O&M osoblje u provođenju dnevnih inspekcija , mjerenja temperature, očitanja mjerača i drugih ponavljajućih zadataka, stvarajući uvjete za O&M osoblje za obavljanje daljinskih inspekcija bez posade, čime se poboljšava učinkovitost i smanjuje rizik operacija na licu mjesta.
Automatizacija distribucije električne energije
Uz sve veću potražnju za električnom energijom i nove poslove, distribucijske mreže se suočavaju s problemima kao što su velika potražnja za prikupljanjem informacija, mnogo skrivenih kvarova i teški svakodnevni pregledi. Distribuirani FA, distribucijski PMU, distribucijski tri daljinski upravljač, inteligentna stanica, distribucijska diferencijalna zaštita i druga oprema uglavnom su odgovorni za prikupljanje i očitavanje, lociranje kvara te izolaciju i oporavak distribucijske mreže, što je ključ za jamčenje kvalitete opskrbe električnom energijom , učinkovitost rada i korisničko iskustvo, a takva oprema ima širok raspon točaka, te ima veće zahtjeve za kašnjenjem komunikacije i sigurnošću.
Automatizacija distribucije temeljena na "5G RedCap+Hard Slicing" može podržati visoko pouzdanu zaštitu distribucije, a putem niske latencije i vrlo pouzdanog mrežnog prijenosa, može ostvariti brzu lokalizaciju kvara i oporavak izolacije, preciznu kontrolu opterećenja, video nadzor u stvarnom vremenu i u konačnici postići cilj jamčenja sigurnosti i pouzdanosti elektroenergetske mreže i poboljšati kvalitetu usluge.
RedCap istraživanje razvoja industrije
Trenutačno su velike tvrtke za proizvodnju čipova kao što su Qualcomm, MediaTek, Hesi i Zilight Spreadtrum sukcesivno pokrenule platforme za čipove RedCap, a tvrtke kao što su TD Tech, Lierda, Shifted Telecom, CommuniLink i China Mobile Internet of Things (CMIG) izdale su više više od 20 RedCap modula i više od 30 terminala, kao što su DTU i kamere, lansirani su na tržište jedan za drugim. Nanrui, Smartcore, Unicom, CMO i drugi proizvođači lansirali su razne RedCap terminale namijenjene električnoj energiji i komercijalno su verificirani u elektroenergetskoj mreži. Očekuje se da će do kraja 2024. cijena RedCap modula pasti na manje od 200 RMB, a cijena terminala na manje od 900 RMB. RedCap će potaknuti veliki razvoj 5G aplikacija uz troškovnu prednost terminala, a uzvodno i nizvodno od industrijskih ekosustava, kao što su RedCap čipovi, moduli, terminali i aplikacije, dovest će do izbijanja RedCap-a.