专利名称：一种电力信息监控系统及其无线组网方法
技术领域：
本发明涉及无线技术组网领域，具体涉及一种电力信息监控系统及其无线组网方法。
背景技术：
现行物理电网的部署中，电力信息监控系统所采用的通信方式主要有光纤、无线公网以及微功率无线等；在传输数据量较大，或者有视频传输需求的场合多选用光纤通信的方式；在监控系统的末端，各种监控终端(比如传感器、摄像头等现场装置)到汇聚节点间，多采用PLC、微功率无线、RS232、RS485等通信方式连接；汇聚节点与监控系统主站间的通信，目前多采用无线公网的方式传输，通信制式则集中在GPRS/CDMA，这里仅以GPRS为例来说明。GPRS网络是在现有的GSM网络中增加一些节点，其中GSN (GPRS SupportingNode，GPRS支持节点)是GPRS网络中最重要的网络节点，GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器；完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN有两种类型一种为SGSN (Serving GSN，服务GSN)，另一种为GGSN (Gateway GSN，网关GSN)，SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。GPRS网络主要实体包括GPRS骨干网、GGSN、SGSN、本地位置寄存器(HLR)、移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、移动台、分组数据网络(PDN)、短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(SMS-1WMSC)等。在层级结构上，通过MS(combination of TE and MT ;其中 TE 为 Terminal Equipment,终端设备；MT 为Mobile Terminal，移动终端)-BSS (BTS-BSC)--SGSN (MSC/VLR/EIR)-GGSN-PDN实现。现有技术的缺点如下在网络结构上，GPRS网络中节点众多、网络层级结构之间的接口繁杂；在网络建设上，公网建设以人口分布为导向，难以满足偏远地区监控终端的通信需求；长期的信道租赁费也是一个不小的开支；在信息传输上，GPRS公网的信息传输下行居多，以语音业务为主且业务随机突发性强，用户终端随机移动，系统带宽资源充足，这些都与电力信息监控系统的部署需求不符监控系统的终端是固定的，但分散、点多面广、运行环境差；信息以数据业务为主，信息传输上行居多，且业务分布地理差异明显，即使是偏僻地区的监控信息，也要求能及时准确送达；电力行业授权频点有限；信息传输的安全性及可靠性要求高；在行业服务方面，GPRS以公网业务优先，只为电网业务提供“尽力而为”的服务，不做质量保证，用户也无法进行在线设备管理；公网传输环节多，数据延迟大(I 5s，有时达到10s)，不能满足高实时性要求。在业务质量、数据安全性、可靠性方面得不到保证。
由上述分析可见，GPRS无线公网并不能很好的满足电力信息监控系统的组网需求；考虑监控数据的安全可靠传输，应结合监控系统的地理分布和数据流量特点，以及资源现状，建立专用的无线通信通道。缩略语、英文和关键术语定义列表如下U PLC Power Line Carrier，电力线载波；2、GPRS !General Packet Radio Service，通用分组无线业务；3、CDMA:Code Division Multiple Access，码分多址;4、UE User Equipment，用户设备；5、BSS:Base Station Subsystem，基站子系统；6、BTS:Base Transceiver Station，基站收发台；7、BSC:Base Sta tion Controller，基站控制器；8. SGSN Serving GPRS Support Node，服务 GPRS 支持节点；9、MSC:Mobile Switching Center，移动交换中心；10、VLR !Visitor Location Register，访问位置寄存器；11、EIR !Equipment Identity Register，设备标识寄存器；12. GGSN Gateway GPRS Support Node，网关 GPRS 支持节点；13、PDN :Public DataNetwork，公用数据网；14、LTE Long Term Evolution，长期演进；15、GIS !Geographic Information System，地理信息系统；16、CPE !Customer Premise Equipment，客户终端设备；17、BBU:Base band Unit，基带处理单兀；18、RRU:Radio Remote Unit，射频拉远单兀；l9、RRC:Radio Resource Control，无线资源控制；20、NAS:Non Access Stratum，非接入层；21、IMS1:1nternational Mobile Subscriber Identification Number，国际移动用户识别码；22、SN:Serial Number，序列号；
发明内容
针对目前电力信息监控系统的无线GPRS组网中存在的问题，提出一种简化网络层级结构，充分利用电力行业现有授权频谱；本发明结合电力行业数据传输的需求及流量特点，建立一种“低成本、广覆盖”的电力信息监控系统及其无线组网方法。本发明的目的是釆用下述技术方案实现的一种电力信息监控系统，所述电力信息监控系统为TD-LTE230M电力无线通信系统，釆用230MHz频段电力行业授权频谱组建监控系统无线通信网络，其改进之处在于，所述电力信息监控系统包括通信终端、接入设备、核心网、监控系统主站、网管系统和操作台；所述通信终端向上与接入设备相连，通过接入设备与核心网通信，组建数据传输的无线通道；所述通信终端、接入设备和核心网分别与网管系统连接，通过网管系统实现电力信息监控系统设备的在线管理；所述核心网分别与监控系统主站和操作台连接，向监控系统主站上传监控信息并由主站侧进行信息处理。其中，所述通信终端为远端通信模块，包括数据采集模块、监控调度模块和视频传输模块，是电力信息监控系统无线组网的执行单元，与监控业务终端通信，并采集监控现场的信息；所述接入设备设置于通信终端的汇聚节点，通信终端通过接入设备向核心网发送
信息；所述核心网负责终端认证、终端IP地址管理和移动性管理；采用交换机实现与监控主站、网管系统及操作台的连接；所述监控系统主站为信息处理中心，监控信息上传终点并处理上传信息；选用县级、市级以及省级的监控系统主站；所述网管系统为网络管理单元，包括服务器和客户端，用于网络状态监控和设备运维，支持对电力信息管理进行融合，并利用多媒体手段和GIS技术，完成集成的多媒体调度指挥系统；所述操作台采用服务器。本发明基于另一目的提供的一种电力信息监控系统的无线组网方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤A、电力信息监控系统的设备启动；B、电力信息监控系统的无线组网；C、电力信息监控系统的数据采集。其中，所述步骤A中电力信息监控系统的设备启动包括下述步骤SlOl :交换机启动；S102 :网管服务器启动；S103 :网管客户端启动；S104 :启动接入设备及核心网；S105:启动通信终端；电力信息监控系统完成上电检查，配置数据导入，版本升级，建立本地小区；通过网管客户端操作，实现电力信息监控系统的数据信息无线传输。其中，所述步骤B中电力信息监控系统的无线组网包括下述步骤S201 :监控终端触发，通信终端有监控信息需上报到监控系统主站，或是监控系统主站有控制信息拟下发到通信终端、控制监控终端动作的时候，启动通信终端寻呼过程；S202 :在通信终端原状态为空闲态的情况下，通信终端发起随机接入过程，请求接入设备分配传输数据的无线通道资源，包括无线承载、传输信道、传输格式组合、物理信道配置以及测量控制；S203 :通信终端向接入设备发起无线资源控制RRC连接建立请求，请求附着接入无线网络中；S204 :接入设备向核心网发送初始通信终端消息，上报通信终端的接入附着请求；初始通信终端消息中包含请求接入通信终端ID，所述通信终端ID为通信终端的IMSI号、SN码、系统分配的IP地址等唯一识别通信终端的号码；S205 :核心网根据通信终端ID，经由接入设备的转达，完成对通信终端的身份识另Ij、鉴权和加密过程；
S206 :核心网向接入设备下发初始上下文建立请求，包含允许通信终端附着以及默认承载建立请求；接入设备根据核心网下发的请求消息(包含允许通信终端附着以及默认承载建立请求消息)，完成对通信终端容量、安全模式以及无线资源控制RRC连接重配置的确认，并通过无线资源控制RRC连接重配置确认，向通信终端下达允许通信终端附着以及默认承载建立的消息；S207 :通信终端和接入设备之间、接入设备和核心网之间初始化上下文完成，开始发送数据。其中，所述步骤C中电力信息监控系统的数据采集包括下述步骤S301 :通信终端实时采集监控终端的信息，并按照约定的间隔及传输方式，通过空中接口(是通信终端和接入设备之间的空中接口)向接入设备上报；S302 :接入设备收集通信终端上传的监控信息，并按照和核心网之间的传输规则，通过SI接口上报至核心网；S303 :核心网收集接入设备上传的监控信息，通过光纤端口与网管系统交互信息，并通过SGi 口将数据上传到监控系统主站；S304 :监控系统主站处理核心网上报的监控信息，并将处理结果及监控决策通过无线网络下发到通信终端，实现对监控终端的控制。(监控终端是指电力监控业务的终端，直接分布于第一线现场的终端，类似传感器、摄像头之类的设备的；通信终端是指本套电力信息监控系统中最底层的通信终端，监控终端的信息需要先反馈到通信终端)与现有技术比，本发明达到的有益效果是1、本发明提供的一种电力信息监控系统及其无线组网方法，采用电力行业已授权的230MHz频段，结合监控系统的地理分布及流量特点，借鉴TDD及LTE等技术，建立专用的监控通道，有效解决公网服务的安全性及数据传输的可靠性问题；在低频段建立无线通道，频段先天的覆盖优势，可有效解决公网系统中的覆盖盲区问题，结合扁平的全IP化的网络化结构，简化网络结构的同时，更有利于建设“低成本、广覆盖”的电力信息监控系统；建设电力信息监控系统的专用无线通信通道，在有效避免采用公网GPRS所带来的一些不便的同时，也节省了公网GPRS信道租赁所产生的一笔不小的费用，比如上亿元的资金。2、本发明提供的一种电力信息监控系统采用全IP的扁平化组网结构，减少网络节点，节省布网成本；针对电力行业上行数据居多的情况，系统采用TDD技术，利用时分双工的上、下行时隙配比可调，设置高上行比来满足上行信息传输需求；考虑到无线频谱资源紧张，新申请连续的大带宽频谱资源越来越困难，本发明充分利用电力行业已有的230MHz频段的授权频点，借鉴4G移动通信LTE技术的载波聚合技术，实现离散窄带的宽带传输；同时选用低频段建设专用的电力信息无线监控系统，低频段先天的覆盖优势，更有利于建设“低成本、广覆盖”的电力信息监控系统。
图1为本发明提供的一种电力信息监控系统的网络架构图；图2为本发明一种电力信息监控系统的网络部署示意图；图3为本发明一种电力信息监控系统的设备启动流程图；图4为本发明一种电力信息监控系统的无线组网示意图5为本发明一种电力信息监控系统的数据采集流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本发明提供的一种电力信息监控系统的网络架构如图1所示，可以分为四层(I)通信终端数据采集、监控调度、视频传输等远端通信模块的统称，是电力信息监控系统无线组网的执行单元，直接与监控终端通信，采集监控现场的信息。(2)接入设备系统的无线通信终端，通过接入设备连接到核心网，相互传递信息，组建数据传输的无线通道。(3)核心网负责终端认证、终端IP地址管理、移动性管理等，直接连接电力信息监控系统的主站。本发明的一种电力信息监控系统无线通道的所有设备，在核心网的终端IP地址管理中，可以通过IP地址唯一鉴别。(4)主站电力信息监控系统主站，监控数据上传的终点，以及信息处理中心。(5)网管系统系统的网络管理单元，主要包括网络状态监控和设备运维；支持对现存的电力信息管理进行融合，并能利用各种多媒体手段，GIS技术，完成统一集成的多媒体调度指挥系统。本发明的一种电力信息监控系统的网络部署示意图如图2所示(I)通信终端可以采用嵌入式安装于监控终端中，或是外置客户终端设备CPE的形式独立部署；(2)接入设备采用光纤拉远技术，实现BBU和RRU的分离，BBU利用监控系统的现有资源，分布于监控终端的汇聚节点；RRU外置，通过光纤与BBU相连；(3)核心网与主站、网管系统及操作台相邻配置，通过交换机实现连接；(4)主站利用现有的县级、市级甚至省级监控系统主站即可。本发明还提供了一种电力信息监控系统的无线组网方法，包括下述步骤A、电力信息监控系统的设备启动；本发明的一种电力信息监控系统的设备启动流程图如图3所示，包括下述子步骤SlOl :交换机启动；S102 :网管服务器启动操作系统、FTP Server,NTP Server,DB Server、eOMC APPServer、BootP Server ；S103 :网管客户端启动；S104 :启动接入设备及核心网；接入设备、核心网都需要从个人电脑(eOMC/Bootp/Ftp服务器)下载启动需要的配置文件；S105 :启动通信终端；系统完成上电检查，配置数据导入,版本升级，建立本地小区。通过网管客户端操作，实现电力信息监控系统的数据信息无线传输。B、电力信息监控系统的无线组网本发明的一种电力信息监控系统的设备间通信示意图如图4所示，包括下述子步骤S201 :监控终端触发，通信终端有监控信息需上报到监控系统主站，或是监控系统主站有控制信息拟下发到通信终端、控制监控终端动作的时候，启动通信终端寻呼过程；S202:在通信终端原状态为空闲态的情况下，通信终端发起随机接入过程，请求接入设备分配传输数据的无线通道资源，包括无线承载、传输信道、传输格式组合、物理信道配置以及测量控制；S203 :通信终端向接入设备发起无线资源控制RRC连接建立请求，请求附着接入无线网络中；S204 :接入设备向核心网发送初始通信终端消息，上报通信终端的接入附着请求；初始通信终端消息中包含请求接入通信终端ID，所述通信终端ID为通信终端的IMSI号、SN码、系统分配的IP地址等唯一识别通信终端的号码；S205 :核心网根据通信终端ID，经由接入设备的转达，完成对通信终端的身份识另Ij、鉴权和加密过程；S206:核心网向接入设备下发初始上下文建立请求，包含允许通信终端附着以及默认承载建立请求；接入设备根据核心网下发的请求消息，完成对通信终端容量、安全模式以及无线资源控制RRC连接重配置的确认，并通过无线资源控制RRC连接重配置确认，向通信终端下达允许通信终端附着以及默认承载建立的消息；S207 :通信终端和接入设备之间、接入设备和核心网之间初始化上下文完成，开始发送数据。C、电力信息监控系统的数据采集；本发明的一种电力信息监控系统的数据采集流程图如图5所示，包括下述子步骤S301 :通信终端实时采集监控终端的信息，并按照约定的间隔及传输方式，通过空口向接入设备上报；S302 :接入设备收集通信终端上传的监控信息，并按照和核心网之间的传输规则，通过SI接口上报至核心网；S303 :核心网收集接入设备上传的监控信息，通过光纤端口与网管系统交互信息，并通过SGi 口将数据上传到监控系统主站；S304:监控系统主站处理核心网上报的监控信息，并将处理结果及监控决策通过无线网络下发到通信终端，实现对监控终端的控制。本发明提供的一种电力信息监控系统及其无线组网方法，在电力行业已获得授权的230MHz频段，采用TDD、载波聚合等技术，扁平化、全IP化组网，建立“低成本、广覆盖”的专用电力信息监控系统无线通道；在有数据传送需求时，启动终端寻呼过程，可由通信终端启动也可由核心网启动；无线通道的所有终端，在系统中，可通过MSI号、SN码、IP地址等唯一识别。本发明充分利用电力行业现有授权频谱，建立了一种“低成本、广覆盖”的电力信息监控系统。
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种电力信息监控系统，所述电力信息监控系统为TD-LTE230M电力无线通信系统，采用230MHz频段电力行业授权频谱组建监控系统无线通信网络，其特征在于，所述电力信息监控系统包括通信终端、接入设备、核心网、监控系统主站、网管系统和操作台；所述通信终端向上与接入设备相连，通过接入设备与核心网通信，组建数据传输的无线通道；所述通信终端、接入设备和核心网分别与网管系统连接，通过网管系统实现电力信息监控系统设备的在线管理；所述核心网分别与监控系统主站和操作台连接，向监控系统主站上传监控信息并由主站侧进行信息处理。
2.如权利要求1所述的电力信息监控系统，其特征在于，所述通信终端为远端通信模块，包括数据采集模块、监控调度模块和视频传输模块，是电力信息监控系统无线组网的执行单元，与监控业务终端通信，并采集监控现场的信息； 所述接入设备设置于通信终端的汇聚节点，通信终端通过接入设备向核心网发送信息； 所述核心网负责终端认证、终端IP地址管理和移动性管理；采用交换机实现与监控主站、网管系统及操作台的连接； 所述监控系统主站为信息处理中心，监控信息上传终点并处理上传信息；选用县级、市级以及省级的监控系统主站； 所述网管系统为网络管理单元，包括服务器和客户端，用于网络状态监控和设备运维，支持对电力信息管理进行融合，并利用多媒体手段和GIS技术，完成集成的多媒体调度指挥系统； 所述操作台采用服务器。
3.一种电力信息监控系统的无线组网方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 A、电力信息监控系统的设备启动； B、电力信息监控系统的无线组网； C、电力信息监控系统的数据采集。
4.如权利要求3所述的电力信息监控系统的无线组网方法，其特征在于，所述步骤A中电力信息监控系统的设备启动包括下述步骤 SlOl :交换机启动； S102:网管服务器启动； 5103:网管客户端启动； 5104:启动接入设备及核心网； 5105:启动通信终端；电力信息监控系统完成上电检查，配置数据导入，版本升级，建立本地小区；通过网管客户端操作，实现电力信息监控系统的数据信息无线传输。
5.如权利要求3所述的电力信息监控系统的无线组网方法，其特征在于，所述步骤B中电力信息监控系统的无线组网包括下述步骤 S201:监控终端触发，通信终端有监控信息需上报到监控系统主站，或是监控系统主站有控制信息拟下发到通信终端、控制监控终端动作的时候，启动通信终端寻呼过程； S202:在通信终端原状态为空闲态的情况下，通信终端发起随机接入过程，请求接入设备分配传输数据的无线通道资源，包括无线承载、传输信道、传输格式组合、物理信道配置以及测量控制；5203:通信终端向接入设备发起无线资源控制RRC连接建立请求，请求附着接入无线网络中； 5204:接入设备向核心网发送初始通信终端消息，上报通信终端的接入附着请求；初始通信终端消息中包含请求接入通信终端ID，所述通信终端ID为通信终端的IMSI号、SN码、系统分配的IP地址等唯一识别通信终端的号码； 5205:核心网根据通信终端ID，经由接入设备的转达，完成对通信终端的身份识别、鉴权和加密过程； S206:核心网向接入设备下发初始上下文建立请求，包含允许通信终端附着以及默认承载建立请求；接入设备根据核心网下发的请求消息，完成对通信终端容量、安全模式以及无线资源控制RRC连接重配置的确认，并通过无线资源控制RRC连接重配置确认，向通信终端下达允许通信终端附着以及默认承载建立的消息； S207 :通信终端和接入设备之间、接入设备和核心网之间初始化上下文完成，开始发送数据。
6.如权利要求3所述的电力信息监控系统的无线组网方法，其特征在于，所述步骤C中电力信息监控系统的数据采集包括下述步骤 S301 :通信终端实时采集监控终端的信息，并按照约定的间隔及传输方式，通过空中接口向接入设备上报； S302:接入设备收集通信终端上传的监控信息，并按照和核心网之间的传输规则，通过SI接口上报至核心网； 5303:核心网收集接入设备上传的监控信息，通过光纤端口与网管系统交互信息，并通过SGi 口将数据上传到监控系统主站； 5304:监控系统主站处理核心网上报的监控信息，并将处理结果及监控决策通过无线网络下发到通信终端，实现对监控终端的控制。
全文摘要
本发明涉及一种电力信息监控系统及其无线组网方法，电力信息监控系统包括通信终端、接入设备、核心网、监控系统主站、网管系统和操作台；通信终端向上与接入设备相连，通过接入设备与核心网通信，组建数据传输的无线通道；通信终端、接入设备和核心网分别与网管系统连接，通过网管系统实现电力信息监控系统设备的在线管理；核心网分别与监控系统主站和操作台连接，向监控系统主站上传监控信息并由主站侧进行信息处理。本发明充分利用电力行业已有的230MHz频段的授权频点，借鉴4G移动通信LTE技术的载波聚合技术，实现离散窄带的宽带传输；同时选用低频段建设专用的电力信息无线监控系统，更有利于建设“低成本、广覆盖”的电力信息监控系统。
文档编号G05B19/418GK103064385SQ20121056286
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者杨树, 富志伟, 欧清海, 何清素, 贺金红, 余斌, 李丽丽 申请人:深圳市国电科技通信有限公司, 国网电力科学研究院, 国家电网公司