专利名称：一种基于lte技术的配电网接入层通信系统构建方法
技术领域：
本发明属于宽带无线网络技术领域，是一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统的构建方法技术领域。
背景技术：
配电网是电网中直接面向用户的部分，是整个电力系统正常运行的关键环节。随着配电应用系统、停电管理系统、故障报修服务系统、配电工作管理系统的自动化以及智能化的发展，配电网主站、配电网子站以及配电终端之间传输的数据规模将越来越大，传输的要求将越来越高。配电网的通信系统包括骨干层和接入层，其中接入层是配电主站、子站至配电终端的通信网络。目前，电力通信总体上呈“骨干网强，接入网弱”的态势。LTE(Long Term Evolution,长期演进计划)是3GPP标准化组织自2004年开始的一个无线通信技术标准制定计划，其目标是制定一个具有高数据传输速率、低延迟以及具有优化分组传输能力的无线接入技术。LTE系统物理层基于OFDMA技术以及MIMO技术，可以达到较高的传输带宽。同时，通过扁平化的网络架，LTE系统的延迟大大降低。LTE技术的引入可以有效解决电力通信“骨干网强，接入网弱”的态势，有效提高支撑用户信息采集系统的接入层通信网络系统的性能，进一步提升配电网的智能化能力。但是目前LTE技术主要面向公共通信网的发展需求，在配电网接入层通信网络中的应用仍未成熟。
发明内容
本发明基于LTE技术，对配网通信系统架构进行研究，针对其需求和节点分布特点，对LTE标准进行改进优化，突破其中的关键技术，进行基于LTE技术的配电网接入层通信系统的搭建及应用实验，以支撑配电网智能化业务开展和部署，更好的实现对配电网运维、监测。本发明通过如下技术方案来实现。一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，本发明具体包括如下步骤
1)基于LTE技术，实现配电网接入系统中配电自动化业务、集抄业务、负控业务、双向语音/视频业务以及视频监控业务等数据业务的隔离、安全、可靠、高效率传输；
2)结合配电网业务特性，优化LTE无线资源管理算法，采用一种基于反馈机制的无线资源调度方法，维护一个RRC控制信息队列，用于保存RRC控制信息；维护一个BCCH控制信息队列，用于保存BCCH控制信息；维护一个PCCH信息队列，用于保存PCCH信息；维护一个 RA信息队列，用于保存RA信息；维护一个新传业务数据队列，用于发送新传的业务数据；维护一个重传业务数据队列，用于发送重传的业务数据；
本方法使用的调度流程为
a)为控制信息、业务数据分配无线资源；
b)调度控制信息数据按照RRC控制队列、BCCH控制信息队列、PCCH控制信息队列、RA信息队列依次下降的顺序对管理消息进行调度；
c)调度业务数据按照重传业务数据、新传业务数据依次进行调度； 在调度控制信息时，当资源不够时，则抢占为业务数据分配的资源进行调度，并统计控制信息资源使用情况，记录在资源使用信息表中，为控制信息资源分配提供参考依据；在调度业务数据时，新传与重传业务数据包括配电自动化业务数据、集抄业务数据、负控业务数据、双向语音/视频业务数据以及视频监控业务数据；为每一种业务数据分配专用资源，在调度过程中每一种业务数据的资源进行动态调整； 其中，构建方法如下
(1)配电网接入层业务实体通过有线连接将业务数据传送到LTE终端；
(2)LTE终端通过无线连接将业务数据转送到LTE基站；
(3)LTE基站通过有线连接将接收到的业务数据传送发到配网主站；
配电网接入层业务实体与LTE终端通过有线或无线进行连接；LTE基站与配网主站通过有线或无线进行连接。本发明调度流程的具体步骤如下
Si. 1 统计并分配当前帧控制信息所需要的无线资源；
Si. 2:调度RRC控制信息数据；
Si. 3 调度BCCH控制信息；
Si. 4 调度PCCH控制信息；
Si. 5 调度RA信息；
Si. 6 根据业务类型为各业务数据分配专用资源；
Si. 7 如果需要调整数据优先级业务，则执行步骤Si. 8，否则执行步骤Si. 9 ；
Si. 8 调整数据业务优先级，执行步骤1. 10 ；
Si. 9 按照默认优先级对各数据业务进行调度；
Si. 10 按照调整后的优先级对各数据业务进行调度；
51.11 调度结束。本发明调度控制信息的具体步骤包括
52.1 统计并分配当前帧控制信息所需的无线资源； S2.2:调度RRC控制信息数据；
S2. 3:调度BCCH控制信息数据； S2. 4:调度PCCH控制信息数据；
52.5 调度RA信息数据；
本发明调度重传业务数据的具体步骤包括
53.1 计算分配各业务数据的专用无线资源； S3. 2 调度重传业务数据；
S3. 3 如果重传业务数据中有双向语音/视频业务数据，就执行步骤S3. 4，否则执行步骤 S3. 5 ；
S3. 4 在专用资源1上调度双向语音/视频业务数据；
S3. 5 如果有视频监控业务数据，则执行步骤S3. 6;否则执行步骤S3. 7;
S3. 6 在专用资源2上调度视频监控业务数据；S3. 7 如果有集抄业务数据，则执行步骤S3. 8 ；否则执行步骤S3. 9 ； S3. 8 在专用资源3上调度集抄业务数据；
S3. 9 如果有配电自动化业务数据，则执行步骤S3. 10 ；否则执行步骤S3. 11 ； S3. 10 在专用资源4上调度配电自动化业务数据； S3. 11 如果有负控业务数据，则执行步骤S3. 12 ；否则执行步骤S3. 13; S3. 12 在专用资源5上调度负控业务数据；
53.13 接收重传业务数据的调度；
重传业务数据或新传业务数据使用同样的专用资源；各业务的专用资源需要动态调整，在调度各业务的重传数据域新传数据时，要统计调度该业务重传数据与新传数据的带宽使用量，并将该带宽量存储作为下一帧调度该数据业务时专用资源调整的依据；
双向语音/视频业务、视频业监控业务、集抄业务、配电自动化业务以及负控业务之间的调度优先级需要动态调整，默认调度优先级从低到高顺序依次为双向视频监控业务、语音/视频业务、、集抄业务、配电自动化业务以及负控业务；各业务中优先满足双向语音/视频业务数据的传送，其次是要保证视频监控业务的数据传送。视频监控业务、集抄业务、配电自动化业务以及负控业务中维护一个步进因子S，如果步进因子小于0，则表示该业务的数据没有推积，不需要修改该业务的调度优先级，如果步进因子大于1，则表示该业务数据有堆积，需要修改该业务的调度优先级，步进因子越大，说明该业务数据的堆积越严重， 修改的该业务的调度优先级越高；该方案中采用的控制各数据业务的优先级步骤如下
54.1 双向语音/视频数据业务的优先级最高； S4. 2 计算视频监控业务的步进因子；
S4. 3 计算集抄业务的步进因子； S4. 4:计算配电自动化业务的步进因子； S4. 5 计算负控业务的步进因子；
S4. 6 将计算得出的各业务的步进因子按照从小到达的顺序依次排列，在进行下一帧调度时，重传数据或新传数据都按照该优先级顺序对业务数据进行调度； S4. 7 各数据业务优先级调整结束。本发明提出了一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建的方法，配电网与 LTE终端采用有线连接方式，LTE终端与LTE基站通信采用无线方式传送数据，LTE基站与配电主站采用有线连接方式将接收到的数据传送给配电网主站。特别的，配电网与LTE终端也可以采用ZIGBEE、WIFI等无线技术进行连接；特别的LTE基站与配电主站也可以采用 ZIGBEE、WIFI等无线技术进行连接；
本发明提出的一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，维护RRC控制信息队列，用于存储RRC控制信息数据；BCCH控制信息队列，用于存储BCCH控制信息数据； PCCH控制信息队列，用于存储PCCH控制信息数据；RA控制信息队列，用于存储RA信息数据；重传数据队列，用于存储各业务重传的数据；新传数据队列，用于存储各业务新传数据；业务数据包括配电网自动化业务、负控业务、集抄业务、双向语音/视频业务以及视频监控业务。本发明提出的一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，为各业务分配专用资源，不同的专用资源服务于不同的业务类型，实现在资源分配级别上的业务隔离；根据上一帧各业务的带宽使用情况，不同专用资源间进行动态调整；
本发明提出的基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，配电网数据业务的默认调度优先级有如下规定按照双向语音/视频业务、视频监控业务、集抄业务、配电网自动化业务、负控业务优先级依次下降，其中负控业务和配网自动化业务级别最高，要时刻保证该业务数据的调度，视频监控业务、集抄业务、配电网自动化业务、负控业务的优先级根据各业务的步进因子进行动态调整。步进因子与当前帧数据的积压状态、调度轮询时间等因素有关。步进因子小于1，表示不需要提高该业务的调度优先级，步进因子大于1，表示需要提高该业务的调度优先级。
图1是基于LTE技术的配电网接入层通信系统网络拓扑图； 图2是基于LTE技术的配电网接入层通信系统调度流程图3是调度配电网接入层通信系统中控制信息的流程图； 图4是调度配电网接入层通信系统中各业务重传数据以及新传数据的流程图； 图5是调度配电网接入层通信系统中调整各数据业务优先级的流程图。
具体实施例方式如图1所示，为配电网接入通信系统网络拓扑图。电网业务数据传输与LTE系统间可以以有线方式连接，也可以以无线方式连接，LTE终端将接收到的配电网业务数据以无线的方式发送给LTE基站，LTE基站以有线连接的方式将接收到的数据传送给配网主站。 LTE基站与配网主站直接的连接也可以采用无线连接的方式。图2中各事件处理步骤如下(LTE配电网接入层通信系统中调度流程) Si. 1 统计并分配当前帧控制信息所需要的无线资源；
Si. 2:调度RRC控制信息数据； Si. 3 调度BCCH控制信息； Si. 4 调度PCCH控制信息； Si. 5 调度RA信息；
Si. 6 根据统计为各业务数据分配专用资源；
Si. 7 如果需要调整数据优先级业务，则执行步骤Si. 8，否则执行步骤Si. 9 ；
Si. 8 调整数据业务优先级，执行步骤1. 10 ；
Si. 9 按照默认优先级对各数据业务进行调度；
Si. 10 按照调整后的优先级对各数据业务进行调度；
51. 11 调度结束。
图3中各事件处理步骤如下(LTE配电网接入层通信系统中控制信息调度流程)
52. 1 统计并分配当前帧控制信息所需的无线资源； S2.2:调度RRC控制信息数据；
S2. 3:调度BCCH控制信息数据； S2. 4:调度PCCH控制信息数据；52.5 调度RA信息数据；
图4中各事件处理步骤如下(LTE配电网接入层通信系统中业务数据调度流程):S3. 1 计算分配各业务数据的专用无线资源；
53.2 调度重传业务数据；
S3. 3 如果重传业务数据中有双向语音/视频业务数据，就执行步骤S3. 4，否则执行步骤 S3. 5 ；
S3. 4 在专用资源1上调度双向语音/视频业务数据；
S3. 5 如果有视频监控业务数据，则执行步骤S3. 6;否则执行步骤S3. 7;
S3. 6 在专用资源2上调度视频监控业务数据；
S3. 7 如果有集抄业务数据，则执行步骤S3. 8 ；否则执行步骤S3. 9 ；
S3. 8 在专用资源3上调度集抄业务数据；
S3. 9 如果有配电自动化业务数据，则执行步骤S3. 10 ；否则执行步骤S3. 11 ； S3. 10 在专用资源4上调度配电自动化业务数据； S3. 11 如果有负控业务数据，则执行步骤S3. 12 ；否则执行步骤S3. 13; S3. 12 在专用资源5上调度负控业务数据；
53.13 接收重传业务数据的调度。
图5中各事件处理步骤如下(LTE配电网接入层通信系统中业务优先级调整流程图)
54.1 双向语音/视频数据业务的优先级最高； S4. 2 计算视频监控业务的步进因子；
S4. 3 计算集抄业务的步进因子；
S4. 4 计算配电自动化业务的步进因子；
S4. 5 计算负控业务的步进因子；
S4. 6 将计算得出的各业务的步进因子按照从小到达的顺序依次排列，在进行下一帧调度时，重传数据或新传数据都按照该优先级顺序对业务数据进行调度； S4. 7 各数据业务优先级调整结束。
权利要求
1.一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，其特征是，包括如下步骤 基于LTE技术，实现配电网接入系统中配电自动化业务、集抄业务、负控业务、双向语音/视频业务以及视频监控业务等数据业务的隔离、安全、可靠、高效率传输；结合配电网业务特性，优化LTE无线资源管理算法，采用一种基于反馈机制的无线资源调度方法，维护一个RRC控制信息队列，用于保存RRC控制信息；维护一个BCCH控制信息队列，用于保存BCCH控制信息；维护一个PCCH信息队列，用于保存PCCH信息；维护一个RA 信息队列，用于保存RA信息；维护一个新传业务数据队列，用于发送新传的业务数据；维护一个重传业务数据队列，用于发送重传的业务数据； 本方法使用的调度流程为 为控制信息、业务数据分配无线资源；调度控制信息数据按照RRC控制队列、BCCH控制信息队列、PCCH控制信息队列、RA信息队列依次下降的顺序对管理消息进行调度；调度业务数据按照重传业务数据、新传业务数据依次进行调度； 在调度控制信息时，当资源不够时，则抢占为业务数据分配的资源进行调度，并统计控制信息资源使用情况，记录在资源使用信息表中，为控制信息资源分配提供参考依据；在调度业务数据时，新传与重传业务数据包括配电自动化业务数据、集抄业务数据、负控业务数据、双向语音/视频业务数据以及视频监控业务数据；为每一种业务数据分配专用资源，在调度过程中对每一种业务数据的资源进行动态调整； 其中，构建方法如下配电网接入层业务实体通过有线或无线连接方式将业务数据传送到LTE终端； LTE终端通过无线连接将业务数据转送到LTE基站； LTE基站通过有线连接将接收到的业务数据传送发到配网主站； 配电网接入层业务实体与LTE终端通过有线或无线进行连接；LTE基站与配网主站通过有线或无线进行连接。
2.根据权利要求1的基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，其调度流程的具体步骤如下Si. 1 统计并分配当前帧控制信息所需要的无线资源；Si. 2:调度RRC控制信息数据；Si. 3 调度BCCH控制信息；Si. 4 调度PCCH控制信息；Si. 5 调度RA信息；Si. 6 根据业务类型为各业务数据分配专用资源；Si. 7 如果需要调整数据优先级业务，则执行步骤Si. 8，否则执行步骤Si. 9 ；Si. 8 调整数据业务优先级，执行步骤1. 10 ；Si. 9 按照默认优先级对各数据业务进行调度；Si. 10 按照调整后的优先级对各数据业务进行调度；Si. 11 调度结束。
3.根据权利要求1的基于LTE技术的配电网接入系统构建方法，其调度控制信息的具体步骤包括S2. 1 统计并分配当前帧控制信息所需的无线资源；S2.2:调度RRC控制信息数据； S2. 3:调度BCCH控制信息数据；S2. 4:调度PCCH控制信息数据；s2.5 调度RA信息数据。
4.根据权利要求1的基于LTE技术的配电网接入系统构建方法，其调度重传业务数据的具体步骤包括s3.1 计算分配各业务数据的专用无线资源； S3. 2 调度重传业务数据；S3. 3 如果重传业务数据中有双向语音/视频业务数据，就执行步骤S3. 4，否则执行步骤 S3. 5 ；S3. 4 在专用资源1上调度双向语音/视频业务数据；S3. 5 如果有视频监控业务数据，则执行步骤S3. 6;否则执行步骤S3. 7;S3. 6 在专用资源2上调度视频监控业务数据；S3. 7 如果有集抄业务数据，则执行步骤S3. 8 ；否则执行步骤S3. 9 ；S3. 8 在专用资源3上调度集抄业务数据；S3. 9 如果有配电自动化业务数据，则执行步骤S3. 10 ；否则执行步骤S3. 11 ； S3. 10 在专用资源4上调度配电自动化业务数据； S3. 11 如果有负控业务数据，则执行步骤S3. 12 ；否则执行步骤S3. 13; S3. .12 在专用资源5上调度负控业务数据；s3.13 接收重传业务数据的调度；专用资源1为双向语音/视频业务专用资源，专用资源2为视频业务专用资源，专用资源3为集抄业务专用资源，专用资源4为配电自动化业务专用资源，专用资源5为负控业务专用资源；重传业务数据或新传业务数据使用同样的专用资源；各业务的专用资源需要动态调整，在调度各业务的重传数据域新传数据时，要统计调度该业务重传数据与新传数据的带宽使用量，并将该带宽量存储作为下一帧调度该数据业务时专用资源调整的依据；双向语音/视频业务、视频业监控业务、集抄业务、配电自动化业务以及负控业务之间的调度优先级需要动态调整，默认调度优先级从低到高顺序依次为双向视频监控业务、语音/视频业务、集抄业务、配电自动化业务以及负控业务；各业务中优先满足负控业务，其次是要保证配电自动化业务的数据传送；视频监控业务、集抄业务、配电自动化业务以及负控业务中维护一个步进因子S，如果步进因子小于0，则表示该业务的数据没有堆积，不需要修改该业务的调度优先级，如果步进因子大于1，则表示该业务数据有堆积，需要修改该业务的调度优先级，步进因子越大，说明该业务数据的堆积越严重，修改的该业务的调度优先级越高；该方案中采用的控制各数据业务的优先级步骤如下s4.1 双向语音/视频数据业务的优先级最高； S4. 2 计算视频监控业务的步进因子；S4. 3 计算集抄业务的步进因子；S4. 4 计算配电自动化业务的步进因子；S4. 5 计算负控业务的步进因子；S4. 6 将计算得出的各业务的步进因子按照从小到达的顺序依次排列，在进行下一帧调度时，重传数据或新传数据都按照该优先级顺序对业务数据进行调度； S4. 7 各数据业务优先级调整结束。
全文摘要
一种基于LTE技术的配电网接入层通信系统构建方法，本方法与配电网需求结合，基于LTE技术实现配电自动化业务、集抄业务、负控业务、双向语音/视频业务以及视频监控业务等数据的安全、可靠、高效率传输。优化LTE无线资源调度算法，将无线资源动态调整与资源预测机制结合，调度管理数据、新传数据以及重传数据，管理数据包括RRC层针对UE的控制信息、BCCH控制信息、PCCH控制信息以及RA信息；维护RRC控制信息队列、BCCH控制信息队列、PCCH控制信息队列、RA信息队列、新传数据队列以及重传数据队列，优先保证控制信息数据的传送，从资源分配角度和严格满足业务的QoS参数，保障业务区分隔离。
文档编号H04W72/12GK102572959SQ20121000729
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者吕垚, 吴玮, 李芹, 杜洁, 杨坤丽, 杨竞悦, 游绍华, 罗云龙, 龙洋, 龚宇 申请人:云南电网公司通信分公司