专利名称：基于分布式基站池的电力光载无线通信系统及实现方法
技术领域：
本发明属于电力通信领域，具体涉及基于分布式基站池的电力光载无线通信系统及实现方法。
背景技术：
智能电网建设经验和建设成果表明，实现对输、变、配等环节的关键设施、周边环境等进行在线监测，是实现电网智能化的重要手段。选择科学合理的通信技术是实现智能化的重要支撑。目前，在公网通信中开展了一系列的分布式基站系统建设工作，有效解决了信号覆盖问题，提高了服务质量。但电力通信和公网通信存在一定的差别，比如，公网通信侧重于移动式服务，而电力通信侧重于固定式服务，公网的服务面向有人活动的地区，追求收入投入比最大化，而电网的很多设施尤其输电设施一般都部署在人烟稀少的地区，以服务电力用户为宗旨，另外，电网运行对电力通信的时延、安全、可靠性等方面要求更高，所以，将公网的建设思路直接照搬到电力专网通信中会存在一定问题。目前，分布式基站的主要表现形式是BBU+RRU，其主要原理就是将传统基站的基带部分和射频部分分离开来，分为BBU和RRU两个设备，其中BBU是基站基带单元，负责基带信号处理与传输，连接GPS时钟，一般布置在中心机房等重要区域；RRU是远端单元，负责射频收发。BBU和RRU之间采用光纤进行连接，相对于传统基站，具有部署方便灵活、占地体积减少、资源合理共享以及平滑扩容升级等优点，目前在公网领域特别是3G通信模式中得到了广泛的应用。但针对BBU处理能力有限、BBU与RRU之间的传输带宽受限等因素影响，申请号为200710130360.3，发明名称为《分布式基站、分布式基站的室内单元和室外单元》的专利中提出将分布式基站的物理层处理功能全部放在RRU中进行，使BBU与RRU之间传输的是未经编码调制的信号，降低了传输速率的要求，降低了 BBU处理能力的要求，但是，对电力行业来说，RRU 一般部署的区域供电问题难以解决，比如在输电杆塔上部署的RRU，基本都需要采用太阳能供电的方式，所以将物理层数据处理交予RRU处理，势必会加快RRU能量消耗，不利于数据正常传输。申请号为200910079460.7，发明名称为《一种负载均衡设备以及分布式基站系统及其通信方法》的专利中提出了一种用于分布式基站系统的负载均衡设备，相对于传统的BBU+RRU的建设模式，该种模式提高了部署的灵活性，进一步提高了资源共享的水平，但是负载均衡设备是实现负载均衡的一个瓶颈，第一，需要考虑到设备的处理能力，第二、需要找到合适地方进行部署，第三、需要考虑设备的可靠性，第四、增添开发新的设备，增加建设成本，延长建设周期。且该种模式下只考虑网络层面的转发策略来达到负载均衡，没有考虑无线前端及传输通道的负载均衡，综合以上所述，负载均衡设备能实现局部的负载均衡，但在实现全局负载均衡方面还存在不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于分布式基站池的电力光载无线通信系统及实现方法，在发挥传统分布式基站优点的同时，充分利用电力系统已有通信资源，降低通信成本，适应智能电网网架结构，同时，从远端单元侧、传输通道侧及基站池侧三个方面实现基于认知的资源优化调度使用，达到全局负载均衡处理的目的，增加系统部署的灵活性同时不会造成系统建设成本的大幅增加。本发明提供的一种基于分布式基站池的电力光载无线通信系统，其改进之处在于，所述系统包括通过光网络进行数据传输的N组基站池和M个射频拉远单元RRU。其中，所述基站池的划分原则包括:将部署在一个行政区域的基带处理单元BBU划分为一个基站池；将部署在同一电压等级的变电站内的基带处理单元BBU划分为一个基站池；或将部署在地理位置相距10公里范围内(且易于交互)的基带处理单元BBU划分为
一个基站池。其中，一组基站池包括Q个基带处理单元BBU ；基站池内的Q个基带处理单元BBU根据数据处理效能分为池头和池内成员，池头和池内成员之间通过光网络进行通信。其中，所述池头和池内成员根据数据处理效能自动更新，通过当前池头和池内成员的信息交互，选择在线数据处理效能最大的基带处理单元BBU作为池头。其中，计算所述处理效能的表达式如下:PP=wl*RBPC+w2*RIB ；式中，PP表示处理效能，RBPC表示剩余基带处理能力；RIB表示剩余接口带宽；wl和w2分别表示剩余基带处理能力的加权系数和剩余接口带宽的加权系数；剩余基带处理能力的加权系数wl和剩余接口带宽的加权系数w2能够进行自适应调整，处理不同类型的数据。本发明基于另一目的提供的一种光载无线通信系统的实现方法，其改进之处在于，RRU将业务数据通过光网络传给基站池，进行通信时:光网络检测到不同射频拉远单元RRU的负载情况，根据负载大小进行自适应调整，为不同的射频拉远单元RRU分配不同的波分复用信道、波长、载波数量，实现动态的波分管理；N组基站池之间通信，根据数据处理效能确定基站池选择处理的数据量大小，确定各自的数据业务后，基站池内的池头根据池内成员的数据处理效能进行数据均衡处理；且N组基站池对信息进行融合处理并据此进行频谱全局管理，进而动态调整带宽、聚合可用频谱，并根据认知结果调整基带处理单元BBU所关联的射频拉远单元RRU，实现无线侧通信时的负载均衡。其中，N组基站池之间通信，根据数据处理效能确定基站池选择处理的数据量大小，实现主动负载分流的步骤包括:I)基站池初始化:每个基站池的池头发送查询命令给各个池内成员，池内成员反馈处理效能和地理位置信息，池头收集信息并计算自身所在的基站池的处理效能；2)连接建立:不同基站池的池头之间依托电力骨干SDH/WDM网络进行信息交互，交互的信息包括覆盖范围和处理效能，基站池之间建立分布式连接；3)主动处理:池头之间根据交互的信息，选取数据处理效能最大的基站池作为首要处理基站池，当来自射频拉远单元RRU侧的数据需要处理时，由所述首要处理基站池主动进行数据处理，其同一射频拉远单元RRU的数据由同一基站池处理；4)池内分配:进行数据处理的基站池的池头根据处理的数据量以及池内成员的数据处理效能在池内进行处理任务的分配，池内成员接受任务并进行数据处理；5)效能更新:池内成员根据正在处理的数据量，周期性的更新数据处理效能，并反馈给基站池的池头，由池头计算整个基站池的处理效能，并与其他基站池的池头之间进行周期性信息交互。其中，当池内成员出现故障、负载超量或位置变动不在基站池范围时，由池头进行清退并更新；当有新的池内成员加入基站池时，其与池头进行信息交互，所述池头决定是否允许新的成员加入。其中，新的池内成员加入基站池时，新的池内成员与基站池之间的通信步骤包括:A、新的BBU请求加入基站池A，向基站池A池头发送加入请求命令，池头进行分析决策，作出判断。接受加入的情况下，告知池头的相关信息，包括池A编号、地理位置、周期汇报信息的时间周期等，拒绝加入的情况下，反馈拒绝的原因。B、新加入的基站需向A池池头发送自身的状态信息，包括处理效能、地理位置等，池头反馈确认信息，没有接收到反馈确认信息的成员隔一段随机时间继续发送信息，直至收到反馈信息。其中，所述射频拉远单元RRU下行无线通信采用电力频段230MHz进行通信。与现有技术比，本发明的有益效果为:本发明充分利用电力专用通信资源；该通信系统能够充分利用电力系统拥有的专用通信资源，包括丰富的光纤资源和专用的230MHz无线资源，具有降低系统建设成本，缩短系统建设周期，保证系统服务质量等优势。本发明基于认知的负载均衡、提高利用效率；基于分布式基站池的数据处理方法能够充分利用空闲处理资源，提高资源的优化调度能力，优化负载的处理流程，基于认知的手段实现全局负载均衡，提高资源利用效率。本发明采用将BBU以池的形式划分，能够提高BBU的管理效率，实现资源的科学配置和合理利用，降低单BBU的配置需求，降低设备成本，防止因为单BBU突发故障导致通信系统擁疾，提闻容灾能力。本发明通过光通信网络改变了传统BBU和RRU的固定连接关系，更适应于智能电网的通信网架结构，更有利于通信系统根据应用场景的现场条件进行灵活配置。
图1为本发明提供的基于分布式基站池的电力光载无线通信系统拓扑图。图2为本发明提供的基于认知的负载均衡层次结构图。图3为本发明提供的基于分布式基站池的负载均衡的循环工作周期图。
图4为本发明提供的基站池信息交互图。
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。如图1所示，本发明提出的基于分布式基站池的电力光载无线通信系统中，包括:适应电力系统应用环境的Q个(Q为正整数，Q大于等于2)电力基带处理单元BBU、若干电力射频拉远单元RRU以及电力光通信网络。系统可用于电力系统的发电、输电、变电、配电及用电环节。BBU之间以一定拓扑结构形式组合形成基站池(也即BBU池)，池成员角色分池头和池内成员两种类型，并以分布式方式连接形成分布式基站池进行数据处理，基站池之间通过池头进行信息交互实现分布式管理，单个基站池的划分可以是将部署在一个行政区域的BBU划分为一个基站池，可以将部署在同一电压等级的变电站内的BBU划分为一个基站池，也可以是将部署在地理位置相距10公里范围内且易于交互的BBU划分为一个基站池。图1中，BBU和RRU设备都是电力定制的专用工业级设备，能够适应恶劣条件下的工作环境。目前，电力系统光纤资源非常丰富，为分布式基站系统在电力系统中的应用提供了有利的先决条件，BBU设备可以放置在市局机房、110/220KV变电站等防护比较完备、部署比较方便的地点，保障供电可靠、维护方便、运行环境适宜，原则上就近布放，而RRU需要根据不同环节的需求进行现场灵活布置。为充分利用电力专用资源，提高通信的可靠性，减少干扰源的干扰，RRU下行无线通信采用电力专用频段230MHz进行通信。池头和池内成员可以自动更新，当已选池头的处理能力不足或因为故障原因无法继续充当池头角色时，基站池的池头进入内部更新流程，通过信息交互，选择在线的处理效能最大的BBU作为池头，处理效能的影响因子包括剩余基带处理能力和剩余接口带宽，处理效能的定义如下:PP=wl*RBPC+w2*RIB ；式中，PP表不处理效能(Processing Performance), RBPC表不剩余基带处理能力(Residual Baseband Processing Capacity), RIB 表不剩余接 口带宽(ResidualInterface Bandwidth), wl,w2分别表示剩余基带处理能力和剩余接口带宽的加权系数,能够自适应的进行调整，其目的是最优化利用剩余资源，满足不同业务需求。例如，对于剩余基带处理能力较大，但剩余接口带宽较小的BBU，可以处理实时性要求不高、待处理数据量大的业务数据，通过加权系数的调整，可以使该BBU优先处理这类数据。整个基站池的处理效能是基站池内各成员处理效能的累计和。池内成员出现故障无法工作或负载量超限或位置变动不在基站池范围时由池头进行清退更新，有新的池内成员加入基站池时，与池头进行信息交互，池头决定是否允许新的成员加入。本实施例提出的光载无线通信系统，其能够实现基于认知的全局负载均衡，如图2所示，包括基站池侧均衡、传输通道侧均衡以及远端单元侧均衡，实现均衡的手段包括业务认知、流量认知及环境认知。其中，业务认知是指能够识别不同的业务类型(图像、数据、视频等)，进而主动为数据量大的业务选取剩余处理效能大的基站池，数据量小的业务选取剩余处理效能小的基站池，再由池头进行池内均衡处理，缩短整体响应时间、提高整体响应速度、实现资源高效利用；流量认知是指能够检测到不同RRU的负载情况，进而根据负载大小进行自适应调整，为不同的RRU分配不同的波分复用信道、波长、载波数量，实现动态的波分管理，缓解负载过载压力；环境认知是指应用认知无线电频谱感知技术，对远端单元侧的可用频谱带宽、干扰情况等参数进行感知，由基站池侧对感知信息进行融合处理并据此进行频谱全局管理，进而动态调整带宽、聚合可用频谱，充分利用空闲频谱资源，分流传输数据，减缓传输压力，也可以根据认知结果调整终端所关联RRU，例如终端I关联RRUl，而RRUl负载较大，同时RRU2负载较小，通过控制使终端I关联RRU2，进而实现负载均衡。本实施例提出的通信系统利用基站池之间的信息交互，实现基站池侧的主动负载分流，达到处理均衡的目的，如图3所示，基站池侧实现负载均衡的处理流程:I)基站池初始化:每个基站池的池头发送查询命令给各个池内成员，池内成员反馈处理效能、地理位置等信息，池头收集信息并计算整个基站池的处理效能；2)连接建立:不同基站池的池头之间依托电力骨干SDH/WDM网络进行信息交互，交互的信息包括覆盖范围、处理效能等信息，基站池之间建立分布式连接；3)主动处理:池头之间根据交互的信息，选取处理效能最大的基站池作为首要处理基站池，即当来自RRU侧的数据需要处理时，首先由该基站池主动进行数据处理，为保证数据完整性，来自同一 RRU的数据交予同一基站处理；4)池内分配:进行数据处理的基站池的池头根据处理的数据量以及池内成员的处理效能在池内进行处理任务的分配，池内成员接受任务并进行数据处理；5)效能更新:池内成员根据正在处理的数据量，周期性的更新处理效能，并反馈给基站池的池头，由池头计算整个基站池的处理效能，并与其他基站池的池头之间进行周期性信息交互。基站池的内部信息交互管理也是发挥分布式基站池效能的重要部分，整个分布式基站池的信息交互流程如图4所示，本实施例以基站池A和基站池B为例说明，主要包括以下步骤:①新的BBU请求加入基站池A，向基站池A池头发送加入请求命令，池头进行分析决策，作出判断。接受加入的情况下，告知池头的相关信息，包括池A编号、地理位置、周期汇报信息的时间周期等，拒绝加入的情况下，反馈拒绝的原因。②新加入的基站需向A池池头发送自身的状态信息，包括处理效能、地理位置等，池头反馈确认信息，没有接收到反馈确认信息的成员隔一段随机时间继续发送信息，直至收到反馈信息。③A池池头计算基站池的整个处理效能，并与B池池头进行信息交互，B池的池头反馈交互结果，并将B池的处理效能等信息发送给A池池头，完成一次两池的双向交互。④A池池内成员周期性反馈自身信息到A池池头，发送周期由A池池头定义，池头
反馈信息。⑤若池A接收到处理任务，由池头根据各成员的处理效能进行任务分配，池内成员反馈处理情况及剩余处理效能等，如果能正常处理就执行命令处理，否则，由池头进行重新分配处理。⑥A池池头更新池内处理效能，与B池池头进行信息交互，B池池头反馈接收信息，若B池的处理效能出现变动，B池池头将更新后的信息反馈给A池池头。
⑦若池内成员希望退出基站池，向池头发送请求退出命令，池头反馈处理结果，池头也可以主动将池内成员清除。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
1.一种基于分布式基站池的电力光载无线通信系统，其特征在于，所述系统包括通过光网络进行数据传输的N组基站池和M个射频拉远单元RRU。
2.如权利要求1所述的光载无线通信系统，其特征在于，所述基站池的划分原则包括: 将部署在一个行政区域的基带处理单元BBU划分为一个基站池； 将部署在同一电压等级的变电站内的基带处理单元BBU划分为一个基站池；或 将部署在地理位置相距10公里范围的基带处理单元BBU划分为一个基站池。
3.如权利要求1或2所述的光载无线通信系统，其特征在于，一组基站池包括Q个基带处理单元BBU ； 基站池内的Q个基带处理单元BBU根据数据处理效能分为池头和池内成员，池头和池内成员之间通过光网络进行通信。
4.如权利要求3所述的光载无线通信系统，其特征在于，所述池头和池内成员根据数据处理效能自动更新，通过当前池头和池内成员的信息交互，选择在线数据处理效能最大的基带处理单元BBU作为池头。
5.如权利要求4所述的光载无线通信系统，其特征在于，计算所述处理效能的表达式如下:PP=wl*RBPC+w2*RIB ； 式中，PP表示处理效能，RBPC表示剩余基带处理能力；RIB表示剩余接口带宽；wl和w2分别表示剩余基带处理能力的加权系数和剩余接口带宽的加权系数； 剩余基带处理能力的加权系数《I和剩余接口带宽的加权系数《2进行自适应调整，处理不同类型的数据。
6.一种光载无线通信系统的实现方法，其特征在于，RRU将业务数据通过光网络传给基站池，进行通信时: 光网络检测到不同射频拉远单元RRU的负载情况，根据负载大小进行自适应调整，为不同的射频拉远单元RRU分配不同的波分复用信道、波长、载波数量，实现动态的波分管理； N组基站池之间通信，根据数据处理效能确定基站池选择处理的数据量大小，确定各自的数据业务后，基站池内的池头根据池内成员的数据处理效能进行数据均衡处理； 且N组基站池对信息进行融合处理并据此进行频谱全局管理，进而动态调整带宽、聚合可用频谱，并根据认知结果调整基带处理单元BBU所关联的射频拉远单元RRU，实现无线侧通信时的负载均衡。
7.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，N组基站池之间通信，根据数据处理效能确定基站池选择处理的数据量大小，实现主动负载分流的步骤包括: 1)基站池初始化:每个基站池的池头发送查询命令给各个池内成员，池内成员反馈处理效能和地理位置信息，池头收集信息并计算自身所在的基站池的处理效能； 2)连接建立:不同基站池的池头之间依托电力骨干SDH/WDM网络进行信息交互，交互的信息包括覆盖范围和处理效能，基站池之间建立分布式连接； 3)主动处理:池头之间根据交互的信息，选取数据处理效能最大的基站池作为首要处理基站池，当来自射频拉远单元RRU侧的数据需要处理时，由所述首要处理基站池主动进行数据处理，其同一射频拉远单元RRU的数据由同一基站池处理；4)池内分配:进行数据处理的基站池的池头根据处理的数据量以及池内成员的数据处理效能在池内进行处理任务的分配，池内成员接受任务并进行数据处理； 5)效能更新:池内成员根据正在处理的数据量，周期性的更新数据处理效能，并反馈给基站池的池头，由池头计算整个基站池的处理效能，并与其他基站池的池头之间进行周期性信息交互。
8.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，当池内成员出现故障、负载超量或位置变动不在基站池范围时，由池头进行清退并更新； 当有新的池内成员加入基站池时，其与池头进行信息交互，所述池头决定是否允许新的成员加入。
9.如权利要求8所述的实现方法，其特征在于，新的池内成员加入基站池时，新的池内成员与基站池之间的通信步骤包括: ①、新的BBU请求加入基站池A，向基站池A池头发送加入请求命令，池头进行分析决策，作出判断。接受加入的情况下，告知池头的相关信息，包括池A编号、地理位置、周期汇报信息的时间周期等，拒绝加入的情况下，反馈拒绝的原因。
②、新加入的基站需向A池池头发送自身的状态信息，包括处理效能、地理位置等，池头反馈确认信息，没有接收到反馈确认信息的成员隔一段随机时间继续发送信息，直至收到反馈信息。
10.如权利要求6所述的光载无线通信系统，其特征在于，所述射频拉远单元RRU下行无线通信采用电力频段230MHz进 行通信。
全文摘要
本发明属于电力通信领域，具体为一种基于分布式基站池的电力光载无线通信系统及实现方法。其系统包括通过光网络相互通信的N组基站池和M个射频拉远单元RRU。本发明在发挥传统分布式基站优点的同时，充分利用电力系统已有通信资源，降低通信成本，适应智能电网网架结构，同时，从远端单元侧、传输通道侧及基站池侧三个方面实现基于认知的资源优化调度使用，达到全局负载均衡处理的目的，增加系统部署的灵活性同时不会造成系统建设成本的大幅增加。
文档编号H04B10/2575GK103209025SQ201310057938
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者姚继明, 郭经红, 梁云, 李炳林, 张 浩, 刘世栋, 卜宪德, 田文锋 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司