一种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统及其分配方法
【专利摘要】本发明涉及一种无线通信技术的频率资源分配使用技术，具体涉及一种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统及其分配方法。组网系统包括顺序传输数据的通信单元、接入设备、核心网设备和主站；所述通信单元、接入设备和核心网设备均可由网管系统在线管理；所述通信单元和接入设备之间以及接入设备和核心网设备之间通过无线空口进行通信，实现频谱资源信息的交互。本发明提供的一种用电侧离散频谱自适应分配方法，采用蜂窝组网的方式，通过空口消息交互，动态分配调整通信单元使用的频点资源，提高频谱利用率，满足大量终端并发通信的需求。
【专利说明】—种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统及其分配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线通信技术的频率资源分配使用技术，具体涉及一种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统及其分配方法。
【背景技术】
[0002]根据原国家无线电管理委员会《关于印发民用超短波遥测、遥控、数据传输业务频段规划的通知》(国无管【1991】5号)，在223.025~235.0OOMHz频段，以25kHz为一个频点宽度，划分出15对双工频点和10个单工频点，共计40个频点、IMHz带宽的频率资源，供能源方面电力系统用于负荷监控系统。
[0003]40个频点资源离散分布，早前主要是230数传电台使用，主站和从站之间使用站台安装时预先配置好的频点进行点对点通信；从站频点在一定区域范围内组网规划时，按照不重叠干扰的原则，交错分布，一旦频点资源分配的预规划完成并且在数传电台中已预先做好相关配置，则电台运行过程中，始终使用这一预先配置好的频点资源，每个电台被分配的频点资源，固定且唯一，即只能实现单一固定频点的25kHz窄带通信。主站与附属从站之间，采用点对点、轮询式的数据传输机制。
[0004]根据GB/T16611-1996《数传电台通用规范》的规定，数传电台的通信速率最大为19.2kbps。此速率值，虽能满足用电侧单点数据量不大的采集终端的通信需求，但在大量的采集终端数据并发的通信传输时，点对点、轮询式的数据传输就显得有些不足。且数传电台工作频点为安装时预先配置，投入使用后无法自动调整，突发强干扰时数据传输将受到严重影响，无法保证用电侧电力用户业务数据的准确、可靠传输。
[0005]230MHz频段作为数据传输的黄金频段，数传电台的单频点25kHz的窄带传输模式，频谱利用率偏低，不符合日益发展的无线通信技术在频谱效率方面的趋势。
`[0006]综上所述，有必要在用电侧，结合现有的离散频谱的条件，探讨一种能频点自适应、实现宽带数据传输的方法。
【发明内容】
[0007]针对目前用电侧230MHz频段使用数传电台单频点窄带数据传输模式的不足，本发明的目的是提供一种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统，另一目的是提供一种用电侧离散频谱自适应分配方法，充分利用电力行业现有授权频谱，结合移动通信蜂窝组网的通信机制，通过空口的信令和消息交互，实现用电侧离散频谱的自适应分配，最终实现电力业务数据的宽带传输。
[0008]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0009]本发明提供一种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统，其改进之处在于，所述组网系统采用蜂窝组网方式，包括顺序传输数据的通信单元、接入设备、核心网设备和主站；所述通信单元、接入设备和核心网设备均由网管系统在线管理；所述通信单元和接入设备之间以及接入设备和核心网设备之间均通过无线空口进行通信，实现频谱资源信息的交互。
[0010]进一步地，所述通信单元包括数据采集终端、监控调度远程通信模块和视频传输模块；所述通信单元为用电侧离散频谱自适应分配、窄带频点宽带数据传输的执行单元，向下直接与采集终端通信，收集采集终端的电力业务信息；向上与接入设备空口消息交互，向接入设备上报测量信息；所述测量信息包括所连接采集终端的信息、分布位置、通信单元的物理硬件属性、以及各频点测量得到的参考信号接收功率RSRP情况。
[0011]进一步地，所述通信单元的物理硬件属性包括采集终端的MSI号、SN码、系统分配的IP地址能唯一识别通信单元的码元，确定适用电力业务类型和通信单元频点支持能力。
[0012]进一步地，所述接入设备为通信单元和核心网设备之间的无线通道设备，采集终端的电力业务信息，通过通信单元与接入设备之间的无线通道向上传送。
[0013]进一步地，所述核心网设备与主站连接，用于对通信单元的认证、IP地址管理和移动性管理，满足数据采集和视频监控电力业务的数据传输需求；无线通道的所有设备，在核心网设备终端IP地址的管理，通过IP地址唯一鉴别；
[0014]所述主站为电力用户用电信息采集系统主站，是数据上传的汇聚点以及信息处理中心。
[0015]进一步地，所述网管系统包括网络状态监控模块和设备运维模块；所述网管系统利用GIS技术，实现无线通道内所有设备的在线、图示的形象化管理。
[0016]本发明基于另一目的提供的一种用电侧离散频谱自适应分配方法，其改进之处在于，所述方法用的系统为用电侧离散频谱自适应分配的组网系统，所述方法包括下述步骤:
[0017]SlOl:用电侧远程通信的无线通道内所有设备正常启动和运行，无线通道内所有设备包括通信单元、接入设备和核心网设备；
[0018]S102:通信单元启动后，向接入设备上报测量信息，测量信息中包括所连接采集终端的信息、分布位置、通信单元的物理硬件属性，以及通信单元各频点测量得到的参考信号接收功率RSRP情况，请求建立无线资源RRC连接；
[0019]S103:接入设备向核心网设备上报通信单元的测量信息，申请建立无线资源RRC连接通道；
[0020]S104:核心网设备根据接收到的测量信息，完成对通信单元的识别及鉴权，建立默认无线承载；
[0021]S105:经默认无线承载，核心网设备发起初始上下文建立过程，由接入设备完成对通信单元的能力及安全模式的确认，以及无线资源RRC连接重配置，并向核心网设备发送初始上下文建立的响应；
[0022]S106:通信单元在分配的频点发起上行消息直传；
[0023]S107:电力业务数据传输。
[0024]进一步地，所述步骤S102中，通信单元的物理硬件属性包括能唯一识别通信单元的码元，所述码元包括终端的MSI号、SN码和系统分配的IP地址，确定适用电力业务类型、通信单元频点支持能力信息；通信单元周边的频点信息，在请求RRC连接的信令交互过程中，通过系统设计时预先约定的，标记频点范围、周边频点情况、频点信号测量值的特定消息及消息中频谱资源相关的信元交互实现频点信息传递，特定消息及信元的内容，包括周边频点的参考信号接收功率RSRP，能唯一标示该频点的识别码(中心频率、系统规划设计的能在223.025?235.0OOMHz频谱范围内准确找到唯一频点的频点索引码等)，频点及小区分布情况统计。
[0025]进一步地，所述步骤S105中，初始上下文建立过程，包括允许通信单元附着以及默认无线承载建立请求；接入设备根据核心网设备对于所发送请求消息的反馈，完成对通信单元容量、安全模式以及无线资源RRC连接重配置的确认，并通过无线资源RRC连接重配置确认，向通信单元下达允许通信单元附着以及默认无线承载建立的消息；
[0026]通过无线资源RRC连接重配置的消息交互过程，接入设备及核心网设备确定通信单元的适用电力业务类型和频点支持能力；并为之在接入设备中存储的，223.025?235.0OOMHz频段范围内国家无委授权电力行业，且在当地测试闲置、经备案申请获得使用权的频点范围内，按照蜂窝组网方式的频率复用规则，分配运行频点。
[0027]进一步地，所述步骤S107中，电力业务数据传输的过程中，当通信单元通过测量发现在用频点受到干扰情况时，通信单元的动作包括下述步骤:
[0028]S201:通信单元在接入设备分配的频点正常运行，通过测量检测到严重影响正常工作的干扰源；
[0029]S202:干扰源事件触发测量报告，通信单元向接入设备上报事件触发测量报告；报告中同时上报周边频点的测量信息，告知接入设备其它频点的参考信号接收功率RSRP情况；
[0030]S203:接入设备接收到通信单元的事件触发测量报告后，根据上报的其它频点参考信号接收功率RSRP情况，结合存储的可用频点范围及该通信单元周边频点的分配情况，为通信单元分配临时使用频点，并告知通信单元，发起新频点的附着及接入过程；
[0031]S204:通信单元完成新频点的接入后，继续收发数据，正常工作；
[0032]S205:通信单元在新频点工作时，周期性的测量周边频点的应用情况，检测原频点的干扰源是否已解除，如果没有解除，则继续在新频点工作；
[0033]S206:检测到干扰源解除后，通信单元上报测量信息，告知接入设备干扰源解除事件，并请求回到原频点工作；
[0034]S207:接入设备接受通信单元回到原频点工作的请求，通过空口消息交互，实现新频点的释放及原频点的接入；之后通信单元使用原频点继续传输数据。
[0035]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0036]1、本发明提供的用电侧离散频谱自适应分配的组网系统及其分配方法，充分利用电力行业现有授权频谱，结合移动通信蜂窝组网的通信机制，通过空口的信令和消息交互，实现用电侧离散频谱的自适应分配，最终实现电力业务数据的宽带传输。
[0037]2、针对230MHz频段现行的数传电台单频点窄带使用的不足，采用蜂窝组网、全IP扁平化的组网架构，通过空口消息的交互，实现离散频点资源的动态分配，提高230MHz频段的频谱利用率，满足用电侧单点数据量不大、但采集终端基数大，大量采集终端并发数据传输的通信需求。
【专利附图】
【附图说明】[0038]图1是本发明提供的一种用电侧离散频谱自适应分配方法的组网结构图；
[0039]图2是本发明提供的离散频谱动态调整分配的消息交互过程示意图；
[0040]图3是本发明提供的通信单元频点干扰情况下的动作过程示意图。
【具体实施方式】
[0041]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。
[0042]附图1中，本发明的一种用电侧离散频谱自适应分配方法的组网结构，可以分为四层:
[0043](I)通信单元:
[0044]数据采集、监控调度、视频传输等用于采集终端的远程通信模块或是通信设备的统称，是用电侧离散频谱自适应分配、窄带频点宽带数据传输的执行单元，向下直接与采集终端通信，收集采集终端的电力业务信息，向上与接入设备空口消息交互。
[0045](2)接入设备:
[0046]通信单元和核心网设备之间的无线通道设备，采集终端的数据，经由通信单元与接入设备之间的无线通道，向上传送。
[0047](3)核心网:
[0048]负责通信单元的认证、IP地址管理、移动性管理等，直接连接主站，满足数据采集、视频监控等电力业务的数据传输需求；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。
[0049](4)主站:
[0050]电力用户用电信息采集系统主站，数据上传的汇聚点，以及信息处理中心。
[0051](5)网管系统:
[0052]网络管理单元，主要包括网络状态监控和设备运维；利用GIS技术，实现无线通道内所有设备的在线、图示形象化管理。
[0053]附图2中，本发明的离散频谱动态调整分配的消息交互过程示意图:
[0054]SlOl:用电侧远程通信的无线通道内所有设备，包括通信单元、接入设备和核心网设备，正常启动、运行；
[0055]S102:通信单元启动后，向接入设备上报测量信息，测量信息中包含所连接采集终端的信息、分布位置、通信单元的物理硬件属性，以及周边各频点测量得到的RSRP情况，请求建立RRC连接；
[0056]通信单元的物理硬件属性，包含但不限于终端的MSI号、SN码、系统分配的IP地址等能唯一识别通信单元的码元，适用电力业务类型、通信单元频点支持能力等信息；通信单元周边的频点信息，在请求RRC连接的信令交互过程中，通过系统设计时预先约定的、标记频点范围、周边频点情况、频点信号测量值等的特定消息及消息中频谱资源相关的信元交互实现频点信息传递，特定消息及信元的内容，应包括但不限于周边频点的参考信号接收功率RSRP，能唯一标示该频点的识别码(中心频率、系统规划设计的能在223.025?235.0OOMHz频谱范围内准确找到唯一频点的频点索引码等)，频点及小区分布情况统计等。
[0057]S103:接入设备向核心网设备上报通信单元的初始信息，申请建立相关的无线资源连接通道；[0058]S104:核心网设备根据接收到的信息，完成对通信单元的识别及鉴权，建立默认无线承载；
[0059]S105:经默认无线承载，核心网设备发起初始上下文过程，由接入设备完成对通信单元的能力及安全模式的确认，和RRC连接重配置，并向核心网设备发送初始上下文建立的响应；
[0060]初始上下文建立过程，包括允许通信单元附着以及默认承载建立请求；接入设备根据核心网对于所发送请求消息的反馈，完成对通信单元容量、安全模式以及RRC连接重配置的确认，并通过RRC连接重配置确认，向通信单元下达允许通信单元附着以及默认承载建立的消息。通过RRC连接重配置的相关消息交互过程，接入设备及核心网设备已了解通信单元的适用电力业务类型、频点支持能力；并为之在接入设备中存储的，223.025?235.0OOMHz频段范围内国家无委授权电力行业，且在当地测试闲置、经备案申请获得使用权的频点范围内，按照蜂窝组网方式的频率复用规则，分配运行频点。
[0061]S106:通信单元在分配的频点发起上行消息直传；
[0062]S107:电力业务数据传输:电力业务数据传输的过程中，当通信单元通过测量发现在用频点受到干扰情况时，通信单元的动作包括下述步骤，图3中，本发明的通信单元频点干扰情况下的动作过程示意图:
[0063]S201:通信单元在接入设备分配的频点正常运行，通过测量检测到严重影响正常工作的强干扰源，；
[0064]S202:强干扰源事件触发测量报告，通信单元向接入设备上报事件触发测量报告；报告中同时上报周边频点的测量信息，告知接入设备其它频点的RSRP情况；
[0065]S203:接入设备接收到通信单元的事件触发测量报告后，根据上报的其它频点RSRP情况,结合存储的可用频点范围及该通信单元周边频点的分配情况,为通信单元分配临时使用频点，并告知通信单元，发起新频点的附着及接入过程；
[0066]S204:通信单元完成新频点的接入后，继续收发数据，正常工作；
[0067]S205:通信单元在新频点工作时，周期性的测量周边频点的应用情况，检测原频点的干扰源是否已解除，如果没有解除，则继续在新频点工作；
[0068]S206:检测到干扰源解除后，通信单元上报测量信息，告知接入设备这一事件，并请求回到原频点工作；
[0069]S207:接入设备接受通信单元的请求，通过空口消息交互，实现新频点的释放及原频点的接入；之后通信单元使用原频点继续传输数据。
[0070]本发明提供的方法，是通过通信单元和接入设备的动态协商，在223.025?235.0OOMHz频段范围内国家无委授权电力行业可用频点范围内自适应分配使用频点；通信单元运行中遇到强干扰时，通过空口与接入设备交互，可临时转移到其它频点工作，待干扰解除后，再申请返回原频点；无线频点的消息和信元，系统设计时预先约定好、用特定的消息及信元来标示；系统运行过程中，所有频点消息及信元的交互，均通过空口过程完成，实现频点资源的动态分配、调整。
[0071]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】
1.一种用电侧离散频谱自适应分配的组网系统，其特征在于，所述组网系统采用蜂窝组网方式，包括顺序传输数据的通信单元、接入设备、核心网设备和主站；所述通信单元、接入设备和核心网设备均由网管系统在线管理；所述通信单元和接入设备之间以及接入设备和核心网设备之间均通过无线空口进行通信，实现频谱资源信息的交互。
2.如权利要求1所述的组网系统，其特征在于，所述通信单元包括数据采集终端、监控调度远程通信模块和视频传输模块；所述通信单元为用电侧离散频谱自适应分配、窄带频点宽带数据传输的执行单元，向下直接与采集终端通信，收集采集终端的电力业务信息；向上与接入设备空口消息交互，向接入设备上报测量信息；所述测量信息包括所连接采集终端的信息、分布位置、通信单元的物理硬件属性、以及各频点测量得到的参考信号接收功率RSRP情况。
3.如权利要求2所述的组网系统，其特征在于，所述通信单元的物理硬件属性包括采集终端的MSI号、SN码、系统分配的IP地址能唯一识别通信单元的码元，确定适用电力业务类型和通信单元频点支持能力。
4.如权利要求1所述的组网系统，其特征在于，所述接入设备为通信单元和核心网设备之间的无线通道设备，采集终端的电力业务信息，通过通信单元与接入设备之间的无线通道向上传送。
5.如权利要求1所述的组网系统，其特征在于，所述核心网设备与主站连接，用于对通信单元的认证、IP地址管理和移动性管理，满足数据采集和视频监控电力业务的数据传输需求；无线通道的所有设备，在核心网设备终端IP地址的管理，通过IP地址唯一鉴别； 所述主站为电力用户用电信息采集系统主站，是数据上传的汇聚点以及信息处理中心。
6.如权利要求1所述的组·网系统，其特征在于，所述网管系统包括网络状态监控模块和设备运维模块；所述网管系统利用GIS技术，实现无线通道内所有设备的在线、图示的形象化管理。
7.一种用电侧离散频谱自适应分配方法，其特征在于，所述方法用的系统为用电侧离散频谱自适应分配的组网系统，所述方法包括下述步骤: 5101:用电侧远程通信的无线通道内所有设备正常启动和运行，无线通道内所有设备包括通信单元、接入设备和核心网设备； 5102:通信单元启动后，向接入设备上报测量信息，测量信息中包括所连接采集终端的信息、分布位置、通信单元的物理硬件属性，以及通信单元各频点测量得到的参考信号接收功率RSRP情况，请求建立无线资源RRC连接； 5103:接入设备向核心网设备上报通信单元的测量信息，申请建立无线资源RRC连接通道； S104:核心网设备根据接收到的测量信息，完成对通信单元的识别及鉴权，建立默认无线承载； 5105:经默认无线承载，核心网设备发起初始上下文建立过程，由接入设备完成对通信单元的能力及安全模式的确认，以及无线资源RRC连接重配置，并向核心网设备发送初始上下文建立的响应； 5106:通信单元在分配的频点发起上行消息直传；S107:电力业务数据传输。
8.如权利要求7所述的自适应分配方法，其特征在于，所述步骤S102中，通信单元的物理硬件属性包括能唯一识别通信单元的码元，所述码元包括终端的MSI号、SN码和系统分配的IP地址，确定适用电力业务类型、通信单元频点支持能力信息；通信单元周边的频点信息，在请求RRC连接的信令交互过程中，通过系统设计时预先约定的，标记频点范围、周边频点情况、频点信号测量值的特定消息及消息中频谱资源相关的信元交互实现频点信息传递，特定消息及信元的内容，包括周边频点的参考信号接收功率RSRP,能唯一标示该频点的识别码，频点及小区分布情况统计。
9.如权利要求7所述的自适应分配方法，其特征在于，所述步骤S105中，初始上下文建立过程，包括允许通信单元附着以及默认无线承载建立请求；接入设备根据核心网设备对于所发送请求消息的反馈，完成对通信单元容量、安全模式以及无线资源RRC连接重配置的确认，并通过无线资源RRC连接重配置确认，向通信单元下达允许通信单元附着以及默认无线承载建立的消息； 通过无线资源RRC连接重配置的消息交互过程，接入设备及核心网设备确定通信单元的适用电力业务类型和频点支持能力；并为之在接入设备中存储的，223.025~235.0OOMHz频段范围内国家无委授权电力行业，且在当地测试为闲置、经备案申请获得使用权的频点范围内，按照蜂窝组网方式的频率复用规则，分配运行频点。
10.如权利要求7所述的自适应分配方法，其特征在于，所述步骤S107中，电力业务数据传输的过程中，当通信单元通过测量发现在用频点受到干扰情况时，通信单元的动作包括下述步骤: 5201:通信单元在接入设备分配的频点正常运行，通过测量检测到严重影响正常工作的干扰源； 5202:干扰源事件触发测量报告，通信单元向接入设备上报事件触发测量报告；报告中同时上报周边频点的测量信息，告知接入设备其它频点的参考信号接收功率RSRP情况； 5203:接入设备接收到通信单元的事件触发测量报告后，根据上报的其它频点参考信号接收功率RSRP情况，结合存储的可用频点范围及该通信单元周边频点的分配情况，为通信单元分配临时使用频点，并告知通信单元，发起新频点的附着及接入过程； 5204:通信单元完成新频点的接入后，继续收发数据，正常工作； 5205:通信单元在新频点工作时，周期性的测量周边频点的应用情况，检测原频点的干扰源是否已解除，如果没有解除，则继续在新频点工作； 5206:检测到干扰源解除后，通信单元上报测量信息，告知接入设备干扰源解除事件，并请求回到原频点工作； 5207:接入设备接受通信单元回到原频点工作的请求，通过空口消息交互，实现新频点的释放及原频点的接入；之后通信单元 使用原频点继续传输数据。
【文档编号】H04W72/04GK103826303SQ201310728069
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】臧志斌, 贺金红, 何清素, 马平, 徐志强, 余杰, 李丽丽, 常沛, 富志伟, 张倩 申请人:国家电网公司, 深圳市国电科技通信有限公司, 国网电力科学研究院, 国网浙江省电力公司绍兴供电公司