專利名稱：一種基于lte技術的配電網接入層通信系統構建方法
技術領域：
本發明屬于寬帶無線網絡技術領域，是一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統的構建方法技術領域。
背景技術：
配電網是電網中直接面向用戶的部分，是整個電力系統正常運行的關鍵環節。隨著配電應用系統、停電管理系統、故障報修服務系統、配電工作管理系統的自動化以及智能化的發展，配電網主站、配電網子站以及配電終端之間傳輸的數據規模將越來越大，傳輸的要求將越來越高。配電網的通信系統包括骨干層和接入層，其中接入層是配電主站、子站至配電終端的通信網絡。目前，電力通信總體上呈“骨干網強，接入網弱”的態勢。LTE(Long Term Evolution,長期演進計劃)是3GPP標準化組織自2004年開始的一個無線通信技術標準制定計劃，其目標是制定一個具有高數據傳輸速率、低延遲以及具有優化分組傳輸能力的無線接入技術。LTE系統物理層基于OFDMA技術以及MIMO技術，可以達到較高的傳輸帶寬。同時，通過扁平化的網絡架，LTE系統的延遲大大降低。LTE技術的引入可以有效解決電力通信“骨干網強，接入網弱”的態勢，有效提高支撐用戶信息采集系統的接入層通信網絡系統的性能，進一步提升配電網的智能化能力。但是目前LTE技術主要面向公共通信網的發展需求，在配電網接入層通信網絡中的應用仍未成熟。

發明內容
本發明基于LTE技術，對配網通信系統架構進行研究，針對其需求和節點分布特點，對LTE標準進行改進優化，突破其中的關鍵技術，進行基于LTE技術的配電網接入層通信系統的搭建及應用實驗，以支撐配電網智能化業務開展和部署，更好的實現對配電網運維、監測。本發明通過如下技術方案來實現。一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，本發明具體包括如下步驟
1)基于LTE技術，實現配電網接入系統中配電自動化業務、集抄業務、負控業務、雙向語音/視頻業務以及視頻監控業務等數據業務的隔離、安全、可靠、高效率傳輸；
2)結合配電網業務特性，優化LTE無線資源管理算法，采用一種基于反饋機制的無線資源調度方法，維護一個RRC控制信息隊列，用于保存RRC控制信息；維護一個BCCH控制信息隊列，用于保存BCCH控制信息；維護一個PCCH信息隊列，用于保存PCCH信息；維護一個 RA信息隊列，用于保存RA信息；維護一個新傳業務數據隊列，用于發送新傳的業務數據；維護一個重傳業務數據隊列，用于發送重傳的業務數據；
本方法使用的調度流程為
a)為控制信息、業務數據分配無線資源；
b)調度控制信息數據按照RRC控制隊列、BCCH控制信息隊列、PCCH控制信息隊列、RA信息隊列依次下降的順序對管理消息進行調度；
c)調度業務數據按照重傳業務數據、新傳業務數據依次進行調度； 在調度控制信息時，當資源不夠時，則搶占為業務數據分配的資源進行調度，并統計控制信息資源使用情況，記錄在資源使用信息表中，為控制信息資源分配提供參考依據；在調度業務數據時，新傳與重傳業務數據包括配電自動化業務數據、集抄業務數據、負控業務數據、雙向語音/視頻業務數據以及視頻監控業務數據；為每一種業務數據分配專用資源，在調度過程中每一種業務數據的資源進行動態調整； 其中，構建方法如下
(1)配電網接入層業務實體通過有線連接將業務數據傳送到LTE終端；
(2)LTE終端通過無線連接將業務數據轉送到LTE基站；
(3)LTE基站通過有線連接將接收到的業務數據傳送發到配網主站；
配電網接入層業務實體與LTE終端通過有線或無線進行連接；LTE基站與配網主站通過有線或無線進行連接。本發明調度流程的具體步驟如下
Si. 1 統計并分配當前幀控制信息所需要的無線資源；
Si. 2:調度RRC控制信息數據；
Si. 3 調度BCCH控制信息；
Si. 4 調度PCCH控制信息；
Si. 5 調度RA信息；
Si. 6 根據業務類型為各業務數據分配專用資源；
Si. 7 如果需要調整數據優先級業務，則執行步驟Si. 8，否則執行步驟Si. 9 ；
Si. 8 調整數據業務優先級，執行步驟1. 10 ；
Si. 9 按照默認優先級對各數據業務進行調度；
Si. 10 按照調整后的優先級對各數據業務進行調度；
51.11 調度結束。本發明調度控制信息的具體步驟包括
52.1 統計并分配當前幀控制信息所需的無線資源； S2.2:調度RRC控制信息數據；
S2. 3:調度BCCH控制信息數據； S2. 4:調度PCCH控制信息數據；
52.5 調度RA信息數據；
本發明調度重傳業務數據的具體步驟包括
53.1 計算分配各業務數據的專用無線資源； S3. 2 調度重傳業務數據；
S3. 3 如果重傳業務數據中有雙向語音/視頻業務數據，就執行步驟S3. 4，否則執行步驟 S3. 5 ；
S3. 4 在專用資源1上調度雙向語音/視頻業務數據；
S3. 5 如果有視頻監控業務數據，則執行步驟S3. 6;否則執行步驟S3. 7;
S3. 6 在專用資源2上調度視頻監控業務數據；S3. 7 如果有集抄業務數據，則執行步驟S3. 8 ；否則執行步驟S3. 9 ； S3. 8 在專用資源3上調度集抄業務數據；
S3. 9 如果有配電自動化業務數據，則執行步驟S3. 10 ；否則執行步驟S3. 11 ； S3. 10 在專用資源4上調度配電自動化業務數據； S3. 11 如果有負控業務數據，則執行步驟S3. 12 ；否則執行步驟S3. 13; S3. 12 在專用資源5上調度負控業務數據；
53.13 接收重傳業務數據的調度；
重傳業務數據或新傳業務數據使用同樣的專用資源；各業務的專用資源需要動態調整，在調度各業務的重傳數據域新傳數據時，要統計調度該業務重傳數據與新傳數據的帶寬使用量，并將該帶寬量存儲作為下一幀調度該數據業務時專用資源調整的依據；
雙向語音/視頻業務、視頻業監控業務、集抄業務、配電自動化業務以及負控業務之間的調度優先級需要動態調整，默認調度優先級從低到高順序依次為雙向視頻監控業務、語音/視頻業務、、集抄業務、配電自動化業務以及負控業務；各業務中優先滿足雙向語音/視頻業務數據的傳送，其次是要保證視頻監控業務的數據傳送。視頻監控業務、集抄業務、配電自動化業務以及負控業務中維護一個步進因子S，如果步進因子小于0，則表示該業務的數據沒有推積，不需要修改該業務的調度優先級，如果步進因子大于1，則表示該業務數據有堆積，需要修改該業務的調度優先級，步進因子越大，說明該業務數據的堆積越嚴重， 修改的該業務的調度優先級越高；該方案中采用的控制各數據業務的優先級步驟如下
54.1 雙向語音/視頻數據業務的優先級最高； S4. 2 計算視頻監控業務的步進因子；
S4. 3 計算集抄業務的步進因子； S4. 4:計算配電自動化業務的步進因子； S4. 5 計算負控業務的步進因子；
S4. 6 將計算得出的各業務的步進因子按照從小到達的順序依次排列，在進行下一幀調度時，重傳數據或新傳數據都按照該優先級順序對業務數據進行調度； S4. 7 各數據業務優先級調整結束。本發明提出了一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建的方法，配電網與 LTE終端采用有線連接方式，LTE終端與LTE基站通信采用無線方式傳送數據，LTE基站與配電主站采用有線連接方式將接收到的數據傳送給配電網主站。特別的，配電網與LTE終端也可以采用ZIGBEE、WIFI等無線技術進行連接；特別的LTE基站與配電主站也可以采用 ZIGBEE、WIFI等無線技術進行連接；
本發明提出的一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，維護RRC控制信息隊列，用于存儲RRC控制信息數據；BCCH控制信息隊列，用于存儲BCCH控制信息數據； PCCH控制信息隊列，用于存儲PCCH控制信息數據；RA控制信息隊列，用于存儲RA信息數據；重傳數據隊列，用于存儲各業務重傳的數據；新傳數據隊列，用于存儲各業務新傳數據；業務數據包括配電網自動化業務、負控業務、集抄業務、雙向語音/視頻業務以及視頻監控業務。本發明提出的一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，為各業務分配專用資源，不同的專用資源服務于不同的業務類型，實現在資源分配級別上的業務隔離；根據上一幀各業務的帶寬使用情況，不同專用資源間進行動態調整；
本發明提出的基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，配電網數據業務的默認調度優先級有如下規定按照雙向語音/視頻業務、視頻監控業務、集抄業務、配電網自動化業務、負控業務優先級依次下降，其中負控業務和配網自動化業務級別最高，要時刻保證該業務數據的調度，視頻監控業務、集抄業務、配電網自動化業務、負控業務的優先級根據各業務的步進因子進行動態調整。步進因子與當前幀數據的積壓狀態、調度輪詢時間等因素有關。步進因子小于1，表示不需要提高該業務的調度優先級，步進因子大于1，表示需要提高該業務的調度優先級。


圖1是基于LTE技術的配電網接入層通信系統網絡拓撲圖； 圖2是基于LTE技術的配電網接入層通信系統調度流程圖3是調度配電網接入層通信系統中控制信息的流程圖； 圖4是調度配電網接入層通信系統中各業務重傳數據以及新傳數據的流程圖； 圖5是調度配電網接入層通信系統中調整各數據業務優先級的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，為配電網接入通信系統網絡拓撲圖。電網業務數據傳輸與LTE系統間可以以有線方式連接，也可以以無線方式連接，LTE終端將接收到的配電網業務數據以無線的方式發送給LTE基站，LTE基站以有線連接的方式將接收到的數據傳送給配網主站。 LTE基站與配網主站直接的連接也可以采用無線連接的方式。圖2中各事件處理步驟如下(LTE配電網接入層通信系統中調度流程) Si. 1 統計并分配當前幀控制信息所需要的無線資源；
Si. 2:調度RRC控制信息數據； Si. 3 調度BCCH控制信息； Si. 4 調度PCCH控制信息； Si. 5 調度RA信息；
Si. 6 根據統計為各業務數據分配專用資源；
Si. 7 如果需要調整數據優先級業務，則執行步驟Si. 8，否則執行步驟Si. 9 ；
Si. 8 調整數據業務優先級，執行步驟1. 10 ；
Si. 9 按照默認優先級對各數據業務進行調度；
Si. 10 按照調整后的優先級對各數據業務進行調度；
51. 11 調度結束。
圖3中各事件處理步驟如下(LTE配電網接入層通信系統中控制信息調度流程)
52. 1 統計并分配當前幀控制信息所需的無線資源； S2.2:調度RRC控制信息數據；
S2. 3:調度BCCH控制信息數據； S2. 4:調度PCCH控制信息數據；52.5 調度RA信息數據；
圖4中各事件處理步驟如下(LTE配電網接入層通信系統中業務數據調度流程):S3. 1 計算分配各業務數據的專用無線資源；
53.2 調度重傳業務數據；
S3. 3 如果重傳業務數據中有雙向語音/視頻業務數據，就執行步驟S3. 4，否則執行步驟 S3. 5 ；
S3. 4 在專用資源1上調度雙向語音/視頻業務數據；
S3. 5 如果有視頻監控業務數據，則執行步驟S3. 6;否則執行步驟S3. 7;
S3. 6 在專用資源2上調度視頻監控業務數據；
S3. 7 如果有集抄業務數據，則執行步驟S3. 8 ；否則執行步驟S3. 9 ；
S3. 8 在專用資源3上調度集抄業務數據；
S3. 9 如果有配電自動化業務數據，則執行步驟S3. 10 ；否則執行步驟S3. 11 ； S3. 10 在專用資源4上調度配電自動化業務數據； S3. 11 如果有負控業務數據，則執行步驟S3. 12 ；否則執行步驟S3. 13; S3. 12 在專用資源5上調度負控業務數據；
53.13 接收重傳業務數據的調度。
圖5中各事件處理步驟如下(LTE配電網接入層通信系統中業務優先級調整流程圖)
54.1 雙向語音/視頻數據業務的優先級最高； S4. 2 計算視頻監控業務的步進因子；
S4. 3 計算集抄業務的步進因子；
S4. 4 計算配電自動化業務的步進因子；
S4. 5 計算負控業務的步進因子；
S4. 6 將計算得出的各業務的步進因子按照從小到達的順序依次排列，在進行下一幀調度時，重傳數據或新傳數據都按照該優先級順序對業務數據進行調度； S4. 7 各數據業務優先級調整結束。
權利要求
1.一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，其特征是，包括如下步驟 基于LTE技術，實現配電網接入系統中配電自動化業務、集抄業務、負控業務、雙向語音/視頻業務以及視頻監控業務等數據業務的隔離、安全、可靠、高效率傳輸；結合配電網業務特性，優化LTE無線資源管理算法，采用一種基于反饋機制的無線資源調度方法，維護一個RRC控制信息隊列，用于保存RRC控制信息；維護一個BCCH控制信息隊列，用于保存BCCH控制信息；維護一個PCCH信息隊列，用于保存PCCH信息；維護一個RA 信息隊列，用于保存RA信息；維護一個新傳業務數據隊列，用于發送新傳的業務數據；維護一個重傳業務數據隊列，用于發送重傳的業務數據； 本方法使用的調度流程為 為控制信息、業務數據分配無線資源；調度控制信息數據按照RRC控制隊列、BCCH控制信息隊列、PCCH控制信息隊列、RA信息隊列依次下降的順序對管理消息進行調度；調度業務數據按照重傳業務數據、新傳業務數據依次進行調度； 在調度控制信息時，當資源不夠時，則搶占為業務數據分配的資源進行調度，并統計控制信息資源使用情況，記錄在資源使用信息表中，為控制信息資源分配提供參考依據；在調度業務數據時，新傳與重傳業務數據包括配電自動化業務數據、集抄業務數據、負控業務數據、雙向語音/視頻業務數據以及視頻監控業務數據；為每一種業務數據分配專用資源，在調度過程中對每一種業務數據的資源進行動態調整； 其中，構建方法如下配電網接入層業務實體通過有線或無線連接方式將業務數據傳送到LTE終端； LTE終端通過無線連接將業務數據轉送到LTE基站； LTE基站通過有線連接將接收到的業務數據傳送發到配網主站； 配電網接入層業務實體與LTE終端通過有線或無線進行連接；LTE基站與配網主站通過有線或無線進行連接。
2.根據權利要求1的基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，其調度流程的具體步驟如下Si. 1 統計并分配當前幀控制信息所需要的無線資源；Si. 2:調度RRC控制信息數據；Si. 3 調度BCCH控制信息；Si. 4 調度PCCH控制信息；Si. 5 調度RA信息；Si. 6 根據業務類型為各業務數據分配專用資源；Si. 7 如果需要調整數據優先級業務，則執行步驟Si. 8，否則執行步驟Si. 9 ；Si. 8 調整數據業務優先級，執行步驟1. 10 ；Si. 9 按照默認優先級對各數據業務進行調度；Si. 10 按照調整后的優先級對各數據業務進行調度；Si. 11 調度結束。
3.根據權利要求1的基于LTE技術的配電網接入系統構建方法，其調度控制信息的具體步驟包括S2. 1 統計并分配當前幀控制信息所需的無線資源；S2.2:調度RRC控制信息數據； S2. 3:調度BCCH控制信息數據；S2. 4:調度PCCH控制信息數據；s2.5 調度RA信息數據。
4.根據權利要求1的基于LTE技術的配電網接入系統構建方法，其調度重傳業務數據的具體步驟包括s3.1 計算分配各業務數據的專用無線資源； S3. 2 調度重傳業務數據；S3. 3 如果重傳業務數據中有雙向語音/視頻業務數據，就執行步驟S3. 4，否則執行步驟 S3. 5 ；S3. 4 在專用資源1上調度雙向語音/視頻業務數據；S3. 5 如果有視頻監控業務數據，則執行步驟S3. 6;否則執行步驟S3. 7;S3. 6 在專用資源2上調度視頻監控業務數據；S3. 7 如果有集抄業務數據，則執行步驟S3. 8 ；否則執行步驟S3. 9 ；S3. 8 在專用資源3上調度集抄業務數據；S3. 9 如果有配電自動化業務數據，則執行步驟S3. 10 ；否則執行步驟S3. 11 ； S3. 10 在專用資源4上調度配電自動化業務數據； S3. 11 如果有負控業務數據，則執行步驟S3. 12 ；否則執行步驟S3. 13; S3. .12 在專用資源5上調度負控業務數據；s3.13 接收重傳業務數據的調度；專用資源1為雙向語音/視頻業務專用資源，專用資源2為視頻業務專用資源，專用資源3為集抄業務專用資源，專用資源4為配電自動化業務專用資源，專用資源5為負控業務專用資源；重傳業務數據或新傳業務數據使用同樣的專用資源；各業務的專用資源需要動態調整，在調度各業務的重傳數據域新傳數據時，要統計調度該業務重傳數據與新傳數據的帶寬使用量，并將該帶寬量存儲作為下一幀調度該數據業務時專用資源調整的依據；雙向語音/視頻業務、視頻業監控業務、集抄業務、配電自動化業務以及負控業務之間的調度優先級需要動態調整，默認調度優先級從低到高順序依次為雙向視頻監控業務、語音/視頻業務、集抄業務、配電自動化業務以及負控業務；各業務中優先滿足負控業務，其次是要保證配電自動化業務的數據傳送；視頻監控業務、集抄業務、配電自動化業務以及負控業務中維護一個步進因子S，如果步進因子小于0，則表示該業務的數據沒有堆積，不需要修改該業務的調度優先級，如果步進因子大于1，則表示該業務數據有堆積，需要修改該業務的調度優先級，步進因子越大，說明該業務數據的堆積越嚴重，修改的該業務的調度優先級越高；該方案中采用的控制各數據業務的優先級步驟如下s4.1 雙向語音/視頻數據業務的優先級最高； S4. 2 計算視頻監控業務的步進因子；S4. 3 計算集抄業務的步進因子；S4. 4 計算配電自動化業務的步進因子；S4. 5 計算負控業務的步進因子；S4. 6 將計算得出的各業務的步進因子按照從小到達的順序依次排列，在進行下一幀調度時，重傳數據或新傳數據都按照該優先級順序對業務數據進行調度； S4. 7 各數據業務優先級調整結束。
全文摘要
一種基于LTE技術的配電網接入層通信系統構建方法，本方法與配電網需求結合，基于LTE技術實現配電自動化業務、集抄業務、負控業務、雙向語音/視頻業務以及視頻監控業務等數據的安全、可靠、高效率傳輸。優化LTE無線資源調度算法，將無線資源動態調整與資源預測機制結合，調度管理數據、新傳數據以及重傳數據，管理數據包括RRC層針對UE的控制信息、BCCH控制信息、PCCH控制信息以及RA信息；維護RRC控制信息隊列、BCCH控制信息隊列、PCCH控制信息隊列、RA信息隊列、新傳數據隊列以及重傳數據隊列，優先保證控制信息數據的傳送，從資源分配角度和嚴格滿足業務的QoS參數，保障業務區分隔離。
文檔編號H04W72/12GK102572959SQ20121000729
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者呂垚, 吳瑋, 李芹, 杜潔, 楊坤麗, 楊競悅, 游紹華, 羅云龍, 龍洋, 龔宇 申請人:云南電網公司通信分公司