CN103064385A - 一种电力信息监控系统及其无线组网方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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 Supporting Node,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-IWMSC)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(1~5s,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:
1、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 Station 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,基带处理单元;
18、RRU:Radio Remote Unit,射频拉远单元;
19、RRC:Radio Resource Control,无线资源控制;
20、NAS:Non Access Stratum,非接入层;
21、IMSI:International 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。
本发明的目的是采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,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:
S101: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(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S1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。
附图说明
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;
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:
(1)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:
(1)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:
S101:交换机启动;
S102:网管服务器启动:操作系统、FTP Server、NTP Server、DB Server、eOMC APP Server、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。
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S1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IMSI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。
Claims (6)
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:
S101: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。
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;
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S1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。
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