CN103064385B - 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（GPRSSupportingNode，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（ServingGSN，服务GSN），另一种为GGSN（GatewayGSN，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（combinationofTEandMT；其中TE为TerminalEquipment，终端设备；MT为MobileTerminal，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：PowerLineCarrier，电力线载波；
2、GPRS：GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务；
3、CDMA：CodeDivisionMultipleAccess，码分多址；
4、UE：UserEquipment，用户设备；
5、BSS：BaseStationSubsystem，基站子系统；
6、BTS：BaseTransceiverStation，基站收发台；
7、BSC：BaseStationController，基站控制器；
8、SGSN：ServingGPRSSupportNode，服务GPRS支持节点；
9、MSC：MobileSwitchingCenter，移动交换中心；
10、VLR：VisitorLocationRegister，访问位置寄存器；
11、EIR：EquipmentIdentityRegister，设备标识寄存器；
12、GGSN：GatewayGPRSSupportNode，网关GPRS支持节点；
13、PDN：PublicDataNetwork，公用数据网；
14、LTE：LongTermEvolution，长期演进；
15、GIS：GeographicInformationSystem，地理信息系统；
16、CPE：CustomerPremiseEquipment，客户终端设备；
17、BBU：BasebandUnit，基带处理单元；
18、RRU：RadioRemoteUnit，射频拉远单元；
19、RRC：RadioResourceControl，无线资源控制；
20、NAS：NonAccessStratum，非接入层；
21、IMSI：InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber，国际移动用户识别码；
22、SN：SerialNumber，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、FTPServer、NTPServer、DBServer、eOMCAPPServer、BootPServer；
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 (2)
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监控系统主站侧进行信息处理；
所述通信终端与监控业务终端连接，是电力信息监控系统无线组网的执行单元，并与监控业务终端通信，采集监控现场的信息；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；
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系统主站、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，监控信息上传的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。
2.一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；
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；
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的通信终端ID，所述通信终端ID为可以唯一识别通信终端的号码：通信终端的IMSI号、SN码、系统分配的IP地址；
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；
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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