CN104333490A - 一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述方法包括配用电通信系统终端通信带宽预测法、配用电通信系统主站汇聚节点带宽预测法、用电信息采集系统本地通信带宽预测法和用电信息采集系统远程通信带宽预测法。终端通信带宽和主站汇聚节点带宽通过对传输协议的分析，结合业务数据流周期性、汇聚型的特征确定；本地通信带宽和远程通信带宽通过现有用电信息采集协议，智能电表相关规范以及典型用电信息采集系统本地通信系统结构，结合上下行方向净业务字节数、协议附加字节数、轮询次数、以及抄表周期帧数等参数确定。该方法解决现有技术中带宽预测方法不够准确，预测值与实际需求值之间存在偏差大的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种配用电通信业务带宽预测方法，更具体涉及一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法。
背景技术：
随着智能电网的建设和发展，配用电智能化建设将成为重点，配电自动化、用电信息采集、分布式电源控制等智能化需要部署更多的信息采集与监控点，需要建设灵活、可靠的配用电通信接入网传输各种采集和监控业务，配用电通信的作用越来越重要。配用电通信网的规划与建设需要在业务带宽预测基础上，结合业务特点和要求选取适用的通信方式和组网技术构建。同时，通信网络中的带宽分配、流量控制等，在不同程度上都依赖于网络业务带宽预测。
电力系统在设计其通信网络时，必须首先确定需要的各种应用业务及其QoS要求，然后预测通信系统必需的传输带宽。电力通信业务传输带宽的预测是电力系统通信网络规划、设计和优化的基础，因为不符合实际的传输带宽可能过于超前而增加系统投入和浪费网络资源，也有可能过于乐观的估算而使网络的传输容量成为其通信的瓶颈。电网通信业务一般可划分为语音业务、数据业务、视频业务和多媒体业务。目前对电网通信业务的研究，特别是各类业务的QoS要求如速率、时延、时延抖动、漂移、误码和优先级等性能的研究，主要集中在骨干传输网通信断面的带宽预测研究，标准《DL/T5391-2007电力系统通信设计技术规定》给出简单的直观预测和弹性系数相结合的带宽预测方法，比较好的解决了具有固定颗粒度基础业务、链路数的骨干节点带宽容量。但是该方法不适用于具有随机性和突发性业务特点的配用电通信业务带宽预测。
配用电通信的业务主要包括数据业务和视频监控业务等，其中视频业务带宽相对固定，容易计算且满足实际需求。其中核心的电网自动化数据业务包括周期性数据流、随机性数据流和突发性数据流。目前，对于配用电通信业务流及其业务带宽预测技术研究不多，且主要借鉴公用通信技术，基于传统的泊松模型、马尔可夫模型、重尾分布和ON/OFF模型等进行，提出基于排队论和服务质量(QoS)的网络带宽估算方法，并利用M/M/1排队模型估算电网中典型站点通信业务流量测算的模型与方法。
目前实际应用在配电网自动化的通信协议，主要是串行通信IEC60870-5-101和DNP3.0查询式通信协议，以及网络通信IEC60870-5-101/104协议。而在用电信息采集系统基本采用集中查询式通信协议。
本发明提供了一种基于通信协议的配用电业务数据传输带宽预测方法，解决上述现有技术中已有带宽预测方法不够准确，预测值与实际需求值之间存在偏差大的问题，得出通信节点真正、实际的通信带宽需求，为通信网的规划、设计、技术选项与网络优化提供依据。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，该方法解决了现有技术中已有带宽预测方法不够准确，预测值与实际需求值之间存在偏差大的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述方法包括配用电通信系统终端通信带宽预测法、配用电通信系统主站汇聚节点带宽预测法、用电信息采集系统本地通信带宽预测法和用电信息采集系统远程通信带宽预测法。
本发明提供的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述配用电通信系统包括主站通信设备、通信网络和终端通信设备；在同一个业务系统中设有1台主站通信设备和若干台通信终端通信设备。
本发明提供的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述主站通信设备与终端通信设备之间按照通信协议进行数据的传输，所述主站通信设备发出查询命令，终端通信设备收到命令后上传数据或执行控制命令。
本发明提供的另一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述配用电通信系统终端通信带宽预测法包括以下步骤：
根据101规约和104规约规定，每帧最大字节数256个计算，配电自动化中最快3秒的信息变化刷新要求确定终端速率；
根据终端速率、配电通信协议IEC60870-5-101/104协议、各类配电终端“三遥”和类配电终端用电量点数量的要求，预测各类配电终端的通信带宽。
本发明提供的再一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述终端速率公式通过下式确定：
终端速率＝[(控制方向应用层字节数+协议附加字节数)*帧数+(监视方应用层字节数+协议附加字节数)*帧数]*(每字节比特数)/数据传输周期。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述配用电通信系统主站汇聚节点带宽预测法包括以下步骤：
根据101规约和104规约规定，每帧最大字节数256个计算，配电自动化中最快3秒的信息变化刷新要求确定主站汇聚节点速率；
根据主站汇聚节点速率、配电通信协议IEC60870-5-101/104协议、各类配电终端“三遥”和类配电终端用电量点数量的要求，预测各类主站汇聚节点的通信带宽。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述主站汇聚节点速率通过下式确定：
主站汇聚节点速率＝Σ终端种类*终端速率*终端数量*冗余系数
其中，终端种类包括开关站、环网柜、箱式变压器、柱上开关和柱上变压器。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述用电信息采集系统包括本地通信、远程通信以及主站层；
所述本地通信通道包括居民电能表或采集器到集中器通信信道，本地通信通道承担的通信业务包括用电信息采集系统中低压居民用户、单相工商业用户和三相工商业用户的用电信息采集；
所述远程通信信道指专变采集终端到用电信息采集主站的通信信道和集中器到用电信息采集主站的通信信道。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述用电信息采集系统本地通信带宽预测法包括以下步骤：
确定根据Q/GDW354-2010《智能电能表功能规范》和Q/GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》要求确定用电信息采集本地通信终端速率；
预测用电信息采集本地通信带宽。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述本地通信带宽通过下式确定：
本地通信带宽＝[(下行数据字节数+协议附加数据字节数)+(上行字节数+协议附加字节数)]*轮询次数*每字节比特数/抄读周期。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述用电信息采集系统远程通信带宽预测法包括以下步骤：
确定根据Q/GDW354-2010《智能电能表功能规范》和Q/GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》要求用电信息采集远程通道终端速率；
预测用电信息采集系统远程通信带宽。
本发明提供的又一优选的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述用电信息采集系统远程通信带宽通过下式确定：
用电信息采集系统远程通信带宽＝[(下行数据字节数+协议附加数据字节数)+(上行字节数+协议附加字节数)]*轮询次数*每字节比特数/抄读周期。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明提出基于通信协议的配用电业务通信带宽预测方法，给出了终端节点精确的通信业务带宽计算方法，并与实际通信业务带宽偏差很小；
2、本发明主站节点通信业务带宽是所有终端业务节点业务带宽的汇聚，同时考虑了业务的冗余保护需求；
3、本发明通信业务带宽预测方法基于实际工作通信协议计算，方法简单、实用，也便于终端节点的扩充；
4、本发明具有可扩展性，便于实际操作，对指导配用电通信网络的规划、建设、改造具有实际指导意义；
5、本发明方便解决了配用电自动化系统对通信业务带宽的需求分析，优化系统带宽利用率。
附图说明
图1为本发明的配用电通信系统示意图；
图2为本发明的用电信息采集系统示意图；
图3为本发明的本地信道带宽估计示意图；
图4为本发明的远程信道带宽计算示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1-4所示，本例的发明一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，所述方法包括配用电通信系统终端通信带宽预测法、配用电通信系统主站汇聚节点带宽预测法、用电信息采集系统本地通信带宽预测法和用电信息采集系统远程通信带宽预测法。
图1为本发明的配用电通信系统示意图。系统由通信主站和终端通信设备及通信网络组成。在同一个业务系统中包含1台主站通信设备和多台位于现场的通信终端设备组成，点－多点分布式结构。主站与终端设备之间按照通信协议进行数据的传输，主站发出查询(包括控制)命令，终端收到命令后上传数据或执行控制命令。
根据图1的配用电通信示意图，当101或者104规约应用到配电自动化时，对于配网通信带宽来讲，“二遥”站点主要分为查询方式采集数据和循环方式采集数据，前者需要大量双向信息交互，后者主要是单向信息，对于通信带宽要求较低。“二遥”指遥信和遥测；另外开关变位、告警、参数越限的事件采集也需高速通信支持。而对于“三遥”站点，三遥是指遥测、遥信、遥控功能；命令传输交互过程至少7次以上，但每次传输字节少，在配电自动化中时延要求较低。在配电终端通信速率估计时，按照101规约和104规约相关规定。按照每帧最大字节数256个计算，配电自动化中最快3秒的信息变化刷新要求。终端速率和主站汇聚节点速率的计算公式如下：
终端速率＝[(控制方向应用层字节数+协议附加字节数)*帧数+(监视方应用层字节数+协议附加字节数)*帧数]*(每字节比特数)/数据传输周期(1)
变电站汇聚节点速率＝Σ终端种类*终端速率*终端数量*冗余系数(2)
注：式2中的终端种类包括：开关站、环网柜、箱式变压器、柱上开关、柱上变压器。
附表1是根据Q/GDW 625—2011《配电自动化建设与改造标准化设计技术规定》给出的各类配电终端“三遥”及用电量点数量。根据上述公式1，2，结合配电通信协议IEC60870-5-101/104协议，以及附表1的要求，各类配电终端及汇聚主站的通信带宽预测结果如附表2—附表4所示。
附表1 配电通信节点信息量统计
附表2 配电终端速率
附表3 变电站汇聚节点数据流量预测(101规约)
附表4 变电站汇聚节点数据流量预测(104规约)
图2是本发明的用电信息采集系统示意图。系统分为本地通信、远程通信以及主站层，本地通信通道一般指居民电能表或者采集器到集中器这一段通信信道，本地通信通道承担的通信业务主要是用电信息采集系统中低压居民用户、单相一般工商业用户和三相一般工商业用户的用电信息采集。远程通信信道一般指专变采集终端、集中器等到用电信息采集主站的通信信道，目前这段信道采用的通信技术主要包括无源光通信EPON、工业以太网、公网GPRS、专网230M无线、中压电力线载波通信。
图3为本发明的用电信息采集系统本地信道带宽估计示意图，根据Q/GDW354-2010《智能电能表功能规范》和Q/GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》，本地通信信道承载的主要数据流包括计量数据、监测数据、告警事件主动上报数据和控制指令数据，基于上述协议要求，可得本地通信带宽估计如下式所示：
本地通信带宽＝[(下行数据字节数+协议附加数据字节数)+(上行字节数+协议附加字节数)]*轮询次数*每字节比特数/抄读周期 (3)
图4为本发明的用电信息采集系统远程信道带宽估计示意图，用电远程通信通道服务的主要终端节点包括型专变用户、中小型专变用户、集中器等，随着智能用电的发展，远程通道需要增加的接入终端包括充电站计量、分布式电源/储能等的接入计量等。这些节点数据上联通道属于远程通道的范围。以下一个变电站所辖范围，计算远程通道带宽：
变电站汇聚带宽＝[(下行数据字节数+协议附加数据字节数)+(上行字节数+协议附加字节数)]*轮询次数*每字节比特数/抄读周期 (4)
根据公式3、4,结合Q/GDW354-2010《智能电能表功能规范》和Q/GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》要求。用电信息采集本地通信终端速率，用电信息采集集中器节点汇聚带宽，用电信息采集远程通道终端速率，用电信息采集变电站汇聚带宽计算结果分别如附表5—附表8所示。
上述结果表明，本发明的基于通信协议的配用电业务数据传输带宽预测方法很好地解决了现有技术中已有带宽预测方法不够准确，预测值与实际需求值之间存在偏差大的问题，得出通信节点真正、实际的通信带宽需求，为通信网的规划、设计、技术选项与网络优化提供依据。
附表5 用电信息采集本地通信终端速率估计(5分钟数据上传集中器一次)
附表6 用电信息采集集中器节点汇聚带宽
附表7 用电信息采集远程通道终端速率(每隔5分钟抄读一次)
表8 用电信息采集变电站汇聚带宽
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，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述方法包括配用电通信系统终端通信带宽预测法、配用电通信系统主站汇聚节点带宽预测法、用电信息采集系统本地通信带宽预测法和用电信息采集系统远程通信带宽预测法。
2.如权利要求1所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述配用电通信系统包括主站通信设备、通信网络和终端通信设备；在同一个业务系统中设有1台主站通信设备和若干台通信终端通信设备。
3.如权利要求2所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述主站通信设备与终端通信设备之间按照通信协议进行数据的传输，所述主站通信设备发出查询命令，终端通信设备收到命令后上传数据或执行控制命令。
4.如权利要求2或3所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述配用电通信系统终端通信带宽预测法包括以下步骤：
根据101规约和104规约规定，每帧最大字节数256个计算，配电自动化中最快3秒的信息变化刷新要求确定终端速率；
根据终端速率、配电通信协议IEC60870-5-101/104协议、各类配电终端“三遥”和类配电终端用电量点数量的要求，预测各类配电终端的通信带宽。
5.如权利要求4任意一项所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述终端速率公式通过下式确定：
终端速率＝[(控制方向应用层字节数+协议附加字节数)*帧数+(监视方应用层字节数+协议附加字节数)*帧数]*(每字节比特数)/数据传输周期。
6.如权利要求2或3所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述配用电通信系统主站汇聚节点带宽预测法包括以下步骤：
根据101规约和104规约规定，每帧最大字节数256个计算，配电自动化中最快3秒的信息变化刷新要求确定主站汇聚节点速率；
根据主站汇聚节点速率、配电通信协议IEC60870-5-101/104协议、各类配电终端“三遥”和类配电终端用电量点数量的要求，预测各类主站汇聚节点的通信带宽。
7.如权利要求6所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述主站汇聚节点速率通过下式确定：
主站汇聚节点速率＝Σ终端种类*终端速率*终端数量*冗余系数
其中，终端种类包括开关站、环网柜、箱式变压器、柱上开关和柱上变压器。
8.如权利要求1所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述用电信息采集系统包括本地通信、远程通信以及主站层；
所述本地通信通道包括居民电能表或采集器到集中器通信信道，本地通信通道承担的通信业务包括用电信息采集系统中低压居民用户、单相工商业用户和三相工商业用户的用电信息采集；
所述远程通信信道指专变采集终端到用电信息采集主站的通信信道和集中器到用电信息采集主站的通信信道。
9.如权利要求8所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述用电信息采集系统本地通信带宽预测法包括以下步骤：
确定根据Q/GDW354-2010《智能电能表功能规范》和Q/GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》要求确定用电信息采集本地通信终端速率；
预测用电信息采集本地通信带宽。
10.如权利要求9所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述本地通信带宽通过下式确定：
本地通信带宽＝[(下行数据字节数+协议附加数据字节数)+(上行字节数+协议附加字节数)]*轮询次数*每字节比特数/抄读周期。
11.如权利要求8所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述用电信息采集系统远程通信带宽预测法包括以下步骤：
确定根据Q/GDW354-2010《智能电能表功能规范》和Q/GDW364-2009《单相智能电能表技术规范》要求用电信息采集远程通道终端速率；
预测用电信息采集系统远程通信带宽。
12.如权利要求11所述的一种基于通信协议的配用电通信业务带宽预测方法，其特征在于：所述用电信息采集系统远程通信带宽通过下式确定：
用电信息采集系统远程通信带宽＝[(下行数据字节数+协议附加数据字节数)+(上行字节数+协议附加字节数)]*轮询次数*每字节比特数/抄读周期。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160506 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: China Electric Power Research Institute Applicant after: State Grid Smart Grid Institute Applicant after: State Grid Zhejiang Electric Power Company Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: China Electric Power Research Institute Applicant before: State Grid Zhejiang Electric Power Company |
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: China Electric Power Research Institute Applicant after: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION RESEARCH INSTITUTE Applicant after: State Grid Zhejiang Electric Power Company Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: China Electric Power Research Institute Applicant before: State Grid Smart Grid Institute Applicant before: State Grid Zhejiang Electric Power Company |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150204 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |