CN105896730B - 一种适用于输电线路的分层混合通信系统的维护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种适用于输电线路的分层混合通信系统的维护方法，采用电力光载无线通信技术与多跳无线通信技术相结合的分层多跳混合组网通信系统支撑输电线路电线路状态感知数据的传输，采用线性链路维护方法提高数据传输的可靠性；其中系统包括中心基站BBU，远端单元RRU，无线多跳单元和无线终端；维护方法解决了链式通信网络的可靠性，防止网络单点失效带来的网络中断问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种维护方法，具体涉及一种适用于输电线路的分层混合通信系统的维护方法。
背景技术
目前，各市区级供电公司在主城区范围内已建成以光通信为主的电力通信传输网，城区光纤骨干网覆盖35KV至220KV变电站，部分发达地区已经覆盖10KV变电所至500KV城区变电站。但是，对于偏远地区的应用场景，比如输电线路，受地理环境、经济成本、通信特征等因素限制，目前也没有形成有效的通信系统来支撑输电线路状态监测效果业务。
不同于公网通信，电力通信呈现自身业务特点。主要以固定业务类型居多，而公网主要以移动业务为主，电力系统以无线承载的业务主要是辅助类业务，呈现数据流量小、分布范围广等低密度、广覆盖的特点，而公网业务包括语音、数据、视频等多种业务类型，数据流量大、业务密度高，另外，电力业务呈现上行业务数据大、下行业务数据小的特点，而公网呈现的是下行业务数据大、上行业务数据小的特点。因此，针对电力系统的业务应用，通信系统需要进行特殊的优化和设计以满足应用的需要。
时下用于输电线路状态监测的无线通信方式主要有租用公网、EPON+WiFi、McWill等，不同的通信系统在不同的发展阶段都在一定程度上支撑了输电环节的业务传输，但不同的系统都有不同的应用局限性。租用公网的方式存在租用费用高、信号覆盖有盲区、管理维护不便等问题，EPON+ WiFi在早期的输电线路状态监测中应用较多，但存在建网成本高、传输距离不远等问题，而McWill采用宏基站的方式，覆盖范围在几公里范围内，也不适合输电场景的应用。
应用于输电线路状态监测的通信系统不同于传统的蜂窝式覆盖系统，呈现线性部署、链式通信、覆盖范围远、业务种类多、业务数据量小、数据周期传输等特点，因此，需要研究一种面向输电场景的链型通信专网，来满足输电线路设施的状态监测传输需求。
其中，电力光载无线系统是比较适用于输电线路的解决方案，它作为中心单元BBU+远端单元RRU的分布式架构，可充分利用输电线路上的电力光缆资源和电力专用无线频段，但原有系统受级联RRU数量的限制，覆盖范围在百公里范围内，对于更长距离的输电线路应用比较受限。
发明内容
为了弥补上述缺陷，本发明提出一种适用于输电线路的分层混合系统的维护方法，采用电力光载无线通信技术与多跳无线通信技术相结合的分层多跳混合组网通信系统来支撑输电线路状态监测的业务数据传输，实现多跳链路的维护，从而延伸通信覆盖距离和提高系统抗节点失效的能力。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种适用于输电线路的分层混合系统的维护方法，所述方法具体包括：基于闭环功率控制的线性链路维护方法、基于跨链路的线性链路维护方法和基于双向回传的链路维护方法。
优选的，所述分层混合通信系统包括：中心基站BBU，远端单元RRU，无线多跳单元和无线终端；所述中心基站BBU和远端单元RRU之间通过部署于输电线路上的OPGW光缆中的光纤进行连接，无线多跳单元利用电力专用频段通过无线多跳方式将数据发送到远端单元RRU进行汇聚，所述无线多跳单元与远端单元RRU之间通过链式组网方式相连，所述远端单元RRU与其所关联的无线终端通过电力无线专用频段进行连接。
优选的，所述分层混合通信系统包括骨干传输层和汇聚接入层；所述骨干传输层，是指中心单元BBU和远端单元RRU之间的光纤传输链路；所述汇聚接入层，是指远端单元RRU与无线终端以及远端单元RRU与无线多跳单元之间的无线链路，以实现无线终端输电线路状态感知数据的接入；其中，所述输电线路状态感知数据，包括远端单元RRU所关联的无线终端的数据和无线多跳单元转发至远端单元RRU的数据。
优选的，所述基于闭环功率控制的线性链路维护方法包括：当链路中的无线多跳单元出现故障时，其上一跳单元发现故障，并将故障信息通过上行方式告知中心基站BBU，利用中心基站BBU下发功率放大命令，通过下行方式告知故障点的上一跳单元；该单元获取指令后，提高发射功率，跳过故障点，与故障点的下一跳单元建立连接，隔离故障。
优选的，所述基于跨链路的线性链路维护方法包括，当发生故障的无线多跳单元无法与上一跳单元连接时，将上一跳单元与相邻的备份链路中的无线多跳单元建立连接，利用该备份链路中多跳单元之间的通信跨过故障的无线多跳单元，待跨过发生故障的无线多跳单元之后返回初始链路中。
优选的，所述基于双向回传的线性链路维护方法包括，发生故障的无线多跳单元后续多跳链路部分利用反向传输链路进行传输，同时，发生故障的无线多跳单元前向多跳链路部分利用原来传输链路进行传输。
进一步地，在跨链路的传输数据中添加传输标识，每个标识分别由跨链路接入请求、目标链路、故障节点编号和故障隔离指示符组成。
进一步地，所述在跨链路的传输数据中添加传输标识包括，对于跨链路接入请求，用数字“1”表示存在跨链路接入需求，“0”表示不存在跨链路接入需求；对于目标链路，“1”表示链路1，“2”表示链路2；对于故障节点编号，利用故障点的设备编号进行标识；对于故障隔离指示符，用数字“1”表示故障尚未消除，“0”表示故障已经修复。
优选的，所述无线多跳单元面向不同的通信对象采用不同的功率控制方法，具体为：当无线多跳单元与其覆盖范围内的各类传感器装置进行通信时，无线多跳单元控制发射功率，只覆盖其关联的无线传感装置范围，无线多跳单元收集覆盖范围内的各类输电线路状态感知数据，并缓存在本地；当无线多跳单元进入传输周期时，停止底层感知数据的汇聚，提高发射功率，扩大覆盖范围，与同条链路中的相邻无线多跳单元建立多跳连接通信，通过多无线跳方式传输至就近的远端单元RRU。
与现有技术相比，本发明提供的方法达到以下有益效果：
本发明提出的基于光载无线和无线多跳的分层混合通通信系统充分利用了光纤传输和无线传输技术优势。骨干传输层利用电力OPGW光纤传输，具有抗干扰能力强、资源充分利旧、建设周期短等优点，本地汇聚层采用无线多跳技术，具有协议简单、组网灵活、组网成本低等优点。
利用本发明提供的多跳链路维护方法，可实现输电场景下链式组网的可靠性水平提高，适用于多种不同的应用场景，具有使用灵活、协议简单、快速恢复等优点，有效解决链状无线通信网络的传输瓶颈问题，适用于输电线路的状态监测通信的远距离无线传输。
附图说明
图1是本发明提供的分层多跳混合组网通信系统结构示意图；
图2是本发明提供的无线多跳单元面向不同通信对象的功率控制示意图；
图3是本发明提供的无线多跳传输链路示意图；
图4是于闭环功率控制的线性链路维护示意图；
图5是本发明提供的基于跨链路的线性链路维护示意图；
图6是本发明提供的基于双向回传的链路维护示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种适用于输电线路的分层混合通信系统的维护方法，采用电力光载无线通信技术与多跳无线通信技术相结合的分层多跳混合组网通信系统来支撑输电线路状态监测的业务数据传输，如图1所示，一种适用于输电线路的分层混合通信系统，包括：中心基站BBU，远端单元RRU，无线多跳单元和无线终端；所述中心基站BBU和远端单元RRU之间通过部署于输电线路上的OPGW光缆中的光纤进行连接，无线多跳单元利用电力专用频段通过无线多跳方式将数据发送到远端单元RRU进行汇聚，所述无线多跳单元与远端单元RRU之间通过链式组网方式相连，所述远端单元RRU与其所关联的无线终端通过电力无线专用频段进行连接。
整套系统分为骨干传输层和汇聚接入层；所述骨干传输层，即光缆侧传输，是指中心单元BBU和远端单元RRU之间的光纤传输链路；所述汇聚接入层，即无线侧传输，是指远端单元RRU与无线终端以及远端单元RRU与无线多跳单元之间的无线链路，以实现无线终端输电线路状态感知数据的接入；其中，所述输电线路状态感知数据，包括远端单元RRU所关联的无线终端的数据和无线多跳单元转发至远端单元RRU的数据。利用RRU和多个无线多跳单元将底层状态监测数据传输至位于变电站的中心基站BBU，传输距离可达100～300公里。
正常使用情况下，考虑到输电线路状态监测数据的周期性传输特点，各无线多跳单元对采集的感知数据进行缓存，到达自己的传输周期时进行转发传输，而且，为降低无线多跳单元之间的无线干扰，无线多跳单元面向不同的通信对象采用不同的功率控制方法，当无线多跳单元与其覆盖范围内的各类传感器装置进行通信时，无线多跳单元控制发射功率，只覆盖其关联的无线传感装置范围，以免对相邻的无线多跳单元覆盖范围的无线传无线感装置造成干扰，无线多跳单元收集覆盖范围内的各类输电线路状态感知数据，并缓存在本地；当无线多跳单元进入自己的传输周期时，停止底层感知数据的汇聚，提高发射功率，扩大覆盖范围，与同条链路中的相邻无线多跳单元建立多跳连接通信，通过多跳方式传输给就近的RRU，如图2所示。这种面向不同通信对象的功率控制方法可以利用更多的频点进行通信，如果数据转发和数据汇聚同时进行，为避免干扰，需分配不同的频点进行通信。另外，基于输电线路的链式特点，各多跳单元所使用的天线可采用双向定向天线以增大发射增益。
为提高无线链路的鲁棒性，减少无线多跳跳数，将无线多跳链路部分分为两条链路，当其中某条链路中的多跳节点出现故障时，可以利用另外一条链路作为备份链路，保障数据传输，同时，分为两条链路，可以利用周期传输，比如在周期T1时间内，链路1传输，链路2不传输，有利于降低多跳节点设备的能耗。在系统初始化过程中，首先需对每个无线多跳单元进行链路分组，对于每一组的工作周期进行预分配，在周期性的输电监测数据传输阶段，每条链路根据分配的周期开始依次进行状态监测数据的传输过程。在这里认为每个杆塔上的多跳设备都具备了可以覆盖同条链路相邻无线无线多跳单元的通信覆盖范围，并且在此过程中，由于预配置了各个无线多跳单元的唤醒周期，因此将杆塔上多跳节点之间的激活过程与监控数据转发的过程进行结合，更有利于节能，同时，为保证故障链路的及时修复，不同链路间的相邻节点之间也支持静态监听以便及时唤醒接入。
如图3所示，对无线多跳单元进行分组，分为奇数组和偶数组，具体编号规则以多跳单元设备的部署位置进行编号，不以杆塔进行编号，因为部分杆塔没有部署多跳单元，只有各类感知装置，将多跳设备编号为1、3、5的节点编为奇数组，称为链路1，编号为2、4、6的节点编为偶数组，称为链路2，同一组中的节点组成同一条链路，节点之间通过无线方式利用电力专用频段进行多跳连接。
在输电线路应用中，无线多跳通信终端之间只能采用链式组网模式，该模式无线的缺点在于链路中有多跳节点出现故障，会导致多跳中断，整个链路无法继续通信。针对输电线路链式组网较为脆弱的问题，本发明提出了一种适用于输电线路的分层混合通信系统维护方法，该方法主要解决链式通信网络的可靠性，防止网络单点失效带来的网络中断问题。具体来说包括三种方法。
第一种为：基于闭环功率控制的线性链路维护方法包括：当链路中的多跳单元出现故障时，其上一跳多跳单元发现故障，并将故障信息通过上行方式告知中心基站BBU，利用中心基站BBU下发功率放大命令，通过下行方式告知故障点的上一跳多跳单元；该单元获取指令后，提高发射功率，跳过故障点，与故障点的下一跳单元建立连接，隔离故障。该种模式保持原有链路不变。具体来说，如图4所示，#3无线多跳单元节点出现故障，造成与之同一链路的#5无线多跳单元无法与其建立连接并传输数据，#1没有在传输周期内检测到杆塔#3的数据传输，就会判断杆塔#3的无线多跳单元处于故障状态，发起链路维护机制，将#3中断信息告知中心基站BBU，由中心基站下发功率放大命令，#1多跳单元根据接收的指令调整发射功率，使#5能够监测到来自#1的请求连接信号，与#1建立多跳连接，据此建立了新的链路。
第二种为：基于跨链路的线性链路维护方法包括，当故障的无线多跳单元与上一跳单元无法连接时，将上一跳单元与相邻的备份链路中的无线多跳单元建立连接，利用该备份链路中无线多跳单元之间的通信跨过发生故障的无线多跳单元，待跨过故障无线多跳单元之后返回初始链路中。具体来说，如图5所示，采用跨链路的线性链路维护方法，即跨链路的多跳传输，因为#3出现故障，导致#5与#3无法连接，#1与#3也无法连接，#5判断#3故障，开始检测覆盖范围内的其他节点，直至检测到#4，发送传输协商信息给#4，#4接受信息并允许，然后由#4转发数据给#2，并告知#2传输的是其他链路的数据，#2得知这一情况后，寻找就近的原链路节点，如图中的传输数据给#1，剩下流程与正常工作状态一致。这样的目的是尽可能利用原有链路节点，保持链路节点的能量均衡，同时，降低路由的复杂性，否则需要不停的建立路由链路，造成网络更新复杂且不利于节能。
在上述启动备份链路的过程中，使用了链路2作为链路1的备份传输线路。但是对于链路1上的其他杆塔来说，如链路1中的杆塔#1上的传感器监测数据仍然有收集的需要。因此，传输线路需要从链路2切换到原来的链路1。通过链路的切换，可以实现在传输过程中避让出现故障的杆塔，以保障传输线路的可靠性和持续性。为了实现从备份链路切换回原链路，需要在传输数据中添加传输标识。本发明定义传输标识由四部分组成：跨链路接入请求，目标链路，故障节点编号和故障隔离指示符，每部分分别用一位数来标识。对于跨链路接入请求，用数字“1”表示存在跨链路接入需求，“0”表示不存在跨链路接入需求，对于目标链路，“1”表示链路1,“2”表示链路2，对于故障节点编号，直接用故障点的设备编号来标识，本发明中最大支持编号为9，也是考虑到实际应用中基本不超过10跳，由于跳数多的链路存在稳定性不高、延时大等不利因素，实际应用价值不大，对于故障隔离指示符，用数字“1”表示故障未消除，“0”表示故障已经修复。
为进一步说明，如图5所示，链路1中的杆塔#5运行在预分配的传输周期中，因为#3故障，无法建立多跳连接，#5和#4进行协商连接并发送传输标识1131给#4。其中第一位的标识符数字1表示#5的跨链路接入请求，第二位的标识符数字显示了目标链路是链路1，#4据此知道链路1中出现节点故障，本次传输是临时转发，第三位显示故障的无线多跳单元是#3，第四位的1显示故障还未消除。#4获取传输标识符后，发现不是本链路的传输请求，就做好临时转发的准备，按照不是本链路的数据应就近转发目标链路的原则，#4应该将数据转发给#3，但通过标识符发现#3故障，就去连接#2，同时发送0130给#2,#2收到后，知道目标链路是链路1，故障也已隔离，且故障节点是#3，就可以与链路1中的#1建立链路，并发送1130,1收到后，发现是自己的链路上的传输数据，且节点3出现故障，而且故障已经隔离，就可以沿着原来链路1继续发送，不再使用链路2继续发送，链路2的传输过程自动终止，而且后续下发指令时，#1发送数据给#5时，按照相反的路径传输，直接跳过故障点。
在跨链路的传输数据中添加传输标识，每个标识分别由一位数的跨链路接入请求、目标链路、故障节点编号和故障隔离指示符组成。
所述在跨链路的传输数据中添加传输标识包括，对于跨链路接入请求，用数字“1”表示存在跨链路接入需求，“0”表示不存在跨链路接入需求，对于目标链路，“1”表示链路1，“2”表示链路2，对于故障节点编号，利用故障点的设备编号进行标识，对于故障隔离指示符，用数字“1”表示故障尚未消除，“0”表示故障已经修复。
第三种为：基于双向回传的线性链路维护方法，故障的无线多跳单元的后续多跳链路部分利用反向传输链路进行传输，同时，故障的无线多跳单元的前向多跳链路部分利用原来传输链路进行传输。该方法适用于同条输电线路两侧都有变电站且双向同时部署电力光载无线系统的场景，输电线路上的状态监测数据可以采取双向传输的方式回传，这样也有利于防止一端链路出现重要节点故障而导致整个链路瘫痪的情况出现。如图6所示，#3发生故障，导致#5无法建立多跳链路，#5开始执行反转传输机制，也即反方向传输，汇聚#3右侧的感知数据，#5与右侧的RRU建立多跳连接，最终接入到变电站内的BBU，故障点左侧的无线多跳单元还是按照原来的链路传输。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅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应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (5)
1.一种适用于输电线路的分层混合通信系统的维护方法，其特征在于，所述方法具体包括：基于闭环功率控制的线性链路维护方法、基于跨链路的线性链路维护方法和基于双向回传的链路维护方法；
所述基于闭环功率控制的线性链路维护方法包括：当链路中的无线多跳单元出现故障时，其上一跳单元发现故障，并将故障信息通过上行方式告知中心基站BBU，利用中心基站BBU下发功率放大命令，通过下行方式告知故障点的上一跳单元；该单元获取指令后，提高发射功率，跳过故障点，与故障点的下一跳单元建立连接，隔离故障；
所述基于跨链路的线性链路维护方法包括，当发生故障的无线多跳单元无法与上一跳单元连接时，将上一跳单元与相邻的备份链路中的无线多跳单元建立连接，利用该备份链路中多跳单元之间的通信跨过故障的无线多跳单元，待跨过发生故障的无线多跳单元之后返回初始链路中；
所述基于双向回传的线性链路维护方法包括，发生故障的无线多跳单元后续多跳链路部分利用反向传输链路进行传输，同时，发生故障的无线多跳单元前向多跳链路部分利用原来传输链路进行传输；
所述基于跨链路的线性链路维护方法包括：在跨链路的传输数据中添加传输标识，每个标识分别由跨链路接入请求、目标链路、故障节点编号和故障隔离指示符组成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分层混合通信系统包括：中心基站BBU，远端单元RRU，无线多跳单元和无线终端；所述中心基站BBU和远端单元RRU之间通过部署于输电线路上的OPGW光缆中的光纤进行连接，无线多跳单元利用电力专用频段通过无线多跳方式将数据发送到远端单元RRU进行汇聚，所述无线多跳单元与远端单元RRU之间通过链式组网方式相连，所述远端单元RRU与其所关联的无线终端通过电力无线专用频段进行连接。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分层混合通信系统包括骨干传输层和汇聚接入层；所述骨干传输层，是指中心单元BBU和远端单元RRU之间的光纤传输链路；所述汇聚接入层，是指远端单元RRU与无线终端以及远端单元RRU与无线多跳单元之间的无线链路，以实现无线终端输电线路状态感知数据的接入；其中，所述输电线路状态感知数据，包括远端单元RRU所关联的无线终端的数据和无线多跳单元转发至远端单元RRU的数据。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在跨链路的传输数据中添加传输标识包括，对于跨链路接入请求，用数字“1”表示存在跨链路接入需求，“0”表示不存在跨链路接入需求；对于目标链路，“1”表示链路1，“2”表示链路2；对于故障节点编号，利用故障点的设备编号进行标识；对于故障隔离指示符，用数字“1” 表示故障尚未消除，“0” 表示故障已经修复。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无线多跳单元面向不同的通信对象采用不同的功率控制方法，具体为：当无线多跳单元与其覆盖范围内的各类传感器装置进行通信时，无线多跳单元控制发射功率，只覆盖其关联的无线传感装置范围，无线多跳单元收集覆盖范围内的各类输电线路状态感知数据，并缓存在本地；当无线多跳单元进入传输周期时，停止底层感知数据的汇聚，提高发射功率，扩大覆盖范围，与同条链路中的相邻无线多跳单元建立多跳连接通信，通过多无线跳方式传输至就近的远端单元RRU。
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