CN105916176B - 一种基于lte系统的电力业务承载映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于LTE系统的电力业务承载映射方法，所述方法根据终端设备类型以及业务的重要程度对业务进行承载映射，通过不同的承载类型来保证不同业务的QoS要求和优先级。该方法无需改变普通多媒体业务的承载方式，在满足了电力业务时延、速率、可靠性要求的同时，兼容普通的多媒体业务承载映射方式。

Description

一种基于LTE系统的电力业务承载映射方法

技术领域

本发明涉及电力无线通信领域，具体涉及一种基于LTE系统的电力业务承载映射方法。

背景技术

随着我国经济快速发展，电网规模日益扩大，实现电网的智能化管理是电网发展的必然需求。信息通信网络作为支撑智能电网(Smart Grid,SG)信息采集、监测控制、高级计量、双向交互等应用的重要手段，其性能的好坏将直接影响电网的智能化水平。光纤通信对电力的智能化发展提供了重要传输保障条件，而受地形、成本等条件限制，光纤通信无法覆盖到电力系统所有业务范围，而无线通信作为光纤通信的重要补充，具有灵活部署、快速建设等优势，在电网发展过程中也发挥了重大作用，目前，无线通信已经在输变电状态监测、配电自动化、配变监测、用电信息采集等业务开展了应用。LTE是继第三代移动通信之后国际上主流的新一代宽带移动通信标准，具有带宽灵活配置、峰值速率更高、时延更小、安全性更高等优点，在全球范围内得到了广泛应用，国内部分行业也已开展了LTE专网的建设工作。

在智能电网环境下，电力业务呈现多样化、复杂化、智能化的特点，不同业务属性及同类业务属性在不同服务对象条件下的通信需求各不相同，面对不同业务服务对象，对承载业务的数据通道包括实时性、可靠性等要求也有所不同，建设电力专网LTE专网，系统需要进行特殊的优化和设计以满足应用的需要。

发明内容

为了实现上述需求，本发明提供一种基于LTE系统的电力业务承载映射方法，通过不同的承载类型来保证不同业务的QoS要求和优先级，在不改变原有普通业务承载映射方式的同时满足电力业务时延、速率、可靠性方面的应用要求。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于LTE系统的电力业务承载映射方法，所述承载映射方法根据终端设备类型和业务重要程度对业务进行承载映射，包括以下步骤：

1)根据不同的终端设备类型，在发送数据包前对数据包TOS字段的第3-6比特进行设置并存储于数据包中；

2)业务流模版TFT通过检查数据包区分终端设备的业务类型；

3)不同终端设备的业务分别通过不同的包过滤器进行承载映射。

优选的，所述步骤1)具体包括：当普通终端和电力业务专用终端发送数据包时，为数据包TOS字段的第3-6比特赋值；将普通终端设为全零，电力专用终端则为非零。

优选的，所述步骤2)区分终端设备的业务类型包括：设置业务流模版TFT包过滤器，所述包过滤器包含TOS属性字段；利用数据包的TOS属性字段值区分普通终端业务和电力专用终端业务；

所述电力专用终端业务根据其业务重要程度被自定义为核心业务和非核心业务。

进一步地，所述不同终端设备的业务类型还可以根据TOS字段第3～6非零比特的取值、数据包源目的IP地址，以及端口号信息进行区分。

优选的，所述步骤3)不同终端设备的业务分别通过不同的包过滤器进行承载映射包括，采用包过滤器将普通终端业务映射至非GBR承载，将核心业务映射至GBR承载，非核心业务映射至非GBR承载。

进一步地，非GBR承载普通终端业务，根据数据包内容的QoS要求，承载QoS选择QCI6～9。

进一步地，非GBR承载非核心电力业务，根据数据包内容的QoS要求，承载QoS选择QCI 6～9，且优先级设置高于普通业务。

进一步地，GBR承载核心电力业务，根据数据包对时延的要求，承载QoS选择QCI 2～4。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提出的承载业务映射方法基于终端设备的类型特征和电力业务特征，根据业务的重要程度，将不同业务映射到不同的EPS承载上，通过不同的承载类型来保证不同业务的QoS要求和优先级，同时不改变原有普通业务承载映射方式。在满足电力业务时延、速率、可靠性要求的同时，不改变普通多媒体业务的承载方式且兼容普通的多媒体业务承载映射方式。

附图说明

图1为EPS承载模型示意图；

图2为承载QoS类型示意图；

图3为公网业务承载映射原理示意图；

图4为基于设备终端的业务承载映射方法流程图；

图5为不同终端的包过滤器业务分流方法流程图；

图6为电力业务专用终端业务承载映射方法流程图。

其中，1—上行业务流集合UL traffic flow aggregates，2—下行业务流集合DLtraffic flow aggregates，3—上行传输流模版UL-TFT，4—下行传输流模版DL-TFT，5—上行传输流模版的无线承载标识符UL-TFT→RB-ID，6—下行传输流模版的S5/S8端口承载的隧道端点标识符UL-TFT→S5/S8-TEID，7—无线承载Radio Bearer，8—S1端口承载S1Bearer，9—S5/S8端口承载/S8Bearer。

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。

本发明涉及基于LTE系统的电力业务承载映射方法中的LTE使用EPS承载来传输具体业务。一个PDN连接里可以包含一个或多个EPS承载。为了传输IP流量包，EPS承载在UE和PDN之间提供一条逻辑的传送通道。根据网元的位置，用户UE(User equipment)到演进型基站eNodeB的承载称为无线承载(Radio bearer)，eNodeB到SGW的承载称为S1承载(S1bearer)，SGW到PGW的承载称为S5/S8承载(S5/S8bearer)，整个UE到PGW的承载称为EPS承载，如图1所示，EPS承载在每个接口上会映射到不同的底层承载，每个网络节点负责维护底层承载的标识以及相互之间的绑定关系。每个EPS承载均关联到服务质量参数集QoS(Quality of Service)，以提供业务保证。

承载分为缺省承载和专有承载，缺省承载在PDN连接的生命周期内不允许释放。具体的承载分为速率保障GBR(Guaranteed Bit Rate)承载和非速率保障承载non-GBR。Non-GBR承载中没有单个的最大速率MBR(Maximum Bit Rate)参数控制，APN中的所有non-GBR承载共享APN-AMBR参数(聚合MBR，Aggregate MBR)，定义了同一个APN中的所有EPS承载提供的累计比特速率上限，UE中的所有non-GBR承载共享UE-AMBR参数，定义了每个签约用户的AMBR。QoS参数主要包括QCI(QoS Class Identifier)、APR(Allocation And RetentionPriority)、GBR、MBR、APN-AMBR、UE-AMBR参数，如图2所示。

不同的QCI业务流需用不同的承载。QCI包含内容主要有优先级、数据包时延、误丢包率，不同QCI等级对应的Qos和典型业务如表1所示。

系统优先保证GBR承载的速率，其次是non-GBR承载的速率。在系统资源不足时，系统只给non-GBR承载一个最低速率，其他资源用于保证GBR承载。

系统优先保证高优先级GBR承载的速率，其次是低优先级GBR承载的速率。在系统资源不足时，系统将所有资源分配给高优先级GBR承载。

在无线接入网中，空口上承载的QoS是由eNodeB来控制的，每个承载都有相应的QoS参数QCI和ARP。

表1 3GPP标准QCI分类

把IP包过滤到不同的承载是基于业务流模板(TFT，Traffic Flow Template)。TFT使用IP包头信息(如源和目的IP地址以及TCP端口号)来过滤包，如从网页浏览业务过滤VoIP数据包等，从而使每个业务都可以在具有适合QoS的承载中发送。UE中与每个承载相关的上行业务流模板在上行方向把IP包过滤到EPS承载。PGW中的下行TFT也具有一套类似的下行包过滤器。

用户的IP数据包需要映射到不同的EPS承载，以获得相应的QoS保障。这样的映射关系是通过TFT和其中的包过滤器(Packet Filters)来实现的。TFT是映射到相应EPS承载的所有Packet Filter的集合，Packet Filter表示将用户的一种业务数据流(SDF，ServiceDataFlow)映射到相应的EPS承载上，Packet Filter通常包括源/目的IP地址，源/目的IP端口号，协议号等内容，如表2所示。专有的EPS承载必须有与之相应的TFT。每个PacketFilter具体包含的属性如下，某些属性的组合会发生冲突。服务类型(TOS)属性可以与其他所有属性进行搭配组合。

表2Packet Filters属性

公网的TFT主要是基于IP数据包的包头信息内容对数据包进行过滤，然后将数据包映射到相应的EPS承载上，即以数据包为中心进行业务映射承载，并默认用户终端为多媒体终端支持多种业务类型。而且很多特性只有IPv6才能支持。

而在电力专网中，终端设备的功能通常是功能单一而且重要的，如信息采集、配电自动化等。还有一类普通的多媒体终端设备，其优先级要低一些。如依然使用IP包的业务承载映射方式，则难以将功能单一且重要的设备业务和普通多媒体终端业务区别开来，而且公网不同业务的等级区分与电力专网存在不同，时延要求、可靠性等的等级要求均不同。电力业务需要按照业务的重要等级，需要将重要性高的业务映射到Qos等级高的承载上进行传输。

包过滤器属性中有一项TOS属性项能够和其他所有属性进行组合。在IP包中其大小为8比特。最高3比特用于指示IP优先级，定义了服务等级，最后1比特必须为0。中间3到6比特虽然是用于指示时延、吞吐量、可靠性的，但是Qos并没有使用其定义。因此可以利用TOS中第3到6比特的信息可以对终端业务进行分类，分别映射到不同Qos要求的EPS承载上。同时不会影响公网常规的业务承载映射方式。而且还能够与常规的承载映射方式叠加使用。

如图4所示，本发明提出的承载映射方法，根据终端设备类型和业务重要程度对业务进行承载映射，包括以下步骤：

1)根据不同的终端设备类型，在发送数据包前对数据包TOS字段的第3-6比特进行设置并存储于数据包中；

步骤1)具体包括：当普通终端和电力业务专用终端发送数据包时，为数据包TOS字段的第3-6比特赋值；将普通终端设为全零，电力专用终端则为非零。即普通终端则取值为0000，而对于电力业务专用终端则取其他三种值或者三种值的组合，如对时延、速率和可靠性均要求的业务设置为1110。

2)业务流模版TFT通过检查数据包区分终端设备类型：设置业务流模版TFT包过滤器，所述包过滤器包含TOS属性字段；如图5所示，不同终端TFT包过滤器业务分流，不同终端类型业务主要通过TOS属性字段的第3-6比特进行识别。利用数据包的TOS属性字段值区分普通终端业务和电力专用终端业务；

电力专用终端业务根据其业务重要程度被自定义为核心业务和非核心业务。其中，核心业务如数据采集、配电自动化、负荷控制等低时延、低速率、高可靠性业务；非核心业务，如图像采集、线路视频监控等高速率、可靠性不高业务，通过TFT包过滤器分别映射至GBR承载和非GBR承载。不同类型业务的区分方法有多种，可以是再次利用TOS字段的第3-6比特位，对其非零值进一步区分，如1000表示非核心业务，0010表示核心业务。也可以基于IP源目的地址，如一类IP地址的服务器接收核心业务数据，另一类IP地址服务器接收非核心业务数据。此外，还可以利用端口号进行区分。

如图6所示，不同终端设备的业务分别通过不同的包过滤器进行承载映射包括：根据如图3所示的公网业务承载映射原理，将不同终端设备的业务根据TOS字段第3～6非零比特的取值、数据包源目的IP地址，以及端口号信息进行区分。将数据包经过不同的包过滤器，根据数据包本身的信息内容将数据映射到不同QoS要求的EPS承载上。不对发送数据包的终端做区分对待，而在电网中电力业务专用终端的优先级明显要高于普通终端设备，需要对终端类型进行辨别，再在终端业务按照重要性进行承载映射。具体为：采用包过滤器将普通终端业务映射至非GBR承载，将核心业务映射至GBR承载，非核心业务映射至非GBR承载：非GBR承载普通终端业务，根据数据包内容的QoS要求，承载QoS选择QCI 6～9。非GBR承载非核心电力业务，其优先级设置高于普通业务。对于图像采集和线路视频监控等高速业务则映射到非GBR类承载上，非GBR承载非核心电力业务，根据数据包内容的QoS要求，承载QoS选择QCI 6～9，且优先级设置高于普通业务。对于用电信息采集、配电自动化、负荷控制等速率低、可靠性高的业务则映射到GBR类承载，该承载的QoS选择误包率低的QCI类别，根据数据包对时延的要求，承载QoS选择QCI 2～4。

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)

1.一种基于LTE系统的电力业务承载映射方法，其特征在于，所述承载映射方法根据终端设备类型和业务重要程度对业务进行承载映射，包括以下步骤：

1)根据不同的终端设备类型，在发送数据包前对数据包TOS字段的第3-6比特进行设置并存储于数据包中；

2)业务流模版TFT通过检查数据包区分终端设备的业务类型；

3)不同终端设备的业务分别通过不同的包过滤器进行承载映射；

所述步骤2)区分终端设备的业务类型包括：设置业务流模版TFT包过滤器，所述包过滤器包含TOS属性字段；利用数据包的TOS属性字段值区分普通终端业务和电力专用终端业务；

所述电力专用终端业务根据其业务重要程度被自定义为核心业务和非核心业务；

所述不同终端设备的业务类型还可以根据TOS字段第3～6非零比特的取值、数据包源目的IP地址，以及端口号信息进行区分。

2.根据权利要求1所述的业务承载映射方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：当普通终端和电力业务专用终端发送数据包时，为数据包TOS字段的第3-6比特赋值；将普通终端设为全零，电力专用终端则为非零。

3.根据权利要求1所述的业务承载映射方法，其特征在于，所述步骤3)不同终端设备的业务分别通过不同的包过滤器进行承载映射包括，采用包过滤器将普通终端业务映射至非GBR承载，将核心业务映射至GBR承载，非核心业务映射至非GBR承载。

4.根据权利要求3所述的业务承载映射方法，其特征在于，非GBR承载普通终端业务，根据数据包内容的QoS要求，承载QoS选择QCI 6～9。

5.根据权利要求3所述的业务承载映射方法，其特征在于，非GBR承载非核心电力业务，根据数据包内容的QoS要求，承载QoS选择QCI 6～9，且优先级设置高于普通业务。

6.根据权利要求3所述的业务承载映射方法，其特征在于，GBR承载核心电力业务，根据数据包对时延的要求，承载QoS选择QCI 2～4。

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