CN107623609B - 一种解决智能电网大规模接入的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种解决智能电网大规模接入的方法，属于移动通信技术领域。该方法中，基站将前导码的初步分配进行广播，UE和收集器按照分配的前导码进行等概率的随机接入。基站根据接收的情况检测UE的数量，当UE较多时，调节分配给UE传输的前导码并进行广播。在传输过程中，收集器遇到突发事件时，通过特定的前导码进行上传；若遇到拥塞情况，基站会直接分配前导码进行传输。在收集器上传实时数据时，对收集器的重传次数进行计次，若达到阈值则会提高收集器上传的优先级，保证在一定周期内至少有一个电网实时数据被上传以维持正常监控。本发明能够在尽可能减少电网大规模接入对于UE干扰的同时，最大限度保证了实时电网数据的传输和电网的有效监控。

Description

一种解决智能电网大规模接入的方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种解决智能电网大规模接入的方法。

背景技术

随着移动通信技术的高速发展，通信已经突破了简单的维持人与人之间的通信。M2M(Machine to Machine，机器对机器)，物联网，触觉网络的发展，逐渐将通信应用到人们生活中的方方面面。智能电网的出现，通过建立电力信息网络，可以对电网进行有效的监测和调度，突破了传统模式中的粗放型供电和用电模式，为安全有效地使用电力提供了技术支持，同时为绿色新型能源的引进奠定了基础。但是大量的实时电网信息的传输成为一个亟待解决的问题。

采用LTE网络进行传输可以有效降低设备的成本，同时有利于电网监测网的升级。从电网的监控要求来看，不同的事件对于时延的要求各不相同，为了保证能够达到最高时延要求，必须保证电网的连接一直保持较为畅通的状态，保证在突发事件出现时能及时进行连接和数据传输。但是由于电网的监测网络中收集器较多，如果所有收集器都同时保持较为畅通的状态，会对LTE的接入网络造成很大压力；同时，会对LTE用户造成较大的干扰，影响用户体验。在请求接入的过程中，由于都采用随机接入，基站不能区别各种业务的重要性，因此电网自身的不同时延要求的业务也会互相产生干扰，出现时延求较低的先进行传输，时延要求较高的未能被及时传输的情况；随机的请求同时还会导致出现部分收集器的接入请求可以一直被接收，但是部分收集器的接入请求一直不能成功接收，导致某个收集器一直不能上报电网的实时信息。不能达到全网监测的要求。

针对上述问题，目前的应对策略主要集中在优化接入前导码配置，比如针对不同的业务而非用户进行分级，针对不同等级的网络采用不同的前导码接入。由于传统网络中采用随机接入的方式来实现接入，因而容易造成UE被大规模接入的智能电网设备干扰，造成接入出现拥塞，影响用户体验，同时导致智能电网的实时电网信息不能及时上报。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有效的方式来传输智能电网的信息，达到监测智能电网的目的。同时降低智能电网的接入对于原有UE的影响，在有效传输信息的同时，最大限度降低对LTE接入网络的占有率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

电网实时信息的传输的主要目的是监测电网的实时数据有效避免突发事件。电网的突发事件主要包括本地的线路问题造成的事故停电以及整体电网供电及交接造成的整体相位偏移以及孤岛效应。其中，对于本地电路的突发事件可以直接在收集器进行检测处理，对于整体电路的检测需要收集器将电路信息传输到更高级的控制中心进行检测。因此即使在本地检测没有问题的电路实时信息也需要传输到更高级的控制中心进行进一步的检测。

电网信息中的数据呈现出单个数据较少，总数据个数较大，需要周期性传输的特性。针对这个特性，采用收集器将多个电网的实时信息收集到一起后打包进行上传，这样可以有效降低需要接入的数据数量。

收集器处理的步骤如下：

1)收集器将相位测试单元以及智能电表的数据进行收集；

2)将数据打包进行传输；

3)对数据进行初步处理，当检测到突发事件时进入步骤4)，否则进入步骤5)；

4)当遇到突发事件时即时对事件进行处理；

5)检测是否存在上级指令，若是则进行处理，若否则进入步骤1)。

从对电网信息传输的调研发现，对于不同类型的电网事件，具有不同的时延要求。大致分为对时延要求较高的数据，比如对于突发事件的检测；对于时延要求较低的数据，比如对于电网信息的周期性上传。但是由于电网信息的特殊性，所有的信息都是具有时延要求以及实时性要求的，当时延过长时，电网信息就失去其有效性，应该被丢弃。

在设计的算法中，采用了分优先级的方法来传输不同类型的电网信息。对于延迟要求较高的数据设置较高的优先级，当具有传输需求时，优先接入该种数据，保证电网信息的事件触发性；对于延迟容忍度较高的数据在传输接入时设置较低的优先级，可以有效避免在网络忙碌时对网络的占有率。

由于电网实时信息上传的时延要求较低，在传输过程中会退让给优先级较高的应用。但是为了保证电网实时信息的有效监控，必须保证在一定周期内至少有一个电网实时信息上传，以避免大规模的电网相位偏移以及孤岛效应的出现。因此在优先级设置时会对电网周期性上传设置较高的级别，在传输过程中，相位测量单元会对电网实时信息的上传失败进行计次，当计次达到阈值时则会采用周期性上传。这样既保证了在平时的传输中能有效利用空闲网络，也保证了在一定周期内至少有一个实时数据进行上传。

在传输的过程中，为了尽可能的减少对于UE的影响，将UE的优先级排在电网实时信息传输的优先级之上，只有电网的突发事件和周期性传输优先级才会高于UE的传输。同时为了保证在UE接入请求较为密集时，能尽量保证用户的接入，采用对于不同的UE密度采用不同的利用率来进行传输。

其中，对于不同的用户请求优先级设置如下：

1)电网突发事件的接入优先级定为最高级一级；

2)电网实时信息传输中每周期有一次的接入优先级定为二级；

3)UE的使用接入优先级定为三级；

4)电网实时信息的接入优先级定为四级。

本发明的有益效果在于：本发明可以通过设置优先级来限制电网信息的接入，极大程度上降低了在网络繁忙时，LTE网络的资源占有率，同时通过动态的优先级设置，保证了电网信息的有效传输。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为技术方案总体框图；

图2为前导码初始化分配图；

图3为处理各用户请求总体流程图；

图4为冲突处理流程图；

图5为UE接入率对比图；

图6为收集器接入率对比图；

图7为收集器突发事件接入率对比图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1、图2所示，通过将前导码分为用于传输警报的前导码，周期性上传的前导码，电网实时信息上传的前导码以及UE的专用前导码。在传输的过程中，仍然采用竞争接入的方式进行传输，电网实时信息上传只能等概率的选择前导码进行上传。UE可以采用LTE专用前导码的传输，同时还具有一定的概率可以选择电网实时信息的前导码上传，选定的概率由UE的请求数量决定。对于周期性上传和警报的前导码，最开始均设置为一个，当收集器检测出现突发事件时会采用广播的前导码进行上传，同时如果出现拥塞，基站将从电网实时信息上传的前导码中取出前导码进行直接分配，保证警报信息能够及时进行上传。

由于采用LTE检测，必须考虑到在密集的收集器的部署下对于LTE接入的压力。因此在传输过程中，根据上述设置的等级将前导码分为4部分，不同的用户采用不同的前导码分集。

如图3、图4所示，具体接入的过程如下：

1)通过eNB广播前导码分配信息，分为警报前导码，周期性上报前导码，UE专用前导码以及电网实时信息上报前导码；

2)收集器采集电网实时信息，在电网实时信息上报前导码中等概率选择前导码连接，同时每个收集器对自己的请求失败次数计数；

3)检测每个收集器的请求次数，若在阈值范围内上报成功则将计数器清零；若计数器大小超过阈值则采用周期性上报前导码建立连接；

4)收集器检测电网中是否出现突发事件，若出现突发事件则采用警报前导码建立连接，若未出现则继续上传信息；

5)基站接收所有建立连接的请求，检测电网中的突发事件以及固定周期上传事件的前导码是够足以应对传输，若足以应对传输则不做改变，若不足以应对传输则从轮询中获取前导码并广播给所有的收集器

基站检测LTE接入是否繁忙，若检测到LTE接入网络繁忙，则增加LTE对于电网前导码的占比，同时推迟部分电网实时信息的上传，并进行广播；若检测到LTE网络不繁忙且收集器的接入请求较多，则减少LTE对于电网前导码的占比，在保证UE请求的情况下充分利用空闲的前导码进行传输。

具体来说，仿真中采用64个前导码，选取32个为UE专用的前导码，30个为电网实时信息的前导码，1个为周期性上报前导码，1个为警报前导码。其中电网实时信息上传的前导码，周期性上传的前导码以及警报前导码都会随着传输中突发事件的发生以及周期上报的需求而不断改变。

在仿真过程中，收集器在电网实时信息上传的前导码中等概率随机选取前导码；UE选用LTE专用前导码，同时具有一定的概率选用电网实时信息上传的前导码；基站对于所有的前导码请求进行检测，当基站检测到一个前导码只被一个UE或者收集器采用，则代表请求成功。

同时在传输过程中，如果检测到UE接入的密度较大，就会增加UE对于电网实时信息上传前导码的占有率，同时减少电网实时信息上传的数量。当遭遇突发事件以及周期性上传时，收集器会直接采用广播的一个前导码进行传输，当只存在一个警报和周期性传输时则会直接传输，当存在多个警报和周期性传输时，基站会直接分配前导码作为解决方案，以保证警报信息和周期性上报信息的传输。

具体仿真参数如下表所示：

主要仿真参数表

场景	单基站场景
		UE数量	服从泊松分布，λ值分别为5,10,15,20,25
收集器数量	每个循环周期内为固定值分别为20,40,60,80
		仿真时间	10s
前导码数量	64
		退避机制	无

仿真过程中采用收集器数量分别为20,40,60,80；UE的数量服从泊松分布，均值分别为5,10,15,20,25。

通过图5中的仿真结果可以看到，UE的接入成功率随着收集器数量的增加和UE均值的增大逐渐降低，但是相对于直接进行随机接入的方式，设计的算法可以有效提高UE的接入率，在用户较多的情况下，提升的效果更加显著，不会由于加入了收集器而过度降低UE的接入率，而传统的直接竞争的方式，将会导致UE接入率有大幅的降低，影响用户体验。

如图6所示，仿真设计算法和传统随机接入收集器在十次传输内的成功接入率，通过对比可以看到，在设计的接入算法中，收集器的周期性接入得到保障，能够保证在一定周期内有数据及时进行上传。

由于电网中存在突发事件，需要及时进行上报，本实施例仿真了突发事件在3次内被成功接入的概率，从图7的仿真结果中可以看到设计的算法保证在出现突发事件时，能尽快提高优先级进行传输，保证突发事件能够被及时上传，达到全网检测的目的。

通过对业务进行分级，而非简单的对接入用户进行分级，既保证了UE的正常接入，又保证了收集器在检测到突发事件时能够及时将信息进行上传，达到了高效利用前导码管理UE和收集器接入的目的。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种解决智能电网大规模接入的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：通过基站广播前导码分配信息，分为警报前导码、周期性上报前导码、UE专用前导码以及电网实时信息上报前导码；

S2：收集器采集电网实时信息，在电网实时信息上报前导码中，等概率选择前导码连接，同时收集器对自己的请求失败次数计数；

S3：检测收集器的请求失败次数，若在阈值范围内则将计数清零；若超出阈值范围则采用周期性上报前导码建立连接；并提高收集器上传的优先级，保证在一个固定的周期内至少有一个电网实时数据被上传以维持正常监控；

S4：收集器检测电网中是否出现突发事件，若出现突发事件则采用警报前导码建立连接，若未出现则继续上传收集器收集的相位测试单元以及智能电表的数据；

S5：基站接收所有建立连接的请求，检测电网中的突发事件以及周期性上传事件的前导码是否足以应对传输，若足以应对传输则不做改变，若不足以应对传输则从轮询中获取前导码并广播给所有的收集器。

2.如权利要求1所述的一种解决智能电网大规模接入的方法，其特征在于：在所述步骤S5之后，还包括步骤S6：基站检测LTE接入是否繁忙，若检测到LTE接入网络繁忙，则增加UE专用前导码对于电网前导码的占比，同时推迟部分电网实时信息的上传，并进行广播；若检测到LTE网络不繁忙且收集器的接入请求较多，则减少UE专用前导码对于电网前导码的占比，在保证用户设备UE请求的情况下充分利用空闲的前导码进行传输。

3.如权利要求1所述的一种解决智能电网大规模接入的方法，其特征在于：所述突发事件包括本地电路的线路问题造成的事故停电、整体电网供电及交接造成的整体相位偏移和孤岛效应。

4.如权利要求1所述的一种解决智能电网大规模接入的方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：

S401：收集器收集相位测试单元以及智能电表的数据；

S402：将数据打包进行传输；

S403：对数据进行初步处理，当检测到突发事件时进入步骤S404，否则进入步骤S405；

S404：即时对突发事件进行处理；

S405：检测是否存在上级指令，若存在，则进行处理，若不存在，则进入步骤S401。

5.如权利要求1所述的一种解决智能电网大规模接入的方法，其特征在于：所述优先级的高低对应延迟要求的高低；对于延迟要求较高的数据设置较高的优先级，当具有传输需求时，优先接入该数据，保证电网信息的事件触发性；对于延迟容忍度较高的数据在传输接入时设置较低的优先级，避免在网络忙碌时对网络的占有率。

6.如权利要求5所述的一种解决智能电网大规模接入的方法，其特征在于：所述优先级定义为：

1)电网突发事件的接入优先级定为一级，为最高级；

2)电网实时信息传输中每周期有一次的接入优先级定为二级；

3)UE的使用接入优先级定为三级；

4)电网实时信息的接入优先级定为四级。

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