CN107708124B - Lte230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，解决了现有技术的不足，技术方案为：包括以下步骤：建立LTE230电力系统专网，配置两个核心网元EPC设备，两个核心网元EPC设备与基站eNB之间采用S1FLEX方式全互联，两个核心网元EPC设备与主站服务器之间全互联，两个核心网元EPC设备按照POOL的方式进行组网，两个核心网元EPC设备与基站同时连接且同时工作，形成两个相同网络结构的核心网，在执行业务时，俩个核心网中有一个核心网为备用的核心网，LTE230电力系统专网的终端设备按照基站eNB上MME的顺序配置。

Description

LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法

技术领域

本专利涉及电网通信优化方法，具体涉及一种LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法。

背景技术

智能电网是当今世界电力控制系统的发展方向与趋势，在配用电无线通信方面，我国主要采用公网通信，存在组网能力弱、实时性差、数据的安全性较差等缺点，随着建设智能电网时代的到来，建设电力无线专网势在必行。无线通信技术中，我国拥有TD-LTE技术体系的知识产权，可以满足电力系统当前及未来一定时期的业务发展需求，未来还可以向5G演进，极具发展潜力。

中国专利公告号CN105871068A，公开日2016年8月17日，公开了一种电力TD-LTE双核心组网架构结构及方法，属于电磁测量中的电流检测分析技术领域。技术方案是：采用两个核心网，建设一个1.8GHz频段TD-LTE无线网，每一个基站同时归属于两个核心网，通过业务IP规划，规定不同性质的业务IP归属不同的核心网，从而达到业务隔离的目的两个核心网，分别配置不同的核心网标签，分别是核心网标签一和核心网标签二；两个核心网一共规划出两个大区、四个小区域IP地址，不同性质的业务，通过IP归属的方法，达到安全隔离的目的。本发明专利的有益效果是：用于1.8GHz频段TD-LTE无线通信技术建设的电力无线专网，对两个大区业务进行有效业务隔离，防止安全生产大区业务受到边界串扰或者安全攻击。但是，该通信系统的可靠性没有得到重视，当其中一个核心网发生故障时配电自动化终端服务会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术通信系统的可靠性没有得到重视，当其中一个核心网发生故障时配电自动化终端服务会受到影响的问题，提供LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，包括以下步骤：建立LTE230电力系统专网，配置两个核心网元EPC设备，两个核心网元EPC设备与基站eNB之间采用S1FLEX方式全互联，两个核心网元EPC设备与主站服务器之间全互联，两个核心网元EPC设备按照POOL的方式进行组网，两个核心网元EPC设备与基站同时连接且同时工作，形成两个相同网络结构的核心网，在执行业务时，俩个核心网中有一个核心网为备用的核心网，LTE230电力系统专网的终端设备按照基站eNB上MME的顺序配置。

作为优选，LTE230电力系统专网的终端设备附着在配置优先并且工作正常的核心网上进行业务，当核心网出现故障时，利用另一个作为备用的核心网提供业务，核心网元EPC之间采用POOL资源池方式，各个EPC地位均等，两个核心网元独立，由基站eNB来判断UE附着在的核心网。

作为优选，基站配置备用电池或UPS电源，基站根据事先配置确定主备核心网设备，将终端业务固定分配到一个主核心网设备，当基站检测到一个主核心网故障时，基站会检测到基站设备与核心网设备间链路状态异常，将对附着到该核心网的通信模块发起释放，释放的通信模块重新发起附着，基站将通信模块接入到备核心网设备上。

作为优选，获取目标地点的区域地图、基站备选点和终端信息，然后，对区域地图进行等量的网格化划分，每个网格的参数由人工设定，再将所有基站备选点进行等区域辐射，遍历所有基站备选点等区域辐射的组合，获得所有基站备选点组合的覆盖面积与目标地点的面积比，获取每个面积比大于设定值的基站备选点组合作为达标基站组合；再对所有的达标基站组合进行传输度排序；最后选用排序最高的基站组合进行基站建设。

作为优选，通过算式ToA＝K×(T1×N1+T2×N2+…+Tn×Nn)/S计算每个网格区域内的流量密度ToA；流量密度是表征电力通信需求分布密集程度的量化参数，它是每平方km的平均信息通信需求数值，以Kbps/km²计量，表示单位平方内电力终端所需通信数据传输能力之和，K为网格区域内业务并发系数，由人工设定，Tn为各终端类型的信息通信需求数值，Nn为对应Tn类型的终端在网格区域的数量，S为网格区域面积。

作为优选，对所有的达标基站组合进行传输度排序时，计算获得每个达标基站组合中所有基站与网格的对应关系，计算每个达标基站组合中所有网格的传输度，所述每个网格的传输度均由算式：Q＝ToA/L获得；L为网格中心与存在对应关系的基站之间的距离值，计算每个达标基站组合中所有网格的传输度的和，并对所有的达标基站组合进行传输度以从高到低进行排序。

作为优选，获取所有的达标基站组合时，将所有基站备选点中电网自有建筑点根据电网自有建筑点的高度进行区域辐射，区域辐射的面积S_f＝W×(h-h_t)×L_t；其中h为电网自有建筑点的高度，h_t为人工设定的起始高度值，L_t为人工设定的辐射范围系数；将建筑高点进行等区域辐射，遍历所有基站备选点的组合，获得所有基站备选点组合的覆盖面积与目标地点的面积比，每个面积比大于设定值的基站备选点组合都为第一次达标基站组合；在第一次达标基站组合中去除建筑高点数量超过设定值的基站组合；剩余的基站组合即为达标基站组合。

作为优选，在所有的达标基站组合进行传输度排序结束后，选取传输度排在前若干位且传输度大于设定标准的达标基站组合作为重点资源基站组合进行重点资源传输度排序；重点资源传输度排序子步骤一：计算每个网格内的重点资源流量密度ToA；ToAz＝Kz×(T1×N1+T2×N2+…+Tm×Nm)/S；ToAz为每个网格内的重点资源流量密度，Kz为网格区域内重点资源业务并发系数，由人工设定；Tm为各重点资源终端的信息通信需求数值，Nm为对应Tm类型的重点资源终端在网格区域内的数量，m小于等于n；

重点资源传输度排序子步骤二：计算每个重点资源基站组合中所有网格的传输度，所述每个网格的重点资源传输度均由算式：Qz＝ToAz/L获得；L为网格中心距离基站的距离，计算每个重点资源基站组合中所有网格的传输度的和，并对所有的重点资源基站组合进行传输度以从高到低进行排序。

作为优选，所述重点资源传输度排序子步骤一中，重点资源终端包括配电自动化终端。

作为优选，计算获得每个达标基站组合中所有基站与接收基站覆盖的网格的对应关系时，获取所有被至少两个基站覆盖的网格为待测网格，计算待测网格中心点与基站之间的距离，选取至待测网格中心点最近的基站即为待测网格对应关系基站。本发明能尽量争取将大量的数据靠近在基站的周边，使得基站与发送大量数据终端设备之间的距离降低，降低雨衰或其他路程损耗，同时为设备终端选择了合适的基站，尽可能避免基站与终端之间存在过多的高楼或者类似高建筑，防止了高楼或者类似高建筑这些对辐射波的阻碍，起到提高数据传输可靠性的效果。

本发明的实质性效果是：本发明首先做好覆盖优化，在覆盖能够保证的基础上进行业务性能的优化，最后进行整体优化。LTE网络优化原则包含以下3个方面。最佳系统覆盖，覆盖是优化环节中极其重要的一环。在系统的覆盖区域内，通过调整天线、功率等手段使最多地方的信号满足业务所需的最低电平的要求，尽可能利用有限的功率实现最优的覆盖，减少由于系统弱覆盖带来的用户无法接入网络或掉话、切换失败等。工程建设期可根据无线环境合理规划基站位置、天线参数设置及发射功率设置，后续网络优化中可根据实际测试情况进一步调整天线参数及功率设置，从而优化网络覆盖。系统干扰最小化，干扰一般分为两大类，一类是系统内引起的干扰，例如覆盖不合理、参数配置不合适、GPS跑偏、RRU工作不正常等；另一类是系统外干扰。这两类干扰均会直接影响网络质量。通过覆盖优化，调整各种业务的功率参数、功率控制参数、算法参数等，尽可能将系统内干扰最小化；通过外部干扰排查定位，尽可能将系统外干扰最小化。容量均衡，通过调整基站的覆盖范围，合理控制基站的负荷，使其负荷尽量均衡。最终起到提高数据传输可靠性的效果。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1：

一种LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：建立LTE230电力系统专网，配置两个核心网元EPC设备，两个核心网元EPC设备与基站eNB之间采用S1FLEX方式全互联，两个核心网元EPC设备与主站服务器之间全互联，两个核心网元EPC设备按照POOL的方式进行组网，两个核心网元EPC设备与基站同时连接且同时工作，形成两个相同网络结构的核心网，在执行业务时，俩个核心网中有一个核心网为备用的核心网，LTE230电力系统专网的终端设备按照基站eNB上MME的顺序配置。LTE230电力系统专网的终端设备附着在配置优先并且工作正常的核心网上进行业务，当核心网出现故障时，利用另一个作为备用的核心网提供业务，核心网元EPC之间采用POOL资源池方式，各个EPC地位均等，两个核心网元独立，由基站eNB来判断UE附着在的核心网。

基站配置备用电池或UPS电源，基站根据事先配置确定主备核心网设备，将终端业务固定分配到一个主核心网设备，当基站检测到一个主核心网故障时，基站会检测到基站设备与核心网设备间链路状态异常，将对附着到该核心网的通信模块发起释放，释放的通信模块重新发起附着，基站将通信模块接入到备核心网设备上。

本实施例，在覆盖能够保证的基础上进行业务性能的优化，最后进行整体优化。LTE网络优化原则包含以下3个方面。最佳系统覆盖，覆盖是优化环节中极其重要的一环。在系统的覆盖区域内，通过调整天线、功率等手段使最多地方的信号满足业务所需的最低电平的要求，尽可能利用有限的功率实现最优的覆盖，减少由于系统弱覆盖带来的用户无法接入网络或掉话、切换失败等。工程建设期可根据无线环境合理规划基站位置、天线参数设置及发射功率设置，后续网络优化中可根据实际测试情况进一步调整天线参数及功率设置，从而优化网络覆盖。系统干扰最小化，干扰一般分为两大类，一类是系统内引起的干扰，例如覆盖不合理、参数配置不合适、GPS跑偏、RRU工作不正常等；另一类是系统外干扰。这两类干扰均会直接影响网络质量。通过覆盖优化，调整各种业务的功率参数、功率控制参数、算法参数等，尽可能将系统内干扰最小化；通过外部干扰排查定位，尽可能将系统外干扰最小化。容量均衡，通过调整基站的覆盖范围，合理控制基站的负荷，使其负荷尽量均衡。最终起到提高数据传输可靠性的效果。

本实施例在规划的时候获取目标地区基础信息；获取目标地区的地图、电力系统自有基站备选点、公共基站备选点、规划频率池信息和终端设备信息；终端设备包括配电自动化终端、用电信息采集终端、负荷控制终端和电力业务设备终端和备选终端，规划频率池信息包括每个频率池对应的终端设备的种类。所述频率池包括1号频率池、2号频率池和3号频率池，1号频率池接收配电自动化终端信息，2号频率池接收用电信息采集终端和负荷控制终端的信息，3号频率池接收电力业务设备终端和备选终端信息。

然后，计算获得目标地区所有合格的基站组合；选择符合要求的电力系统自有基站备选点和公共基站备选点设定为基站，设定每个基站的辐射范围，对目标地区的进行等量的网格化划分，每个网格的参数由人工设定；

对每个公共基站备选点和电力系统自有基站备选点均进行维护加权赋值，选取覆盖面积大于设定值且重复覆盖面积小于设定值的基站的合集作为待选组合；

获取待选组合后计算待选组合的维护总值，去除维护总值大于设定阈值的待选组合，剩余的待选组合即为基站组合。

对每一个基站组合，都进行基站对应关系子步骤：

基站对应关系子步骤A：在区域地图内选取所有受到复数基站辐射的网格i；选取所有辐射到网格i的基站j；获取在区域地图内i与基站j之间高楼F_ijk的高度G_ijk，K为网格i与基站j之间的高楼的个数，所述高楼为高度大于起始值ht的建筑；

基站对应关系子步骤B：计算

L_ijq为高楼F_ijk与基站j之间的距离值；D_ij为为网格i与基站j之间的障碍系数；

对应关系计算子步骤C：计算T_ij＝1/(D_ij×L_ij)；L_ij为网格i中心点与基站j之间的距离，T_ij表示网格i与基站j之间关联系数，T_ij越大则表述网格i与基站j之间的关联度越高，每个网格i均选择关联度最高的基站j作为存在对应关系的基站。每个基站的辐射范围通过基站的高度和基站的发射功率计算获得。可以采用每个基站的辐射范围S_f＝W×(h-h_t)×L_t；其中h为基站的高度，h_t为人工设定的起始高度值，L_t为人工设定的辐射范围系数。在数据详实的情况下可以选择不等区域的辐射区域划分，这里的W是辐射计算时候的功率相关系数。此方法比上述的类似方法更为准确和详实，同时考虑到建筑高点的干扰因素，因此更为合适。

这些终端数据的来源均由电力系统根据各种终端的运行日常状态进行提供，本发明中的终端设备一般都是固定的终端，本发明中的移动终端数量不多，一般包括移动检修设备，数据用量不大，因此在本发明中暂不考虑。电力系统自有基站备选点一般为电力系统自有物业，公共基站备选点选用外租基站，电力系统自有物业维护方便，管理便捷，同时租用成本较低，因此在基站选择中首选是电力系统自有基站备选点。

将频率池对应不同的电路设备终端，又对应上不同的设备重要性，可以更好地规划电网的建设。

网格化划分的方法可以为矩形划分的方式进行划分，也可以通过正六角形划分的方法进行划分，另外，也可以采用正三角形的方式进行划分，划分的方法较多，可以由人工进行设定。本发明选择不等区域的辐射区域划分，本发明中，遍历所有基站备选点等区域辐射的组合表示：将所有基站备选点画好辐射区域存储之后进行叠加，叠加之后去除重复的辐射区域之后大于区域设定值的基站。例如同一区域内存在A、B、C、D、E，此时，对A、B、C、D、E，建立辐射之后，看A的辐射覆盖区域是否大于目标区域面积的90％，看A加B的辐射覆盖区域是否大于目标区域面积的90％，如果不够则看A加B加C是否辐射覆盖区域是否大于目标区域面积的90％；直到满足条件之后，再从B开始继续这一步骤，直到所有基站的组合覆盖面积均能大于目标区域面积的90％；然后取出相互之间重复覆盖率大于设定值的基站组合，剩下的基站组合即为达标基站组合。这一步骤一般由计算机完成。同时本发明中收到复数基站辐射的网格对应的基站的配置也较为关键；本发明充分考虑了网格与基站间的距离，以及基站与网格间高楼阻碍的情况，通过参数的调整，可以自由选择合适的路径。

第三，建立目标区域终端设备的流量密度图；通过算式ToAi＝K×(T1×N1×P1+T2×N2×P2+…+Tn×Nn×Pn)/S计算第i个网格区域内的流量密度ToA；流量密度是表征电力通信需求分布密集程度的量化参数，它是每平方km的平均信息通信需求数值，以Kbps/km²计量，表示单位平方内电力终端所需通信数据传输能力之和，K为网格区域内业务并发系数，由人工设定，Pn为冗余系数，每个冗余系数与终端设备的类型以及频率池相关，例如对应1号频率池的设备在冗余系数的选择上就要比对应2号频率池的设备冗余系数来的大，Pn由人工设定，Tn为各终端类型的信息通信需求数值，Nn为对应Tn类型的终端在网格区域的数量，S为网格区域面积。

第四，根据流量密度图确定基站组合建设优先级。计算每个基站组合中所有网格的传输度的和，所述网格i的传输度均由算式：Qi＝ToAi/Li获得；Li为网格i中心位置与存在对应关系的基站之间的距离值，对所有的基站组合进行总传输度以从高到低进行排序。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，在完成初步规划后，选取传输度排在前若干位且传输度大于设定标准的达标基站组合作为重点资源基站组合进行重点资源传输度排序；重点资源传输度排序子步骤一：计算每个网格内的重点资源流量密度ToA；ToAz＝Kz×(T1×N1+T2×N2+…+Tm×Nm)/S；ToAz为每个网格内的重点资源流量密度，Kz为网格区域内重点资源业务并发系数，由人工设定；Tm为各重点资源终端的信息通信需求数值，Nm为对应Tm类型的重点资源终端在网格区域内的数量，m小于等于n；

重点资源传输度排序子步骤二：计算每个重点资源基站组合中所有网格的传输度，所述每个网格的重点资源传输度均由算式：Qz＝ToAz/L获得；L为网格中心距离基站的距离，计算每个重点资源基站组合中所有网格的传输度的和，并对所有的重点资源基站组合进行传输度以从高到低进行排序。

这样设置，可以对重点资源进行更好的考虑，主要是电路系统中重点资源的重要性远高于一般资源，因此，在合适的情况下，将重点资源安排在更为靠近基站的位置是最好的选择，这点与一般的移动网络有很大的不同，主要在于移动网络中即使是重点资源也是移动的，无法达到相应的效果，而在电路系统中，重点资源也是固定资源的占绝大多数，因此对这类资源进行调整是符合设计和规划要求的，也是有利的。重点资源终端包括配电自动化终端。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，在步骤C中，选取所有网格中流量密度大于设定值的网格作为重点网格，计算重点网格在每一个基站组合中的重复覆盖数，计算在基站组合中的重复覆盖数大于2的重点网格的个数作为辅助值，在基站组合总传输度差异值小于设定阈值的时候，选择辅助值最少的基站组合排序在前。

实施例4：

本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，各区域由于设备的种类数量不同，重要性也不相同，因此每个网格内的终端设备的并发系数可以设置为不同的并发系数，又由于已经考虑了基站的重要性，因此，不在设置冗余系数作为参数，因此在计算流量密度的时候采用通过算式ToA＝K×(T1×N1+T2×N2+…+Tn×Nn)/S计算每个网格区域内的流量密度ToA。

具体参见：

表1某市配电通信终端数量统计和分布密度表

表2A基站配电流量密度(设定并发指数为0.8)

表3B基站配电流量密度(设定并发指数为0.6)

表4C基站配电流量密度(设定并发指数为0.5)

表5D基站配电流量密度(设定并发指数为0.1)

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：建立LTE230电力系统专网，配置两个核心网元EPC设备，两个核心网元EPC设备与基站eNB之间采用S1FLEX方式全互联，两个核心网元EPC设备与主站服务器之间全互联，两个核心网元EPC设备按照POOL的方式进行组网，两个核心网元EPC设备与基站同时连接且同时工作，形成两个相同网络结构的核心网，在执行业务时，俩个核心网中有一个核心网为备用的核心网，LTE230电力系统专网的终端设备按照基站eNB上MME的顺序配置；建立LTE230电力系统专网时，获取目标地点的区域地图、基站备选点和终端信息，然后，对区域地图进行等量的网格化划分，每个网格的参数由人工设定，再将所有基站备选点进行等区域辐射，遍历所有基站备选点等区域辐射的组合，获得所有基站备选点组合的覆盖面积与目标地点的面积比，获取每个面积比大于设定值的基站备选点组合作为达标基站组合；再对所有的达标基站组合进行传输度排序；最后选用排序最高的基站组合进行基站建设；对所有的达标基站组合进行传输度排序时，计算获得每个达标基站组合中所有基站与网格的对应关系，计算每个达标基站组合中所有网格的传输度，所述每个网格的传输度均由算式：Q＝ToA/L获得；L为网格中心与存在对应关系的基站之间的距离值，计算每个达标基站组合中所有网格的传输度的和，并对所有的达标基站组合进行传输度以从高到低进行排序；

其中每个网格区域内的流量密度ToA通过算式ToA＝K×(T1×N1+T2×N2+...+Tn×Nn)/S计算；流量密度是表征电力通信需求分布密集程度的量化参数，它是每平方km的平均信息通信需求数值，以Kbps/km²计量，表示单位平方内电力终端所需通信数据传输能力之和，K为网格区域内业务并发系数，由人工设定，Tn为各终端类型的信息通信需求数值，Nn为对应Tn类型的终端在网格区域的数量，S为网格区域面积；

计算获得每个达标基站组合中所有基站与接收基站覆盖的网格的对应关系时，获取所有被至少两个基站覆盖的网格为待测网格，计算待测网格中心点与基站之间的距离，选取至待测网格中心点最近的基站即为待测网格对应关系基站。

2.根据权利要求1所述的LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，LTE230电力系统专网的终端设备附着在配置优先并且工作正常的核心网上进行业务，当核心网出现故障时，利用另一个作为备用的核心网提供业务，核心网元EPC之间采用POOL资源池方式，各个EPC地位均等，两个核心网元独立，由基站eNB来判断UE附着在的核心网。

3.根据权利要求2所述的LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，基站配置备用电池或UPS电源，基站根据事先配置确定主备核心网设备，将终端业务固定分配到一个主核心网设备，当基站检测到一个主核心网故障时，基站会检测到基站设备与核心网设备间链路状态异常，将对附着到该核心网的通信模块发起释放，释放的通信模块重新发起附着，基站将通信模块接入到备核心网设备上。

4.根据权利要求3所述的LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，获取所有的达标基站组合时，将所有基站备选点中电网自有建筑点根据电网自有建筑点的高度进行区域辐射，区域辐射的面积S_f＝W×(h-h_t)×L_t；其中w是辐射计算时候的功率相关系数，h为电网自有建筑点的高度，h_t为人工设定的起始高度值，L_t为人工设定的辐射范围系数；将建筑高点进行等区域辐射，遍历所有基站备选点的组合，获得所有基站备选点组合的覆盖面积与目标地点的面积比，每个面积比大于设定值的基站备选点组合都为第一次达标基站组合；在第一次达标基站组合中去除建筑高点数量超过设定值的基站组合；剩余的基站组合即为达标基站组合。

5.根据权利要求1所述的LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，在所有的达标基站组合进行传输度排序结束后，选取传输度排在前若干位且传输度大于设定标准的达标基站组合作为重点资源基站组合进行重点资源传输度排序；

重点资源传输度排序子步骤一：计算每个网格内的重点资源流量密度ToA；ToAz＝Kz×(T1×N1+T2×N2+...+Tm×Nm)/S；ToAz为每个网格内的重点资源流量密度，Kz为网格区域内重点资源业务并发系数，由人工设定；Tm为各重点资源终端的信息通信需求数值，Nm为对应Tm类型的重点资源终端在网格区域内的数量，m小于等于n；

重点资源传输度排序子步骤二：计算每个重点资源基站组合中所有网格的传输度，所述每个网格的重点资源传输度均由算式：Qz＝ToAz/L获得；L为网格中心距离基站的距离，计算每个重点资源基站组合中所有网格的传输度的和，并对所有的重点资源基站组合进行传输度以从高到低进行排序。

6.根据权利要求5所述的LTE230电力系统专网主备核心网稳定性优化方法，其特征在于，所述重点资源传输度排序子步骤一中，重点资源终端包括配电自动化终端。