CN109195224B - 一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统及方法，解决的是基站给终端分配资源并不是根据终端实际的业务需要来进行分配的技术问题，通过采用核心网侧还连接有业务编排控制单元以及非接入控制单元；所述业务编排控制单元与非接入控制单元之间连接有含有智能配用电业务通信资源描述模型的智能配用电业务通信资源描述模型库；所述基站侧还设置有无线接入控制单元，无线接入控制单元用于根据核心网侧下发的智能配用电业务通信资源描述模型，在固定分配方法、随机接入方法、剥夺式分配方法中确定资源分配和调度方法的技术方案，较好的解决了该问题，可用于智能配用电业务中。

Description

一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统及方法

技术领域

本发明涉及智能配用电业务领域，具体涉及一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统及方法。

背景技术

目前，国内的配电自动化覆盖率并不高，智能配用电网的建设还有大量需求。然而，智能配用电的通信系统解决方案，大都采用现有的网络建设方案和思路，并没有根据配用电网的业务特征来匹配通信系统的设计和通信资源的划分。

现有无线通信网络中，用户大多处于移动状态，采用随机接入方式，业务的划分是依据移动用户行为的特征来进行的，如语音类、聊天类、下载类、WEB访问类、视频类等，其资源分配、QOS保障也是依据这些业务特征来实现的。用户对资源的占用是基于资源上限的随机分配方式，或者基于QOS来分配的。对于智能配用电业务，无线通信系统依然采用随机接入方式，部分采用QOS保障技术来分配无线资源。

无线资源是非常有限的，目前运营商所采取的资源分配策略是基于共享资源的方式来进行用户数据的调度传输。用户接入无线系统后，通常采用集中式资源分配或者分布式资源分配的方法，虽然从整体来看，提高了系统资源的利用率和用户的峰值速率，但是对每个用户而言其分配是随机方式进行的。

另外，从资源调度的角度来看，现有的技术其无线资源的调度多采用动态调度、半静态调度。并且，UE在每次业务发起时，下行调度通常采用动态调度的方式，通过信令调度来临时确定其数据传输的资源；上行调度则根据当前小区内所有用户的情况来分配资源。

不同于商业与消费领域的应用，智能配用电业务有其工业生产的特性，其周期性、实时性、可靠性、数据量等参数指标是可以提前预知的。但是，现有的无线通信技术并没有依据智能配用电的具体业务特征来规划无线通信资源的分配，导致现有的业务无法有效利用无线通信资源来保护其实时性、可靠性，也不能通过无线资源的分配来提高业务编排的灵活性。智能配用电业务与通信资源的分配与调度双方是互盲的，无法进行交互协商资源的调度与分配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的基站给终端分配资源并不是根据终端实际的业务需要来进行分配的技术问题。提供一种新的智能配用电业务的无线通信资源分配系统，该智能配用电业务的无线通信资源分配系统具有基站来分配终端所需的无线通信资源的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统，连接于无线通信系统，包括核心网和基站侧，核心网连接有业务主站，基站侧包括业务终端和通信终端，所述核心网侧还连接有业务编排控制单元以及非接入控制单元；

所述业务编排控制单元与非接入控制单元之间连接有含有智能配用电业务通信资源描述模型的智能配用电业务通信资源描述模型库；

所述非接入控制单元用于智能配用电业务通信资源描述模型的通信交互，并将智能配用电业务通信资源描述模型下发至基站侧；

所述基站侧还设置有无线接入控制单元，无线接入控制单元用于根据核心网侧下发的智能配用电业务通信资源描述模型，在固定分配方法、随机接入方法、剥夺式分配方法中确定资源分配和调度方法。

本发明的工作原理：本发明建立了“智能配用电业务通信资源描述模型”：根据业务ID、周期性、实时性、优先级、带宽、可剥夺性、业务持续时间这几个特性来描述业务。由“智能配用电业务通信资源描述模型”设计了无线资源的三种分配和调度方法，分别为固定分配、随机接入、剥夺式分配三种方式。由核心网侧的非接入控制单元进行分发“智能配用电业务通信资源描述模型库”至基站，无线资源的分配与调度由终端发起，基站决策。通信系统提供通信资源的分配方案给业务编排控制单元之后，业务方可更灵活的编排业务逻辑，从而提高业务的灵活性。

上述方案中，为优化，进一步地，所述智能配用电业务通信资源描述模型＝{业务ID，业务类型，用户ID，用户类型，业务周期，业务带宽，非业务开销带宽，优先级，是否可剥夺，资源分配方式，建议分配的资源集}。

进一步地，所述业务类型包括：连续业务，连续业务包括高优先级实时连续业务，低优先级实时连续业务；周期性业务，周期性业务包括高频高带宽周期性业务，高频低带宽周期性业务，低频高带宽周期性业务，低频低带宽周期性业务；突发性业务，突发性业务包括高优先级的突发性业务，低优先级的突发性业务。

本发明还提供一种智能配用电业务的无线通信资源分配方法，所述方法基于前述的无线通信资源分配系统，方法包括：

步骤一，使用与业务主站平行部署的方式，在核心网侧建立智能配用电业务通信资源描述模型库；

步骤二，非接入控制单元读取智能配用电业务通信资源描述模型库，并下发至无线接入控制单元；

步骤三，基站侧根据下发的智能配用电业务通信资源描述模型，申请资源分配，发送给非接入控制单元；

步骤四，非接入控制单元用于根据核心网侧下发的智能配用电业务通信资源描述模型，在固定分配方法、随机接入方法、剥夺式分配方法中确定资源分配和调度方法。

进一步地，无线通信资源分配方法还包括：

步骤五，业务编排控制单元编排业务模型进行下发，基站侧接收到业务编排控制单元重新下发的业务模型后，重新向非接入控制单元申请资源；

非接入控制单元根据基站侧的申请，回收之前分配的资源，重新分配新的资源给基站侧。

进一步地，周期性业务，采用固定分配方法，基站侧执行周期性业务时，业务发起的时刻与结束时刻均由非接入控制单元通过基站的公共广播信道下发给基站侧。

进一步地，突发业务，采用随机接入方法、剥夺式分配方法；基站侧执行突发业务时，非接入控制单元先检测剩余通信资源是否满足需要，如果满足则动态分配资源给基站侧；

如果资源不足，则检测是否有可剥夺资源，如果有，则将该资源分配给突发业务的基站侧，同时通知被剥夺的基站侧停止工作；

突发业务完成之后，将被剥夺的资源重新分配并通知该基站侧。

本发明的有益效果：本发明在核心网侧，设置“非接入控制单元”，实现“智能配用电业务通信资源描述模型”与通信系统的交互，并将该模型下发至基站侧。在基站侧，设置“接入控制单元”，由该控制单元根据核网下发的“智能配用电业务通信资源描述模型”，结合自身的时频资源余量，实现固定分配、随机接入、剥夺式分配三种资源分配和调度方法。对于固定分配资源，业务的发起与结束时刻由基站广播给所有终端。对于随机接入，在资源充足时，采用动态分配方式；在资源不足时，采用剥夺式资源分配方式，同时记录低优先级资源剥夺事件。无线通信系统实现基于上述业务模型的无线资源分配方法之后，智能配用电业务能够根据资源分配方案进行灵活的业务编排，更高效的利用通信资源实现业务传输，从而提高整体资源利用率，提升智能配用电业务的服务水平。业务系统不必为了特定的业务传输需求而采用“永久在线”的方式浪费大量的通信资源。

本发明由“智能配用电业务通信资源描述模型”进行的固定分配、随机接入、剥夺式分配三种资源分配方式，可以减少控制信令对无线资源的占用，提高无线资源利用率。由基站控制的业务数据传输的发起、资源分配、业务中止，可以更有准备的保障业务的实时性、可靠性。通信系统提供通信资源的分配方案给业务编排控制单元之后，业务方可更灵活的编排业务逻辑，从而提高业务的灵活性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，实施例的智能配用电业务的无线通信资源分配系统示意图。

图2，实施例的智能配用电业务的无线通信资源分配方法流程示意图。

图3，无线通信资源的分配流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统，如图1，连接于无线通信系统，包括核心网和基站侧，核心网连接有业务主站，基站侧包括业务终端和通信终端，所述核心网侧还连接有业务编排控制单元以及非接入控制单元；所述业务编排控制单元与非接入控制单元之间连接有含有智能配用电业务通信资源描述模型的智能配用电业务通信资源描述模型库；所述非接入控制单元用于智能配用电业务通信资源描述模型的通信交互，并将智能配用电业务通信资源描述模型下发至基站侧；所述基站侧还设置有无线接入控制单元，无线接入控制单元用于根据核心网侧下发的智能配用电业务通信资源描述模型，在固定分配方法、随机接入方法、剥夺式分配方法中确定资源分配和调度方法。

其中，智能配用电业务通信资源描述模型＝{业务ID，业务类型，用户ID，用户类型，业务周期，业务带宽，非业务开销带宽，优先级，是否可剥夺，资源分配方式，建议分配的资源集}。

具体地，业务类型包括：连续业务，连续业务包括高优先级实时连续业务，低优先级实时连续业务；周期性业务，周期性业务包括高频高带宽周期性业务，高频低带宽周期性业务，低频高带宽周期性业务，低频低带宽周期性业务；突发性业务，突发性业务包括高优先级的突发性业务，低优先级的突发性业务。

本实施例还提供一种智能配用电业务的无线通信资源分配方法，如图2，所述方法基于前述的无线通信资源分配系统，方法包括：

(1)首先，对于智能配用电业务，建立智能配用电业务通信资源描述模型库。该数据库部署于业务主站侧，同业务主站平行部署。主站侧还平行部署业务编排控制单元，用于对IED进行业务编排。

(2)通信系统的非接入控制单元读取智能配用电业务通信资源描述模型库，并将其下发至无线接入控制单元。

(3)IED设备(包含UE)在附着网络后，将自身预置的智能配用电业务通信资源描述模型发送给非接入控制单元。

(4)非接入控制单元根据智能配用电业务通信资源描述模型库，以及自身的时频资源，自行执行静态资源分配，并将时频资源分配结果下行发送给IED，上行发送给业务编排控制单元。

(5)IED接收到非接入控制单元分配的通信资源之后，保存该资源分配结果至本地。对于周期性业务，等待非接入控制单元调度其执行。

(6)IED接收到业务编排控制单元重新下发的业务模型之后，重新向非接入控制单元申请资源。非接入控制单元根据IED的申请，回收之前分配的资源，重新分配新的资源给IED。

(7)IED固定分配资源之后，其执行周期性业务时，业务发起的时刻与结束时刻均由非接入控制单元通过广播信道下发给IED。这样，IED与非接入控制单元进行数据交互时，可以减少信令交互的过程。

(8)IED执行突发业务时，非接入控制单元先检测剩余通信资源是否满足需要，如果满足则动态分配资源给IED。如果资源不足，则检测是否有可剥夺资源，如果有，则将该资源分配给突发业务的IED，同时通知被剥夺的IED停止工作。待突发业务完成之后，将被剥夺的资源重新分配并通知该IED。

根据参数描述的智能配用电业务通信资源描述模型，可以将业务及类型进行以下划分：

高优先级实时连续业务：如电网实时故障监视(资源固定分配，不可被低优先级业务抢占)；

低优先级实时连续业务：如用电实时监视(资源固定分配，总资源不足时可以被抢占)；

高频高带宽周期性业务：比如配电网全网状态的定时监视；

高频低带宽周期性业务：比如台区关口(变压器)实时状态监视；

低频高带宽周期性业务：比如全站定时总召；

低频低带宽周期性业务：比如用电信息采集的电量数据、电压电流的曲线数据；

高优先级的突发性业务：比如配电网开关控制类业务，电网故障报警信息等(最高优先级抢占式随机接入)；

低优先级的突发性业务：比如用电采集主站临时召唤数据，低优先级的触发类业务(低电压事件、电流超限事件等)；

基于上述模型，无线通信资源分配原则如下：

无终通信终端预先设置各种业务的优先级、带宽、实时性的需求，以及无线资源的预分配方案。

终端接入基站之后，按照预分配方法申请资源，如果基站满足则分配资源。

若基站静态资源已经分配完，则回复终端固定资源分配失败，采用随机接入方式，同时将信息上报给业务编排控制单元。

对于周期性业务，采用固定资源分配方式。

对于突发性业务，采用随机接入方式和剥夺式资源分配。

剥夺式分配方法是指固定分配给某终端的无线资源，在高优先级突发业务发生并且无线资源不足时，临时剥夺低优先级资源分配给高优先级突发业务。待该业务结束之后，重新恢复低优先级业务的固定资源分配。

当周期性业务申请固定分配的资源不足时，可以由终端申请切换至随机接入方式，但将其优先级降低，以满足高优先级的突发性业务传输要求。

资源分配的申请由通信终端发起，由基站决策。

周期性业务的发起原则如下：获得固定分配资源的终端，其资源占用的开始和结束由基站的公共广播信道通知。其接入的时间和退出的时间由非接入控制单元下发控制信令。

以配电自动化业务为例，其无线通信资源的分配流程如图3所示：

1.SAE/非接入控制单元从智能配用电业务通信资源描述模型库获取配电自动化业务通信资源描述模型，下发给eNodeB。

2.业务编排控制单元从智能配用电业务通信资源描述模型库获取配电自动化业务通信资源描述模型。

3.配用电终端/IED设备根据预置的模型数据，对周期性业务申请静态资源分配。eNodeB将分配结果返回给配用电终端/IED设备，以及返回给业务编排控制单元。

4.当周期性业务需要发起时，由eNodeB通知配用电终端/IED设备根据分配的通信资源发起业务数据传输。传输完成之后，回收该资源。

5.当配用电终端/IED设备发起突发业务时，采用随机接入方式。eNodeB根据当前资源余量进行分配，当资源不足时，采用剥夺式分配方式，待突发业务传输完成之后，eNodeB回收资源重新分配。

6.业务编排控制单元根据eNodeB的资源分配情况，以及业务需求，对配用电终端/IED设备的业务传输和发起进行编排，并将新的模型下发给配用电终端/IED设备，终端设备根据新的业务需求重新申请资料分配。

本实施例建立了“智能配用电业务通信资源描述模型”：根据业务ID、周期性、实时性、优先级、带宽、可剥夺性、业务持续时间这几个特性来描述业务。由“智能配用电业务通信资源描述模型”设计了无线资源的三种分配和调度方法，分别为固定分配、随机接入、剥夺式分配三种方式。无线资源充足的情况下，业务需求能够被充分满足；无线资源竞争时，低优先级业务的资源可以被剥夺。由核心网侧的非接入控制单元进行分发“智能配用电业务通信资源描述模型库”至基站，无线资源的分配与调度由终端发起，基站决策。由基站控制的业务数据传输的发起、资源分配、业务中止，可以更有准备的保障业务的实时性、可靠性。通信系统提供通信资源的分配方案给业务编排控制单元之后，业务方可更灵活的编排业务逻辑，从而提高业务的灵活性。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种智能配用电业务的无线通信资源分配系统，连接于无线通信系统，包括核心网和基站侧，核心网连接有业务主站，基站侧包括业务终端和通信终端，其特征在于：所述核心网侧还连接有业务编排控制单元以及非接入控制单元；

所述业务编排控制单元与非接入控制单元之间连接有含有智能配用电业务通信资源描述模型的智能配用电业务通信资源描述模型库；

所述非接入控制单元用于智能配用电业务通信资源描述模型的通信交互，并将智能配用电业务通信资源描述模型下发至基站侧；

所述基站侧还设置有无线接入控制单元，无线接入控制单元用于根据核心网侧下发的智能配用电业务通信资源描述模型，在固定分配方法、随机接入方法、剥夺式分配方法中确定资源分配和调度方法；

周期性业务，采用固定分配方法，基站侧执行周期性业务时，业务发起的时刻与结束时刻均由非接入控制单元通过基站的公共广播信道下发给基站侧；

进一步地，突发业务，采用随机接入方法、剥夺式分配方法；基站侧执行突发业务时，非接入控制单元先检测剩余通信资源是否满足需要，如果满足则动态分配资源给基站侧；

如果资源不足，则检测是否有可剥夺资源，如果有，则将该资源分配给突发业务的基站侧，同时通知被剥夺的基站侧停止工作；

突发业务完成之后，将被剥夺的资源重新分配并通知该基站侧。

2.根据权利要求1所述的智能配用电业务的无线通信资源分配系统，其特征在于：所述智能配用电业务通信资源描述模型＝{业务ID，业务类型，用户ID，用户类型，业务周期，业务带宽，非业务开销带宽，优先级，是否可剥夺，资源分配方式，建议分配的资源集}。

3.根据权利要求2所述的智能配用电业务的无线通信资源分配系统，其特征在于：所述业务类型包括：连续业务，连续业务包括高优先级实时连续业务，低优先级实时连续业务；周期性业务，周期性业务包括高频高带宽周期性业务，高频低带宽周期性业务，低频高带宽周期性业务，低频低带宽周期性业务；突发性业务，突发性业务包括高优先级的突发性业务，低优先级的突发性业务。

4.一种智能配用电业务的无线通信资源分配方法，其特征在于：所述方法基于权利要求1-3任一所述的无线通信资源分配系统，方法包括：

步骤一，使用与业务主站平行部署的方式，在核心网侧建立智能配用电业务通信资源描述模型库；

步骤二，非接入控制单元读取智能配用电业务通信资源描述模型库，并下发至无线接入控制单元；

步骤三，基站侧根据下发的智能配用电业务通信资源描述模型，申请资源分配，发送给非接入控制单元；

步骤四，非接入控制单元用于根据核心网侧下发的智能配用电业务通信资源描述模型，在固定分配方法、随机接入方法、剥夺式分配方法中确定资源分配和调度方法。

5.根据权利要求4所述的智能配用电业务的无线通信资源分配方法，其特征在于：无线通信资源分配方法还包括：

步骤五，业务编排控制单元编排业务模型进行下发，基站侧接收到业务编排控制单元重新下发的业务模型后，重新向非接入控制单元申请资源；

非接入控制单元根据基站侧的申请，回收之前分配的资源，重新分配新的资源给基站侧。

6.根据权利要求5所述的智能配用电业务的无线通信资源分配方法，其特征在于：周期性业务，采用固定分配方法，基站侧执行周期性业务时，业务发起的时刻与结束时刻均由非接入控制单元通过基站的公共广播信道下发给基站侧。

7.根据权利要求5所述的智能配用电业务的无线通信资源分配方法，其特征在于：突发业务，采用随机接入方法、剥夺式分配方法；基站侧执行突发业务时，非接入控制单元先检测剩余通信资源是否满足需要，如果满足则动态分配资源给基站侧；

如果资源不足，则检测是否有可剥夺资源，如果有，则将该资源分配给突发业务的基站侧，同时通知被剥夺的基站侧停止工作；

突发业务完成之后，将被剥夺的资源重新分配并通知该基站侧。

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