CN112437443A - 建立适应电力cps业务通信需求的电力无线专网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力通信领域，公开了一种建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，以适应电力信息物理融合系统(CPS)融合程度加深，终端接入数量增多、终端智能化程度提高以及业务数量、业务交互复杂程度提高等现状。该技术构建了电力CPS环境下的电力无线专网技术架构，基于业务流向，针对性的提出了业务流各环节中电力无线专网关键技术，依次包括终端关键技术、基站关键技术、回传网关键技术及核心网关键技术。本发明提供的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法可以满足电力CPS业务对通信的需求，助力电力CPS发展，对电网安全稳定运行具有重要意义。

Description

建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法
技术领域
本发明涉及电力通信领域，尤其涉及一种建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法。
背景技术
电力无线专网是解决电网“最后一公里”通信连接问题的关键，已在多个省市进行大规模应用。终端智能化程度的提高，终端接入数量、种类的增多以及电力信息物理融合系统(CPS)耦合程度的加深，给电力无线专网带来新的挑战。目前，电力无线专网主要面临以下几个问题：
(1)分布传统配电监控装置(DTU)、馈线监控装置(FTU)、配变等终端的通信接口和协议不同，在接入电网过程中，需要调节参数、数据对点、设备信息关联、核查/校验等一系列人工配置实现与远方主站的通信，工作量较大。
(2)电力CPS环境下，海量电力终端逐渐呈现出分布范围广、分布位置偏远等特点，逐渐暴露出更多的信息通信覆盖薄弱点、信号难以覆盖(如地表盲区、地下室、强电井等)或基站建设困难区域。目前电力无线专网终端通信覆盖水平难以满足电力CPS业务运行需求。
(3)电力CPS环境下，电力终端数量增多，电力终端业务量、业务交互程度、业务开放共享程度逐渐增加，海量多类型业务的运行与交互需要更高的网络通信带宽，现有电力无线专网难以满足电力CPS业务传输需求，存在通信传输效率不够高，传输容量不足等问题。
(4)电力CPS业务种类逐渐增多，不同业务在不同运行状态、不同时间段对通信带宽、时延、可靠性、安全性等有不同需求。目前在电力无线专网中，电力业务与通信一一对应，不能根据业务状态对通信进行动态调整(如带宽、时延、信道等)，存在通信效率不够高，对通信资源的利用程度不够充分等问题。
发明内容
为了克服现有技术不足，本发明提供了一种建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，在现有电力无线专网的基础上，基于业务流向，在业务流向各环节针对性的提出了相应的电力CPS环境下的电力无线专网关键技术，主要包括：海量终端接入技术、终端补盲技术、基站覆盖技术、基站合作模式、回传网生产控制大区业务汇聚技术、回传网管理信息大区业务汇聚技术及核心网关键技术，满足电力CPS业务对通信需求。
本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，包括如下步骤：
步骤(1)构建适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网技术架构；
步骤(2)在业务流终端环节提出满足电力CPS海量终端高效接入需求的即插即用技术；
步骤(3)在业务流终端环节提出满足电力CPS业务通信需求的终端补盲技术；
步骤(4)针对电力CPS同一区域业务重要程度的差异性，以及不同区域业务对通信的差异化需求，在业务流基站环节提出基站覆盖技术；
步骤(5)在业务流基站环节提出满足基站建设困难区域终端通信覆盖的基站合作模式；
步骤(6)基于回传网安全分区技术，为了减少核心网与基站间设备转接环节，提升电力CPS业务可靠性，在业务流回传网环节提出回传网生产控制大区业务汇聚技术；
步骤(7)基于回传网安全分区技术，在业务流回传网环节提出回传网管理信息大区业务汇聚技术；
步骤(8)为提高业务通信效率并最大化通信资源利用率，在业务流核心网环节，提出电力CPS业务与通信的动态适配技术；
进一步，上述步骤(1)中，构建了适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网技术架构，在基于业务流向的基础上，针对性的提出了业务流各环节中电力无线专网关键技术；依次包括终端关键技术、基站关键技术、回传网关键技术及核心网关键技术。
进一步，上述步骤(2)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出了满足电力CPS海量终端高效接入的即插即用技术；主要包含终端公共信息模型和终端自动配置模块。
进一步，上述步骤(3)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出了针对信号覆盖薄弱区域或信号无法覆盖区域终端无线信号的覆盖的终端补盲技术；主要包含光纤信号拉远技术与无线中继技术。
进一步，上述步骤(4)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出了针对电力CPS同一区域业务重要程度的差异性，以及不同区域内对通信的差异化需求的基站覆盖技术；主要包含基站分批覆盖技术、基站双层覆盖技术与基站覆盖率技术。
进一步，上述步骤(5)中，针对业务流在基站环节的通信需求，为满足基站建设困难区域终端通信覆盖，提出与运行商开展基站建设与基站承租的合作模式；其中基站承租模式基于变电站至配电房有无光纤通道分为两种承租方式。
进一步，上述步骤(6)中，首先提出了回传网安全分区技术，将回传网分为回传网生产控制大区与回传网管理信息大区；其次，为减少核心网与基站间设备转接环节，提升电力CPS业务可靠性，针对业务流在回传网环节的通信需求，提出了回传网生产控制大区业务汇聚技术；同时，根据区域性差异，分别提出城区回传网和县区回传网汇聚技术。
进一步，上述步骤(7)中，基于回传网安全分区技术，针对业务流在回传网环节的通信需求，提出回传网管理信息大区业务汇聚业务；同时，基于区域性差异，分为城区回传网汇聚技术与县区回传网汇聚技术。
进一步，上述步骤(8)中，针对业务流在核心网环节的通信需求，提出核心网电力CPS业务与通信的动态适配技术，使电力CPS业务在不同时间、不同运行，对通信的带宽、时延等通信资源要求不同的状态下，能够根据业务状态对通信资源进行动态调整，提高业务通信效率与通信资源利用率。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)避免了由于通信接口和协议不同，在接入电网过程中，需要调节参数、数据对点、设备信息关联、核查/校验等一系列人工配置导致的工作量巨大的问题，降低了人工成本。
(2)加强了对于电力CPS环境下分布范围广、偏远位置终端的信息通信覆盖。
(3)提高了CPS业务传输需求，提高了通信传输效率，增大了传输容量。
(4)电力CPS业务种类繁多，实现了根据业务状态对通信进行动态调整(如带宽、时延、信道等)，通高通信效率，充分利用了通信资源。
附图说明
图1为本发明的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法流程示意图；
图2为本发明的电力无线专网技术架构图；
图3为本发明的海量终端接入技术模型图；
图4为本发明的终端补盲技术模型图；
图5为本发明的基站覆盖技术框架示意图；
图6为本发明的基站合作模式框架示意图；
图7为本发明的回传网生产控制大区业务汇聚技术模型图；
图8为本发明的回传网管理信息大区业务汇聚技术模型图；
图9为本发明的核心网业务与通信动态适配技术框架示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。请参阅图1，本发明提出一种建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法。所述技术包括如下步骤：
步骤(1)构建适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网技术架构。
步骤(2)在业务流终端环节提出了满足电力CPS海量终端高效接入的即插即用技术。
步骤(3)在业务流终端环节提出满足电力CPS业务通信需求的终端补盲技术。
步骤(4)针对电力CPS同一区域业务重要程度的差异性，以及不同区域业务对通信的差异化需求，在业务流基站环节提出基站覆盖技术。
步骤(5)在业务流基站环节提出满足基站建设困难区域终端通信覆盖的基站合作模式。
步骤(6)基于回传网安全分区技术，为了减少核心网与基站间设备转接环节，提升电力CPS业务可靠性，在业务流回传网环节提出回传网生产控制大区业务汇聚技术。
步骤(7)基于回传网安全分区技术，在业务流回传网环节提出回传网管理信息大区业务汇聚技术。
步骤(8)为提高业务通信效率并最大化通信资源利用率，在业务流核心网环节，提出电力CPS业务与通信的动态适配技术。
对于步骤(1)：构建了适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网技术架构，基于业务流向，针对性的提出了业务流各环节中电力无线专网关键技术，依次包括终端关键技术、基站关键技术、回传网关键技术及核心网关键技术，如图2所示。
对于步骤(2)：在业务流的终端环节，主要包含终端公共信息模型和终端自动配置模块，如图3所示。
1)终端公共信息模块：主要对终端静态和动态数据进行规范性描述，然后构建终端属性、事件、服务模型，实现对终端语义集和模型的规范，实现不同终端通信协议的统一转化。
2)终端自动配置模块：主要基于静态、动态拓扑信息模型，拓扑自动识别技术以及终端配置流程，实现对不同接入终端参数的自动配置，终端设备接入时监控中心能够自主识别信接入设备，在系统中创建或更新设备自描述信息，并对接入设备进行监管，满足电力CPS海量终端接入需求。
对于步骤(3)：在业务流的终端与基站环节，主要包含光前射频拉远技术和无线中继技术，如图4所示。
1)光纤射频拉远技术：从基站利用光纤将射频信号引到盲区，室外只需要RRU，室内需要增加分路器。
2)无线中继技术：盲区的小基站通过有线方式连接到中继器，终端以中继器作为桥梁与宏基站进行通信。
对于步骤(4)：在业务流的基站环节，主要包含基站分批覆盖技术与基站双层覆盖技术，如图5所示。
1)基站分批覆盖技术：按照稳妥推进，分批实施的原则，根据供电负荷密度的大小分布建设，优先覆盖供电负荷密度较大的地区，再覆盖供电负荷密度一般和较小的区域。
2)基站双层覆盖技术：按照重点领域，重点推动的原则，以配电自动化及源网荷互动业务需求为导向，兼顾经济性与可靠性，将城市核心商圈、重要工业园区等作为无线专网覆盖重点。
对于步骤(5)：在业务流的基站环节，主要包含基站共建技术与基站承租，如图6所示。
1)基站共建技术：向铁塔公司开发部分电力杆塔资源(塔位、塔身)，用于运营商基站建设，同时置换铁塔公司地面设备空间、低压电源等资源。
2)基站承租：租用铁塔公司杆塔、物业以及低压电源等资源，建设电力无线专网基站。其中包括两种方式：基于铁塔公司资源，在变电站至配电房有光缆通道时，利用自有光缆通道实现数据回传，构建电力无线专网基站；基于铁塔公司资源，在变电站至配电房无光缆通道时，利用运营商光缆通道回转，构建电力无线专网基站。
对于步骤(6)：在业务流的回传网环节，主要包括城区回传网业务汇聚技术与县区回传网生产控制大区业务汇聚技术，如图7所示。
回传网安全分区技术：电力CPS环境下生产控制大区业务和管理信息大区业务在回传网上应通过SDH不同槽位的以太网口接入，并承载在不同时隙上；其中核心层主环、核心层支环宜承载不同平面上，一般情况下，A平面承载生产控制大区业务，B平面承载管理信息大区业务。
a)城区回传网生产控制大区业务汇聚技术：基站信号按单点对多点经接入层支环和城区核心层支环星系汇聚至核心交换机。
b)县区回传网生产控制大区业务汇聚技术：基站信号按单点对多点经接入层支环、县区核心层支环和核心层主环星型汇聚至核心交换机。
对于步骤(7)：在业务流的回传网环节，主要包括城区回传网管理信息大区业务汇聚技术和县区回传网信息管理大区业务汇聚技术，如图8所示。
a)城区回传网管理信息大区业务汇聚技术：基站信号在接入层支环单点对多点星型汇聚至核心层支环，在城区核心层支环采用交换机手拉手组成以太网共享环。
b)县区回传网信息管理大区业务汇聚技术：基站信号在接入层支环按单点对多点星型汇聚至县区核心层支环，在县区核心层支环和核心网主环采用交换机手拉手组成以太网共享环。
对于步骤(8)：在业务流的核心网环节，区别于传统业务与通信一一对应的固定模式，在核心网处构建业务与通信动态适配技术，如图9所示。此技术可以根据电力CPS业务运行状态，对通信带宽、通信时延、通信信道等通信资源进行动态适配。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)构建适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网技术架构；
步骤(2)在业务流终端环节提出满足电力CPS海量终端高效接入需求的即插即用技术；
步骤(3)在业务流终端环节提出满足电力CPS业务通信需求的终端补盲技术；
步骤(4)针对电力CPS同一区域业务重要程度的差异性，以及不同区域业务对通信的差异化需求，在业务流基站环节提出基站覆盖技术；
步骤(5)在业务流基站环节提出满足基站建设困难区域终端通信覆盖的基站合作模式；
步骤(6)基于回传网安全分区技术，为了减少核心网与基站间设备转接环节，提升电力CPS业务可靠性，在业务流回传网环节提出回传网生产控制大区业务汇聚技术；
步骤(7)基于回传网安全分区技术，在业务流回传网环节提出回传网管理信息大区业务汇聚技术；
步骤(8)为提高业务通信效率并最大化通信资源利用率，在业务流核心网环节，提出电力CPS业务与通信的动态适配技术。
2.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，构建了适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网技术架构，在基于业务流向的基础上，针对性的提出了业务流各环节中电力无线专网关键技术；依次包括终端关键技术、基站关键技术、回传网关键技术及核心网关键技术。
3.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出了满足电力CPS海量终端高效接入的即插即用技术；主要包含终端公共信息模型和终端自动配置模块。
4.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，针对业务流在终端环节的通信需求，提出了针对信号覆盖薄弱区域或信号无法覆盖区域终端无线信号的覆盖的终端补盲技术；主要包含光纤信号拉远技术与无线中继技术。
5.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，针对业务流在基站环节的通信需求，提出了针对电力CPS同一区域业务重要程度的差异性，以及不同区域内对通信的差异化需求的基站覆盖技术；主要包含基站分批覆盖技术、基站双层覆盖技术与基站覆盖率技术。
6.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，针对业务流在基站环节的通信需求，为满足基站建设困难区域终端通信覆盖，提出与运行商开展基站建设与基站承租的合作模式；其中基站承租模式基于变电站至配电房有无光纤通道分为两种承租方式。
7.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(6)中，首先提出了回传网安全分区技术，将回传网分为回传网生产控制大区与回传网管理信息大区；其次，为减少核心网与基站间设备转接环节，提升电力CPS业务可靠性，针对业务流在回传网环节的通信需求，提出了回传网生产控制大区业务汇聚技术；同时，根据区域性差异，分别提出城区回传网和县区回传网汇聚技术。
8.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(7)中，基于回传网安全分区技术，针对业务流在回传网环节的通信需求，提出回传网管理信息大区业务汇聚业务；同时，基于区域性差异，分为城区回传网汇聚技术与县区回传网汇聚技术。
9.根据权利要求1所述的建立适应电力CPS业务通信需求的电力无线专网的方法，其特征在于：所述步骤(8)中，针对业务流在核心网环节的通信需求，提出核心网电力CPS业务与通信的动态适配技术，使电力CPS业务在不同时间、不同运行，对通信的带宽、时延等通信资源要求不同的状态下，能够根据业务状态对通信资源进行动态调整，提高业务通信效率与通信资源利用率。
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