CN114302345B - 5g网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法；配电DTU通过5G通信模组与相应的基站无线连接，通过5G通信模组将与所述配电DTU对应，且将进行空口数据打包后的5G应用报文发送给基站，进行二层报文组播。本发明在现有配电DTU中新添加5G通信模组后通信报文的组织形式，针对现用配电DTU结合5G CPE进行改造以实现和新型配电DTU相同功能进行改造，通过UPF网元和企业交换机之间的互联后报文的转换，而且能够实现同一UPF下各配电DTU之间的二层报文组播，以及不同UPF下各配电DTU之间的二层报文组播。

Description

5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法

技术领域

本发明涉及配电自动化系统通信技术领域，特别涉及5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法。

背景技术

在现有技术中，IEC61850 GOOSE和SV协议是电力场景常用的协议，是基于二层组播方式进行通信。不同组播组不仅组播MAC相互有区别，同时也携带不同的VLAN。

在运营商公网环境下，现有的配电终端之间采用GOOSE OVER UDP/IP协议进行组播，该组网方式下存在配置过于复杂、报文开销大且时延高等问题，现有技术具体如下：

如图1和图2所示，现有的配电DTU中，电气感知模块感知到线路中电流电压等电气参数变化后通过模数转换模块将模拟数据转换成数字数据，GOOSE报文是对上述数字数据的组合编码，然后将数据封装成以太网数据帧，最后通过物理层网卡将数据以bit流的形式发送到5G CPE。

而5G CPE收到DTU传过来的报文后，将整个报文作为5G CPE和基站之间通信的应用层数据进行空口数据打包发送给基站，这样从数据打包的层次上分析，配电DTU应用层报文GOOSE经过了5层打包，同理接收数据也要经过5层解封装后才能被配电DTU识别。

因此，如何引用5G LAN技术基于运营商公网环境下实现电力设备间二层组播通信成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，实现的目的是引用5G LAN技术基于运营商公网环境下实现电力设备间二层组播通信。

为实现上述目的，本发明公开了5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法；配电DTU通过5G通信模组与相应的基站无线连接，通过所述5G通信模组将与所述配电DTU对应，且将进行5G空口数据打包后的5G应用报文发送给基站，进行二层报文组播；

所述5G应用报文包括GOOSE、SDAP、PDAP、RLC和MAC封装。

优选的，同一UPF网元下的两个所述配电DTU之间的所述二层报文组播过程如下：

步骤D1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文后，所述5G通信模组按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述MAC封装形成所述5G应用报文然后通过所述5G通信模组发送到所述基站；

步骤D2、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文的所述GOOSE报文后按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤D3、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析获得所述GOOSE报文，再按照空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装后形成所述5G应用报文后通过所述5G通信模组发送到相应的另一个所述配电DTU；

步骤D4、另一个所述配电DTU按照空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文。

优选的，不同UPF网元下的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤E1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文后，所述5G通信模组按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述MAC封装形成所述5G应用报文然后通过所述5G通信模组发送到所述基站；

步骤E2、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文的所述GOOSE报文后按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到所述UPF网元；两个不同的所述UPF网元在SMF网元的控制下通过N19接口互相传输所述网络传输的所述数据帧；

步骤E3、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析获得所述GOOSE报文，再按照空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装后形成所述5G应用报文后通过所述5G通信模组发送到相应的另一个所述配电DTU；

步骤E4、另一个所述配电DTU按照空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文。

优选的，任一所述配电DTU通过以太网连接方式与另一个5G运营商网络下的新型配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤F1、一个所述新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文后，所述5G通信模组按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述MAC封装形成所述5G应用报文然后通过所述5G通信模组发送到所述基站；

步骤F2、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文的所述GOOSE报文后按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤F3、所述UPF网元收到所述网络传输的所述数据帧后解析出所述GOOSE报文，然后按照和相应的企业交换机间协议将所述GOOSE报文封装成与相应的所述配电DTU匹配的配电DTU报文，并发送到相应的所述企业交换机；

步骤F4、所述企业交换机直接转发所述配电DTU报文到另一个所述配电DTU。

优选的，所述5G通信模组被包含在5G CPE中，所述5G CPE与所述配电DTU通过网线连接；

所述5G CPE在收到所述配电DTU传过来的配电DTU报文后，将所述配电DTU报文解析出GOOSE报文和配电DTU的MAC地址，然后将DTU的MAC地址与5G CPE的MAC地址进行关联，接着，所述5G通信模组将GOOSE报文按照5G空口协议封装后发送给所述基站，具体如下：

所述配电DTU报文包括所述GOOSE报文和所述配电DTU的MAC；

所述配电DTU将所述配电DTU报文发送到所述5G CPE后，所述5G CPE首先按照以太网协议解析所述配电DTU报文获得所述GOOSE报文和所述配电DTU的MAC，在所述5G CPE将所述配电DTU的MAC与所述5G CPE的MAC地址进行关联，按照5G空口协议将所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述5G CPE的MAC依次对所述GOOSE报文封装后形成所述5G应用报文。

更优选的，同一UPF网元下各的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤A1、一个所述配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文，经所述配电DTU的MAC层封装为所述配电DTU报文后通过所述网线将所述配电DTU报文发送到相应的所述5G CPE；

步骤A2、所述5G CPE收到所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文后，按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和5G CPE的MAC封装形成所述5G应用报文，通过所述5G CPE发送到相应的所述基站；

步骤A3、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文中所述GOOSE报文后，按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、所述5GCPE的MAC封装，形成所述网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤A4、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析得到所述GOOSE报文，再按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述5G CPE的MAC封装后形成所述5G应用报文后发送到相应的另一个所述5G CPE；

步骤A5、另一个所述5G CPE按照5G空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文，然后按照报所述配电DTU报文封装发送给另一个所述配电DTU。

更优选的，不同UPF网元下的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤B1、一个所述配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文，经所述配电DTU的MAC层封装为所述配电DTU报文后通过所述网线将所述配电DTU报文发送到相应的所述5G CPE；

步骤B2、所述5G CPE收到所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文后，按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和5G CPE的MAC封装形成所述5G应用报文，通过所述5G CPE发送到相应的所述基站；

步骤B3、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文中所述GOOSE报文后，按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、所述5GCPE的MAC封装，形成所述网络传输的数据帧发到所述UPF网元；两个不同的所述UPF网元在SMF网元的控制下通过N19接口互相传输所述网络传输的所述数据帧；

步骤B4、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析得到所述GOOSE报文，再按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述5G CPE的MAC封装后形成所述5G应用报文后发送到相应的另一个所述5G CPE；

步骤B5、另一个所述5G CPE按照5G空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文，然后按照报所述配电DTU报文封装发送给另一个所述配电DTU。

更优选的，任一所述配电DTU通过以太网连接方式与另一个5G运营商网络下的配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤C1、一个所述配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文，经所述配电DTU的MAC层封装为所述配电DTU报文后通过所述网线将所述配电DTU报文发送到相应的所述5G CPE；

步骤C2、所述5G CPE收到所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文后，按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和5G CPE的MAC封装形成所述5G应用报文，通过所述5G CPE发送到相应的所述基站；

步骤C3、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文中所述GOOSE报文后，按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、所述5G CPE的MAC封装，形成所述网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤C4、所述UPF网元收到所述网络传输的所述数据帧后解析出所述GOOSE报文，然后按照和企业交换机间拟定协议将所述GOOSE和相应的5G CPE的MAC封装成所述配电DTU报文发送到相应的所述企业交换机；

步骤C5、所述企业交换机直接转发所述配电DTU报文到另一个所述配电DTU。

优选的，在5G网络中，任一UPF网元收到从所述基站或者其他所述UPF发送过来的所述数据帧后，转发到企业交换机的过程如下：

接收到所述数据帧后，所述UPF网元按照3GPP规定的N3接口从上到下的顺序依次解析所述数据帧；在解析过程中，需要对所述数据帧的所述MAC缓存信息；

然后，依次解析出IP、UDP、CTPU和所述GOOSE报文后，将所述GOOSE报文封装在之前进行缓存信息的所述MAC中，形成网络传输的数据帧；

所述UPF网元将所述数据帧通过物理网卡以bit流形式发送到所述企业交换机；

当所述UPF网元接收所述企业交换机发出的所述配电DTU报文后，将所述配电DTU报文转发到其他所述UPF或者所述基站的过程如下：

所述UPF网元接收到所述企业交换机传过来的所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文，并对相应的所述MAC缓存信息，然后将所述GOOSE报文依次封装所述CTPU、所述UDP、所述IP头部信息和所述MAC，形成数据帧，再将所述数据帧通过物理网卡以bit流形式发送到其他所述UPF或者所述基站。

更优选的，实现转发的过程包括如下步骤：

步骤1、进行虚拟网段VN划分，根据配电业务需求将指定的所述配电DTU划分为最少一个VN组；

每一个所述VN组均包括5G VN组标识、5G VN组成员信息和5G VN组数据；

同一个所述VN组的两个所述配电DTU之间能够进行5G LAN通信；

所述5G VN组数据包括PDU会话类型和DNN；

步骤2、通过相应的所述5G CPE配置LAN DNN和VN组；

步骤3、通过相应的所述UPF网元为整个5G LAN配置VxLAN隧道；

步骤4、通过企业交换机配置VxLAN隧道；

用户平面的数据流由核心网AMF、SMF、PCF以及UDM网元通过控制数据进行控制。

本发明的有益效果：

本发明在现有配电DTU中新添加5G通信模组后通信报文的组织形式，针对现用配电DTU结合5G CPE进行改造以实现和新型配电DTU相同功能进行改造，通过UPF网元和企业交换机之间的互联后报文的转换，而且能够实现同一UPF下各配电DTU之间的二层报文组播，以及不同UPF下各配电DTU之间的二层报文组播。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出现有技术中一种配电自动化系统通信的结构示意图。

图2示出现有技术中另一种配电自动化系统通信的结构示意图。

图3示出本发明一实施例中一种配电自动化系统通信的结构示意图。

图4示出本发明一实施例中UPF网元和企业交换机之间的互联的结构示意图。

图5示出本发明一实施例中运营商公网环境中的配电DTU和企业内网配电DTU之间的结构示意图。

图6示出本发明一实施例中同一UPF网元下的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程示意图。

图7示出本发明一实施例中不同UPF网元下的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程示意图。

图8示出本发明一实施例中任一企业内网配电DTU通过太网连接方式与另一个5G运行商公网中的配电DTU之间的二层报文组播过程示意图。

图9示出本发明一实施例中同一UPF网元下的两个所述新型配电DTU之间的二层报文组播过程示意图。

图10示出本发明一实施例中不同UPF网元下的两个所述新型配电DTU之间的二层报文组播过程示意图。

图11示出本发明一实施例中任一企业内网配电DTU通过太网连接方式与另一个5G运行商公网中的新型配电DTU之间的二层报文组播过程示意图。

具体实施方式

实施例

如图3所示，5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法；其特征在于，配电DTU通过5G通信模组与相应的基站无线连接，通过5G通信模组将与配电DTU对应，且将进行5G空口数据打包后的报文发送给基站，进行二层报文组播；

本发明在现有配电DTU中新添加5G通信模组后通信报文的组织形式，针对现用配电DTU结合5G CPE进行改造以实现和新型配电DTU相同功能进行改造，通过UPF网元和企业交换机之间的互联后报文的转换，实现配电DTU在打包发送数据环节进行创新，使用5G通信模组代替以太网模组，配电DTU中的GOOSE报文作为应用层数据进行空口数据打包形成5G应用报文，再通过5G通信模组将发送给基站，依靠5G网络的5G LAN技术实现GOOSE报文二层组播。

如图9所示，在某些实施例中，同一UPF网元下的两个配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤D1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产GOOSE报文后，5G通信模组按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装形成5G应用报文然后通过5G通信模组发送到基站；

步骤D2、相应的基站按照空口协议解析出5G应用报文的GOOSE报文后按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到UPF网元；

步骤D3、另一个基站按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口获得网络传输的数据帧后，解析获得GOOSE报文，再按照空口协议进行SDAP、PDAP、RLC、MAC封装后形成5G应用报文后通过5G通信模组发送到相应的另一个配电DTU；

步骤D4、另一个配电DTU按照空口协议解析5G应用报文后得到GOOSE报文。

如图10所示，在某些实施例中，不同UPF网元下的两个配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤E1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产GOOSE报文后，5G通信模组按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装形成5G应用报文然后通过5G通信模组发送到基站；

步骤E2、相应的基站按照空口协议解析出5G应用报文的GOOSE报文后按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到UPF网元；两个不同的UPF网元在SMF网元的控制下通过N19接口互相传输网络传输的数据帧；

步骤E3、另一个基站按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口获得网络传输的数据帧后，解析获得GOOSE报文，再按照空口协议进行SDAP、PDAP、RLC、MAC封装后形成5G应用报文后通过5G通信模组发送到相应的另一个配电DTU；

步骤E4、另一个配电DTU按照空口协议解析5G应用报文后得到GOOSE报文。

如图11所示，在某些实施例中，任一配电DTU通过以太网连接方式与另一个5G运营商网络下的新型配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤F1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产GOOSE报文后，5G通信模组按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装形成5G应用报文然后通过5G通信模组发送到基站；

步骤F2、相应的基站按照空口协议解析出5G应用报文的GOOSE报文后按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到UPF网元；

步骤F3、UPF网元收到网络传输的数据帧后解析出GOOSE报文，然后按照和相应的企业交换机间协议将GOOSE报文封装成与相应的配电DTU匹配的配电DTU报文，并发送到相应的企业交换机；

步骤F4、企业交换机直接转发配电DTU报文到另一个配电DTU。

在某些实施例中，5G通信模组被包含在5G CPE中，5G CPE与配电DTU通过网线连接；

5G CPE在收到配电DTU传过来的配电DTU报文后，将配电DTU报文解析出GOOSE报文和配电DTU的MAC地址，然后将DTU的MAC地址与5G CPE的MAC地址进行关联，接着，5G通信模组将GOOSE报文按照5G空口协议封装后发送给基站，具体如下：

配电DTU报文包括GOOSE报文和配电DTU的MAC；

配电DTU将配电DTU报文发送到5G CPE后，5G CPE首先按照以太网协议解析配电DTU报文获得GOOSE报文和配电DTU的MAC，在5G CPE将配电DTU的MAC与5G CPE的MAC地址进行关联，按照5G空口协议将SDAP、PDAP、RLC和5G CPE的MAC依次对GOOSE报文封装后形成5G应用报文。

如图6所示，在某些实施例中，同一UPF网元下的两个配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤A1、一个配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产GOOSE报文，经配电DTU的MAC层封装为配电DTU报文后通过网线将配电DTU报文发送到相应的5G CPE；

步骤A2、5G CPE收到配电DTU报文后，解析出GOOSE报文后，按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和5G CPE的MAC封装形成5G应用报文，通过5G CPE发送到相应的基站；

步骤A3、相应的基站按照空口协议解析出5G应用报文中GOOSE报文后，按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、5G CPE的MAC封装，形成网络传输的数据帧发到UPF网元；

步骤A4、另一个基站按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口获得网络传输的数据帧后，解析得到GOOSE报文，再按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和5G CPE的MAC封装后形成5G应用报文后发送到相应的另一个5GCPE；

步骤A5、另一个5G CPE按照5G空口协议解析5G应用报文后得到GOOSE报文，然后按照报配电DTU报文封装发送给另一个配电DTU。

如图7所示，在某些实施例中，不同UPF网元下的两个配电DTU之间二层报文组播过程如下：

步骤B1、一个配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产GOOSE报文，经配电DTU的MAC层封装为配电DTU报文后通过网线将配电DTU报文发送到相应的5G CPE；

步骤B2、5G CPE收到配电DTU报文后，解析出GOOSE报文后，按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和5G CPE的MAC封装形成5G应用报文，通过5G CPE发送到相应的基站；

步骤B3、相应的基站按照空口协议解析出5G应用报文中GOOSE报文后，按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、5G CPE的MAC封装，形成网络传输的数据帧发到UPF网元；两个不同的UPF网元在SMF网元的控制下通过N19接口互相传输网络传输的数据帧；

步骤B4、另一个基站按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口获得网络传输的数据帧后，解析得到GOOSE报文，再按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和5G CPE的MAC封装后形成5G应用报文后发送到相应的另一个5GCPE；

步骤B5、另一个5G CPE按照5G空口协议解析5G应用报文后得到GOOSE报文，然后按照报配电DTU报文封装发送给另一个配电DTU。

如图8所示，在某些实施例中，任一配电DTU通过以太网连接方式与另一个5G运营商网络下的配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤C1、一个配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产GOOSE报文，经配电DTU的MAC层封装为配电DTU报文后通过网线将配电DTU报文发送到相应的5G CPE；

步骤C2、5G CPE收到配电DTU报文后，解析出GOOSE报文后，按照5G空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和5G CPE的MAC封装形成5G应用报文，通过5G CPE发送到相应的基站；

步骤C3、相应的基站按照空口协议解析出5G应用报文中GOOSE报文后，按照相应的基站和相应的UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、5G CPE的MAC封装，形成网络传输的数据帧发到UPF网元；

步骤C4、UPF网元收到网络传输的数据帧后解析出GOOSE报文，然后按照和企业交换机间拟定协议将GOOSE和相应的5G CPE的MAC封装成配电DTU报文发送到相应的企业交换机；

步骤C5、企业交换机直接转发配电DTU报文到另一个配电DTU。

如图4所示，在5G网络中，任一UPF网元收到从基站或者其他UPF发送过来的数据帧后，转发到企业交换机的过程如下：

接收到数据帧后，UPF网元按照3GPP规定的N3接口从上到下的顺序依次解析数据帧；在解析过程中，需要对数据帧的MAC缓存信息；

然后，依次解析出IP、UDP、CTPU和GOOSE报文后，将GOOSE报文封装在之前进行缓存信息的MAC中，形成网络传输的数据帧；

UPF网元将数据帧通过物理网卡以bit流形式发送到企业交换机；

当UPF网元接收企业交换机发出的配电DTU报文后，将配电DTU报文转发到其他UPF或者基站的过程如下：

UPF网元接收到企业交换机传过来的配电DTU报文后，解析出GOOSE报文，并对相应的MAC缓存信息，然后将GOOSE报文依次封装CTPU、UDP、IP头部信息和MAC，形成数据帧，再将数据帧通过物理网卡以bit流形式发送到其他UPF或者基站。

如图5所示，在某些实施例中，实现转发的过程包括如下步骤：

步骤1、进行虚拟网段VN划分，根据配电业务需求将指定的配电DTU划分为最少一个VN组；

每一个VN组均包括5G VN组标识、5G VN组成员信息和5G VN组数据；

同一个VN组的两个配电DTU之间能够进行5G LAN通信；

5G VN组数据包括PDU会话类型和DNN；

步骤2、通过相应的5G CPE配置LAN DNN和VN组；

步骤3、通过相应的UPF网元为整个5G LAN配置VxLAN隧道；

步骤4、通过企业交换机配置VxLAN隧道；

用户平面的数据流由核心网AMF、SMF、PCF以及UDM网元通过控制数据进行控制。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法；其特征在于，配电DTU通过5G通信模组与相应的基站无线连接，通过所述5G通信模组将与所述配电DTU对应，且将进行5G空口数据打包后的5G应用报文发送给基站，进行二层报文组播；

所述5G应用报文包括GOOSE、SDAP、PDAP、RLC和MAC封装；

同一UPF网元下的两个所述配电DTU之间的所述二层报文组播过程如下：

步骤D1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文后，所述5G通信模组按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述MAC封装形成所述5G应用报文然后通过所述5G通信模组发送到所述基站；

步骤D2、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文的所述GOOSE报文后按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤D3、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析获得所述GOOSE报文，再按照空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装后形成所述5G应用报文后通过所述5G通信模组发送到相应的另一个所述配电DTU；

步骤D4、另一个所述配电DTU按照空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文。

2.根据权利要求1所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，不同UPF网元下的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤E1、一个新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文后，所述5G通信模组按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述MAC封装形成所述5G应用报文然后通过所述5G通信模组发送到所述基站；

步骤E2、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文的所述GOOSE报文后按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到所述UPF网元；两个不同的所述UPF网元在SMF网元的控制下通过N19接口互相传输所述网络传输的所述数据帧；

步骤E3、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析获得所述GOOSE报文，再按照空口协议进行SDAP、PDAP、RLC和MAC封装后形成所述5G应用报文后通过所述5G通信模组发送到相应的另一个所述配电DTU；

步骤E4、另一个所述配电DTU按照空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文。

3.根据权利要求1所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，任一所述配电DTU通过以太网连接方式与另一个5G运营商网络下的新型配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤F1、一个所述新型配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文后，所述5G通信模组按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述MAC封装形成所述5G应用报文然后通过所述5G通信模组发送到所述基站；

步骤F2、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文的所述GOOSE报文后按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的3GPP定义的N3接口封装后形成网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤F3、所述UPF网元收到所述网络传输的所述数据帧后解析出所述GOOSE报文，然后按照和相应的企业交换机间协议将所述GOOSE报文封装成与相应的所述配电DTU匹配的配电DTU报文，并发送到相应的所述企业交换机；

步骤F4、所述企业交换机直接转发所述配电DTU报文到另一个所述配电DTU。

4.根据权利要求1所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，所述5G通信模组被包含在5G CPE中，所述5G CPE与所述配电DTU通过网线连接；

所述5G CPE在收到所述配电DTU传过来的配电DTU报文后，将所述配电DTU报文解析出GOOSE报文和配电DTU的MAC地址，然后将DTU的MAC地址与5G CPE的MAC地址进行关联，接着，所述5G通信模组将GOOSE报文按照5G空口协议封装后发送给所述基站，具体如下：

所述配电DTU报文包括所述GOOSE报文和所述配电DTU的MAC；

所述配电DTU将所述配电DTU报文发送到所述5G CPE后，所述5G CPE首先按照以太网协议解析所述配电DTU报文获得所述GOOSE报文和所述配电DTU的MAC，在所述5G CPE将所述配电DTU的MAC与所述5G CPE的MAC地址进行关联，按照5G空口协议将所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述5G CPE的MAC依次对所述GOOSE报文封装后形成所述5G应用报文。

5.根据权利要求4所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，同一UPF网元下各的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤A1、一个所述配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文，经所述配电DTU的MAC层封装为所述配电DTU报文后通过所述网线将所述配电DTU报文发送到相应的所述5G CPE；

步骤A2、所述5G CPE收到所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文后，按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和5G CPE的MAC封装形成所述5G应用报文，通过所述5GCPE发送到相应的所述基站；

步骤A3、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文中所述GOOSE报文后，按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、所述5G CPE的MAC封装，形成所述网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤A4、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析得到所述GOOSE报文，再按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述5G CPE的MAC封装后形成所述5G应用报文后发送到相应的另一个所述5G CPE；

步骤A5、另一个所述5G CPE按照5G空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文，然后按照报所述配电DTU报文封装发送给另一个所述配电DTU。

6.根据权利要求4所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，不同UPF网元下的两个所述配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤B1、一个所述配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文，经所述配电DTU的MAC层封装为所述配电DTU报文后通过所述网线将所述配电DTU报文发送到相应的所述5G CPE；

步骤B2、所述5G CPE收到所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文后，按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和5G CPE的MAC封装形成所述5G应用报文，通过所述5GCPE发送到相应的所述基站；

步骤B3、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文中所述GOOSE报文后，按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、所述5G CPE的MAC封装，形成所述网络传输的数据帧发到所述UPF网元；两个不同的所述UPF网元在SMF网元的控制下通过N19接口互相传输所述网络传输的所述数据帧；

步骤B4、另一个所述基站按照相应的所述基站和相应的所述UPF网元间定义的N3接口获得所述网络传输的所述数据帧后，解析得到所述GOOSE报文，再按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和所述5G CPE的MAC封装后形成所述5G应用报文后发送到相应的另一个所述5G CPE；

步骤B5、另一个所述5G CPE按照5G空口协议解析所述5G应用报文后得到所述GOOSE报文，然后按照报所述配电DTU报文封装发送给另一个所述配电DTU。

7.根据权利要求4所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，任一所述配电DTU通过以太网连接方式与另一个5G运营商网络下的配电DTU之间的二层报文组播过程如下：

步骤C1、一个所述配电DTU感知到配电线路的变化或者周期采样后进行消息组装生产所述GOOSE报文，经所述配电DTU的MAC层封装为所述配电DTU报文后通过所述网线将所述配电DTU报文发送到相应的所述5G CPE；

步骤C2、所述5G CPE收到所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文后，按照5G空口协议进行所述SDAP、所述PDAP、所述RLC和5G CPE的MAC封装形成所述5G应用报文，通过所述5GCPE发送到相应的所述基站；

步骤C3、相应的所述基站按照空口协议解析出所述5G应用报文中所述GOOSE报文后，按照相应的所述基站和相应的UPF网元间定义的N3接口进行GTPU、UDP、IP、所述5G CPE的MAC封装，形成所述网络传输的数据帧发到所述UPF网元；

步骤C4、所述UPF网元收到所述网络传输的所述数据帧后解析出所述GOOSE报文，然后按照和企业交换机间拟定协议将所述GOOSE和相应的5G CPE的MAC封装成所述配电DTU报文发送到相应的所述企业交换机；

步骤C5、所述企业交换机直接转发所述配电DTU报文到另一个所述配电DTU。

8.根据权利要求1或4所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，在5G网络中，任一UPF网元收到从所述基站或者其他所述UPF发送过来的所述数据帧后，转发到企业交换机的过程如下：

接收到所述数据帧后，所述UPF网元按照3GPP规定的N3接口从上到下的顺序依次解析所述数据帧；在解析过程中，需要对所述数据帧的所述MAC缓存信息；

然后，依次解析出IP、UDP、CTPU和所述GOOSE报文后，将所述GOOSE报文封装在之前进行缓存信息的所述MAC中，形成网络传输的数据帧；

所述UPF网元将所述数据帧通过物理网卡以bit流形式发送到所述企业交换机；

当所述UPF网元接收所述企业交换机发出的所述配电DTU报文后，将所述配电DTU报文转发到其他所述UPF或者所述基站的过程如下：

所述UPF网元接收到所述企业交换机传过来的所述配电DTU报文后，解析出所述GOOSE报文，并对相应的所述MAC缓存信息，然后将所述GOOSE报文依次封装所述CTPU、所述UDP、所述IP头部信息和所述MAC，形成数据帧，再将所述数据帧通过物理网卡以bit流形式发送到其他所述UPF或者所述基站。

9.根据权利要求8所述的5G网络切片在智慧能源领域的配电自动化系统通信方法，其特征在于，实现转发的过程包括如下步骤：

步骤1、进行虚拟网段VN划分，根据配电业务需求将指定的所述配电DTU划分为最少一个VN组；

每一个所述VN组均包括5G VN组标识、5G VN组成员信息和5G VN组数据；

同一个所述VN组的两个所述配电DTU之间能够进行5G LAN通信；

所述5G VN组数据包括PDU会话类型和DNN；

步骤2、通过相应的所述5G CPE配置LAN DNN和VN组；

步骤3、通过相应的所述UPF网元为整个5G LAN配置VxLAN隧道；

步骤4、通过企业交换机配置VxLAN隧道；

用户平面的数据流由核心网AMF、SMF、PCF以及UDM网元通过控制数据进行控制。

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