CN116996884A - 基于风机平台构建的5g专网通信网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，属于通信技术领域。该通信网络系统包括：专网核心网系统和基站系统通信连接，专网核心网系统部署在风电场集控中心，基站系统中的基站主机部署在目标风机机舱内，并将用于建立终端和基站系统之间的通信链路的天馈子系统部署在机顶传感器杆上；传输系统由风机塔底新部署的工业级导轨交换机、风电场升压站新部署的光汇聚交换机以及业主既有的风机光传输线路共同组成，以供基站系统经由风机光传输线路接入公网核心网和专网核心网；电源系统，用于向专网核心网系统、基站系统和传输系统供电。本发明提供的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，实现以最优网络接入方式来承载智慧风场业务。

Description

基于风机平台构建的5G专网通信网络系统

技术领域

本发明涉及行业专网移动通信技术领域，尤其涉及一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统。

背景技术

目前电力行业新能源风力发电场，因为其选址都比较偏僻，一般都位于偏远山区，周边都是崇山峻岭，鲜有人烟，风机都是沿山脊布点建设，海拔高，气候多变，昼夜温差大，公网运营商在这种场景下，一般不主动建设移动通信网络，在电力企业业主投资下，电信运营商一般在-在目标风场区域内或其周边区域，采用自建钢管塔或拉线塔来部署基站射频拉远单元(Radio Remote Unit，RRU)和基站天线，塔下自建简易机房或室外型一体化机柜部署电源、室内基带处理单元(Building Baseband Unit，BBU)、传输设备等单元模块，5G回传网络采用自建光缆专线接入周边宏站机房内5G的接入传输网络(Access TransportNetwork，ATN)、切片分组网(Slicing Packet Network，SPN)等传输设备，实现传输环网组网，最后经5G承载网接入公网大网5G核心网，同时采用用户面功能(User Plane Function，UPF)下沉至业主集控室以此来完成5G虚拟专网的无线网络部署及组网。

可见，现有技术方案一般是公网运营商基于上述公网建设思路在风电场建设5G虚拟专网，需要自建铁塔、机房、传输、电源等工程，项目建设周期长、成本高，同时因为考虑网络性价比，宏站不可能规模建设，同时因为风场特殊的地形地貌影响导致建网后依然覆盖效果差，速率传输低、风场区域内依旧会存在大量的弱信号区甚至是信号盲区，且因UPF与外网有连接关系，网络自主可控及安全性根本无法电力企业对网络安全性的高要求，无法承载电力行业用户对智慧风场系统建设所需要的底层高性能网络平台要求

发明内容

本发明提供一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，用以解决现有技术中需要耗费大量的时间成本和经济成本为风电行业用户进行5G无线网络部署及组网仍无法满足全覆盖、大带宽、高安全的用户需求。

本发明提供一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，包括专网核心网系统、基站系统、传输系统和电源系统，包括：

所述专网核心网系统和所述基站系统通信连接，所述专网核心网系统部署在风电场集控中心，所述基站系统中的基站主机部署在目标风机机舱内，并将用于建立终端和所述基站系统之间的通信链路的天馈子系统部署在机顶传感器杆上；

所述传输系统由风机塔底新部署的工业级导轨交换机、风电场升压站新部署的光汇聚交换机以及业主既有的风机光传输线路共同组成，以供所述基站系统经由所述风机光传输线路接入公网核心网和专网核心网；

所述电源系统，用于向所述专网核心网系统、所述基站系统和所述传输系统供电；

其中，所述目标风机机舱为基站主机和天馈所同处的风机机舱。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述基站系统中的基站主机采用壁挂方式安装于目标风机机舱内，所述基站系统中的天馈子系统安装在所述目标风机机舱机顶所部署的传感器支架杆上；

所述天馈子系统包括多个处于同一水平面环绕排列的定向板状天线和无源器件及超柔馈线，以完成将所述基站系统的射频信号转换成为无线电磁波信号发射。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G通信网络系统，所述基站系统中的基站主机在所述目标风风机机舱内通过所述超柔馈线与所述天馈子系统连接，

所述基站系统中以5G一体化大功率皮基站(后面简称5G一体化大功率皮基站)作为基站主机，还部署有与所述5G一体化大功率皮基站配套的电源和光缆跳纤；

所述5G一体化大功率皮基站包括内部集成了基带单元、射频单元、PA及滤波单元，外部配套设备有电源适配器，所述电源适配器通过电源线与风机提供的220V交流电源连接；

所述5G一体化大功率皮基站用于完成信号的调制与解调、编码与译码、数模转换、光电转换、射频放大及滤波功能。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述传输系统包括光汇聚交换机以及风机塔底部署的工业交换机，以及与所述光汇聚交换机分别连接的光传输设备和基站系统；

所述光传输设备用于作为公网承载网的接入点，供所述基站系统上联至公网5G承载网后接入公网核心网；

所述工业交换机下联至所述5G一体化大功率皮基站，经风场业主既有部署的光环网上联升压站部署的光汇聚交换机，作为风电场既有光传输网边缘光接入点设备，供所述基站系统接入核心网；

所述光汇聚交换机除了连接上层的运营商5G承载网的光传输设备外，还同时连接风电场集控中心部署的本地5GC专网核心网设备，且经过防火墙后对接企业内网，完成与业务管理平台的接入，以实现专网内业务终端与业务管理平台之间的互联互通。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述光汇聚交换机为部署在风电场站的升压站中的业主方通信机房内的传输机柜中，所述光汇聚交换机采用机柜导轨方式安装。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述光传输设备与所述公网承载网通信连接，所述公网承载网与公网5GC核心网及网管平台通信连接；

所述公网5GC核心网，用于至少完成对公网移动终端的鉴权、认证、登记、注册功能；

公网网管平台，用于对所述公网核心网进行故障管理、性能管理、配置管理以及安全管理。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述工业交换机为新部署在风机塔底的网络交换网箱中，所述工业交换工业交换机在风机塔底网络箱中采用导轨式安装部署；

所述基站系统通过沿风机塔筒走线架新部署的2芯光纤与塔底网络箱部署的所述工业交换工业交换机连接。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述光汇聚交换机还与专网5GC核心网和专网网管平台通信连接；

所述专网5GC核心网，用于完成对客户专网业务终端进行放号、鉴权、认证、登记及注册、分配数据通道的同时，还完成数据的路由转发功能；

所述专网网管平台，用于对所述专网核心网进行故障管理、性能管理、配置管理以及安全管理。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述电源系统包括第一直流配电系统和第二直流配电系统；

所述第一直流配电系统，与所述5G一体化大功率皮基站连接，用于将工频交流电转化为所述5G一体化大功率皮基站所使用的-48V直流电；

所述第二直流配电系统，与所述工业交换机连接，用于将工频交流电转化为所述工业交换机所使用的24V直流电。

根据本发明提供的一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，所述工频交流电是风电企业业主提供的在风机、升压站的市电供电系统。

本发明提供的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，依托风力发电机自有的塔筒代替铁塔，利用塔顶机舱代替通信机房，并复用风电场站业主的自有的光传输环网作为传输系统接入到风电场升压站5G承载网设备后最终入公网核心网和业主专网核心网。此种设计方案能够摒弃传统公网5G网络工程建设思维及产品选型策略，依托风机塔筒替代铁塔、风机机舱替代机房、风场自有光传输网替代5G回传网，在免建铁塔、机房及光传输为建网成本和效率所带来的提升效果的基础上，还依托风机的多点位优势实现对风场全网络覆盖。实现以最高性价比部署新能源风电场行业5G专网系统平台，无需在智慧风场的基建中额外设置过多通信基础设施，就能以最低的成本、最短的工期、最高效的覆盖方式以及最优的网络接入方式来承载智慧风场系统的业务应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统的结构示意图；

图2是本发明提供的基站系统的安装示意图；

图3是本发明提供的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统的组网设计示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

本申请的说明书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1是本发明提供的基于风电场站构建的通信网络系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，包括专网核心网系统110、基站系统120、传输系统130和电源系统140，包括：

所述专网核心网系统110和所述基站系统120通信连接，所述专网核心网系统部署在风电场集控中心，所述基站系统中的基站主机部署在目标风机机舱内，并将用于建立终端和所述基站系统之间的通信链路的天馈子系统部署在机顶传感器杆上。

所述传输系130统由风机塔底部署的工业级导轨交换机、风电场升压站新部署的光汇聚交换机以及业主既有的风机光传输线路共同组成，以供所述基站系统120经由所述风机光传输线路接入公网核心网和专网核心网。

所述电源系统140，用于向所述专网核心网系统110、所述基站系统120和所述传输系统130供电。专网核心网系统110，由在业主传输机柜顶部既有的PDU提供的市电220VAC直接供电，基站系统120和传输系统130由配电系统第一直流配电系统和第二直流配电系统供电。

其中，所述目标风机机舱为基站主机和天馈所同处的风机机舱。

需要说明的是，一个完整的风电场站由一定规模数量的风力发电机和输电系统构成，各风力发电机均需独立安装一个光传输设备，并通过跳线和光缆顺次连接形成环形结构的风机光传输线路，以采集各风力发电机的自身数据，并上传至风电场站的集控中心业务管理平台进行统一管理与监控。

单个风力发电机包括叶轮、发电机、塔筒、机舱和其他基础组成部分。发电机设置在塔筒顶部的机舱中，其工作原理是空气动力学原理，吹过叶轮形成叶轮正反面的压差，这种压差会产生升力，令发电机叶片旋转并经过齿轮箱进而带动风力发电机转子。

风机的塔筒塔身由空心管状钢材制成，设计主要考虑在各种风况下的刚性和稳定性，根据安装地点的风况、风轮半径条件决定塔身的高度，使叶轮处于风力资源最丰富的高度。

具体地，基于风机平台构建的5G专网通信网络系统适用于新能源电力行业的风电场站专网覆盖场景，在电源系统140供给专网核心网系统110、基站系统120和传输系统130上电启动后，构建起各部件的通信连接，以形成通信网络系统，以供终端设备处于该通信网络系统的覆盖范围内时提供风电场站专网的业务服务，或者互联网的业务服务，其中：

基站系统120安装在目标风机机舱内，基站所属的天馈子系统依托机舱顶部的传感器杆安装，专网核心网系统110利用风场自有光传输线路与基站系统120通信连接，以完成对业务终端的鉴权、认证、注册、登记、放号、路由等服务，业务终端通过基站系统120接入专网核心网后对接业务平台系统，完成前端业务终端与后台管理平台之间的互联互通。

传输系统130依托于风电场站中风电场业主自有的光传输网及新建的光传输交换系统和公网5G承载网部分，主要完成基站系统120接入公网5G核心网和专网核心网，包括但不限于为普通用户提供通用网络基础服务的公网核心网，以及为风电场行业用户提供专属网络服务。

可以理解的是，业务终端设备包括但不限于5G专网手持移动终端、车载移动终端及5G边缘计算工业网关和高清摄像头、机器人、无人机、安全帽等设备，主要完成数据、视频采集和即时通信等功能。

本发明实施例依托风力发电机自有的塔筒代替铁塔，利用塔顶机舱代替机房去容纳通信连接的基站系统，并依托风电场站自有的光传输网络作为传输系统接入到核心网，以提供来自于公网和风电行业专网的网络服务。能够摒弃公网5G建设思维及产品选型策略，依托风机塔筒替代铁塔、风机机舱替代机房、风场自有光传输网替代5G回传网，在免建铁塔、机房及光传输为建网成本和效率所带来的提升效果的基础上，还依托风机的多点位优势便于构建多基站协同组网实现对风场全网络高效覆盖。最终实现以最高性价比部署新能源风电场行业5G专网系统平台，无需在智慧风场的基建中额外设置过多通信基础设施，就能以最低的成本、最短的工期、最高效的覆盖方式以及最优的网络接入方式来承载风电场站用户的智慧风场系统的业务需求。

图2是本发明提供的基站系统的安装示意图。如图2所示，在上述任一实施例的基础上，所述基站系统120中的基站主设备采用壁挂方式安装于机舱内，所述基站系统120中天馈子系统安装在所述目标风机机舱机顶所部署的传感器支架上。

所述天馈子系统包括多个处于同一水平面环绕排列的定向板状天线121和无源器件及超柔馈线122，以完成将所述基站系统的射频信号转换成为无线电磁波信号发射。

具体地，天线、馈线及无源器件构成了一个完整天馈子系统，其主要功能是将信号能量按要求发射传播出去。天馈子系统是一个有机整体，天馈子系统中的天线和功分器安装在目标风机机舱机顶所部署的传感器支架杆上，与基站设备相互依赖、相互影响。

其中，为了满足系统的整体性能要求，馈线损耗必须符合一定的指标要求，现场基站系统部署时，尽量减少馈线路由长度，以减少天线口与基站之间的跳线接头损耗和馈线损耗，其损耗应控制在1dB以内。本发明实施例对此不作具体限定。

优选地，基站系统120包括多个定向板状天线121和超柔馈线122，以及其配套的功分器123、避雷器124等，该系统主要完成将基站系统射频口的射频信号转换成为无线电磁波信号发射或接收。其中，本发明实施例对定向板状天线121的数量和排布方式不作具体限定。

例如，可以将3个定向板状天线121环绕在传感器抱杆上，其具体的排布方位入表1所示。

表1排布方位示意表

本专网设计方案采用单基站单小区裂向技术，实现单基站连接3副定向板状天线，最终实现水平360度覆盖，同时还可以规避系统内干扰。

本发明实施例采用定制化5G定向板状天线及其定制结构件、支撑件，依托机顶自有传感器杆安装，解决普通基站天线因重量、尺寸、高低温、波束角等多个因素不能上塔且业主不允许自建抱杆的问题，利用尽可能少的硬件设备实现单扇区裂向全向覆盖，提高系统整体的可靠性与稳定性。

在上述任一实施例的基础上，所述基站系统中的基站主机在所述目标风机舱内通过所述超柔馈线与所述天馈子系统连接。

所述基站系统中以5G一体化大功率皮基站(后面简称5G一体化大功率皮基站)作为基站主机，还部署有与所述5G一体化大功率皮基站配套的电源和光缆跳纤。

所述5G一体化大功率皮基站包括内部集成了基带单元、射频单元、PA及滤波单元，外部配套设备有电源适配器，所述电源适配器通过电源线与风机提供的220V交流电源连接。所述5G一体化大功率皮基站用于完成信号的调制与解调、编码与译码、数模转换、光电转换、射频放大及滤波功能。

具体地，基站系统120将目标风力发电机的机舱作为基站机房以容纳其构成部件，且基站系统120中的基站主机通过超柔同轴电缆过三路功分器连接定向板状天线。

其中，基站系统120的主要设备包括基站主设备、电源、天线、馈线和无源器件及其配套防雷接地设备组成。本发明实施例对此不作具体限定。

优选地，基站系统120主要是5G一体化大功率的5G一体化大功率皮基站125、电源线126、避雷器127和GPS天线128构成，5G一体化大功率皮基站125内部高度集成基带单元、射频单元、PA单元、滤波器及电源模块等功能模块，电源模块通过电源线从风机机舱内的电源系统中引电，以完成对基站主设备的供电。保证基站设备正常工作，实现信号的调制与解调、编码与译码、数模转换、光电转换、射频放大及滤波等功能。

本发明实施例所采用的5G一体化大功率皮基站高度集成了基带单元、射频单元、滤波单元及电源模块，提高在风机机舱的适装性，以解决风机机舱安装空间资源不足及高功耗的问题，最终以实现以风电场站内的风机平台为基础，采用多站协同组网交叉覆盖，达到用户风场全覆盖的技术要求。

在上述任一实施例的基础上，所述传输系统130包括光汇聚交换机以及风机塔底部署的工业交换机，以及与所述光汇聚交换机分别连接的光传输设备和基站系统。

所述光传输设备用于作为公网承载网的接入点，供所述基站系统上联至公网承载网后接入公网核心网。

所述工业交换机下联至所述5G一体化大功率皮基站，经风场业主既有部署的光环网上联升压站部署的光汇聚交换机，作为风电场既有光传输网边缘光接入点设备，供所述基站系统接入核心网。

所述光汇聚交换机除了连接上层的运营商5G承载网的光传输设备外，还同时连接风电场集控中心部署的本地5GC专网核心网设备，且经过防火墙后对接企业内网，完成与业务管理平台的接入，以实现专网内业务终端与业务管理平台之间的互联互通。

具体地，传输系统130主要由光传输设备(SPN/STN设备)、光缆、光法兰、光跳纤、光汇聚交换机、工业交换机等组成，通过光汇聚交换机分别与光传输设备和工业交换机建立的通信链路，以依托于风场自有光传输网络及公网5G承载网部分完成5G一体化大功率皮基站接入公网核心网以及专网核心网，其过程为：

基站系统、专网核心网系统及电源系统依托风力发电机自有的机舱平台来部署安装5G一体化大功率皮基站设备、天线、馈线及引电，利用风机塔筒敷设基站所用的光缆跳线接入部署于风机塔底的网络交换箱中的工业交换机，经工业交换机接入风场自有光传输网络到风电站场升压站通信机房的光汇聚交换机，通过光汇聚交换机接入部署在同传输机柜的光传输设备及本地5GC设备，以通过接入光传输设备的链路上联至公网5G承载网入公网5GC(核心网)，还能接入本地5GC设备的链路使5G基站至5G专网核心网的互联互通，完成5G专网全系统的搭建。

本发明实施例采用双上联公网核心网及专网核心网方式组网，支持公网用户及专网用户双接入，公网链路为普通用户提供通用网络基础服务，专网链路为风电场行业用户提供专属网络服务。能够将企业级专网核心网微部署在基于X86服务器上，直接下沉至风电场站集控中心的通信机房内，使得组网更简单，网络更安全、系统对接更高效，传输时延更短、专网建设成本更低廉。

在上述任一实施例的基础上，所述光汇聚交换机为部署在风电场站的升压站中的业主方通信机房内的传输机柜中，所述光汇聚交换机采用机柜导轨方式安装。

具体地，任一5G一体化大功率皮基站利用场站自有光环网(即光传输网络)，经由风机塔底新部署的工业交换机和新部署在业主升压站中的光汇聚交换机，接入本地企业级5GC设备和公网承载网接入点(即光传输设备，例如SPN/STN设备)后，再入公网核心网。

其中，光汇聚交换机及公网SPN/STN光传输设备采用部署在风电场站升压站的业主方通信机房内的传输机柜中，以实现5G系统传输组网。

本发明实施例依托风电场光环网经光汇聚交换机汇聚所有5G一体化大功率皮基站后对接公网SPN/STN光传输设备，节省大量光口及传输带宽资源。

在上述任一实施例的基础上，所述光传输设备与所述公网承载网通信连接，所述公网承载网与公网5GC核心网及网管平台通信连接。

所述公网5GC核心网，用于至少完成对公网移动终端的鉴权、认证、登记、注册功能。

公网网管平台，用于对所述公网核心网进行故障管理、性能管理、配置管理以及安全管理。

具体地，任一5G一体化大功率皮基站由光汇聚交换机接入公网承载网接入点后完成公网核心网的接入，同时，还可以由光汇聚交换机接入公网承载网接入点后完成公网网管平台的接入，以通过一个集中化的平台对公网核心网进行故障管理、计费管理、性能管理、配置管理以及安全管理等操作。

其中，故障管理主要包括故障检测、故障隔离和故障修复这几个方面。

计费管理，基于已用网络资源使用情况，并根据用户使用网络资源的情况计算需要付出的费用。

配置管理包括两方面，一是统一对网络设备参数进行配置，二是为了使网络性能达到最优，采集、存储配置时需要参考的数据。

性能管理是指用户通过网络运行及通信效率等系统性能进行评价，对网络运行状态进行监测.发现性能瓶颈。经过重新对网络没备进行配置，使网络维持服务所需要的性能的过程。

安全管理保证数据的私有性，通过身份鉴别、接入控制等手段控制用户对公网网络资源的访问。另外，安全管理还包括密钥分配.密钥、安全日志检查、维护等功能。

本发明实施例在公网网管平台中通过各种网络管理功能对公网的网络状态进行调整，以保障公网网络系统能够正常、高效运行，使公网网络系统中的资源得到更好的利用。

在上述任一实施例的基础上，所述工业交换机为新部署在风机塔底的网络交换网箱中，所述工业交换工业交换机在风机塔底网络箱中采用导轨式安装部署。

所述基站系统通过沿风机塔筒走线架新部署的2芯光纤与塔底网络箱部署的所述工业交换工业交换机连接。

具体地，作为光传输网边缘接入点的工业交换机采用塔底业主方网络箱导轨安装，下联5G基站，上联光汇聚交换机。利用风力发电机的塔筒所敷设的5G一体化大功率皮基站所用的光缆跳纤至塔底，接入部署于网络交换箱中工业级导轨交换机，以使得5G基站与5G专网核心网互联互通。

本发明实施例采用，将企业级专网核心网全量下沉至风电场站集控中心，与公网隔离，真正实现数据不出厂的高等级网络安全方案，既满足了电力行业多无线网络高安全性要求，又满足用户对网络自主可控的硬性需求。

在上述任一实施例的基础上，所述光汇聚交换机还与专网5GC核心网和专网网管平台通信连接。

所述专网5GC核心网，用于完成对客户专网业务终端进行放号、鉴权、认证、登记及注册、分配数据通道的同时，还完成数据的路由转发功能；

所述专网网管平台，用于对所述专网核心网进行故障管理、性能管理、配置管理以及安全管理。

具体地，任一5G一体化大功率皮基站由光汇聚交换机接入公网承载网接入点后完成专网核心网的接入，同时，还可以由光汇聚交换机接入专网承载网接入点后完成专网网管平台的接入，以通过一个集中化的平台对专网核心网进行故障管理、计费管理、性能管理、配置管理以及安全管理等操作。

其中，故障管理主要包括故障检测、故障隔离和故障修复这几个方面。

计费管理，基于己录网络资源使用情况，并根据用户使用网络资源的情况计算需要付出的费用。

配置管理包括两方面，一是统一对网络设备参数进行配置，二是为了使网络性能达到最优，采集、存储配置时需要参考的数据。

性能管理是指用户通过网络运行及通信效率等系统性能进行评价，对网络运行状态进行监测.发现性能瓶颈。经过重新对网络没备进行配置，使网络维持服务所需要的性能的过程。

安全管理保证数据的私有性，通过身份鉴别、接入控制等手段控制用户对专网网络资源的访问。另外，安全管理还包括密钥分配.密钥、安全日志检查、维护等功能。

本发明实施例在专网网管平台中通过各种网络管理功能对专网的网络状态进行调整，通过终端与转往核心网进行双单向认证、鉴权、注册登记方式，提高专网系统安全性，以保障专网网络系统能够正常、高效运行，使专网网络系统中的资源得到更好的利用。

在上述任一实施例的基础上，所述电源系统140包括第一直流配电系统和第二直流配电系统。

所述第一直流配电系统，与所述5G一体化大功率皮基站连接，用于将工频交流电转化为所述5G一体化大功率皮基站所使用的-48V直流电。

所述第二直流配电系统，与所述工业交换机连接，用于将工频交流电转化为所述工业交换机所使用的24V直流电。

具体地，电源系统140为通信网络系统的相关部件供电，主要包括第一直流配电系统和第二直流配电系统，其中：

第一直流配电系统与风机机舱内的5G一体化大功率皮基站连接，并为其供电，将工频交流电转化为基站设备所适用的-48V直流电。

第二直流配电系统与塔底的工业交换机连接，并为其供电，将工频交流电转化为工业级导轨交换机使用的24V直流电。

本发明实施例依托风机塔筒替代铁塔，风机机舱替代机房，风场自有光传输网替代5G回传网，免建铁塔、机房、光传输及电源，且依托风机的多点位优势，采用5G一体化大功率皮基站设备多点部署协同组网交叉覆盖，实现对风电场站纵深全覆盖，为用户建设智慧风场系统拓实底层高性能数据传输平台。

在上述任一实施例的基础上，所述工频交流电是风电企业业主提供的在风机、升压站的市电供电系统。

具体地，基于风电场站构建的通信网络系统中的电源系统140与风力发电机自身共用一套直流配电系统，以通过电源系统140从市政电网供给目标风力发电机的市电资源进行转换，以为相应部件供电。

其中，不同国家地区对于市电有设置不相同的电压标准。

图3是本发明提供的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统的组网设计示意图。如图3所示，建设基于风机平台构建的5G专网网络通信系统结构包括：由业务终端、传感器、5G工业网关、摄像头、无人机等终端设备构成的终端系统31，由5G一体化基站(322)、5G定制天线(321)、工业交换工业交换机(323)、光汇聚交换机(324)、企业级5G专网核心网(325)、5G专网网管平台(326)、SPN/STN光传输设备(327)构成的接入网系统32，5G承载网33，以及5G核心网34。

部署基于风机平台构建的5G专网网络通信系统主要有以下几个步骤：

第一步、5G专网通信系统搭建

在部署5G专网系统之前，需要现场勘察，勘察内容包括地理环境勘察，现场原有网络的DT(无线信号路测)及CQT(无线信号定点测试)，确认现场电磁环境信息和地形地貌综合地理气候信息，便于后期网络规划；升压站机房勘察，确认可用光纤资源及路由表和可用的机柜资源、供电配置资源；风机塔筒勘察，确认塔底网络箱光接口资源、塔筒线槽资源、机舱可装主设备空间资源及机顶天馈安装环境资源；电源勘察，确认基站、交换机、传输设备等的供电电源及引电路由；传输勘察，确认风机备用芯与升压站光汇聚机房之间的光路可用。

根据勘察报告编制勘察报告、技术方案，设计施工图纸，技术方案中明确网络关键指标KPI(如覆盖半径≥1.5公里，上行边缘速率≥6Mbps,专网时延≤10ms)，组网设计为所有部署于风电场的5G一体化大功率皮基站复用风场自有光环网，接入业主升压站光汇聚交换机入本地5GC和公网承载网接入点SPN/STN设备后再入公网5GC；安装设计为基站采用机舱内壁挂安装、天线采用依托机顶自有传感器杆安装，风场自由光环网接入点工业交换工业交换机采用塔底业主网络箱导轨安装，升压站光汇聚交换机及公网SPN/STN光传输设备采用业主传输机柜导轨安装。

第二步、5G专网通信系统测试及优化

5G专网通信网络系统搭建完成后，根据用户审核批准的网络测试大纲对5G专网系统进行网络测试，并根据测试结果进行网络优化，达到风电场站行业用户对专网的核心指标要求，网络核心指标主要体现在无线传输速率、传输距离、传输时延及带载能力等方面。

测试前准备，无线侧参数配置，主要包括PLMN、gNB、PCI、TAC、CI、基站业务IP、管理IP及对应VLAN等信息，现场测试根据需要可以灵活配置的参数有：

a)工作频段：N78/3.5G TDD，中心频率3305.28MHz(可以灵活调整)，载波带宽100MHz；

b)帧结构：超级上行模式，2.5ms双周期1D3U子帧配置；

c)特殊子帧配置10:2:2；

传输侧参数配置，主要由核心网侧配置的PLMN，AMF(N2)和SMF(N4)的IP地址、端口号、切片号。

启动网络测试，先做覆盖测试，目的验证基站的覆盖能力，测试方法为：

(1)系统根据测试要求配置，正常工作

(2)测试车辆携带测试终端1台，GPS接收设备及相应终端的路测系统，测试车应视实际道路情况以中等速度(30km/h)匀速行驶；

(3)终端在待测5G小区上建立连接(本地5GC)，并进行FTP或IPERFTCP/UDP数据业务下载，沿天线主瓣方向进行栅格测试(视测试环境酌情选择测试路线)；公网5GC测试时，保持全程VoNR通话连接()

(4)当上传速率低于6Mbps时，终止DT测试，记录SS-RSRP、SS-SINR、时延、上行速率、下行速率等关键信息；

(5)重复步骤(3)-(4)，对该基站选定四个方向进行CQT测试。

(6)记录在塔底、距离基站100米、500米、1000米、1500米、2000米处，记录SS-RSRP、SS-SINR、时延、上行速率、下行速率等关键信息；

(7)合格指标：传输距离≥1.5㎞(对用边缘速率≥6Mbps)

无线速率测试，验证基站的传输带宽能力，测试方法为：

(1)终端在待测5G小区上建立连接，并进行FTP或IPERF数据业务下载(本地5GC)，或采用Speedtest测试(公网5GC)；

(2)终端在待测5G小区上建立连接(本地5GC)，并进行FTP或IPERF数据业务下载，沿天线主瓣方向进行栅格测试(视测试环境酌情选择测试路线)；

(3)在极好点、好点、中点、差点测试，记录SS-RSRP、SS-SINR、时延、上行速率、下行速率等关键信息；(点位定义：极好点：SS-RSRP≥-70dBm且SS-SINR≥25dB；

好点：-80dBm≤SS-RSRP<-70dBm且15dB≤SS-SINR<25dB；中点：-90dBm≤SS-RSRP＜-80dBm且5dB≤SS-SINR＜15dB；差点：-100dBm≤SS-RSR＜-90dBm且-5dB≤SS-SINR＜5dB；)

(4)记录每个点位的数据，如SS-RSRP、SS-SINR、时延、上行速率、下行速率等关键信息。

合格指标：极好点上行速率≥100Mbps，好点上行速率≥50Mbps，中点上行速率≥20Mbps，差点上行速率≥6Mbps；

第三步、5G专网通信系统业务加载能力测试

实施例一：

根据用户需求，通过5G工业网关将部署在风机机舱的4路用户高清摄像头接入5G专网，经专网5GC入视频AI平台服务器，通过AI工业视觉分析平台，可以远程实时基于高清视频的AI目标分析，如异物入侵、烟雾识别、火苗识别、读表、测温、安全帽识别、安全带识别等应用。

业务呈现：上行链路，风机机舱多路高清视频通过以太网接口接入5G智能工业网关，5G智能工业网关通过5G空口协议接入部署于风场的5G一体化大功率皮基站，经5G专网基站过风场光环网接入升压站光汇聚交换机入本地5GC服务器，经5GC内部UPF网元N6接口与风电场站内网防火墙对接后入集控中心智能安防平台。下行链路，位于风电场站的智能安防服务平台远程调用摄像头的指令通过5GC过5G基站下发至5G智能工业网关，经工业网关转发至摄像头接收远程操控端业务指令。

实施例二：

在实例一中，主要是系统搭建及视频、数据业务加载测试，本实例二中主要进行高清语音业务加载测试。根据行业用户需求，新能源风电场站有基于话音业务的集群调度指挥系统应用，主要是实现集群调度指挥、人员定位、语音/视频会议等功能。

业务呈现：在风电场站的专网5GC服务器端容器化部署一套集群调度指挥服务器端软件、流媒体服务器端软件，在专网5G网管平台服务器端容器化部署集群调度业务操作平台软件，在专网手机端安装集群调度指挥客户端软件，以此4套软件结合硬件及5G网络，共同搭建完成新能源风电场站集群调度指挥系统。

打开手机调度指挥客户端软件，手机客户端调度APP通过5G专网系统远程接入位于5GC的集群调度服务器完成认证注册及授权，实现调度平台与网内多个专网手机之间的互联互通，通过此调度平台，可以实现手机之间、手机与调度平台之间的高清语音通话、人员定位、语音/视频会议、远程专家指导、在线巡检、电子两票、远程办公等功能。

本发明实施例采用与风电场站共用市电的方式，实现节约用电成本的目的，进一步降低成本。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以技术方案或实施方案形式体现出来，该方案可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，方案中包括组网总体设计、网络规划、设备安装方案、调试方案、优化方案、IP网规划及系统联调联试方案、业务测试大纲、验收测试方案等可执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，包括专网核心网系统、基站系统、传输系统和电源系统，其特征在于，包括：

所述专网核心网系统和所述基站系统通信连接，所述专网核心网系统部署在风电场集控中心，所述基站系统中的基站主机部署在目标风机机舱内，并将用于建立终端和所述基站系统之间的通信链路的天馈子系统部署在机顶传感器杆上；

所述传输系统由风机塔底新部署的工业级导轨交换机、风电场升压站新部署的光汇聚交换机以及业主既有的风机光传输线路共同组成，以供所述基站系统经由所述风机光传输线路接入公网核心网和专网核心网；

所述电源系统，用于向所述专网核心网系统、所述基站系统和所述传输系统供电；

其中，所述目标风机机舱为基站主机和天馈所同处的风机机舱。

2.根据权利要求1所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述基站系统中的基站主机采用壁挂方式安装于目标风机机舱内，所述基站系统中的天馈子系统安装在所述目标风机机舱机顶所部署的传感器支架杆上；

所述天馈子系统包括多个处于同一水平面环绕排列的定向板状天线和无源器件及超柔馈线，以完成将所述基站系统的射频信号转换成为无线电磁波信号发射。

3.根据权利要求2所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述基站系统中的基站主机在所述目标风机机舱内通过所述超柔馈线与所述天馈子系统连接；

所述基站系统中以5G一体化大功率皮基站5G一体化大功率皮基站作为基站主机，还部署有与所述5G一体化大功率皮基站配套的电源和光缆跳纤；

所述5G一体化大功率皮基站包括内部集成了基带单元、射频单元、PA及滤波单元，外部配套设备有电源适配器，所述电源适配器通过电源线与风机提供的220V交流电源连接；

所述5G一体化大功率皮基站用于完成信号的调制与解调、编码与译码、数模转换、光电转换、射频放大及滤波功能。

4.根据权利要求3所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述传输系统包括在风电场升压站部署光汇聚交换机以及风机塔底部署的工业交换机，以及与所述光汇聚交换机分别连接的光传输设备和基站系统；

所述光传输设备用于作为公网承载网的接入点，供所述基站系统上联至公网5G承载网后接入公网核心网；

所述工业交换机下联至所述5G一体化大功率皮基站，经风场业主既有部署的光环网上联升压站部署的光汇聚交换机，作为风电场既有光传输网边缘光接入点设备，供所述基站系统接入核心网；

所述光汇聚交换机除了连接上层的运营商5G承载网的光传输设备外，还同时连接风电场集控中心部署的本地5GC专网核心网设备，且经过防火墙后对接企业内网，完成与业务管理平台的接入，以实现专网内业务终端与业务管理平台之间的互联互通。

5.根据权利要求4所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述光汇聚交换机为部署在风电场站的升压站中的业主方通信机房内的传输机柜中，所述光汇聚交换机采用机柜导轨方式安装。

6.根据权利要求5所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述光传输设备与所述公网承载网通信连接，所述公网承载网与公网5GC核心网及网管平台通信连接；

所述公网5GC核心网，用于至少完成对公网移动终端的鉴权、认证、登记、注册功能；

公网网管平台，用于对所述公网核心网进行故障管理、性能管理、配置管理以及安全管理。

7.根据权利要求4所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述工业交换机为新部署在风机塔底的网络交换网箱中，所述工业交换工业交换机在风机塔底网络箱中采用导轨式安装部署；

所述基站系统通过沿风机塔筒走线架新部署的2芯光纤与塔底网络箱部署的所述工业交换工业交换机连接。

8.根据权利要求7所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述光汇聚交换机还与专网5GC核心网和专网网管平台通信连接；

所述专网5GC核心网，用于完成对客户专网业务终端进行放号、鉴权、认证、登记及注册、分配数据通道的同时，还完成数据的路由转发功能；

所述专网网管平台，用于对所述专网核心网进行故障管理、性能管理、配置管理以及安全管理。

9.根据权利要求3-8任一所述的基于风机平台构建5G专网通信网络系统，其特征在于，所述电源系统包括第一直流配电系统和第二直流配电系统；

所述第一直流配电系统，与所述5G一体化大功率皮基站连接，用于将工频交流电转化为所述5G一体化大功率皮基站所使用的-48V直流电；

所述第二直流配电系统，与所述工业交换机连接，用于将工频交流电转化为所述工业交换机所使用的24V直流电。

10.根据权利要求9所述的基于风机平台构建的5G专网通信网络系统，其特征在于，所述工频交流电是风电企业业主提供的在风机、升压站的市电供电系统。