基於分布式基站池的電力光載無線通信系統及實現方法
2023-05-27 12:55:36 3
專利名稱：基於分布式基站池的電力光載無線通信系統及實現方法
技術領域：
本發明屬於電力通信領域，具體涉及基於分布式基站池的電力光載無線通信系統及實現方法。
背景技術：
智能電網建設經驗和建設成果表明，實現對輸、變、配等環節的關鍵設施、周邊環境等進行在線監測，是實現電網智能化的重要手段。選擇科學合理的通信技術是實現智能化的重要支撐。目前，在公網通信中開展了一系列的分布式基站系統建設工作，有效解決了信號覆蓋問題，提高了服務質量。但電力通信和公網通信存在一定的差別，比如，公網通信側重於移動式服務，而電力通信側重於固定式服務，公網的服務面向有人活動的地區，追求收入投入比最大化，而電網的很多設施尤其輸電設施一般都部署在人煙稀少的地區，以服務電力用戶為宗旨，另外，電網運行對電力通信的時延、安全、可靠性等方面要求更高，所以，將公網的建設思路直接照搬到電力專網通信中會存在一定問題。目前，分布式基站的主要表現形式是BBU+RRU，其主要原理就是將傳統基站的基帶部分和射頻部分分離開來，分為BBU和RRU兩個設備，其中BBU是基站基帶單元，負責基帶信號處理與傳輸，連接GPS時鐘，一般布置在中心機房等重要區域；RRU是遠端單元，負責射頻收發。BBU和RRU之間採用光纖進行連接，相對於傳統基站，具有部署方便靈活、佔地體積減少、資源合理共享以及平滑擴容升級等優點，目前在公網領域特別是3G通信模式中得到了廣泛的應用。但針對BBU處理能力有限、BBU與RRU之間的傳輸帶寬受限等因素影響，申請號為200710130360.3，發明名稱為《分布式基站、分布式基站的室內單元和室外單元》的專利中提出將分布式基站的物理層處理功能全部放在RRU中進行，使BBU與RRU之間傳輸的是未經編碼調製的信號，降低了傳輸速率的要求，降低了 BBU處理能力的要求，但是，對電力行業來說，RRU 一般部署的區域供電問題難以解決，比如在輸電桿塔上部署的RRU，基本都需要採用太陽能供電的方式，所以將物理層數據處理交予RRU處理，勢必會加快RRU能量消耗，不利於數據正常傳輸。申請號為200910079460.7，發明名稱為《一種負載均衡設備以及分布式基站系統及其通信方法》的專利中提出了一種用於分布式基站系統的負載均衡設備，相對於傳統的BBU+RRU的建設模式，該種模式提高了部署的靈活性，進一步提高了資源共享的水平，但是負載均衡設備是實現負載均衡的一個瓶頸，第一，需要考慮到設備的處理能力，第二、需要找到合適地方進行部署，第三、需要考慮設備的可靠性，第四、增添開發新的設備，增加建設成本，延長建設周期。且該種模式下只考慮網絡層面的轉發策略來達到負載均衡，沒有考慮無線前端及傳輸通道的負載均衡，綜合以上所述，負載均衡設備能實現局部的負載均衡，但在實現全局負載均衡方面還存在不足。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提出一種基於分布式基站池的電力光載無線通信系統及實現方法，在發揮傳統分布式基站優點的同時，充分利用電力系統已有通信資源，降低通信成本，適應智能電網網架結構，同時，從遠端單元側、傳輸通道側及基站池側三個方面實現基於認知的資源優化調度使用，達到全局負載均衡處理的目的，增加系統部署的靈活性同時不會造成系統建設成本的大幅增加。本發明提供的一種基於分布式基站池的電力光載無線通信系統，其改進之處在於，所述系統包括通過光網絡進行數據傳輸的N組基站池和M個射頻拉遠單元RRU。其中，所述基站池的劃分原則包括:將部署在一個行政區域的基帶處理單元BBU劃分為一個基站池；將部署在同一電壓等級的變電站內的基帶處理單元BBU劃分為一個基站池；或將部署在地理位置相距10公裡範圍內(且易於交互)的基帶處理單元BBU劃分為
一個基站池。其中，一組基站池包括Q個基帶處理單元BBU ；基站池內的Q個基帶處理單元BBU根據數據處理效能分為池頭和池內成員，池頭和池內成員之間通過光網絡進行通信。其中，所述池頭和池內成員根據數據處理效能自動更新，通過當前池頭和池內成員的信息交互，選擇在線數據處理效能最大的基帶處理單元BBU作為池頭。其中，計算所述處理效能的表達式如下:PP=wl*RBPC+w2*RIB ；式中，PP表示處理效能，RBPC表示剩餘基帶處理能力；RIB表示剩餘接口帶寬；wl和w2分別表示剩餘基帶處理能力的加權係數和剩餘接口帶寬的加權係數；剩餘基帶處理能力的加權係數wl和剩餘接口帶寬的加權係數w2能夠進行自適應調整，處理不同類型的數據。本發明基於另一目的提供的一種光載無線通信系統的實現方法，其改進之處在於，RRU將業務數據通過光網絡傳給基站池，進行通信時:光網絡檢測到不同射頻拉遠單元RRU的負載情況，根據負載大小進行自適應調整，為不同的射頻拉遠單元RRU分配不同的波分復用信道、波長、載波數量，實現動態的波分管理；N組基站池之間通信，根據數據處理效能確定基站池選擇處理的數據量大小，確定各自的數據業務後，基站池內的池頭根據池內成員的數據處理效能進行數據均衡處理；且N組基站池對信息進行融合處理並據此進行頻譜全局管理，進而動態調整帶寬、聚合可用頻譜，並根據認知結果調整基帶處理單元BBU所關聯的射頻拉遠單元RRU，實現無線側通信時的負載均衡。其中，N組基站池之間通信，根據數據處理效能確定基站池選擇處理的數據量大小，實現主動負載分流的步驟包括:I)基站池初始化:每個基站池的池頭髮送查詢命令給各個池內成員，池內成員反饋處理效能和地理位置信息，池頭收集信息並計算自身所在的基站池的處理效能；2)連接建立:不同基站池的池頭之間依託電力骨幹SDH/WDM網絡進行信息交互，交互的信息包括覆蓋範圍和處理效能，基站池之間建立分布式連接；3)主動處理:池頭之間根據交互的信息，選取數據處理效能最大的基站池作為首要處理基站池，當來自射頻拉遠單元RRU側的數據需要處理時，由所述首要處理基站池主動進行數據處理，其同一射頻拉遠單元RRU的數據由同一基站池處理；4)池內分配:進行數據處理的基站池的池頭根據處理的數據量以及池內成員的數據處理效能在池內進行處理任務的分配，池內成員接受任務並進行數據處理；5)效能更新:池內成員根據正在處理的數據量，周期性的更新數據處理效能，並反饋給基站池的池頭，由池頭計算整個基站池的處理效能，並與其他基站池的池頭之間進行周期性信息交互。其中，當池內成員出現故障、負載超量或位置變動不在基站池範圍時，由池頭進行清退並更新；當有新的池內成員加入基站池時，其與池頭進行信息交互，所述池頭決定是否允許新的成員加入。其中，新的池內成員加入基站池時，新的池內成員與基站池之間的通信步驟包括:A、新的BBU請求加入基站池A，向基站池A池頭髮送加入請求命令，池頭進行分析決策，作出判斷。接受加入的情況下，告知池頭的相關信息，包括池A編號、地理位置、周期匯報信息的時間周期等，拒絕加入的情況下，反饋拒絕的原因。B、新加入的基站需向A池池頭髮送自身的狀態信息，包括處理效能、地理位置等，池頭反饋確認信息，沒有接收到反饋確認信息的成員隔一段隨機時間繼續發送信息，直至收到反饋信息。其中，所述射頻拉遠單元RRU下行無線通信採用電力頻段230MHz進行通信。與現有技術比，本發明的有益效果為:本發明充分利用電力專用通信資源；該通信系統能夠充分利用電力系統擁有的專用通信資源，包括豐富的光纖資源和專用的230MHz無線資源，具有降低系統建設成本，縮短系統建設周期，保證系統服務質量等優勢。本發明基於認知的負載均衡、提高利用效率；基於分布式基站池的數據處理方法能夠充分利用空閒處理資源，提高資源的優化調度能力，優化負載的處理流程，基於認知的手段實現全局負載均衡，提高資源利用效率。本發明採用將BBU以池的形式劃分，能夠提高BBU的管理效率，實現資源的科學配置和合理利用，降低單BBU的配置需求，降低設備成本，防止因為單BBU突發故障導致通信系統擁疾，提聞容災能力。本發明通過光通信網絡改變了傳統BBU和RRU的固定連接關係，更適應於智能電網的通信網架結構，更有利於通信系統根據應用場景的現場條件進行靈活配置。
圖1為本發明提供的基於分布式基站池的電力光載無線通信系統拓撲圖。圖2為本發明提供的基於認知的負載均衡層次結構圖。圖3為本發明提供的基於分布式基站池的負載均衡的循環工作周期圖。
圖4為本發明提供的基站池信息交互圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。如圖1所示，本發明提出的基於分布式基站池的電力光載無線通信系統中，包括:適應電力系統應用環境的Q個(Q為正整數，Q大於等於2)電力基帶處理單元BBU、若干電力射頻拉遠單元RRU以及電力光通信網絡。系統可用於電力系統的發電、輸電、變電、配電及用電環節。BBU之間以一定拓撲結構形式組合形成基站池(也即BBU池)，池成員角色分池頭和池內成員兩種類型，並以分布式方式連接形成分布式基站池進行數據處理，基站池之間通過池頭進行信息交互實現分布式管理，單個基站池的劃分可以是將部署在一個行政區域的BBU劃分為一個基站池，可以將部署在同一電壓等級的變電站內的BBU劃分為一個基站池，也可以是將部署在地理位置相距10公裡範圍內且易於交互的BBU劃分為一個基站池。圖1中，BBU和RRU設備都是電力定製的專用工業級設備，能夠適應惡劣條件下的工作環境。目前，電力系統光纖資源非常豐富，為分布式基站系統在電力系統中的應用提供了有利的先決條件，BBU設備可以放置在市局機房、110/220KV變電站等防護比較完備、部署比較方便的地點，保障供電可靠、維護方便、運行環境適宜，原則上就近布放，而RRU需要根據不同環節的需求進行現場靈活布置。為充分利用電力專用資源，提高通信的可靠性，減少幹擾源的幹擾，RRU下行無線通信採用電力專用頻段230MHz進行通信。池頭和池內成員可以自動更新，當已選池頭的處理能力不足或因為故障原因無法繼續充當池頭角色時，基站池的池頭進入內部更新流程，通過信息交互，選擇在線的處理效能最大的BBU作為池頭，處理效能的影響因子包括剩餘基帶處理能力和剩餘接口帶寬，處理效能的定義如下:PP=wl*RBPC+w2*RIB ；式中，PP表不處理效能(Processing Performance), RBPC表不剩餘基帶處理能力(Residual Baseband Processing Capacity), RIB 表不剩餘接 口帶寬(ResidualInterface Bandwidth), wl,w2分別表示剩餘基帶處理能力和剩餘接口帶寬的加權係數,能夠自適應的進行調整，其目的是最優化利用剩餘資源，滿足不同業務需求。例如，對於剩餘基帶處理能力較大，但剩餘接口帶寬較小的BBU，可以處理實時性要求不高、待處理數據量大的業務數據，通過加權係數的調整，可以使該BBU優先處理這類數據。整個基站池的處理效能是基站池內各成員處理效能的累計和。池內成員出現故障無法工作或負載量超限或位置變動不在基站池範圍時由池頭進行清退更新，有新的池內成員加入基站池時，與池頭進行信息交互，池頭決定是否允許新的成員加入。本實施例提出的光載無線通信系統，其能夠實現基於認知的全局負載均衡，如圖2所示，包括基站池側均衡、傳輸通道側均衡以及遠端單元側均衡，實現均衡的手段包括業務認知、流量認知及環境認知。其中，業務認知是指能夠識別不同的業務類型(圖像、數據、視頻等)，進而主動為數據量大的業務選取剩餘處理效能大的基站池，數據量小的業務選取剩餘處理效能小的基站池，再由池頭進行池內均衡處理，縮短整體響應時間、提高整體響應速度、實現資源高效利用；流量認知是指能夠檢測到不同RRU的負載情況，進而根據負載大小進行自適應調整，為不同的RRU分配不同的波分復用信道、波長、載波數量，實現動態的波分管理，緩解負載過載壓力；環境認知是指應用認知無線電頻譜感知技術，對遠端單元側的可用頻譜帶寬、幹擾情況等參數進行感知，由基站池側對感知信息進行融合處理並據此進行頻譜全局管理，進而動態調整帶寬、聚合可用頻譜，充分利用空閒頻譜資源，分流傳輸數據，減緩傳輸壓力，也可以根據認知結果調整終端所關聯RRU，例如終端I關聯RRUl，而RRUl負載較大，同時RRU2負載較小，通過控制使終端I關聯RRU2，進而實現負載均衡。本實施例提出的通信系統利用基站池之間的信息交互，實現基站池側的主動負載分流，達到處理均衡的目的，如圖3所示，基站池側實現負載均衡的處理流程:I)基站池初始化:每個基站池的池頭髮送查詢命令給各個池內成員，池內成員反饋處理效能、地理位置等信息，池頭收集信息並計算整個基站池的處理效能；2)連接建立:不同基站池的池頭之間依託電力骨幹SDH/WDM網絡進行信息交互，交互的信息包括覆蓋範圍、處理效能等信息，基站池之間建立分布式連接；3)主動處理:池頭之間根據交互的信息，選取處理效能最大的基站池作為首要處理基站池，即當來自RRU側的數據需要處理時，首先由該基站池主動進行數據處理，為保證數據完整性，來自同一 RRU的數據交予同一基站處理；4)池內分配:進行數據處理的基站池的池頭根據處理的數據量以及池內成員的處理效能在池內進行處理任務的分配，池內成員接受任務並進行數據處理；5)效能更新:池內成員根據正在處理的數據量，周期性的更新處理效能，並反饋給基站池的池頭，由池頭計算整個基站池的處理效能，並與其他基站池的池頭之間進行周期性信息交互。基站池的內部信息交互管理也是發揮分布式基站池效能的重要部分，整個分布式基站池的信息交互流程如圖4所示，本實施例以基站池A和基站池B為例說明，主要包括以下步驟:①新的BBU請求加入基站池A，向基站池A池頭髮送加入請求命令，池頭進行分析決策，作出判斷。接受加入的情況下，告知池頭的相關信息，包括池A編號、地理位置、周期匯報信息的時間周期等，拒絕加入的情況下，反饋拒絕的原因。②新加入的基站需向A池池頭髮送自身的狀態信息，包括處理效能、地理位置等，池頭反饋確認信息，沒有接收到反饋確認信息的成員隔一段隨機時間繼續發送信息，直至收到反饋信息。③A池池頭計算基站池的整個處理效能，並與B池池頭進行信息交互，B池的池頭反饋交互結果，並將B池的處理效能等信息發送給A池池頭，完成一次兩池的雙向交互。④A池池內成員周期性反饋自身信息到A池池頭，發送周期由A池池頭定義，池頭
反饋信息。⑤若池A接收到處理任務，由池頭根據各成員的處理效能進行任務分配，池內成員反饋處理情況及剩餘處理效能等，如果能正常處理就執行命令處理，否則，由池頭進行重新分配處理。⑥A池池頭更新池內處理效能，與B池池頭進行信息交互，B池池頭反饋接收信息，若B池的處理效能出現變動，B池池頭將更新後的信息反饋給A池池頭。
⑦若池內成員希望退出基站池，向池頭髮送請求退出命令，池頭反饋處理結果，池頭也可以主動將池內成員清除。最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種基於分布式基站池的電力光載無線通信系統，其特徵在於，所述系統包括通過光網絡進行數據傳輸的N組基站池和M個射頻拉遠單元RRU。
2.如權利要求1所述的光載無線通信系統，其特徵在於，所述基站池的劃分原則包括: 將部署在一個行政區域的基帶處理單元BBU劃分為一個基站池； 將部署在同一電壓等級的變電站內的基帶處理單元BBU劃分為一個基站池；或 將部署在地理位置相距10公裡範圍的基帶處理單元BBU劃分為一個基站池。
3.如權利要求1或2所述的光載無線通信系統，其特徵在於，一組基站池包括Q個基帶處理單元BBU ； 基站池內的Q個基帶處理單元BBU根據數據處理效能分為池頭和池內成員，池頭和池內成員之間通過光網絡進行通信。
4.如權利要求3所述的光載無線通信系統，其特徵在於，所述池頭和池內成員根據數據處理效能自動更新，通過當前池頭和池內成員的信息交互，選擇在線數據處理效能最大的基帶處理單元BBU作為池頭。
5.如權利要求4所述的光載無線通信系統，其特徵在於，計算所述處理效能的表達式如下:PP=wl*RBPC+w2*RIB ； 式中，PP表示處理效能，RBPC表示剩餘基帶處理能力；RIB表示剩餘接口帶寬；wl和w2分別表示剩餘基帶處理能力的加權係數和剩餘接口帶寬的加權係數； 剩餘基帶處理能力的加權係數《I和剩餘接口帶寬的加權係數《2進行自適應調整，處理不同類型的數據。
6.一種光載無線通信系統的實現方法，其特徵在於，RRU將業務數據通過光網絡傳給基站池，進行通信時: 光網絡檢測到不同射頻拉遠單元RRU的負載情況，根據負載大小進行自適應調整，為不同的射頻拉遠單元RRU分配不同的波分復用信道、波長、載波數量，實現動態的波分管理； N組基站池之間通信，根據數據處理效能確定基站池選擇處理的數據量大小，確定各自的數據業務後，基站池內的池頭根據池內成員的數據處理效能進行數據均衡處理； 且N組基站池對信息進行融合處理並據此進行頻譜全局管理，進而動態調整帶寬、聚合可用頻譜，並根據認知結果調整基帶處理單元BBU所關聯的射頻拉遠單元RRU，實現無線側通信時的負載均衡。
7.如權利要求6所述的實現方法，其特徵在於，N組基站池之間通信，根據數據處理效能確定基站池選擇處理的數據量大小，實現主動負載分流的步驟包括: 1)基站池初始化:每個基站池的池頭髮送查詢命令給各個池內成員，池內成員反饋處理效能和地理位置信息，池頭收集信息並計算自身所在的基站池的處理效能； 2)連接建立:不同基站池的池頭之間依託電力骨幹SDH/WDM網絡進行信息交互，交互的信息包括覆蓋範圍和處理效能，基站池之間建立分布式連接； 3)主動處理:池頭之間根據交互的信息，選取數據處理效能最大的基站池作為首要處理基站池，當來自射頻拉遠單元RRU側的數據需要處理時，由所述首要處理基站池主動進行數據處理，其同一射頻拉遠單元RRU的數據由同一基站池處理；4)池內分配:進行數據處理的基站池的池頭根據處理的數據量以及池內成員的數據處理效能在池內進行處理任務的分配，池內成員接受任務並進行數據處理； 5)效能更新:池內成員根據正在處理的數據量，周期性的更新數據處理效能，並反饋給基站池的池頭，由池頭計算整個基站池的處理效能，並與其他基站池的池頭之間進行周期性信息交互。
8.如權利要求6所述的實現方法，其特徵在於，當池內成員出現故障、負載超量或位置變動不在基站池範圍時，由池頭進行清退並更新； 當有新的池內成員加入基站池時，其與池頭進行信息交互，所述池頭決定是否允許新的成員加入。
9.如權利要求8所述的實現方法，其特徵在於，新的池內成員加入基站池時，新的池內成員與基站池之間的通信步驟包括: ①、新的BBU請求加入基站池A，向基站池A池頭髮送加入請求命令，池頭進行分析決策，作出判斷。接受加入的情況下，告知池頭的相關信息，包括池A編號、地理位置、周期匯報信息的時間周期等，拒絕加入的情況下，反饋拒絕的原因。
②、新加入的基站需向A池池頭髮送自身的狀態信息，包括處理效能、地理位置等，池頭反饋確認信息，沒有接收到反饋確認信息的成員隔一段隨機時間繼續發送信息，直至收到反饋信息。
10.如權利要求6所述的光載無線通信系統，其特徵在於，所述射頻拉遠單元RRU下行無線通信採用電力頻段230MHz進 行通信。
全文摘要
本發明屬於電力通信領域，具體為一種基於分布式基站池的電力光載無線通信系統及實現方法。其系統包括通過光網絡相互通信的N組基站池和M個射頻拉遠單元RRU。本發明在發揮傳統分布式基站優點的同時，充分利用電力系統已有通信資源，降低通信成本，適應智能電網網架結構，同時，從遠端單元側、傳輸通道側及基站池側三個方面實現基於認知的資源優化調度使用，達到全局負載均衡處理的目的，增加系統部署的靈活性同時不會造成系統建設成本的大幅增加。
文檔編號H04B10/2575GK103209025SQ201310057938
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者姚繼明, 郭經紅, 梁雲, 李炳林, 張 浩, 劉世棟, 卜憲德, 田文鋒 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司