智能電網中基于QoS應急通信傳輸時隙分配系統和方法
【專利摘要】本發明提供一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統和方法，應用于智能電網中，包括：N個智能終端通過上行幀控制部分向數據中心申請數據時隙，用以傳輸上行數據部分，N為正整數；所述數據中心根據上行幀控制部分修改下行幀控制應答部分的長度，修改后，將下行數據部分反饋至每個智能終端；每個智能終端讀取所述下行幀控制應答部分，根據下行幀控制應答部分傳輸上行數據部分。智能終端可以通過上行幀向數據中心請求發送空間，數據中心通過下行幀對請求進行應答和管理。緊接情況下，智能終端可以利用幀頭控制部分向數據中心報警預示緊急狀態的發生。由智能電網自身特性出發，數據中心可以取消部分重復數據的發送，避免大量智能終端接入造成的數據擁塞。
【專利說明】智能電網中基于QoS應急通信傳輸時隙分配系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信【技術領域】，特別涉及一種智能電網中基于QoS (服務質量)應急通信傳輸時隙分配系統和方法。
【背景技術】
[0002]智能電網作為現代電力電網基礎設施，能夠通過自動化控制和現代通訊技術提高輸電效率，提高輸電網絡的可靠性和安全性，整合可再生能源和替代能源。在智能電網中，借住可靠、及時的通信手段能實現對電力系統的在線狀態監測、診斷和保護，從而在很大程度上緩解電網容量的限制，避免設備故障、自然事故和災難等。智能化和低成本的電網監控技術已經成為維護智能電網安全性、可靠性、高效率和正常運行必不可少的條件。
[0003]目前，智能電網通信的方式主要分為兩種，有線通信和無線通信。考慮到智能電網中大量基礎設備的分布廣泛，很多是在復雜的環境中部署，有線通信網絡可能無法滿足智能電網的覆蓋范圍和成本效益的要求。因而，未來智能電網的通信中無線通信技術有一定的優勢。在智能電網中，由用戶的智能電表向控制中心發送數據來實現功耗統計和實時監控，匯報自己的情況，同時，控制中心也可以根據收到的數據來對整個網絡進行調控，并且制定價格信息。無線通信和網絡技術在智能電網的中發揮了關鍵作用。
[0004]國家無線電管理委員會統一分配223MHz-231MHz頻段由電力系統進行電力負荷控制使用。230MHz電臺系統具有結構簡單，成本低廉，接入方便，可靠性強，用戶可編程，適應面廣等多種優點。目前已被多數電力公司作為電力大型專變用戶用電信息采集和監控所用。但230MHz無線專網也存在一些諸如傳輸速率低、實時性差、管理能力差、系統容量小、組網能力弱等缺點。例如230MHz無線通信網絡采用小容量大區制的覆蓋方式，一個基站覆蓋整個城市配電服務區，在大區制的無線通信系統中，系統的覆蓋范圍和容量都由設備性能直接決定。
[0005]在無線通信系統的隨機接入過程中最常使用的方式是載波偵聽/沖突檢測方式。在這種方式中，想要傳輸信息的智能電表會先發送一個報頭來申請信道資源。數據收集器會根據情況分配該智能電表一個信道資源。當很多設備同時向數據收集器發送申請報頭，沒有申請到信道的設備會隨機延遲一個時間重新申請。但若某一地域發生突發狀況，比如火災、洪水等等，很多用戶會經歷相同的突發狀況，這些用戶會同時向數據收集去發送突發狀況信息，這時由于要求接入的設備數目太大，設備就會因為一直延遲而不能接入。從而造成資源的極大浪費。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統和方法，以解決現有技術在發生緊急狀況時，由于要求接入的設備數目太大，設備因為一直延遲而不能接入，從而造成資源的極大浪費的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，包括:
[0008]一個數據中心和N個智能終端，N為正整數；
[0009]所述智能終端通過上行幀將上行數據信息傳輸至所述數據中心，所述數據中心通過下行幀將下行數據信息反饋至所述智能終端；其中，
[0010]所述上行幀包括控制部分和上行數據部分，所述下行幀包括控制應答部分和下行數據部分，所述控制部分與所述控制應答部分相對應。
[0011]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統中，所述控制部分由X個小時隙組成，每個小時隙包括M bit數據，X、M為正整數。
[0012]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統中，所述控制應答部分的構成、長度和大小與所述控制部分相同。
[0013]優選的，在所述的應急通信傳輸時隙分配系統中，所述小時隙與所述智能終端一一對應，一個智能終端的信息狀態由組成每個小時隙的M bit數據反映。
[0014]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統中，所述信息狀態包括緊急數據、短時期數據和周期數據中的一種或多種。
[0015]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統中，所述數據中心通過下行幀以廣播的形式將下行數據信息反饋至所述智能終端。
[0016]同時，本發明還提供一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法，使用所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，包括:
[0017]N個智能終端通過上行幀控制部分向數據中心申請數據時隙，用以傳輸上行數據部分，N為正整數；
[0018]所述數據中心根據上行幀控制部分修改所述下行幀控制應答部分的長度，修改后，將下行數據部分反饋至每個智能終端；
[0019]每個智能終端讀取所述下行幀控制應答部分，根據所述下行幀控制應答部分傳輸上行數據部分。
[0020]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法中，所述上行幀控制部分由X個小時隙組成，每個小時隙包括M bit數據；所述小時隙與所述智能終端一一對應，一個智能終端的信息狀態由組成每個小時隙的Mbit數據反映，X、M為正整數；
[0021]在N個智能終端通過上行幀控制部分向數據中心申請數據時隙，用以傳輸上行數據部分的步驟中，N個智能終端通過向數據中心反饋信息狀態，來申請相應的數據時隙傳輸上行數據部分。
[0022]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法中，所述信息狀態包括緊急數據、短時期數據和周期數據中的一種或多種。
[0023]優選的，在所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法中，將下行數據部分反饋至每個智能終端的步驟中，所述數據中心以廣播的形式將下行數據部分反饋至所述數據中心。
[0024]本發明提供的一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統和方法，具有以下有益效果:智能終端可以通過上行幀向數據中心請求發送空間，數據中心通過下行幀對請求進行應答和管理。緊接情況下，智能終端可以利用幀頭控制部分向數據中心報警預示緊急狀態的發生。由智能電網自身特性出發，數據中心可以取消部分重復數據的發送，避免大量智能終端接入造成的數據擁塞。數據中心可以調節上行幀長度，并通過下行幀廣播對智能終端請求應答，以保證系統的QoS (服務質量)要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統的示意圖；
[0026]圖2是本發明的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統的上行幀示意圖；
[0027]圖3是本發明的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統的下行幀示意圖；
[0028]圖4是本發明的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法的示意圖。【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統和方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0030]在智能電網的無線通信模型中，主要有兩部分數據傳輸，一部分為數據中心(基站)與智能終端之間的通信，另一部分為數據收集器與智能電表之間的通信。為了防止兩部分相互干擾，兩者所使用的頻段互不重疊。在本實施例中，著重說明數據中心與智能終端之間的相互通信過程。
[0031]如圖1所示，本發明提供一種智能電網中基于QoS (服務質量)應急通信傳輸時隙分配系統，包括:
[0032]一個數據中心11和N個智能終端12，N為正整數；
[0033]在智能電網中，上行信道是由智能終端12到數據中心11傳輸的信道，下行信道是由數據中心11到智能終端12傳輸的信道。下行信道是以廣播的方式發送消息，數據中心11作為發送端向智能終端12廣播數據信息，其信道利用率很高。因此，本發明重點設計上行信道上。智能電網中的無線通信有很多其他無線通信系統所沒有的特點，比如需要通信的設備的地理位置都是固定的，通信設備的數目是不變并且可知的，發送信息的大小和頻率是有規律的，所以可以在這個過程中使用比較固定的幀結構來傳輸上行信息。
[0034]因此，在本發明中，所述智能終端12通過上行幀將上行數據信息傳輸至所述數據中心11，所述數據中心11通過下行幀將下行數據信息反饋至所述智能終端12 ；
[0035]進一步的，如圖2所示，所述上行幀包括兩個部分，是控制部分21和上行數據部分22 ;其中，所述控制部分21由X個小時隙211組成，每個小時隙211包括M bit數據，X、M為正整數。所述上行數據部分22由若干個子數據部分221組成，用以傳輸具體數據。
[0036]進一步的，在本發明中，N個智能終端與X個小時隙211——對應，也就是說N=X，每個智能終端的信息狀態由對應的小時隙211的M bit數據反映，一共有2M種信息狀態，所述信息狀態包括緊急數據、短時期數據和周期數據中的一種或多種，但本發明也不僅限于上述的信息狀態。
[0037]智能終端一方面收集用電信息等數據，周期性發送至數據中心，另一方面對整個網絡的運行進行監控，一旦發生突發緊急事件能及時將緊急信息反饋至數據中心。對于智能終端采集的數據可以分成多個QoS級別。緊急數據對于延時要求高，需要及時準確地反饋至數據中心,其QoS要求高。周期性信息則對延時不敏感,其傳輸時延長，QoS要求低。
[0038]進一步的，如圖3所示，所述下行幀包括兩個部分，是控制應答部分31和下行數據部分32，其中，所述控制應答部分31與所述上行幀的控制應答部分相對應，其是控制應答部分的響應，因此，所述控制應答部分31的構成、長度和大小與所述控制部分相同。所述下行數據部分32也由若干個子數據部分321組成，用以傳輸具體數據。
[0039]相應的，如圖4所示，本發明還提供一種智能電網中基于QoS (服務質量)應急通信傳輸時隙分配方法，使用所述的智能電網中基于QoS (服務質量)應急通信傳輸時隙分配系統，
[0040]步驟一:第K個時刻時，N個智能終端通過上行幀控制部分向數據中心申請數據時隙，用以傳輸上行數據部分，N為正整數；
[0041]具體的，緊急情況發生時(例如火災、洪水、傳輸線路故障等)，可能會有大量智能終端同時請求發送數據，這時就可能導致資源的極大浪費。在本發明中，每個智能終端的信息狀態由對應的小時隙的M bit數據反映，一共有2M種信息狀態，N個智能終端通過向數據中心反饋信息狀態，來申請相應的數據時隙傳輸上行數據部分。當大量智能終端同時請求一類緊急業務時，數據中心可以及時獲取緊急業務類型，并在下一時刻向指定智能終端收集緊急業務數據，而取消同類其它終端發送數據的權利，從而保障整個系統的延時要求。當很多智能終端同時向數據中心請求發送同種緊急信息時，只要有一個智能終端通過預留的時隙向數據中心發送緊急信息成功，數據中心收到信息后修改下行幀的控制應答部分，就可以阻止其他的智能終端再發送同樣的信息，這樣就極大地提高了數據傳輸效率。
[0042]在本發明中，所述信息狀態包括緊急數據、短時期數據和周期數據中的一種或多種。但本發明也不僅限于上述的信息狀態。
·[0043]步驟二:所述數據中心根據上行幀控制部分修改所述下行幀控制應答部分的長度，修改后，將下行數據部分反饋至每個智能終端；
[0044]具體的，由于每次數據傳輸都要由智能終端申請，并且經數據中心修改分配時隙給智能終端后才能傳輸，所以消息的及時性會受到很大的影響。但是智能電網通信不同于一般的移動通信，具有自己本身的一些特征，比如智能終端數目的可知性，傳輸次數及時間的可規劃性等等。因此，可以根據這些特性來制定一些策略減少延遲。在每次傳輸過程中，數據中心通過對下行幀控制應答部分的修改來控制下一時隙上行幀的長度，再以廣播的形式傳輸至智能終端。考慮到智能電網數據收集網絡中，上行數據量大，下行廣播數據小，通過對上行幀長度的控制可以有效減少數據傳輸時延。
[0045]步驟三:每個智能終端讀取所述下行幀控制應答部分，根據所述下行幀控制應答部分，在K+1個時刻時傳輸相應的上行數據部分。
[0046]【實施例1】
[0047]本實施例以10個智能終端、小時隙有2bit為例說明，即N=10，M=2。表1給出每種智能終端的信息狀態對應的實際狀況和需要的信息傳輸空間。M=2，則有4種信息狀態。
[0048]
【權利要求】
1.一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統,其特征在于,包括:一個數據中心和N個智能終端，N為正整數； 所述智能終端通過上行幀將上行數據信息傳輸至所述數據中心，所述數據中心通過下行幀將下行數據信息反饋至所述智能終端；其中， 所述上行幀包括控制部分和上行數據部分，所述下行幀包括控制應答部分和下行數據部分，所述控制部分與所述控制應答部分相對應。
2.如權利要求1所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，其特征在于，所述控制部分由X個小時隙組成，每個小時隙包括M bit數據，X、M為正整數。
3.如權利要求2所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，其特征在于，所述控制應答部分的構成、長度和大小與所述控制部分相同。
4.如權利要求2所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，其特征在于，所述小時隙與所述智能終端一一對應，一個智能終端的信息狀態由組成每個小時隙的M bit數據反映。
5.如權利要求4所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，其特征在于，所述信息狀態包括緊急數據、短時期數據和周期數據中的一種或多種。
6.如權利要求1所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，其特征在于，所述數據中心通過下行幀以廣播的形式將下行數據信息反饋至所述智能終端。
7.一種智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法，使用如權利要求1所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配系統，其特征在于，包括: N個智能終端通過上行幀控制部分向數據中心申請數據時隙，用以傳輸上行數據部分，N為正整數； 所述數據中心根據上行幀控制部分修改所述下行幀控制應答部分的長度，修改后，將下行數據部分反饋至每個智能終端； 每個智能終端讀取所述下行幀控制應答部分，根據所述下行幀控制應答部分傳輸上行數據部分。
8.如權利要求7所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法，其特征在于，所述上行幀控制部分由X個小時隙組成，每個小時隙包括M bit數據；所述小時隙與所述智能終端一一對應，一個智能終端的信息狀態由組成每個小時隙的M bit數據反映，X、M為正整數； 在N個智能終端通過上行幀控制部分向數據中心申請數據時隙，用以傳輸上行數據部分的步驟中，N個智能終端通過向數據中心反饋信息狀態，來申請相應的數據時隙傳輸上行數據部分。
9.如權利要求8所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法，其特征在于，所述信息狀態包括緊急數據、短時期數據和周期數據中的一種或多種。
10.如權利要求7所述的智能電網中基于服務質量應急通信傳輸時隙分配方法，其特征在于，將下行數據部分反饋至每個智能終端的步驟中，所述數據中心以廣播的形式將下行數據部分反饋至所述智能終端。
【文檔編號】H04W48/06GK103687024SQ201310681510
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】譚沖, 吳亦衎, 俞凱, 馬林, 郭經紅, 卜智勇 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所, 國網電力科學研究院, 中國電力科學研究院