一种海量配用电数据分级接入方法技术

本发明专利技术涉及一种海量配用电数据分级接入方法，采用2个连续接入子帧作为随机接入的冲突判决依据，每个子帧根据基站广播信息的前导序列资源池选择前导序列，增加了可采用的前导序列集合，有效降低海量配用电业务随机接入碰撞的概率，提高海量业务并发接入率；改善了传统的LTE随机接入方法可支持的并发接入率低，在智能电网配用电业务海量并发接入场景，会带来延时、阻塞、包丢失等问题。基站根据不同等级业务的接入需求，分配现有的前导序列资源池至不同等级业务，避免不同优先级业务之间发生接入冲突，有效地保护高优先级业务接入率。且本发明专利技术提出了前导序列资源池配置传送机制，简单可行，可操作性强。

A Hierarchical Access Method for Massive Power Distribution Data

【技术实现步骤摘要】
一种海量配用电数据分级接入方法
本专利技术涉及数据接入的
，特别涉及一种海量配用电数据分级接入方法。
技术介绍
目前，在智能电网中，可以通过电力无线宽带专网传输的业务终端有配网自动化终端、计量自动化终端、电动汽车充电桩、新能源接入终端等。这类终端种类繁多，数据传输的特点是：单次传输数据量小，接入特别频繁，接入终端数量巨大。因此，统称这类电力专用终端为M2M(Machine-to-Machine)设备。LTE系统上行链路随机接入过程采用非同步的接入方式，即在终端还未获得上行时间同步或丧失同步时，用于eNodeB估计、调整UE上行发射时钟的过程，这个过程也同时用于UE向eNodeB请求资源分配。eNodeB响应UE的非同步随机接入尝试，向UE发送时间信息来调整上行链路发送定时，并分配所传送数据或控制信令的上行链路资源，而且定时信息和上行数据资源分配也可以组合在一起发送到UE。随机接入过程有两种模式：①基于竞争的随机接入，所有设备竞争性地接入基站，碰撞不可避免，因此这种方式适用于可以容忍延时的接入请求；②无竞争的随机接入，基站预留一部分资源用于必须具有高接入率的场景，比如切换。M2M设备试图通过电力无线专网上传数据的首要步骤是发起随机接入请求，在与基站达成一致并获得无线资源之后才能进行数据传输，M2M设备随机接入方式是竞争接入。在LTE系统中，每个小区中有64个可用的前导序列，对于基于竞争的随机接入过程来说，UE随机选择一个前导序列向网络侧发起随机接入过程，因此如若同一时刻多个UE使用同一个前导序列发起随机接入过程，就会发生冲突，有可能导致接入失败。而无竞争的随机接入使用eNodeB所分配的前导序列发起随机接入过程，故接入成功率较高。但考虑到仅在切换或有下行数据发送两个场景下，eNodeB能够事先知道UE需要发起随机接入过程，所以仅在这两个场景可以使用无竞争的随机接入，对于其他应用场景，只能使用基于竞争的随机接入。在具体讨论LTE系统随机接入之前，有必要介绍下随机接入信道。基站不间断地广播接入信道参数，待接入的M2M设备可以从广播信道中获取随机接入信道的频率及时间周期。通常来说，随机接入信道占用1.08MHz频谱，对应于6个资源块，这也是最低的LTE带宽配置；时域上，随机接入信道是周期性的子帧，LTE规定了64种周期分布，通过广播的系统信息中的“物理层随机接入配置索引”来规定。由于随机接入信道占用上行带宽，因此，有必要根据当前传输负荷情况来配置索引参数，以权衡接入和传输的相互制约。竞争性的随机接入流程包括了基站与终端的四次信息握手，如图1所示。只有四次握手完成，该接入请求才顺利完成。下面对四次握手简单阐述：MSG1：前导序列传输。基站通过广播系统信息告知所有终端随机接入信道参数及可用于竞争接入的前导序列集合。待接入的M2M设备确定接入信道之后，在前导序列集合中随机选择一个序列传输。LTE协议规定了共有64钟前导序列可供使用，其中预留一部分序列用于非竞争接入。前导序列两两之间是相互正交的，基站可以在上行接收端区分不同的序列接入，因此，多个M2M设备在相同的接入信道时隙内，选用不同的前导序列并不存在冲突。根据小区覆盖半径的大小，前导序列的时域长度可以调整(1-3ms)。3GPP协议规定M2M设备在发射MSG1之后3个子帧(3ms)时间窗等待基站回复MSG2，该时间窗参数通过基站广播的系统信息获取，范围为2-10ms。MSG2：随机接入反馈。基站完成前导序列解码之后，根据序列发射的时隙，计算出网络临时标识(RA-RNTI)。随机接入反馈信息通过物理下行共享信道传输，包含如下数据：1.对前导序列解码的确认ACK信号；2.上行信道时间同步调整指令；3.用于MSG3传输的上行无线资源分配；4.网络临时标识(RA-RNTI)，不同的序列及时隙对应不同的RA-RNTI；5.退避时间参数，用于接入失败之后退避时间选择。在本阶段，两个M2M设备选择相同的前导序列在同一时隙发送请求，基站可以根据到达时刻的差异发现冲突，放弃MSG2的发送。当这个两个设备距离基站距离差异不大时，达到时延差很小，两个信号在基站接收端叠加，无法检测出冲突，将会导致MSG3出现冲突。MSG3：连接请求。M2M设备通过MSG2中分频的资源采用自动混合重传机制发送连接请求。请求信号中包含了每个M2M设备的唯一标识符(C-RNTI)。多个设备占用相同信道必然会带来冲突，只有通过多次重传才能完成MSG3的正确接收。MSG4：冲突解决。M2M接收到正确的冲突解决信令标识接入成功，否则，接入失败，退避一段时间后重新发起MSG1请求。当接入失败次数到达一定次数(基站广播信令配置该参数)之后，蜂窝网络不可用，并把该信息发送至上层应用。LTE协议规定的随机接入实质上属于分时隙ALOHA类型，即终端有数据要发送就启动接入请求，众多的终端同时接入产生冲突从而造成帧的破坏，各个终端根据反馈信令判断是否接入成功，如果接入失败则可以等待一段随机时长后重发该帧。3GPP组织已经开展对随机接入局限性的研究[1][2]，系统模型假设随机接入的周期为5ms，即1s内可以启动200次接入，在64个前导序列中，10个预留给非竞争接入，剩余54个用于竞争接入。在这种假设下，1s内可以允许10,800个前导序列接入，对于目前电力M2M业务部署情况是完全可以满足的，但是这个数量是不存在冲突情况下的最大容量。由于前导序列相同带来的冲突及采用的规避延时重传，实际的接入容量要远远低于最大容量。在电力无线专网的实际场景中，有很多种情况，接入性能要受到LTE随机接入流程带来的不利影响。比如，在断电恢复之后，所有设备起电开始接入到网络中；计量终端定时(比如以5分钟为周期)上传用电数据。如果接入终端的数量是已知的，我们可以预先设定一种最优的排队接入方式，但是实际情况中，不确定数量的业务只能通过随机接入流程来完成接入。因此，在智能电网的特定的应用场景中，海量的并发接入带来了阻塞、延时、功耗等问题。
技术实现思路
本专利技术为解决上述的一种或多种不足，提供一种海量配用电数据分级接入方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种海量配用电数据分级接入方法，所述的分级接入方法的随机接入流程包括：基站与终端之间进行系统信息和前导序列资源池分配信息握手以及基站与终端的四次信息握手；所述的四次信息握手如下：MSG1：前导序列传输；基站通过广播系统信息告知所有终端随机接入信道参数及可用于竞争接入的前导序列集合，以及不同级别业务的前导序列资源池；待接入的M2M设备确定接入信道之后，在前导序列集合中随机选择2个序列(2个接入子帧)传输；根据小区覆盖半径的大小，前导序列的时域长度可以调整(1-3ms)；3GPP协议规定M2M设备在发射MSG1之后3个子帧(3ms)时间窗等待基站回复MSG2，该时间窗参数通过基站广播的系统信息获取，范围为2-10ms；MSG2：随机接入反馈；基站完成前导序列解码之后，根据序列发射的时隙，计算出网络临时标识(RA-RNTI)；随机接入反馈信息通过物理下行共享信道传输，包含如下数据：1.对前导序列解码的确认ACK信号；2.上行信道时间同步调整指令；3.用于MSG3传输的上行无线资源分配；4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海量配用电数据分级接入方法，其特征在于：所述的分级接入方法的随机接入流程包括：基站与终端之间进行系统信息和前导序列资源池分配信息握手以及基站与终端的四次信息握手；所述的四次信息握手如下：MSG1：前导序列传输；基站通过广播系统信息告知所有终端随机接入信道参数及可用于竞争接入的前导序列集合，以及不同级别业务的前导序列资源池；待接入的M2M设备确定接入信道之后，在前导序列集合中随机选择2个序列(2个接入子帧)传输；根据小区覆盖半径的大小，前导序列的时域长度可以调整(1‑3ms)；3GPP协议规定M2M设备在发射MSG1之后3个子帧(3ms)时间窗等待基站回复MSG2，该时间窗参数通过基站广播的系统信息获取，范围为2‑10ms；MSG2：随机接入反馈；基站完成前导序列解码之后，根据序列发射的时隙，计算出网络临时标识(RA‑RNTI)；随机接入反馈信息通过物理下行共享信道传输，包含如下数据：1.对前导序列解码的确认ACK信号；2.上行信道时间同步调整指令；3.用于MSG3传输的上行无线资源分配；4.网络临时标识(RA‑RNTI)，不同的序列及时隙对应不同的RA‑RNTI；5.退避时间参数，用于接入失败之后退避时间选择；在本阶段，两个M2M设备选择相同的前导序列在同一时隙发送请求，基站可以根据到达时刻的差异发现冲突，放弃MSG2的发送；当这个两个设备距离基站距离差异不大时，达到时延差很小，两个信号在基站接收端叠加，无法检测出冲突，将会导致MSG3出现冲突；MSG3：连接请求；M2M设备通过MSG2中分频的资源采用自动混合重传机制发送连接请求；请求信号中包含了每个M2M设备的唯一标识符(C‑RNTI)；多个设备占用相同信道必然会带来冲突，只有通过多次重传才能完成MSG3的正确接收；MSG4：冲突解决；M2M接收到正确的冲突解决信令标识接入成功，否则，接入失败，退避一段时间后重新发起MSG1请求；当接入失败次数到达一定次数(基站广播信令配置该参数)之后，蜂窝网络不可用，并把该信息发送至上层应用。...

【技术特征摘要】
1.一种海量配用电数据分级接入方法，其特征在于：所述的分级接入方法的随机接入流程包括：基站与终端之间进行系统信息和前导序列资源池分配信息握手以及基站与终端的四次信息握手；所述的四次信息握手如下：MSG1：前导序列传输；基站通过广播系统信息告知所有终端随机接入信道参数及可用于竞争接入的前导序列集合，以及不同级别业务的前导序列资源池；待接入的M2M设备确定接入信道之后，在前导序列集合中随机选择2个序列(2个接入子帧)传输；根据小区覆盖半径的大小，前导序列的时域长度可以调整(1-3ms)；3GPP协议规定M2M设备在发射MSG1之后3个子帧(3ms)时间窗等待基站回复MSG2，该时间窗参数通过基站广播的系统信息获取，范围为2-10ms；MSG2：随机接入反馈；基站完成前导序列解码之后，根据序列发射的时隙，计算出网络临时标识(RA-RNTI)；随机接入反馈信息通过物理下行共享信道传输，包含如下数据：1.对前导序列解码的确认ACK信号；2.上行信道时间同步调整指令；3.用于MSG3传输的上行无线资源分配；4.网络临时标识(RA-RNTI)，不同的序列及时隙对应不同的RA-RNTI；5.退避时间参数，用于接入失败之后退避时间选择；在本阶段，两个M2M设备选择相同的前导序列在同一时隙发送请求，基站可以根据到达时刻的差异发现冲突，放弃MSG2的发送；当这个两个设备距离基站距离差异不大时，达到时延差很小，两个信号在基站接收端叠加，无法检测出冲突，将会导致MSG3出现冲突；MSG3：连接请求；M2M设备通过MSG2中分频的资源采用自动混合重传机制发送连接请求；请求信号中包含了每个M2M设备的唯一标识符(C-RNTI)；多个设备占用相同信道必然会带来冲突，只有通过多次重传才能完成MSG3的正确接收；MSG4：冲突解决；M2M接收到正确的冲突解决信令标识接入成功，否则，接入失败，退避一段时间后重新发起MSG1请求；当接入失败次数到达一定次数(基站广播信令配置该参数)之后，蜂窝网络不可用，并把该信息发送至上层应用。2.根据权利要求1所述的海量配用电数据分级接入方法，其特征在于：所述的基站与终端之间进行系统信息和前导序列资源池分配信息握手具体如下：前导序列资源池设置如下：令可使用与竞争接入的前导序列个数为N(N小于等于64)，两个连续接入子帧可以选择的前导序列资源池的个数为N×N，即同时并发的M2M终端接入数量；两个连续接入子帧可以选择的前导序列资源池可以表示为：Ω＝{(i,j)|0≤i,j<N}(1)其中前导序列索引为i,j，满足0≤i,j<N；电力无线专网基站预选对现有业务进行分级，这里考虑配电自动化业务和计量自动化业务，即分为两个级别：配电自动化业务为级别1，计量自动化业务为级别2；级别1和级别2可选择的前导序列资源池分别为Ω1和Ω2，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东,44