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摘要：电力无线专网是全业务泛在电力物联网的重要支撑，国家电网公司积极研究提高电力无线专网可靠性、降低网络建设成本的方法。
关键词：电力无线专网;多频段;核心网
引言
在无线传感器网络中，许多具有通信和信息处理能力的传感器节点通过无线的方式组网连接，通过相互协作共同完成对目标信息的采集和监测，并执行用户设定的相关任务。这种网络能够实时感知传感器节点分布区域内的各种监测对象的信息，并将信息传递给远端用户。无线传感器网络可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域（如受到污染的地区、环境险恶的地区和敌人占领的地区）和一些临时场合（如发生自然灾害时）等。如今，在军事、农业、工业、智能家居、安全、空间探测、环境监测和医疗卫生等应用领域，无线传感器网络有着传统网络无法比拟的技术优势，有着巨大的理论研究价值和实际应用价值。在实际应用中，各个传感器网络所使用的频段不一定相同，如何统一协调和管理各个不同频段的子网成为必需解决的问题。
1多频段无线通信系统
不同无线频段的差别由于电磁波在自由空间路径损耗与频率相关，频率越高损耗越大，低频段具有覆盖距离远，绕射能力强等特点，采用低频段建设无线网络可以大幅减少投资，因此低频段一直是通信行业的黄金频段。选用覆盖能力强的基站可以减小单位面积上基站的数量，甚至仅依靠国网现有的变电站、营业厅、供电局大楼就可以完成整个网络的建设，从而减少了站址选择的困难，以及站址维护的资金投入。无线覆盖模型是根据实测数据建立的模型，依据行业标准，1500MHz以下低频段系统使用Okumu-ra-Hata模型进行覆盖计算，1500MHz以上低频段系统使用Cost231-Hata模型进行覆盖计算。虽然1800MHz频段覆盖面积较小，但是该频段可以连续使用5MHz或者10MHz信道带宽，能够提供高速数据传输，满足应急视频、变电站巡检机器人视频传输需求。无线网络建设中可以考虑使用LTE230与LTE1800混合组网，既使用230MHz网络实现低投入的全面覆盖，同时对局部区域使用1800MHz网络实现热点覆盖。如果混合组网中对相应设备进行一体化融合设计，可以有效降低网络建设成本和简化网络复杂度。
2基于融合核心网组网方式
本研究针对LTE中关键网元EPC进行创新设计，融合230MHz与1800MHz双频段的信令和数据处理于一体，同时支持230MHz频段与1800MHz频段的无线基站系统。实现LTE230和LTE1800的EPC融合后，EPC同操作维护中心以及基站之间的传输网络仅需要配置一套，此方案体现几个优势：①有效降低数据的处理与交互时延，提高智能电网终端控制时效;②简化结构，降低了前期网络设计以及后期运行维护的复杂度;③降低了网络建设成本，具有大范围推广的意义。
3协同策略
3.1F频段和D频段协同覆盖方式的分析研究
首先是协同重复覆盖，也叫做主流场景，这种模式主要是适用在F频段和D频段共站址的情况下，需要对两个频段的覆盖范围进行一定的修改，保证两者之间的覆盖范围相同。对于该覆盖方式，其主要是为了满足当前的国际漫游需求，通过多载频来实现对不同覆盖方式的数据需求，同时能够减少覆盖区域中的盲点，保证国际漫游业务的需要。然后是协同插花覆盖，这种模式中的F频段和D频段之间是相互独立的，两者共同协作对某一区域进行覆盖。对于这种覆盖方式，其主要是使用在F频段和D频段之间没有共同频率的情况，避免两者之间出现相互干扰。
3.2F频段和D频段协同覆盖方案的选择
根据对当前我国TD-LTE网络的实际情况进行研究，发现充电覆盖的组网方式是最优的选择，在该运行模式的初期，主要是将两种频段进行全方位的室外覆盖，然后根据不同客户的业务需求采用不同的多载波扩容，这样能够在节约成本的基础上满足不同用户对网络扩容的需求。在未来的LTE网络中，主要是两种网络方案，一种是对室外频段进行覆盖，另一种则是对热点区域的容量进行扩充，满足用户的网络需求。
3.3F频段和D频段的协同建设方式
LTE网络业务较多的区域选择站址是非常困难的，假如需要对D频段的站点进行增加，往往会造成大量的成本浪费，且对于原有设备的升级造成一定的困难，因此，对于这种情况可以选择F频段和D频段两种频段协同建设的方式来改善，这样能够大大降低建设成本。
4融合核心网的实现方案
4.1总体设计
融合EPC将双频段EPC功能集成在统一的硬件平台上，软件协议基于标准LTE协议进行增强，并针对电力业务特色深度优化。融合EPC的主要功能包括移动性管理、业务数据管理、业务信令管理、流量控制、系统资源管理功能等。
4.2硬件设计
硬件平台基于开放的ATCA（AdvancedTelecomComputingArchitecture，先进的电信计算平台）架构设计，可解决电信系统主要面临的扩展问题、可管理性问题以及可互操作问题，机框内高性能刀片服务器可以独立定义，分别承载LTE230和LTE1800业务数据和控制信令。
4.3软件设计
4.3.1软件架构设计
软件系统架构实现分为三个层面：操作系统和驱动程序层、通用软件平台层、应用软件层。这种设计的突出优点在于：通过模块的叠加可以实现系统处理能力、系统容量以及接口数量、类型的扩展;这种结构也很适合未来新技术、功能更强大的处理器的引入，有很好的移植性，同時软件的移植性得到保障，可实现业务不间断在线升级。
4.3.2软件实现方案
软件代码引入控制分离软件模块，增强双频段基站不同交互信令的甄别能力，总体思路如下：①230MHz与1800MHz核心网实现的MME功能、SGW/PGW采用独立协议栈;②SGW/PGW增加区分UE（UserEquipment，用户设备）的控制分离机制，进行不同的协议栈分支处理;③不同制式的UE和eNB（enhancedNodeB，演进型基站）在接入时进行区分识别，对不同制式UE和eNB的处理采用独立逻辑分支，不同制式通过接入控制分离模块对信令接入消息到不同的协议栈处理模块;④路由传输控制模块，上行业务数据在不同制式UE、eNB下将数据发送到不同制式的协议栈，完成S-P/GW传输分离;下行业务数据通过路由控制模块发送到不同的S-P/GW，再发送到对应的UE。
结语
参考文献
[1]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]I.F.Akyildiz，W.Su，Y.Sankarasubramaniam，etal.Wirelesssensornetworks：asurvey[J].Communi-cationsMagazine，IEEE，2002.
[3]TianHe，etal.VigilNet：AnIntegratedSensorNet-workSystemforEnergy-EfficientSurveillance.ACMTrans.SensorNetworks，2006.
[4]李哓维，徐勇军，任丰原.无线传感器网络技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.
[5]黄飞泉，曾诚，赖晓彬，等. LTE FDD 网络空口随机接入容量评估与优化思路探讨[J]. 电信科学，2014，30（S1）：52 -56.
关键词：电力无线专网;多频段;核心网
引言
在无线传感器网络中，许多具有通信和信息处理能力的传感器节点通过无线的方式组网连接，通过相互协作共同完成对目标信息的采集和监测，并执行用户设定的相关任务。这种网络能够实时感知传感器节点分布区域内的各种监测对象的信息，并将信息传递给远端用户。无线传感器网络可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域（如受到污染的地区、环境险恶的地区和敌人占领的地区）和一些临时场合（如发生自然灾害时）等。如今，在军事、农业、工业、智能家居、安全、空间探测、环境监测和医疗卫生等应用领域，无线传感器网络有着传统网络无法比拟的技术优势，有着巨大的理论研究价值和实际应用价值。在实际应用中，各个传感器网络所使用的频段不一定相同，如何统一协调和管理各个不同频段的子网成为必需解决的问题。
1多频段无线通信系统
不同无线频段的差别由于电磁波在自由空间路径损耗与频率相关，频率越高损耗越大，低频段具有覆盖距离远，绕射能力强等特点，采用低频段建设无线网络可以大幅减少投资，因此低频段一直是通信行业的黄金频段。选用覆盖能力强的基站可以减小单位面积上基站的数量，甚至仅依靠国网现有的变电站、营业厅、供电局大楼就可以完成整个网络的建设，从而减少了站址选择的困难，以及站址维护的资金投入。无线覆盖模型是根据实测数据建立的模型，依据行业标准，1500MHz以下低频段系统使用Okumu-ra-Hata模型进行覆盖计算，1500MHz以上低频段系统使用Cost231-Hata模型进行覆盖计算。虽然1800MHz频段覆盖面积较小，但是该频段可以连续使用5MHz或者10MHz信道带宽，能够提供高速数据传输，满足应急视频、变电站巡检机器人视频传输需求。无线网络建设中可以考虑使用LTE230与LTE1800混合组网，既使用230MHz网络实现低投入的全面覆盖，同时对局部区域使用1800MHz网络实现热点覆盖。如果混合组网中对相应设备进行一体化融合设计，可以有效降低网络建设成本和简化网络复杂度。
2基于融合核心网组网方式
本研究针对LTE中关键网元EPC进行创新设计，融合230MHz与1800MHz双频段的信令和数据处理于一体，同时支持230MHz频段与1800MHz频段的无线基站系统。实现LTE230和LTE1800的EPC融合后，EPC同操作维护中心以及基站之间的传输网络仅需要配置一套，此方案体现几个优势：①有效降低数据的处理与交互时延，提高智能电网终端控制时效;②简化结构，降低了前期网络设计以及后期运行维护的复杂度;③降低了网络建设成本，具有大范围推广的意义。
3协同策略
3.1F频段和D频段协同覆盖方式的分析研究
首先是协同重复覆盖，也叫做主流场景，这种模式主要是适用在F频段和D频段共站址的情况下，需要对两个频段的覆盖范围进行一定的修改，保证两者之间的覆盖范围相同。对于该覆盖方式，其主要是为了满足当前的国际漫游需求，通过多载频来实现对不同覆盖方式的数据需求，同时能够减少覆盖区域中的盲点，保证国际漫游业务的需要。然后是协同插花覆盖，这种模式中的F频段和D频段之间是相互独立的，两者共同协作对某一区域进行覆盖。对于这种覆盖方式，其主要是使用在F频段和D频段之间没有共同频率的情况，避免两者之间出现相互干扰。
3.2F频段和D频段协同覆盖方案的选择
根据对当前我国TD-LTE网络的实际情况进行研究，发现充电覆盖的组网方式是最优的选择，在该运行模式的初期，主要是将两种频段进行全方位的室外覆盖，然后根据不同客户的业务需求采用不同的多载波扩容，这样能够在节约成本的基础上满足不同用户对网络扩容的需求。在未来的LTE网络中，主要是两种网络方案，一种是对室外频段进行覆盖，另一种则是对热点区域的容量进行扩充，满足用户的网络需求。
3.3F频段和D频段的协同建设方式
LTE网络业务较多的区域选择站址是非常困难的，假如需要对D频段的站点进行增加，往往会造成大量的成本浪费，且对于原有设备的升级造成一定的困难，因此，对于这种情况可以选择F频段和D频段两种频段协同建设的方式来改善，这样能够大大降低建设成本。
4融合核心网的实现方案
4.1总体设计
融合EPC将双频段EPC功能集成在统一的硬件平台上，软件协议基于标准LTE协议进行增强，并针对电力业务特色深度优化。融合EPC的主要功能包括移动性管理、业务数据管理、业务信令管理、流量控制、系统资源管理功能等。
4.2硬件设计
硬件平台基于开放的ATCA（AdvancedTelecomComputingArchitecture，先进的电信计算平台）架构设计，可解决电信系统主要面临的扩展问题、可管理性问题以及可互操作问题，机框内高性能刀片服务器可以独立定义，分别承载LTE230和LTE1800业务数据和控制信令。
4.3软件设计
4.3.1软件架构设计
软件系统架构实现分为三个层面：操作系统和驱动程序层、通用软件平台层、应用软件层。这种设计的突出优点在于：通过模块的叠加可以实现系统处理能力、系统容量以及接口数量、类型的扩展;这种结构也很适合未来新技术、功能更强大的处理器的引入，有很好的移植性，同時软件的移植性得到保障，可实现业务不间断在线升级。
4.3.2软件实现方案
软件代码引入控制分离软件模块，增强双频段基站不同交互信令的甄别能力，总体思路如下：①230MHz与1800MHz核心网实现的MME功能、SGW/PGW采用独立协议栈;②SGW/PGW增加区分UE（UserEquipment，用户设备）的控制分离机制，进行不同的协议栈分支处理;③不同制式的UE和eNB（enhancedNodeB，演进型基站）在接入时进行区分识别，对不同制式UE和eNB的处理采用独立逻辑分支，不同制式通过接入控制分离模块对信令接入消息到不同的协议栈处理模块;④路由传输控制模块，上行业务数据在不同制式UE、eNB下将数据发送到不同制式的协议栈，完成S-P/GW传输分离;下行业务数据通过路由控制模块发送到不同的S-P/GW，再发送到对应的UE。
结语
参考文献
[1]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]I.F.Akyildiz，W.Su，Y.Sankarasubramaniam，etal.Wirelesssensornetworks：asurvey[J].Communi-cationsMagazine，IEEE，2002.
[3]TianHe，etal.VigilNet：AnIntegratedSensorNet-workSystemforEnergy-EfficientSurveillance.ACMTrans.SensorNetworks，2006.
[4]李哓维，徐勇军，任丰原.无线传感器网络技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.
[5]黄飞泉，曾诚，赖晓彬，等. LTE FDD 网络空口随机接入容量评估与优化思路探讨[J]. 电信科学，2014，30（S1）：52 -56.