CN111465104B - 一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力物联网领域，尤其涉及一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，包括：针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组；按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配；根据传感器上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构和第二帧结构；通过实时分析传感器上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置，以符合上行数据传输的要求；通过半静态调度方式对传感器采集的数据包进行周期性上行。本发明降低控制信令的开销，提升上行数据传输的能力，同时通过分析上下行数据传输的特点，动态地切换帧结构的配置，能够最大化资源的利用效率。

Description

一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法

技术领域

本发明涉及电力物联网领域，尤其涉及一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法。

背景技术

泛在电力物联网，是充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活等特征的智慧服务系统。

在无线频谱资源稀缺的今天，频谱资源供需矛盾突出，一般企业无法获得授权频段的授权，而免授权频段资源较为丰富，只要满足监管政策，就可以合法免费使用，从而大幅提高网络的性能。因此，在电力物联网系统中使用5.8G免授权频段，可以在不增加频段授权费用的情况下大幅提升网络带宽。

当前电力物联网系统中，传感器的上行数据具有大数量、周期性、小数据包的特点，如果使用传统基于调度授权的数据传输方式进行上行数据传输，控制信令的开销会很大，大量的通信资源会用在对少量上行数据的调度上，从而降低频谱资源的利用效率。

此外，当前电力物联网系统中，5.8G基站部署结构沿用传统TD-LTE(TimeDivision Long-term Evolution)的帧结构，传统TD-LTE系统的7种帧结构主要针对人人通信进行设计，人人通信具有下行需求大的特点，视频图片等数据的下行传输会占用大量的通信资源，帧结构中下行子帧的数目大于上行子帧的数目。然而在电力系统中，主要的业务是传感器等设备的数据上传，具有上行数据传输量远大于下行数据传输量的特点，因此传统的帧结构配置不适用于免授权频段电力物联网系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法。

一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，包括：

针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组；

按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配；

根据传感器上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构和第二帧结构；

通过实时分析传感器上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置，以符合上行数据传输的要求；

通过半静态调度方式对传感器采集的数据包进行周期性上行。

优选的，所述针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组包括：

当上行周期相同的传感器数量大于设定阈值时，则将传感器分为多组，每组传感器的数量均小于或等于设定阈值；

当上行周期相同的传感器数量小于或等于设定阈值时，则将传感器分为1组。

优选的，所述按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配包括：

对每组中的所有传感器分别设定下标，为每一组传感器分配一串连续的资源块，随后组内的传感器按照下标选取自己特定的资源块。

优选的，所述第一帧结构包括：i个下行子帧、j个特殊子帧和k个上行子帧，其中，i+j+k＝10，i、j、k均为自然数；

所述第二帧结构为全部上行子帧。

优选的，所述特殊子帧包括：DwPTS、GP、UpPTS。

优选的，所述根据传感器上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构包括：

根据传感器上行传输数据量的需求特点，通过设定i、j、k的数值以实现第一帧结构中下行子帧、特殊子帧和上行子帧所占的比例以符合上下行数据传输的要求。

优选的，所述通过实时分析传感器上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置包括：

当上行数据传输的速度需求小于设定阈值时，则只使用第一帧结构以实现上行数据的传输；

当上行数据传输的速度需求大于或等于设定阈值时，则根据上行数据传输的速度需求，动态调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置。

优选的，还包括：

当数据包上行出错时，HARQ重传采用动态调度方式，为每个传感器单独进行调度。

通过使用本发明，可以实现以下效果：

1.利用传感器的上行数据具有大数量、周期性、小数据包的特点，对周期性上报的传感器数据进行分组后再进行半静态调度，从而只需要为每一组传感器统一分配资源，降低控制信令的开销；

2.根据电力系统上行传输数据量大的需求特点，提出两种新颖的帧结构，与传统的TD-LTE帧结构相比，其上行帧占比大大提高，提升上行数据传输的能力，同时通过分析上下行数据传输的特点，动态地切换帧结构的配置，

能够最大化资源的利用效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明一实施例一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法中步骤S1～S5的示意性流程图；

图2是本发明一实施例一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法中第一帧结构和第二帧结构的组合模式的结构图；

图3是本发明一实施例一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法中步骤S6的示意性流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明的基本思想是利用传感器的上行数据具有大数量、周期性、小数据包的特点，对周期性上报的传感器数据进行分组后再进行半静态调度，从而只需要为每一组传感器统一分配资源，降低控制信令的开销。根据电力系统中传感器上行传输数据量大的需求特点，提出两种新颖的帧结构，与传统的TD-LTE帧结构相比，其上行帧占比大大提高，提升上行数据传输的能力，同时通过分析上下行数据传输的特点，动态地切换帧结构的配置，能够最大化资源的利用效率。

基于以上思想，本发明提出了一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组；

S2:按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配；

S3:根据传感器上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构和第二帧结构；

S4:通过实时分析传感器上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置，以符合上行数据传输的要求；

S5:通过半静态调度方式对传感器采集的数据包进行周期性上行。

在本实施例中，针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组的方法为：当上行周期相同的传感器数量大于设定阈值时，则将传感器分为多组，每组传感器的数量均小于或等于设定阈值；当上行周期相同的传感器数量小于或等于设定阈值时，则将传感器分为1组。

由于电力物联网系统中，传感器的上行数据具有大数量、周期性、小数据包的特点，为了降低控制信令的开销，提出对周期性上报的传感器数据进行分组后再进行半静态调度。设网络中传感器数量为M，共有K种不同的周期T，将周期相同的传感器划分为1组或多组，共分为N组，注意到N≥K。当周期相同的传感器数量过多时，为了资源分配的灵活性，可以将这些传感器分为多组，否则分为1组即可。

在一实施例中，按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配包括：对每组中的所有传感器分别设定下标，为每一组传感器分配一串连续的资源块，随后组内的传感器按照下标选取自己特定的资源块。

设第i组包含Ni个传感器，在分组过程中为每一组的传感器分配下标1-Ni，接着对每组中的所有传感器统一进行资源分配，此时只需要为每一组传感器分配一串连续的资源块，随后组内的传感器按照下标选取自己特定的资源块即可。具体来说，如果某一组分配到(slot m,RB n)的资源，那么组内的第j个传感器选择的资源块为(slot m,RB n+j-1)。与传统无分组需要为M个传感器单独调度相比，分组控制信令的大小减小至原来的N/M，从而大幅降低控制信令开销。在为N组传感器分配资源时，按照周期从短到长的顺序进行分配，即首先分配短周期传感器的资源，长周期传感器的资源填充在剩余的资源空间。这是因为周期越短的传感器对时延越敏感，应优先为其分配资源，保证其传输的可靠性。

第一帧结构包括：i个下行子帧、j个特殊子帧和k个上行子帧，其中，i+j+k＝10，i、j、k均为自然数。其中，特殊子帧包括：DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护间隔)、UpPTS(上行导频时隙)。DwPTS传输的是下行的参考信号，也可以传输一些控制信息。UpPTS上可以传输一些短的RACH和SRS的信息。GP是上下行之间的保护时间。相对而言，UpPTS的长度比较固定，只支持一个符号、两个符号两种长度，以避免过多的选项，简化系统设计，GP和DwPTS具有很大的灵活性，这主要是为了实现可变的GP长度和GP位置，以支持各种尺寸的小区半径。

第二帧结构为全部上行子帧，即将100％的资源分配给上行传输，但是由于没有下行子帧和特殊子帧，无法进行控制信令的传输和CSI的测量，从而不能单独使用。

在本实施例中，所述根据电力系统上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构的方法为：根据电力系统上行传输数据量的需求特点，通过设定i、j、k的数值以实现第一帧结构中下行子帧、特殊子帧和上行子帧所占的比例以符合上下行数据传输的要求。

也就是说，当当前时间段内电力系统上行传输数据量的需求一般时，则只需要将第一帧结构中上行子帧所对应的数量i设为一般大小，例如5或6；当当前时间段内电力系统上行传输数据量的需求较大时，则只需要将第一帧结构中上行子帧所对应的数量i设为较大，例如8。通常情况下，包含1个下行子帧、1个特殊子帧和8个上行子帧，上行子帧比例达到了80％，从而大大提高了上行数据传输能力。

在本实施例中，所述通过实时分析上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置的方法为：当上行数据传输的速度需求小于设定阈值时，则只使用第一帧结构以实现上行数据的传输；当上行数据传输的速度需求大于或等于设定阈值时，则根据上行数据传输的速度需求，动态调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置。

对于如图2所示的帧结构切换示例，电力物联网首先使用第一帧结构，在某一时刻，网络的上行传输需求增加，第一帧结构的上行子帧比例80％不足以支持上行传输，因此切换到第一帧结构和第二帧结构的组合模式，组合帧由1个第一帧结构和1个第二帧结构组成，其上行子帧比例为90％，因此上行传输能力提升，满足上行业务传输需求。

半静态调度方式是指在LTE的调度传输过程中，eNB在初始调度通过PDCCH指示UE当前的调度信息，UE识别是半静态调度，则保存当前的调度信息，每隔固定的周期在相同的时频资源位置上进行该业务数据的发送或接收。容易理解，使用半静态调度传输，可以充分利用话音数据包周期性到达的特点，一次授权，周期使用，可以有效的节省LTE系统用于调度指示的PDCCH资源，从而可以在不影响系统性能的同时，仍然为动态调度的业务保留一定的控制信息以供使用。

在一实施例中，如图3所示，一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法还包括以下步骤：

S6：当数据包上行出错时，HARQ重传采用动态调度方式，为每个传感器单独进行调度。

利用传感器的周期传输特性，使用半静态调度方式，在完成一次调度之后，网络中的传感器在分配的资源块上无需调度地周期性上行传输数据，直到下一次调度。考虑到上行数据可能出现解码错误，从而需要进行HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)重传，重传的数据包使用动态的调度方式，即对于每一次重传都为其单独分配资源，并且不使用上述的分组方式，为每个传感器单独调度，由于电力系统中传感器的位置固定，信道状态稳定，平均重传次数较低，所以HARQ重传占用的资源较少。

在一示例实施例中，电力物联网中传感器数量为M＝48，共有K＝4种不同的周期，分别为T＝2、4、10、20，每种周期分别包括3、10、8、27个传感器。将T＝2的传感器分成1组，将T＝4的传感器分成1组，将T＝10的传感器分成1组，将T＝20的传感器分成4组，共N＝7组。

首先为T＝2、4的传感器分配了RB资源，T＝10、20的RB资源填充在剩余的资源块上，保证了短周期传感器的资源得到优先分配。T＝20的传感器由于数量过多被切分成4组，保证了资源分配的灵活性。与传统无分组需要为M＝48个传感器单独调度相比，分组控制信令的大小减小至原来的N/M＝7/48。当数据包传输出错时，HARQ重传采用动态资源分配方式，不按照分组分配资源，为每个传感器单独进行调度，由于电力物联网中传感器位置固定，信道状态稳定，所以重传概率较低，调度开销较少。在进行一次调度后，采用半静态调度方式，以20为周期重复该调度方案，从而在无需调度的情况下使传感器网络正常上行数据，进一步降低调度开销。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，包括：

针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组；

按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配；

根据传感器上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构和第二帧结构；

通过实时分析传感器上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置，以符合上行数据传输的要求；

通过半静态调度方式对传感器采集的数据包进行周期性上行。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，所述针对电力物联网系统中的若干传感器，将上行周期相同的传感器划分为1组或多组包括：

当上行周期相同的传感器数量大于设定阈值时，则将传感器分为多组，每组传感器的数量均小于或等于设定阈值；

当上行周期相同的传感器数量小于或等于设定阈值时，则将传感器分为1组。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，所述按照上行周期从短到长的顺序进行资源分配包括：

对每组中的所有传感器分别设定下标，为每一组传感器分配一串连续的资源块，随后组内的传感器按照下标选取自己特定的资源块。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，

所述第一帧结构包括：i个下行子帧、j个特殊子帧和k个上行子帧，其中，i+j+k＝10，i、j、k均为自然数；

所述第二帧结构为全部上行子帧。

5.根据权利要求4所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，

所述特殊子帧包括：DwPTS、GP、UpPTS。

6.根据权利要求4所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，所述根据传感器上行传输数据量的需求特点，构建第一帧结构包括：

根据传感器上行传输数据量的需求特点，通过设定i、j、k的数值以实现第一帧结构中下行子帧、特殊子帧和上行子帧所占的比例以符合上下行数据传输的要求。

7.根据权利要求4所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，所述通过实时分析传感器上行数据传输的特点，动态地调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置包括：

当上行数据传输的速度需求小于设定阈值时，则只使用第一帧结构以实现上行数据的传输；

当上行数据传输的速度需求大于或等于设定阈值时，则根据上行数据传输的速度需求，动态调整第一帧结构和第二帧结构的比例配置。

8.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网免授权频段的数据传输方法，其特征在于，还包括：

当数据包上行出错时，HARQ重传采用动态调度方式，为每个传感器单独进行调度。