面向电力无线业务的上行动态资源调度算法面向电力无线业务的上行动态资源调度算法
电网作为一个典型的物联网应用,电力无线专网上行调度过程中存在业务服务质量得不到保障、系统吞吐量低
和资源分配不连续等问题,因此提出了基于业务优先级的电力无线专网上行动态资源调度算法。通过研究电力
无线专网承载业务的特点,对业务优先级进行评定,并结合TD-LTE资源分配的特点,针对不同业务设计不同的
调度方法。仿真结果表明,所提算法能有效提高系统吞吐量,并保障业务QoS,改善业务传输性能。
0 引言引言
智能电网是一种典型的物联网应用环境,伴随着物联网研究的热潮,新一代无线宽带技术在配电网中的应用已成为目前电
力系统通信研究的热点
[1]
。其中,智能电网中采用TD-LTE技术构建电力无线宽带专网将是配电网通信的重要方式。将TD-LTE
用于电力无线专网建设中,可以为用户提供具备大容量、高带宽、低延时、多级QoS保障等显著特点的通信网。因此,研究
TD-LTE电力无线宽带专网技术在电网中的应用具有重要意义。
LTE上下行的无线传输方案都是采用多载波技术,上行为SC-FDMA方式,下行为OFDMA方式。电力宽带无线专网的工作
频率较高,并且在1.8 GHz频段上采用同频组网,而电力系统在构建无线专网时,只能申请到5M的带宽,需要注重频谱利用率
的提升和上下行资源复用的相关优化
[2]
。
目前国内采用的上行调度算法都是基于比例公平算法调度(Proportional Fair,PF)算法
[10]
改进的,主要存在以下问题:
(1)没有考虑用户实际信道质量,分配的资源不连续;(2)资源块的空间利用率低;(3)未考虑实际电网中的业务情况,不能保障
业务服务质量(QoS)得到满足
[3]
。针对这种情况,本文在传统PF的基础上,结合电力通信网业务的优先级,设计一种动态的上
行调度算法,保证资源的最佳分配,提高系统上行吞吐量。
1 电力无线专网上行通信需求电力无线专网上行通信需求
1.1 用电关键业务上行传输需求分析用电关键业务上行传输需求分析
配电网典型的业务包括配电自动化(二遥和三遥)、用电信息采集、输电线路监测、基建视频监测等传统业务,以及分布式电
源(10 kV)、电动汽车充换电桩等业务
[4-5]
。本文关注电力无线专网对配用电通信网上行业务的承载。上行业务按照功能主要分
为配电类、用电类、配网运行监测类等。表1列出了配电网中各类典型业务的QoS指标需求。
1.2 配电网业务传输优先级划分配电网业务传输优先级划分
根据业务的各项QoS指标和重要性,将配电网关键业务在电力无线专网的优先级上分为三类:
(1)一类业务为配电类业务,此类业务通常带宽要求不高,但时延要求较高。
(2)二类业务为配网运行监测类业务,主要包括视频监测、输电线路监测(视频),移动办公和巡检(视频)等业务。此类业务数
据量较大,但可以容忍较大的传输时延。
(3)三类业务为用电类信息,是对电力用户的用电信息进行实时监控和采集处理,实现用电信息的自动采集、计量异常检
测、电能质量检测、用电分析和管理等功能。该业务的时延和带宽要求均不高,根据配电网中各个上行业务的QoS要求来设计
动态的基于业务优先级的调度算法。
2 TD-LTE资源调度模型资源调度模型
2.1 LTE应用于电网的优势应用于电网的优势
围绕TD-LTE技术建设数据业务传输系统,适应电网结构复杂和需求面广的特点:
(1)TD-LTE的数据吞吐率和频谱利用率高,在带宽资源有限的情况下,可以为电网数据传输提供更高的传输速率。
(2)TD-LTE利用TDD双工方式可以灵活改变上下行资源比例,能够满足电力系统上行速率比下行要求更高的特殊需求,能适
用于电网通信需求
[7]
。