基于LTE的電力負荷監控子系統的設計

許亞倫

摘 要：智能電網提供了具有更高效率、更高安全性和更高可靠性的輸電配電系統，能夠最大程度滿足用戶的需求，同時還能更好的優化資源配置。強而有效的通信系統是建設智能電網的前提，智能電網中數據的獲取、傳輸，以及對電網的實時控制都依賴可靠、及時的通信系統。LTE作為新一代通信技術。LTE能提供比3G更高的傳輸速度，更可靠的傳輸效率，將LTE技術應用于電力負荷監控系統，不僅為電力負荷監控系統提供足夠的帶寬，而且使其具有更好的兼容性和可擴展性。

關鍵詞：電力負荷監控系統；LTE；eNodeB

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0009-01

1 研究的目的和意義

智能電網的優勢在于充分地滿足用戶對電力的需求，優化資源配置。是集成了傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術的科學、可靠、智能化的電網。這些技術不僅提高電力供應的安全性、保證電力供應中電能質量，還加強了電力供應的擴展性。用戶可獲得更加可靠、經濟、清潔的電力供應和各種各樣的增值服務。強而有效的通信技術是實現智能電網的基礎，因此建立高效、實時、可靠的通信系統是智能電網的第一步。

2 實施方案

系統軟件在設計上遵循分層原則、可調試原則。分層原則核心思想就是將軟件分為操作系統層，支撐軟件層和應用軟件層。操作系統層采用OSEck商用操作系統，提供硬件驅動和其他常規操作系統功能。支撐軟件層目的在于屏蔽不同底層操作系統差異，提供eNodeB軟件需要的其他公用服務，包括可靠的內存管理，定時器管理，應用軟件層進程實例調度和管理，應用軟件層實現進程實例間通信，為上層應用軟件提供一個可靠運行的環境和方便的調試環境。上層應用軟件主要功能是eNodeB側數據傳輸的實現以及LTE協議的實現。分層原則的好處在于提高了系統重用度、降低了系統復雜性、降低開發工作量和提高可靠性。可調試原則的核心內容是系統和各模塊設計中應充分考慮各階段的調試工作，在關鍵點提供輸入、輸出充分的調試信息的手段，系統錯誤信息應統一規劃。調試功能應可用方便的打開和關閉，關閉后不應影響系統效率。

2.1 系統總體介紹

LTE與3G相比，網絡架構上進行了優化，刪除3G中RNC部分，并將功能集成到eNodeB中，整個網絡趨于扁平式結構，空中接口技術采用了新興的OFDM技術，系統運作的原理基于分組交換技術，工作方式同時支持FDD和TDD兩種形式。整個E-UTRA由eNodeB組成，eNodeB通過E-UTRA業務面協議和控制面協議為UE提供服務。eNodeB之間通過X2接口互聯，eNodeB通過S1接口與EPC連接，更確切的說是通過S1-MME與MME連接，通過S1-U與SAE網關連接。S1接口支持將多個MME/SAE網關與eNodeB的互聯。終端設備、接入設備、核心網共同構成了LTE系統，終端設備包括電量表、開關、變壓器等電力設備，這些設備協同工作向核心網發送數據。接入設備主要指的是eNodeB，它接收來自終端的數據，同時將核心網數據發送給終端。核心網包括信令處理和數據處理兩部分。eNodeB和終端的連接方式基于Uu接口，簡化了系統的接口設計。由于eNodeB集成了RNC的功能，就不需要3G中的Iub接口。同時對Iur和Iu接口也做了簡化，分別用X2接口和S1接口代替原有接口功能。整個架構更加清晰，eNodeB部分有較大擴展，核心網部分有所改進，接入方式更加多樣化，兼容性有突破性的擴展，可以兼容目前所有網絡。系統性能有很大提升。

2.2 軟件總體架構設計

協助eNodeB完成對應功能的軟件分為兩部分，業務面軟件和控制面軟件。業務面軟件完成的是數據傳輸、LTE相關協議內容實現。控制面軟件的功能是信令的處理，資源的分配，系統的初始化等。

控制面軟件分為兩個部分：一部分是S1AP和RRM的公共部分；另一部分是S1AP和RRM中與UE相關的功能，以及RRC層。S1AP和RRM的公共部分在eMCB板的8548PowerPC硬件平臺上運行，而S1AP和RRM中與UE相關的功能，以及RRC層功能在eCPB板的8548PowerPC硬件平臺上運行。控制面軟件運行在實時操作系統VxWorks5.4上。

業務面軟件也根據無線協議棧的分層分為5個模塊。前四個模塊分別于協議棧各個層對應，每個模塊完成對應協議棧的內容。第五個模塊是公共模塊，負責整個環境初始化，公共資源管理。模塊內容如下：

（1）GTP-U協議模塊：負責處理S1-U接口承載數據的接收和發送，以及在接收到來自S1-U接口“EndMarker”時，釋放S1-U接口業務面的承載上下文。（2）PDCP協議模塊：負責處理數據前轉、IP頭壓縮/解壓縮，以及完整性保護和加密/解密。（3）RLC協議模塊：負責承載AM、TM、UM模式的數據、以及支持ARQ。（4）MAC協議模塊：負責完成無線資源分配、調度器和傳輸格式選擇，以及HARQ、隨機接入過程、同步過程、功控。（5）公共模塊是業務面其它模塊的前提，描述各模塊所在任務的建立，劃分實現；描述各模塊所用公共接口資源，各模塊間的通信方式。