CN112532449B - 基于5g网络实现电力通信切片选择及可信传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力通信技术领域，尤其涉及一种基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法。本发明包括以下步骤：电力终端注册到5G网络；注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中；在接收端根据数据包的类型，对切片进行选择算法匹配，直至接收或丢弃。本发明可以提高继电保护数据在5G网络的传输可靠性，使其达到远高于99.999%的标准，降低电力数据在5G无线网络中传输的高时延出现频率，使5G无线网络能够满足继电保护终端之间通信对时延和丢包率的要求，代替了有线通信承载继电保护业务，降低部署成本和运维难度，提升网络利用效率，最大化利用网络资源，同时提高了电力通信的安全运行。

Description

基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法

技术领域

本发明属于电力通信技术领域，尤其涉及一种基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法。

背景技术

5G时代丰富的垂直行业应用将给移动网络带来更加多样化的需求，超高带宽、超低时延以及超大规模连接将改变电力行业核心业务的运营方式和作业模式，全面提升传统电力行业的运营效率和决策智能化水平等，网络切片正是在这种背景下产生的。以敏捷和可定制的能力，为不同的应用打造一个“专属”网络。

5G网络切片是一组相互独立的可编程资源，能够提高网络功能、优化网络服务。网络切片具有两大特点：可编程性、资源独立性。5G网络切片综合软件定义网络（SDN）与其他自动技术，能够按照不同顾客的特定需求灵活地提供服务。

因此，运营商仅需一张物理网，便可针对不同行业的应用场景，提供不同功能的5G网络切片。5G网络切片对智能电网发展具有深远的影响，关键在于运营商如何提供5G网络切片的服务模型，并由此电力行业和运营商能双方受益。

在现有专利《一种支持4G通讯的配网差动保护测控装置》中所使用的技术，主要基于无线通信领域的4G加有线通信领域的光纤方式，此专利是使用4G网络进行继电保护终端与子站/主站之间的通信，但是由于4G网络时延过高，无法满足继电保护终端之间的通信要求，因此只能沿用原有的有线方式进行通信。但是敷设光纤网络建设成本高、施工难度大、维护费用高，对于电力配网侧无法实际使用。

目前现有专利较少针对5G网络特点，实现对电力通信下的可信高效传输。电力通信难度主要体现在：

可靠性要求高，对网络出现的丢包要求高；

网络时延要求高，以电力继电保护终端为代表，在时延范围外将会出现报警等措施。

设备较多，数据量较大，尤其是控制信号的数据在同一无线接入侧的数据量较大。

5G网络因为时延低、带宽大的特点将较多应用于电力通信，但是由于空口环境、调度机制、回传路径等问题，导致出现一定频次的高时延。

目前5G技术的可靠性标准为99.999%，经过实验验证，如果只使用普通的5G网络终端，对于部分继电保护场景会造成平均每隔半个小时就会出现一次数据包高时延或丢包，与光纤通信的可靠性相差较大，无法满足一些对时延抖动要求极高的继电保护终端网络需求。

同时，5G网络切片与电力通信的融合也是急于解决的问题，如果高效利用切片实现最优化的分配是关键。目前大多数专利技术，仅单一的解决了可靠性传输问题，大多数在牺牲网络带宽复制备份多个传输数，据保证切片的可靠性；然而在带宽有限，单位时间内传输数据量较大的情况下，则需要研制一种可以动态调整切片传输匹配数据优先级的方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法。其目的是为了实现利用5G网络将电力通信终端的通信完全无线化，无需再敷设光纤等有线网络，并且能够降低通信网络的建设和维护成本，使电力通信高效可信传输应用成为可能的发明目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法，包括以下步骤：

步骤1.电力终端注册到5G网络；

步骤2.注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中；

步骤3.在接收端根据数据包的类型，对切片进行选择算法匹配，直至接收或丢弃。

进一步的，步骤1中所述电力终端注册到5G网络，包括：

将5G通信模组预处理模块及切片选择装置置于电力发送终端和接收终端中间。

进一步的，所述步骤2中注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中，包括：

步骤A.N个电力终端在接收到采集数据后发送到5G通信模组预处理模块，并进行数据优先级排序；

步骤B.5G通信模组预处理模块将确定的M-X的切片优先级与终端数据优先级一一对应，将每个数据包指定给对应的切片。

进一步的，所述步骤2中注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中，具体包括：

提前分配好一组功能大致相同、接入同一个无线侧、在同一时刻会同时传输数据的N个电力终端对应一对5G通信模组预处理模块，一对5G通信模组预处理模块对应一个切片选择装置，一个切片选择装置将网络分割成带宽相同的M个5G电力切片，且满足M > N，切片数大于电力终端的数量。

进一步的，所述步骤3中在接收端根据数据包的类型，对切片进行选择算法匹配，直至接收或丢弃，包括：

N个电力终端将数据包发送给5G通信模组预处理模块1，5G通信模组预处理模块1在短时间先存储多个电力终端所发送来的数据，并迅速解析出数据包中所含的优先级标识符，将数据按优先级先后排序整理，根据切片选择装置2反馈的切片速率优先级顺序对应数据优先级，即数据优先级高的选择切片速率高的进行传输；5G通信模组预处理模块1具备5G通信能力及解析数据、识别数据优先级、分配数据与切片对应的能力。

进一步的，所述切片速率优先级顺序的流程包括以下步骤：

步骤1.N个电力终端在接收到采集数据后发送到5G通信模组预处理模块，使排序后的数据自带优先级顺序标签；

步骤2.5G通信模组预处理模块根据数据标签进行数据优先级排序；

步骤3.5G通信模组预处理模块根据排序结果，生成一段样本数据，并复制M份；

步骤4.M份样本数据通过5G通信模组预处理模块分别一一对应通过M个5G电力切片发送到接收端的5G通信模组预处理模块，每个5G电力切片发送数据时切片选择装置为5G电力切片自动生成切片ID标识号；

步骤5.接收端的5G通信模组预处理模块将确定的M-X的切片优先级与电力终端数据优先级一一对应，将每个数据包指定给对应的切片；

步骤6.接收端的5G通信模组预处理模块将接收到的不同切片传输的样本数据按接收时间由快到慢进行排序，并识别数据包从发送端的时间戳；若超过预定的时延允许范围T，则自动抛弃该切片，出现丢包的切片也将抛弃使用此切片，将在时延允许未丢包的M-X切片确定顺序；

步骤7.接收端5G通信模组预处理模块根据样本数据传输的切片顺序返回给发送端5G通信模组预处理模块，以此为确定在M-X网络切片下，5G电力切片的传输速率优先级；

步骤8.切片的优先级顺序在经过间隔时间过后，返回到步骤2，重复上述操作，重新确定5G电力切片优先级顺序，更新后发送给接收端5G通信模组预处理模块。

进一步的，所述间隔时间是指根据终端数据量的传输情况自定义。

进一步的，所述步骤3中5G通信模组预处理模块根据排序结果，生成一段样本数据，并复制M份，具体是在5G通信模组预处理模块预设每间隔一段时间生成一段样本数据，并自动复制成M份样本数据，即切片选择装置划分的切片数量。

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法的步骤。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明是一种利用5G无线网络实现继电保护数据高可靠传输的技术。通过该技术，可以提高继电保护数据在5G网络的传输可靠性，使其达到远高于99.999%的标准，从而降低电力数据在5G无线网络中传输的高时延出现频率，使5G无线网络能够满足继电保护终端之间通信对时延和丢包率的要求，代替有线通信承载继电保护业务。

本发明利用基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输的技术，通过该技术可以使电力通信数据在5G网络切片下实现自主优化选择匹配及的传输可靠性。

本发明应用最新的5G技术，同时能够提高5G网络切片选择分配最优匹配及的通信可靠性，使其能够承载电力终端之间的高带宽、低时延、高可靠通信需求，实现用无线网络承载电力通信保护业务，降低部署成本和运维难度，提升网络利用效率，最大化利用网络资源，同时提高了电力通信的安全运行。

本发明提高了电力通信网路资源利用效率，并保证了通信可靠性，能够实现数据包的按需优先级进行切片选择定向转发，并动态调优，不降低网络资源使用效率且保障网络传输可靠性。

本发明首次提出将5G无线网络切片用于对网络时延要求极高的电力通信场景，并给出降低5G无线网络时延不稳定的解决方案，使5G无线网络的稳定性能够达到接近有线网络的效果，实现无线网络替代有线网络的目的，同时使用本发明几乎不会改变现有电力设备主体部分的软硬件结构，降低了研发和部署成本。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明原理及数据处理流程图；

图2为本发明中切片速率优先级顺序的实现流程框图。

图中：

5G通信模组预处理模块1,切片选择装置2。

实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1-图2描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例

我组预处理模块和切片选择装置来实现，不需要象一般的继电保护终端那样改变电力终端装置的软硬件。5G通信模组预处理模块在发送终端和接收终端成对使用搭载5G通信模组及相关处理算法，在发送端接收电力终端的传输数据，在接收端接收切片传输的数据并发送给接收端而现有的是发送给电力继电保护终端或电力通信主站。切片选址装置主要进行网络切片的选择处理工作。

本发明基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法具体包括以下步骤：

步骤1.电力终端注册到5G网络；

步骤2.注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中；

步骤3.在接收端根据数据包的类型，对切片进行选择算法匹配，直至接收或丢弃。

本发明的原理及数据处理流程步骤如下：

进一步的，步骤1中所述电力终端注册到5G网络，包括：

将5G通信模组预处理模块1及切片选择装置2置于电力发送终端和接收终端中间。

由于以电力继电保护终端为例对时延较为敏感，且同一时间会有多个终端发送数据，各个终端的优先级会有所不对，针对网络资源有限的情况在保障网络可靠性的前提下，提供一种高效分配网络切片资源的方法。对于5G网络有可能出现的空口环境、调度机制、回传路径、负载过高等问题，当网络切片按着固定分配一一对应传输数据时候切片一旦出现问题，导致传输丢包或高时延问题时，会带来较大的影响，本发明则通过动态分配切片高效可信传输方法解决了在距离较短的时间内多个终端同时传输数据网络资源分配不均衡的问题。

进一步的，步骤2中注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中，包括：

其中，所述电力终端将数据包发送给5G通信模组预处理模块的具体流程包括：

步骤A.N个电力终端在接收到采集数据后发送到5G通信模组预处理模块，并进行数据优先级排序；

步骤B.5G通信模组预处理模块将确定的M-X的切片优先级与终端数据优先级一一对应，将每个数据包指定给对应的切片；

具体实施时，提前分配好一组功能大致相同、接入同一个无线侧、在同一时刻会同时传输数据的N个电力终端对应一对5G通信模组预处理模块1，一对5G通信模组预处理模块1对应一个切片选择装置2，一个切片选择装置2可将网络分割成带宽相同的M个5G电力切片，一般M > N，即切片数大于电力终端的数量。

更进一步的，步骤3中在接收端根据数据包的类型，对切片进行选择算法匹配，直至接收或丢弃，包括：

N个电力终端将数据包发送给5G通信模组预处理模块1，5G通信模组预处理模块1在短时间先存储多个电力终端所发送来的数据，并迅速解析出数据包中所含的优先级标识符，将数据按优先级先后排序整理，根据切片选择装置2反馈的切片速率优先级顺序对应数据优先级，即数据优先级高的选择切片速率高的进行传输。5G通信模组预处理模块1具备5G通信能力及解析数据、识别数据优先级、分配数据与切片对应的能力。

如图2所示，图2为本发明中切片速率优先级顺序的实现流程框图。所述切片速率优先级顺序的实现流程包括以下步骤：

步骤1.N个电力终端在接收到采集数据后发送到5G通信模组预处理模块，使排序后的数据自带优先级顺序标签；

步骤2.5G通信模组预处理模块根据数据标签进行数据优先级排序；

步骤3.5G通信模组预处理模块根据排序结果，生成一段样本数据，并复制M份；具体是在5G通信模组预处理模块预设每间隔一段时间生成一段样本数据，并自动复制成M份样本数据，即切片选择装置划分的切片数量；所述间隔一段时间具体是根据终端数据量等传输情况自定义。

步骤4.M份样本数据通过5G通信模组预处理模块分别一一对应通过M个5G电力切片发送到接收端的5G通信模组预处理模块，每个5G电力切片发送数据时切片选择装置为5G电力切片自动生成切片ID标识号，用于识别切片唯一标识；

步骤5.接收端的5G通信模组预处理模块将确定的M-X的切片优先级与电力终端数据优先级一一对应，将每个数据包指定给对应的切片。

步骤6.接收端的5G通信模组预处理模块将接收到的不同切片传输的样本数据按接收时间由快到慢进行排序，并识别数据包从发送端的时间戳，若超过预定的时延允许范围T，则自动抛弃该切片，出现丢包的切片也将抛弃使用此切片，将在时延允许未丢包的M-X切片确定顺序；

步骤7.接收端5G通信模组预处理模块根据样本数据传输的切片顺序返回给发送端5G通信模组预处理模块，以此为确定在M-X网络切片下，5G电力切片的传输速率优先级；

步骤8.切片的优先级顺序在经过间隔时间过后，将返回到步骤2，重新确定5G电力切片优先级顺序，更新后发送给接收端5G通信模组预处理模块。

实施例

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1.电力终端注册到5G网络；包括：将5G通信模组预处理模块及切片选择装置置于电力发送终端和接收终端中间；步骤2.注册到5G网络的电力终端将数据发送到不同的5G网络切片中；包括：步骤A.N个电力终端在接收到采集数据后发送到5G通信模组预处理模块，并进行数据优先级排序；步骤B.5G通信模组预处理模块将确定的M-X的切片优先级与终端数据优先级一一对应，将每个数据包指定给对应的切片；还包括：提前分配好一组功能大致相同、接入同一个无线侧、在同一时刻会同时传输数据的N个电力终端对应一对5G通信模组预处理模块，一对5G通信模组预处理模块对应一个切片选择装置，一个切片选择装置将网络分割成带宽相同的M个5G电力切片，且满足M > N，切片数大于电力终端的数量；步骤3.在接收端根据数据包的类型，对切片进行选择算法匹配，直至接收或丢弃；包括：N个电力终端将数据包发送给5G通信模组预处理模块，5G通信模组预处理模块在短时间先存储多个电力终端所发送来的数据，并迅速解析出数据包中所含的优先级标识符，将数据按优先级先后排序整理，根据切片选择装置反馈的切片速率优先级顺序对应数据优先级，即数据优先级高的选择切片速率高的进行传输；5G通信模组预处理模块具备5G通信能力及解析数据、识别数据优先级、分配数据与切片对应的能力；所述切片速率优先级顺序的流程包括以下步骤：步骤（1）N个电力终端在接收到采集数据后发送到5G通信模组预处理模块，使排序后的数据自带优先级顺序标签；步骤（2）5G通信模组预处理模块根据数据标签进行数据优先级排序；步骤（3）5G通信模组预处理模块根据排序结果，生成一段样本数据，并复制M份；步骤（4）M份样本数据通过5G通信模组预处理模块分别一一对应通过M个5G电力切片发送到接收端的5G通信模组预处理模块，每个5G电力切片发送数据时切片选择装置为5G电力切片自动生成切片ID标识号；步骤（5）接收端的5G通信模组预处理模块将确定的M-X的切片优先级与电力终端数据优先级一一对应，将每个数据包指定给对应的切片；步骤（6）接收端的5G通信模组预处理模块将接收到的不同切片传输的样本数据按接收时间由快到慢进行排序，并识别数据包从发送端的时间戳；若超过预定的时延允许范围T，则自动抛弃该切片，出现丢包的切片也将抛弃使用此切片，将在时延允许未丢包的M-X切片确定顺序；步骤（7）接收端5G通信模组预处理模块根据样本数据传输的切片顺序返回给发送端5G通信模组预处理模块，以此为确定在M-X网络切片下，5G电力切片的传输速率优先级；步骤（8）切片的优先级顺序在经过间隔时间过后，返回到步骤（2），重新确定5G电力切片优先级顺序，更新后发送给接收端5G通信模组预处理模块。

2.根据权利要求1所述的基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法，其特征是：所述间隔时间是指根据终端数据量的传输情况自定义。

3.根据权利要求1所述的基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法，其特征是：所述步骤3中5G通信模组预处理模块根据排序结果，生成一段样本数据，并复制M份，具体是在5G通信模组预处理模块预设每间隔一段时间生成一段样本数据，并自动复制成M份样本数据，即切片选择装置划分的切片数量。

4.一种计算机存储介质，其特征是：所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的基于5G网络实现电力通信切片选择及可信传输方法的步骤。