[發明專利]用于智能電網鄰域網絡的動態頻譜分配系統和方法

有效

• 申請號: 201310211807.5
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103327494A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 馮志勇;張平;李乾;張奇勛;李曉帆
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及無線通信系統頻譜分配技術領域，尤其涉及一種用于智能電網鄰域網絡的動態頻譜分配系統和方法。

背景技術

近年來，隨著電力消費的快速發展，電力調配負荷增長迅速，并且仍然面臨著大規模的缺口，進一步為電網及負荷施加壓力。與此同時，傳統電網缺乏動態有效的檢測和管理用戶電力設備的能力（即有效的需求側管理），從而不能夠實現對能源產生和使用的最優化配置，造成對能源的大量浪費。因此，建設信息化、自動化、互動化為特征的智能電網(Smart?Grid，SG)的概念應運而生。智能電網通過將信息處理及現代通信技術有效地融入到傳統電網中，提供電力公司與用戶之間的雙向通信網絡，以用戶需求為中心動態調度電力資源的分配；并將新型分布式可再生能源（如太陽能、風能等）融入進傳統電網中，實現分布式供電與傳統的集中式供電相結合，保證用戶的用電需求，從而全面提升傳統電網的需求側管理的能力。

實現有效的需求側管理需要智能電網具備先進的智能電表系統（Smart?Metering?System）以及實時的需求響應（Demand?Response，DR）等功能，因此，要求具有實時性、可靠性和安全性的雙向通信網絡。

但是，在通信網絡的構建方面，智能電網中的設備數量巨大，業務需求繁多是目前最大的挑戰。目前得到普遍認可的智能電網通信網絡架構為多層架構，具體分為家庭網絡（Home?Area?Network，HAN），鄰域網絡（Neighborhood?Area?Network，NAN），以及廣域網絡（Wide?Area?Network，WAN）。在家庭網絡中，智能電表（Smart?Meter）與用戶設備相連接，用來實時記錄用戶設備的用電信息。在鄰域網絡中，相鄰的智能電表連接到相應的接入點（Access?Point）中。在廣域網絡中，NAN與控制中心（Control?Center）相連，從而實現設備的實時管控。盡管目前已有研究對各層網絡所適合的通信技術進行了詳細的分析，但標準化組織仍然未明確應該采取何種通信技術。尤其是智能電網中的鄰域網絡，由于其覆蓋范圍廣，承載業務種類繁多，需要無線網絡與有線網絡、專用網絡與公用網絡協調配合使用，需要使用大量的頻譜資源，然而目前可用頻譜資源短缺，急需有效的頻譜資源管理技術。

針對智能電網鄰域網絡，蜂窩網絡（尤其是3G，4G網絡）作為一種已經被廣泛應用的、成熟的網絡，能夠提供足夠的數據速率，覆蓋范圍，并滿足智能電網中業務的時延要求。其次，采用現有的蜂窩網絡能夠大幅度的節省網絡建設成本，同時還能滿足網絡安全性的需要。但是，由于蜂窩網絡現有的移動用戶極多，若與移動用戶復用蜂窩網絡，在業務高峰期會產生網絡阻塞現象，從而對智能電網中對時延要求較高的業務，如自動需求響應（Automatic?Demand?Response，ADR）、饋線自動化（Feeder?Automation，FA）等會產生較大影響。因此需要蜂窩網絡提供大量的可用帶寬。然而，根據美國聯邦通信委員會（Federal?Communications?Commission，FCC）的調研報告顯示，可供蜂窩網絡通信的可用頻譜資源匱乏。而另一方面，由于廣播電視業務特性，在其業務的非高峰期存在大量的可用頻譜資源；同時，伴隨模擬電視向數字電視（Digital?TV，DTV）的轉變，將導致存在更多的空閑頻譜資源。

因此，如何在鄰域網絡采用蜂窩網絡通信技術同時動態利用廣播電視頻段的空閑頻譜資源從而實現智能電網中頻譜的動態高效管理并進一步滿足智能電網業務需求成為本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

與本發明最接近的現有技術包括：采用集中式的資源調度算法對智能電網鄰域網絡中的各項業務進行調度以及基于智能電網業務QoS和排隊論模型的資源調度策略。但是上述兩項技術均為涉及智能電網鄰域網絡與數字廣播電視網絡共存的場景；而在該場景下，通過本發明所提出的動態頻譜分配系統和方法，使得智能電網鄰域網絡不僅可以利用本身的頻譜資源，還能夠利用數字廣播電視網絡的頻譜資源，從而能夠進一步提升頻譜資源的利用效率，滿足智能電網的業務需求。