用于5G通信业务的分布式系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010268723.5 (22)申请日 2020.04.08 (71)申请人 深圳供电局有限公司 地址 518000 广东省深圳市罗湖区深南东 路4020号电力调度通信大楼 (72)发明人 陈瑞冷迪 (74)专利代理机构 深圳汇智容达专利商标事务 所(普通合伙) 44238 代理人 熊贤卿 (51)Int.Cl. H04B 10/2575(2013.01) H04L 29/08(2006.01) H04W 4/38(2018.01) G01D 21/02(2006.01) 。

2、(54)发明名称 一种用于5G通信业务的分布式系统 (57)摘要 本发明提供一种用于5G通信业务的分布式 系统， 其包括： 环境检测模块和设备检测模块， 所 述环境检测模块和设备检测模块的输出端通过 光纤单向电连接有主网关， 所述主网关的输出端 单向电连接有中央处理器， 所述中央处理器的输 出端分别通过光纤单向电连接有多个二级接入 网关， 所述多个二级接入网关的输出端均单向电 连接有无线收发模块， 所述无线收发模块的输出 端分别单向电连接有多个后台控制终端。 实施本 发明， 可以现有5G通信电力系统设备维护效率低 下的问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 111541486 A 。

3、2020.08.14 CN 111541486 A 1.一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 包括： 环境检测模块和设备检测模 块， 所述环境检测模块和设备检测模块的输出端通过光纤单向电连接有主网关， 所述主网 关的输出端单向电连接有中央处理器， 所述中央处理器的输出端分别通过光纤单向电连接 有多个二级接入网关， 所述多个二级接入网关的输出端均单向电连接有无线收发模块， 所 述无线收发模块的输出端分别单向电连接有多个后台控制终端。 2.根据权利要求1所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 所述环境检 测模块连接有温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传感器，。

4、 所述温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传感器的输出端均通过主网关与中央处理器的输入端单向 电连接。 3.根据权利要求2所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 所述设备检 测模块连接有电流电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模块， 所述电流电压传感 器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模块的输出端均通过主网关与中央处理器的输入端单 向电连接。 4.根据权利要求3所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 所述中央处 理器的输出端单向电连接有存储模块， 所述存储模块的存储周期为半年。 5.根据权利要求4所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特。

5、征在于， 所述每一二 级接入网关分别对应一后台控制终端； 所述每一后台控制终端分别对应一授权后台。 6.根据权利要求5所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 所述环境检 测模块、 设备检测模块、 主网关、 多个二级接入网关之间连接的光纤采用HX40Pb/s的密集波 分复用技术， 且每条光纤的单波段传输速度达到1.0tb/s-1.6tb/s。 7.根据权利要求6所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 所述中央处 理器采用的架构为X86架构， 所述主网关和中央处理器之间单向电连接有滤波模块。 8.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特。

6、征在于， 所 述无线收发模块采用Massive MIMO多天线架设， 且设定设备a在时隙t的发射信号为s(t)， 则以下述公式确定接收信号： 其中，为发射功率， na(t)为独立同分布的均值为0， 方差为N0的复高斯随机变量， Ha (t)为系统信道矩阵， 定义hij为为接收天线i和发射天线j之间的信道系数； 其中， 用户a的信道矩阵采用下式(2)表示： 信道hij采用下式(3)表示： 其中， Sn的均值等于路径损失， 方差为 n。 9.根据权利要求8所述的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其特征在于， 在本系统中 权利要求书 1/2 页 2 CN 111541486 A 2 采用预处理g-。

7、means方法来克服每种用户设备的业务数据包传输延时之间的差异， 其中， 在 调度开始阶段对g值进行预处理训练， 按照系统所有待调度的用户设备的信道环境、 业务数 据长度以及平均传输延时， 计算获得用户设备的调度优先级， 按照优先级进行排序， 从中选 出前g个用户设备作为初始聚类点； 在预处理训练阶段结束， 然后按照正常的g-means算法 对后面新的待调度用户设备进行聚类， 直到收敛为止。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111541486 A 3 一种用于5G通信业务的分布式系统 技术领域 0001 本发明涉及5G通信业务领域， 尤其涉及一种用于5G通信业务的分布式系统。 背景技术 00。

8、02 第五代移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术， 是4P(LTE-A、 WiMax)、 3P (UMTS、 LTE)和2P(PSM)系统后的延伸， 5G的性能目标是高数据速率、 减少延迟、 节省能源、 降 低成本、 提高系统容量和大规模设备连接。 0003 电力系统是由发电、 输电、 变电、 配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统， 它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能， 再经输电、 变电和配电将 电能供应到各用户。 0004 在使用者建设5G通信业务框架时， 需要用到复杂的电力系统为5G保驾护航， 然而 现有的5G通信电力系统设备维护效率低下， 不能对电力系统内的运行。

9、设备和设备所处的环 境进行实时监测， 从而得不到详细的参数数据， 提高设备的故障率， 同时也需要巡检人员对 设备进行日常检查， 大大提高了人工成本。 0005 因此， 有必要提供一种用于5G通信业务的分布式系统解决上述技术问题。 发明内容 0006 本发明提供一种用于5G通信业务的分布式系统， 解决了现有5G通信电力系统设备 维护效率低下的问题。 0007 为解决上述技术问题， 本发明提供的一种用于5G通信业务的分布式系统， 其包括： 环境检测模块和设备检测模块， 所述环境检测模块和设备检测模块的输出端通过光纤单向 电连接有主网关， 所述主网关的输出端单向电连接有中央处理器， 所述中央处理器的。

10、输出 端分别通过光纤单向电连接有多个二级接入网关， 所述多个二级接入网关的输出端均单向 电连接有无线收发模块， 所述无线收发模块的输出端分别单向电连接有多个后台控制终 端。 0008 优选地， 所述环境检测模块连接有温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力 传感器， 所述温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传感器的输出端均通过主网关 与中央处理器的输入端单向电连接。 0009 优选地， 所述设备检测模块连接有电流电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监 控模块， 所述电流电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模块的输出端均通过主网关 与中央处理器的输入端单向电连接。 0。

11、010 优选地， 所述中央处理器的输出端单向电连接有存储模块， 所述存储模块的存储 周期为半年。 0011 优选地， 所述每一二级接入网关分别对应一后台控制终端； 所述每一后台控制终 端分别对应一授权后台。 0012 优选地， 所述环境检测模块、 设备检测模块、 主网关、 多个二级接入网关之间连接 说明书 1/5 页 4 CN 111541486 A 4 的光纤采用HX40Pb/s的密集波分复用(DWDM)技术， 且每条光纤的单波段传输速度达到 1.0tb/s-1.6tb/s。 0013 优选地， 所述中央处理器采用的架构为X86架构， 所述主网关和中央处理器之间单 向电连接有滤波模块。 00。

12、14 优选地， 所述无线收发模块采用Massive MIMO多天线架设， 且设定设备a在时隙t 的发射信号为s(t)， 则以下述公式确定接收信号： 0015 ra(t)ptHa(t).s(t)+na(t) (1) 0016 其中， Pt为发射功率， na(t)为独立同分布的均值为0， 方差为N0的复高斯随机变 量， Ha(t)为系统信道矩阵， 定义hij为为接收天线i和发射天线j之间的信道系数； 0017 其中， 用户a的信道矩阵采用下式(2)表示： 0018 Hah1.1 h1.2 . h1.n 0019 Hah2.1 h2.2 . h2.n (2) 0020 . . . . 0021 Ha。

13、hm.1 hm.2 . hm.An 0022 信道hij采用下式(3)表示： 0023 hijNormal(0nSn/2)+j.Normal(0nSn/2) (3) 0024 其中， Sn的均值等于路径损失， 方差为 n。 0025 优选地， 在本系统中， 采用预处理g-means方法来克服每种用户设备的业务数据包 传输延时之间的差异， 其中， 在调度开始阶段对g值进行预处理训练， 按照系统所有待调度 的用户设备的信道环境、 业务数据长度以及平均传输延时， 计算获得用户设备的调度优先 级， 按照优先级进行排序， 从中选出前g个用户设备作为初始聚类点； 在预处理训练阶段结 束， 然后按照正常的g。

14、-means算法对后面新的待调度用户设备进行聚类， 直到收敛为止。 0026 实施本发明实施例， 具有如下的有益效果： 0027 本发明提供一种用于5G通信业务的分布式系统， 通过环境检测模块、 设备检测模 块、 主网关、 中央处理器、 多个二级接入网关和无线收发模块的配合， 对设备运行状态和环 境影响因素进行综合判断， 再发送至多个后台控制终端， 可立即采取相应维护措施， 使电力 系统设备始终处于最佳运行状态； 0028 本发明通过温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传感器， 可对设备所处 的环境参数进行采集， 通过电流电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模块， 可对设 备。

15、运行参数进行采集， 通过存储模块的存储周期为半年， 便于授权的使用者在半年内对所 需数据进行调阅， 通过光纤， 直接增强主网关、 中央处理器、 多个二级接入网关之间的传输 速度， 通过滤波模块， 可对周围环境中掺杂的杂波进行过滤， 提高信息数据传输的完整性。 附图说明 0029 图1为本发明提供的一种用于5G通信业务的分布式系统的一种较佳实施例的系统 框架图； 0030 图2为图1中环境检测模块的应用环境示意图； 0031 图3为图1中设备检测模块的应用环境示意图。 说明书 2/5 页 5 CN 111541486 A 5 具体实施方式 0032 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。 。

16、0033 请结合参阅图1、 图2和图3， 其中图1为本发明提供的一种用于5G通信业务的分布 式系统的一种较佳实施例的系统框架图， 图2为图1所示环境检测模块的的应用环境示意 图， 图3为图1所示设备检测模块的应用环境示意图。 在本实施例中， 本发明提供一种用于5G 通信业务的分布式系统， 包括： 环境检测模块和设备检测模块， 所述环境检测模块和设备检 测模块的输出端通过光纤单向电连接有主网关， 所述主网关的输出端单向电连接有中央处 理器， 所述中央处理器的输出端分别通过光纤单向电连接有多个二级接入网关(图中示出 了四个)， 多个二级接入网关的输出端均单向电连接有无线收发模块， 所述无线收发模块。

17、的 输出端分别单向电连接有多个后台控制终端(图中示出了四个)。 0034 可以理解的是， 5G系统中的吞吐量影响因素为： QPS(TPS)、 并发数和响应时间， 且 QPS(TPS)代表每秒钟request/事务， 并发数代表系统同时处理的request/事务数， 响应时 间则取平均时间， 且QPS(TPS)、 并发数和响应时间之间的计算方式为： QPS(TPS)并发数/ 平均响应时间、 CiBlog2(1+SINRc,i)， 其中， SINRc,i为蜂窝用户的信干噪比， 系统中全局 通信终端效能的计算公式为： EES/Psum， 其中， 总的发射功率记作Psum， 微调概率PAR的计 算公式。

18、为， PARPARmin+(PARmax-PARmin)gn/MAXI其中， PARmin为微调概率的最小值； PARmax为微调概率的最大值； gn表示迭代次数； MAXI表示最大迭代次数； 0035 本发明5G高空平台端(即无线收发模块)使用Massive MIMO多天线架设， 且设定设 备a在时隙t的发射信号为s(t)， 则接收信号可以表示为： 0036 ra(t)ptHa(t).s(t)+na(t) (1) 0037 其中Pt为发射功率， na(t)为独立同分布的均值为0， 方差为N0的复高斯随机变 量， Ha(t)为系统信道矩阵， 定义hij为为接收天线i和发射天线j之间的信道系数，。

19、 那么可以 得到用户a的信道矩阵为： 0038 Hah1.1 h1.2 . h1.n 0039 Hah2.1 h2.2 . h2.n (2) 0040 . . . . 0041 Hahm.1 hm.2 . hm.An 0042 信道hij可以表示为： 0043 hijNormal(0nSn/2)+j.Normal(0nSn/2) (3) 0044 其中Sn的均值等于路径损失， 方差为 n； 0045 在5G系统中， 将会存在使用多种标准， 多种制式的用户设备存在， 每种用户设备的 业务数据包传输延时都会有差异， 本发明采用机器学习算法中的g-means非监督学习算法， 因为传统的g-means。

20、算法对初始质心的选取是很敏感的， 有可能造成局部最优解， 为了克服 这个问题， 提出了预处理g-means方法， g值的选取并不是随机选择的， 而是在调度开始阶段 先进行预处理训练， 在一段调度时间中， 按照系统所有待调度的用户设备的信道环境、 业务 数据长度以及平均传输延时(平均传输延时在训练阶段会动态更新)， 计算用户设备的调度 优先级， 按照优先级进行排序， 从中选出前g个用户设备作为初始聚类点， 预处理训练阶段 结束， 然后按照正常的g-means算法对后面新的待调度用户设备进行聚类， 直到收敛为止。 0046 如图2所示， 在一个具体的例子中， 所述环境检测模块连接有温湿度传感器、 。

21、干燥 说明书 3/5 页 6 CN 111541486 A 6 传感器、 雨量传感器和风力传感器， 所述温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传 感器的输出端均通过主网关与中央处理器的输入端单向电连接， 可对设备所处的环境参数 进行采集， 主要采集环境参数数据为温湿度变化值、 干燥程度、 雨量大小以及风速大小。 0047 如图3所示， 在一个具体的例子中， 所述设备检测模块包括电流电压传感器、 明火 传感器、 烟雾传感器和监控模块， 所述电流电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模 块的输出端均通过主网关与中央处理器的输入端单向电连接， 可对设备运行参数进行采 集， 主要采集的设。

22、备运行参数数据为通过电流电压数值、 明火烟雾情况以及实时监控。 0048 所述中央处理器的输出端单向电连接有存储模块， 所述存储模块的存储周期为半 年， 便于授权的使用者在半年内对所需数据进行调阅。 0049 所述多个二级接入网关中每一个二级接入网关均依次对应一个后台控制终端。 即 二级接入网关A、 二级接入网关B、 二级接入网关C和二级接入网关D依次对应后台控制终端 A、 后台控制终端B、 后台控制终端C和后台控制终端D， 所述应后台控制终端A、 后台控制终端 B、 后台控制终端C和后台控制终端D分别代表对应的授权后台， 四个后台控制终端分布在整 个电力系统的四周。 0050 所述环境检测模。

23、块、 设备检测模块、 主网关、 多个二级接入网关之间连接的光纤采 用HX40Pb/s的密集波分复用(DWDM)技术， 且每条光纤的单波段传输速度达到1.0tb/s- 1.6tb/s， 直接增强主网关、 中央处理器、 多个二级接入网关之间的传输速度。 0051 所述中央处理器采用的架构为X86架构， 所述主网关和中央处理器之间单向电连 接有滤波模块， 可对周围环境中掺杂的杂波进行过滤， 提高信息数据传输的完整性。 0052 本发明的工作原理如下： 0053 温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传感器对设备所处环境的温湿度 变化、 干燥度、 雨量大小和风速大小参数信息进行采集， 接着电流。

24、电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模块对设备内部电流电压数值、 明火、 烟雾情况以及监控状况数据进行 采集， 接着将环境因素参数和设备运行参数由主网关传输至中央处理器， 经过中央处理器 综合解析整理后分别由二级接入网关A、 二级接入网关B、 二级接入网关C和二级接入网关D 通过无线收发模块传输至后台控制终端A、 后台控制终端B、 后台控制终端C和后台控制终端 D， 由四个后台控制终端对电力系统设备进行实时检测， 从而增强5G通信电力设备的维护效 果。 0054 与相关技术相比较， 本发明具有如下有益效果： 0055 本发明通过环境检测模块、 设备检测模块、 主网关、 中央处理器、 二。

25、级接入网关A、 二级接入网关B、 二级接入网关C、 二级接入网关D和无线收发模块的配合， 对设备运行状态 和环境影响因素进行综合判断， 再发送至后台控制终端A、 后台控制终端B、 后台控制终端C 和后台控制终端D， 可立即采取相应维护措施， 使电力系统设备始终处于最佳运行状态； 0056 本发明通过温湿度传感器、 干燥传感器、 雨量传感器和风力传感器， 可对设备所处 的环境参数进行采集， 通过电流电压传感器、 明火传感器、 烟雾传感器和监控模块， 经过秘 钥加密保护后可对设备运行参数进行采集， 提高5G数据传输的安全性， 通过存储模块的存 储周期为半年， 便于授权的使用者在半年内对所需数据进行调阅， 通过光纤， 直接增强主网 关、 中央处理器、 多个二级接入网关之间的传输速度， 通过滤波模块， 可对周围环境中掺杂 的杂波进行过滤， 提高信息数据传输的完整性。 说明书 4/5 页 7 CN 111541486 A 7 0057 以上所述仅为本发明的实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运用在其它相关的技 术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。 说明书 5/5 页 8 CN 111541486 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/1 页 9 CN 111541486 A 9 。