[发明专利]一种智能电网通信中随机接入的方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网无线通信中随机接入过程，降低随机接入碰撞的概率。

背景技术

智能电网是一种将通信网络与电网系统相结合的现代的电网系统。通过对电网中数据的实时收集与分析，从而达到对电力负载的控制和需求响应等目的，能提高能源利用效率，确保安全、可靠、优质的电力供应。在智能电网中，发电、输电、配电、用电环节都存在着大量的先进传感和测量技术、设备，需要网络通信技术的支撑。然而智能电网中的通信不同于传统的数据或语音服务，有着特定的特点和需求。比如，终端设备（UE）较多，数据量较小，周期通信等特点。

LTE可以提供高频谱效率,大吞吐量,低延时以及支持基于IP的多种应用服务，是智能电网中一种较为理想的通信技术。在LTE中，为了获得上行同步并为UE分配一个唯一的标识C-RNTI，UE需要进行随机接入过程。只有通过随机接入，UE才能与基站取得上行同步，并且为UE分配一个唯一的标识C-RNTI，进而后续的通信过程才能进行。随机接入分为基于竞争和非竞争两种方式。基于竞争的随机接入过程如图1所示。

Step1)当UE由某事件触发需要进行随机接入时，首先在物理随机接入信道(Physical Random Access Channel，PRACH)资源上向基站发送随机接入前导，其目的在于向eNodeB指示当前UE的随机接入尝试,并使得eNodeB能估计其与UE之间的传输时延。前导序列共有64个，是UE通过解析eNodeB广播的配置信息而得到。64个前导中的一部分是预留给基于非竞争随机接入的，UE从剩下的前导中随机选择一个前导在PRACH上发送给基站。

Step2)eNodeB通过PDCCH向UE发送随机接入响应(Random Access Response，RAR)。若eNodeB在PRACH上检测到随机接入前导,就会在PDCCH上发送随机接入响应RAR,包括随机接入前导序列序号（RAPID）、时间提前量(Timing Advance Command)、T-RNTI(Temporary Radio Network Temporary Identifier)、退避指示、上行资源分配等。UE发送了preamble之后，将在RAR时间窗（RA Response window）内监听PDCCH，以接收对应RA-RNTI（由PRACH的时频位置决定）的RAR。如果多个UE在同一PRACH资源（时频位置相同，使用同一RA-RNTI）发送preamble，则对应的RAR复用在同一MAC PDU中,用RA-RNTI加扰，如图2所示。

如果多个UE相同的PRACH资源上选择了同一个前导序列发起随机接入的尝试,那么就会发生碰撞。每个UE都有可能接收到同一个RAR,由此进入竞争解决过程Step3、Step4。

Step3)在上个步骤的MAC header中解析出自己前导序号的UE，根据解析出来的RAR信息在PUSCH上向eNodeB发送消息3（Msg3）。包含RRC连接请求、跟踪区域更新、调度请求、Step2中解码的T-RNTI，以及每个UE唯一的标志（C-RNTI或S-TMSI）。

Step4)若eNodeB成功解码一个UE的Msg3，则在PDSCH上发送竞争解决消息（contention resolution），携带该UE的唯一标志以指定胜出的UE。而其它没有在冲突解决中胜出的UE将根据MAC header中的回退指数（BI）选择一个回退时间，延迟了回退时间后重新发起随机接入。

在典型的智能电网环境下，有大量的传感器、电表等进行测量、上报数据。比如在高级量测体系（AMI）中，智能电表每隔15分钟就要上报一次用电数据。由上述的LTE随机接入过程可知，当多个电表同时需要上报数据，同时发起随机接入过程时，需要在用于竞争的前导中随机选取一个。由于电表数量众多，并且频繁的周期性上报数据，多个电表选择同一个前导的概率很大，导致随机接入过程时碰撞几率大大增加，并影响传统的语音和数据通信的随机接入。因此有必要提出一种优化随机接入的方法去减少随机接入过程中的碰撞概率，提高智能电网的整体性能。

发明内容

基于上述对问题的分析，本发明提出一种智能电网通信中随机接入的方法,该方法能在智能电网环境下降低随机接入碰撞概率，并且不影响传统语音、数据业务的随机接入。另外，本发明不需要额外的信令开销，节约了宝贵的信令资源。