融合可調節負荷的5G通信網絡需求響應系統架構

崔 嫻

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

當前，我國已經建成超7×105個5G基站，城區有數據流量需求的區域基本實現了連續覆蓋，5G網絡從可用正在朝著好用方向轉變。5G網絡的作用是實現信息和數據的快速通信與傳輸，與前幾代的通信網絡相比，不僅傳輸速率有了極大的提高，而且極大降低了傳輸延遲。5G網絡的應用使數據傳輸質量有了顯著地提高。5G網絡在諸多方面都得到了廣泛應用，其中在電力系統的應用最為常見[1]。電力系統供電時，通過調整負荷，可以充分發揮發電、供電以及用電設備的潛力，節約電力建設投資，最大限度地滿足國民經濟發展的用電需要。基于上述背景，各種通信網絡需求響應系統被設計出來，在一定程度上解決了不能保證用戶需求響應的可靠性和實時性，降低了需求響應的靈活性和效率問題。本文以前人研究經驗為基礎，以電力系統中的可調節負荷為對象，針對5G通信網絡需求響應系統中的架構部分進行研究。系統架構是指構成一個系統的主要元素及它們之間的主要關聯，這些元素和關聯能夠反映該系統的本質特征，是系統設計的整體框架。本研究分為系統整體架構設計、系統硬件架構設計以及系統軟件架構設計3部分，通過本研究以期提高電力企業供電服務的質量。

1 5G通信網絡需求響應系統整體架構

本文融合可調節負荷的5G通信網絡需求，響應系統的整體架構分為感知層、網絡層以及應用層3個層次，具體如圖1所示[2]。

圖1 基于負荷調節的需求響應系統整體架構

1.1 感知層

感知層是融合可調節負荷的5G通信網絡需求響應系統的最底層，由若干個微小傳感節點組成，負責采集電量需求數據。電力需求數據主要來自用戶工作和生活中所使用的智能設備，如計算機設備、各種機械設備、照明設備、溫度調節設備以及其他各種智能家電設備等。工作和生活中一切會產生電力消耗的設備都是傳感器采集的對象，采集到電力需求數據是系統運行的基礎數據。

1.2 網絡層

網絡層是系統3個層次的中間層，主要由5G通信網絡組成，負責用戶用電需求感知和供電站之間的交流溝通。該層具體包括3個功能，第一種功能是實現需求響應終端與電站服務器的連接通信，第二功能是提供各種終端設備和控制器之間的互連和互通，提供通信通道，并形成本地傳感器網絡，第三功能是實現需求響應終端與控制器之間的通信[3]。

1.3 應用層

應用層是整個基于負荷調節的5G通信網絡需求響應系統的最上層，主要是結合負荷調節對用戶的用電需要進行響應，制定合理的需求響應策略并編碼，然后利用中央控制器發送控制命令，驅動各環節電力供應設備執行決策，滿足用戶需求[4]。

2 5G通信網絡需求響應系統硬件架構設計

5G通信網絡需求響應系統硬件架構是指由物理設備構成的系統物理架構，主要由控制器、微處理器、采集設備以及通信設備等4部分組成。下面進行具體分析。

控制器是系統控制模塊的核心設備，起到控制系統中所有物理設備的作用，所有設備的運行都要聽從該設備的調遣，因此在一個系統架構設計中，該設備的選型至關重要。微處理器是系統運算模塊的核心，由一片或少數幾片大規模集成電路組成，負責信息解析、數據處理以及控制命令生成等。在該芯片上承載了各種運算程序，其中負荷均衡計算是其最關鍵的程序。采集設備與現場用戶的各種用電設備相連，負責采集用戶的電力需求。采集設備在這里主要是指各種傳感器。傳感器一般由前端探頭、發送器、接收器以及檢測電路等幾部分組成，其工作原理如下。首先利用前端的探頭測量目標物體的狀態信息，其次將其進行放大、增強等處理，提高信息質量，最后將其按一定規則變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出[5]。通信設備是系統各部分交流和溝通的載體。以本文研究的5G通信網絡為例，所需要的通信設備主要包括網關、交換機、分光器以及光線路終端等。其中網關也被稱為網間連接器和協議轉換器，是往返于其他網絡數據的關鍵停靠點，主要負責數據的傳輸和通信。在一個通信系統中，若沒有網關，則各個設備之間是無法實現溝通的。交換機是一種網絡硬件，能完成數據封裝，并將其轉發和接收，可以解決異性網絡之間轉發分組，具體功能包括物理編址、網絡拓撲、錯誤校驗以及流控等。分光器是一種共振吸收線分離設備，由入射和出射狹縫、反射鏡及色散元件組成。光線路終端與交換機相連，主要作用是將采集到的數據量轉化成光信號。

3 5G通信網絡需求響應系統軟件架構設計

軟件架構即為構成一套軟件的主要脈絡，至少包括兩個不同的子架構，即橫向的業務功能架構和縱向的技術架構。5G通信網絡需求響應系統軟件架構示意如圖2所示。

圖2 5G通信網絡需求響應系統軟件架構示意圖

在軟件架構中，可調節負荷邏輯程序是其中關鍵環節。目前，主要有集中式和分散式兩種調節方式，表1對這兩方式進行了對比分析。

4 結 論

隨著經濟的發展，人們對電力能源的需求越來越大。過大的電力需求給供電企業的供電業務帶來了極大的挑戰和壓力，因此為更好地提高供電服務質量，滿足用戶供電需求，以5G通信技術作為支撐，進行融合可調節負荷的5G通信網絡需求響應系統架構設計研究。該研究分為整體框架設計、硬件框架設計以及軟件框架設計3部分。通過本研究為電力企業維持電力工序平衡提供了參考和借鑒。