融合可调节负荷的5G通信网络需求响应系统架构

崔 娴

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

当前，我国已经建成超7×105个5G基站，城区有数据流量需求的区域基本实现了连续覆盖，5G网络从可用正在朝着好用方向转变。5G网络的作用是实现信息和数据的快速通信与传输，与前几代的通信网络相比，不仅传输速率有了极大的提高，而且极大降低了传输延迟。5G网络的应用使数据传输质量有了显著地提高。5G网络在诸多方面都得到了广泛应用，其中在电力系统的应用最为常见[1]。电力系统供电时，通过调整负荷，可以充分发挥发电、供电以及用电设备的潜力，节约电力建设投资，最大限度地满足国民经济发展的用电需要。基于上述背景，各种通信网络需求响应系统被设计出来，在一定程度上解决了不能保证用户需求响应的可靠性和实时性，降低了需求响应的灵活性和效率问题。本文以前人研究经验为基础，以电力系统中的可调节负荷为对象，针对5G通信网络需求响应系统中的架构部分进行研究。系统架构是指构成一个系统的主要元素及它们之间的主要关联，这些元素和关联能够反映该系统的本质特征，是系统设计的整体框架。本研究分为系统整体架构设计、系统硬件架构设计以及系统软件架构设计3部分，通过本研究以期提高电力企业供电服务的质量。

1 5G通信网络需求响应系统整体架构

本文融合可调节负荷的5G通信网络需求，响应系统的整体架构分为感知层、网络层以及应用层3个层次，具体如图1所示[2]。

图1 基于负荷调节的需求响应系统整体架构

1.1 感知层

感知层是融合可调节负荷的5G通信网络需求响应系统的最底层，由若干个微小传感节点组成，负责采集电量需求数据。电力需求数据主要来自用户工作和生活中所使用的智能设备，如计算机设备、各种机械设备、照明设备、温度调节设备以及其他各种智能家电设备等。工作和生活中一切会产生电力消耗的设备都是传感器采集的对象，采集到电力需求数据是系统运行的基础数据。

1.2 网络层

网络层是系统3个层次的中间层，主要由5G通信网络组成，负责用户用电需求感知和供电站之间的交流沟通。该层具体包括3个功能，第一种功能是实现需求响应终端与电站服务器的连接通信，第二功能是提供各种终端设备和控制器之间的互连和互通，提供通信通道，并形成本地传感器网络，第三功能是实现需求响应终端与控制器之间的通信[3]。

1.3 应用层

应用层是整个基于负荷调节的5G通信网络需求响应系统的最上层，主要是结合负荷调节对用户的用电需要进行响应，制定合理的需求响应策略并编码，然后利用中央控制器发送控制命令，驱动各环节电力供应设备执行决策，满足用户需求[4]。

2 5G通信网络需求响应系统硬件架构设计

5G通信网络需求响应系统硬件架构是指由物理设备构成的系统物理架构，主要由控制器、微处理器、采集设备以及通信设备等4部分组成。下面进行具体分析。

控制器是系统控制模块的核心设备，起到控制系统中所有物理设备的作用，所有设备的运行都要听从该设备的调遣，因此在一个系统架构设计中，该设备的选型至关重要。微处理器是系统运算模块的核心，由一片或少数几片大规模集成电路组成，负责信息解析、数据处理以及控制命令生成等。在该芯片上承载了各种运算程序，其中负荷均衡计算是其最关键的程序。采集设备与现场用户的各种用电设备相连，负责采集用户的电力需求。采集设备在这里主要是指各种传感器。传感器一般由前端探头、发送器、接收器以及检测电路等几部分组成，其工作原理如下。首先利用前端的探头测量目标物体的状态信息，其次将其进行放大、增强等处理，提高信息质量，最后将其按一定规则变换成为电信号或其他所需形式的信息输出[5]。通信设备是系统各部分交流和沟通的载体。以本文研究的5G通信网络为例，所需要的通信设备主要包括网关、交换机、分光器以及光线路终端等。其中网关也被称为网间连接器和协议转换器，是往返于其他网络数据的关键停靠点，主要负责数据的传输和通信。在一个通信系统中，若没有网关，则各个设备之间是无法实现沟通的。交换机是一种网络硬件，能完成数据封装，并将其转发和接收，可以解决异性网络之间转发分组，具体功能包括物理编址、网络拓扑、错误校验以及流控等。分光器是一种共振吸收线分离设备，由入射和出射狭缝、反射镜及色散元件组成。光线路终端与交换机相连，主要作用是将采集到的数据量转化成光信号。

3 5G通信网络需求响应系统软件架构设计

软件架构即为构成一套软件的主要脉络，至少包括两个不同的子架构，即横向的业务功能架构和纵向的技术架构。5G通信网络需求响应系统软件架构示意如图2所示。

图2 5G通信网络需求响应系统软件架构示意图

在软件架构中，可调节负荷逻辑程序是其中关键环节。目前，主要有集中式和分散式两种调节方式，表1对这两方式进行了对比分析。

4 结 论

随着经济的发展，人们对电力能源的需求越来越大。过大的电力需求给供电企业的供电业务带来了极大的挑战和压力，因此为更好地提高供电服务质量，满足用户供电需求，以5G通信技术作为支撑，进行融合可调节负荷的5G通信网络需求响应系统架构设计研究。该研究分为整体框架设计、硬件框架设计以及软件框架设计3部分。通过本研究为电力企业维持电力工序平衡提供了参考和借鉴。