一种用于配用电通信的GPRS网络接入优化方法

本发明涉及一种GPRS网络接入方法，尤其是涉及一种用于配用电通信的 GPRS网络接入优化方法。

智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，它以包括发、输、变、配、 用和调度等各环节的电力系统为对象，不断研发和应用新型控制技术、信息技术和 管理技术，实现信息的智能交流。通信信息系统作为支撑智能电网建设的公共平台 和重要手段，始终贯穿于六大应用环节，是实施配网自动化的基础，要实现数据和 命令的即使、快速的传递都离不开稳定可靠的通信系统做支撑。

电力通信网络发展到当前阶段，整体架构是以光纤网络为主干网，EPON、PLC、 无线通信网为接入网。目前国内电网使用的无线公网技术主要是GPRS技术。由于 GPRS系统容量有限，承载智能电网业务存在接入上的问题。当很多配、用电终端 在同一时刻有数据发送网电力系统平台时，网络将会出现一定的接入拥塞，导致网 络性能极度恶化，甚至瘫痪，因此需要对终端的接入进行一定控制管理，改善网络 的性能。

GPRS网络的随机接入采用了时隙ALOHA(S‑ALOHA)方法，该方法是一种 基于竞争的随机接入方案，其复杂度低，易于实现，当负载低的时候性能表现良好， 当负载很大时，算法的性能急剧下降，接入信号的碰撞概率非常大，性能表现急剧 恶化。

文献《Overload Control Method for Synchronized MTC traffic in GERAN》 (Vehicular Technology Conference(VTC Fall)，2011 IEEE，pp 1‑5，Sept 2011.)提出 了一种自适应负载S‑ALOHA接入方法，通过对随机接入信道的监测，统计观 察时间内空闲信道的数量，自适应的改变用户终端的随机接入申请发送概率，减小 接入网侧的负载，使在负载较高的情况下保持网络的最大吞吐量。

文献《A Centalized Dynamic Access Probability Protocal for Next Generation  Wireless Network》(IEEE INFOCOM 2001，pp.767‑775.)根据终端用户的一些周期 性同步发起的业务进行了资源预留，在用户第一次接入网络过程中时延较大，用户 接入网络后，即向申请下次接入的无线资源，当第二个业务发起周期到来时， 无需申请接入，只要监听的控制命令即可完成接入。

现有技术的主要缺点有以下几点：

1.时隙ALOHA方案虽然实现简单，但是在网络负载较高的情况下性能表现非 常差，对于终端数量较多的智能电网配、用电通信网，在业务集中上报的周期时间 段内网络性能将会急剧恶化。

2.自适应负载的S‑ALOHA方法需要根据随机接入信道的空闲信道(时隙) 数来得到当前网络的负载情况，当网络无空闲信道时系统的估计算法无法工作，网 络的性能将会大幅度降低。

3.针对周期性业务的资源预留算法可以较有效的解决连续周期业务的随机接 入问题，第一个周期用户的接入时间较长，并且用户需要在每次发送数据时向 预约下次传输使用的资源，对于突发性的业务保证不足；需要为每个预约用户 预留信道资源，需要消耗大的存储容量及更复杂的调度算法，实现成本较高。

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于配用电 通信的GPRS网络接入优化方法，该方法可以解决在高负载情况下网络随机接入效 率低下的问题，并且通过一种简单可行的调节机制，实现对终端接入进行控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于配用电通信的GPRS网络接入优化方法，GPRS网络系统采用 S‑ALOHA方式进行随机接入，用户在随机接入信道上发送随机接入申请，其特征 在于，网络侧通过统计随机接入信道的状态，统计接入网络侧的用户发送接入申请 的成功概率，随机接入信道的空闲概率及忙时概率，来估计当前随机接入信道的负 载，从而计算出用户发起接入申请的最优概率，优化GPRS网络的随机接入过程。

该优化方法具体包括以下步骤：

1)在每个监测周期内监测随机接入信道的状态，该信道空闲的概率
以及用户成功接入的概率其中，n_empty(t)是空闲时隙数，
n_succ(t)是成功传输的时隙数；

2)根据步骤1)中获取的随机接入信道空闲和用户成功接入的概率，估计该
随机接入信道业务的负载量r(t)为估计的t时刻发送随
机接入申请的用户数量，当有且只有一个用户在一个时刻发送随机接入申请时，使
得用户随机接入申请的发送概率

3)根据随机接入信道的状态，对用户随机接入申请的发送概率进行进一步修 正。

步骤3)中若当前没有空闲的随机接入信道时，判断用户随机接入申请的发送 概率paccess是否大于0.8，若大于0.8，则保持用户随机接入申请的发送概率不变，若 不大于0.8，则对其进行如下调整：paccess(t)＝paccess(t‑1)/e0.5；

若随机接入信道完全空闲，则对用户随机接入申请的发送概率进行如下调整： paccess(t)＝paccess(t‑1)·e0.5。

与现有技术相比，本发明通过估计网络的负载情况，计算出使随机接入信道 利用率最高的用户接入概率，从而控制下一时间段内用户的接入。该方法在配用电 通信等同时发起业务的用户量非常大的场景下十分有效，可以明显的提高用户的接 入成功概率，降低用户的接入时延，其技术优点如下：

1.简单易行，只需根据统计的RACH信道状态，并且可以根据需要调整 监测周期的长短，简单可行，效果明显。

2.利用本方法可以达到很好的控制大量突发性用户业务的接入，减小业务尖峰 对网络带来的压力，提高接入网的性能表现，提高配电通信网络的可靠性。

图1为采用本发明与现有接入方式的对比图。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种用于配用电通信的GPRS网络接入优化方法，GPRS网络系统采用 S‑ALOHA方式进行随机接入，用户在随机接入信道上发送随机接入申请，其特征 在于，网络侧通过统计随机接入信道的状态，统计接入网络侧的用户发送接入申请 的成功概率，随机接入信道的空闲概率及忙时概率，来估计当前随机接入信道的负 载，从而计算出用户发起接入申请的最优概率，达到优化GPRS网络的随机接入过 程的目的。

该优化方法具体包括以下步骤：

步骤1：在每个监测周期内监测随机接入信道的状态，该信道空闲的概率
以及用户成功接入的概率其中，n_empty(t)是空闲时隙数，
n_succ(t)是成功传输的时隙数；

步骤2：在通信模型中，用户的到达率是假设为泊松分布，这里根据泊松分布
的特性并结合步骤1)中获取的随机接入信道空闲和用户成功接入的概率，估计出
该随机接入信道业务的负载量r(t)为估计的t时刻发送
随机接入申请的用户数量，当有且只有一个用户在一个时刻发送随机接入申请时，
用户能够成功接入，在t时刻时，使用户随机接入申请的发送概率
此时仅有一个用户发起随机接入申请的概率最大。

步骤3：因为配电用户终端数量特别大，当用户在短时间内同时发起业务时， 网络中可能没有空闲的信道和成功传输的信道。而且在通信周期内，用户业务的发 起不完全是泊松分布，系统性能降低，因此需要对用户随机接入申请的发送概率进 行进一步修正。

a)若当前没有空闲的随机接入信道时，表示网络中用户负载非常大，根据用 户的进行随机接入成功率可以推断当前的paccess是否合理，因此若paccess＞0.8，则保持 用户随机接入申请的发送概率不变，否则对其进行如下调整：paccess(t)＝paccess(t‑1)/e0.5；

b)若随机接入信道完全空闲，则说明没有用户的接入申请，则对用户随机接 入申请的发送概率进行如下调整：paccess(t)＝paccess(t‑1)·e0.5。

在进行以上步骤均应保证paccess(t)不超过1。

采用本发明的方法进行网络接入优化时，GPRS网络在不同用户负载情况下的 性能如图1所示。该图表现了突发用户数量为100至1000(1秒钟内)的情况下， 系统的接入性能表现，可以看出，当用户数量不断增大时，本发明具有最优的性能。