（控制理论与控制工程专业论文）基于tcpip的电力系统通信规约的研究与实现.pdf

摘要 基于1 0 4 规约，以v c + + 60 为主要1 具，讨论了1 0 4 规约在电力系统远动传输中的具 体实现，全文主要由以r 儿部分纠成： 第一章、第二章首先介绍1 0 4 规约的发展趋势、研究概况、基于t c p i p 的1 0 4 规约在 远动传输的优点及实现该规约的主要工具，江苏省电力公司1 0 4 规约试点推广项目，然后提 出本文研究的一些主要问题平本文研究所需的一些预备知识( 协议、套接宇等通信概念及相 关编程方法) 。 第三章针对用1 0 4 规约实施网络访问的主要功能，一方面，对于具体的实现根据具体 情况要具体分析、编程，才能得到符合工作实际要求的实现结果，因此很多文献只解决了个 别问题如单个解决报头或信息体，目前还没有具体的文献体现出能解决涵盖大部分问题的较 为一般化的实现过程：另一方面，尽管以上提到的文献在理论上提出了解决个别功能的方案， 但要把理论应用 实践即用代码成功实现这些功能有定难度，要全部实现就更复杂了，因 此许多国家或企业把实现1 0 4 规约功能的代码作为一种技术资本，不向外界透露，造成技术 垄断并以此换取利润。本文就是把1 0 4 规约的各功能综合起来，使得1 0 4 规约的大部分功能 能在较为一般化的l ：稗实践中真正发挥作用。在这里，根据现己形成的技术方案及解决方案， 通过v c 抖6 0 这一开发t 具，在w i n d o w s 下基= 】二局域网通信原理、t c p i p 协议及客户，服 务器模型，实现了s o c k e t 套接字网络编程、多线程互斥利同步、进程间的通信和o d b c 数据库访问技术，这些技术在以前的文献中只是分布的体现，同时实现这些功能尚无具体代 码可查。本文对传输过程中的报文顺利、受到干扰、未确认的传输过程及这些情况下的测试 过程进行了深入分析，然后对这些过程进行了代码实现，在实现过程中，把发送帧、接受帧、 确认帧计数器相互之间的关系，以及在超时情况下定时器的设计融入其中。以上都是传输报 头的机制，后面根据自己学习的实践整理出了a s d u 传输的报文内容的格式、对传输信息 的处理流程图( 包括读装置绢标题报文的流程图和读组的全部条目的描述、量纲报文的流程 图) 。接着，根据对f 站白发j 二传的信息用到的几个相近的报文a s d u i 和a s d u 2 、a s d u 4 1 和a s d u 4 3 进行比较，并对再种情况r 使川哪种类型报文进行了总结。之后，在召唤查询、 查询模拟量及总查询的情况 、分别给出了传输过删流程剖和报文格式( 读定值主站下发报文 a s d u 2 1 、子站问的装置运行定值的报文a s d u l 0 ) 。在总召唤时对h j 来传输采集量状态的 报文( a s d u 4 0 和a s d u 4 2 ) 进行比较，此外，各个传输报文数据的定义，及召唤查询历史 信息的报文格式、流科酬都一做了箍理、概括。 第四章对全文进行了技术思想的总结构建客户服务器应用平台，创建多线程监听 和接收多个s o c k e t 连接，再用第二部分给出的相应流程图和代码实现。主要是在t c p 连 接的基础上，使j 1 4 ；线程处理多个主站同时发起连接的请求。并提出了新的问题，对1 0 4 规约 实现中的快速性、安全一胜问题的解决总结了较好的方案，对提高系统分析和监视故障的能力 提出了自己的构建绸什的想法。 关键词：1 0 4 规约，远动传输，电力系统，t c p i p ，网络编程，局域网通信，多线程技 术，o d b c 数据库访问a s d u 府h j 服务数据单元，报文，帧 a b s t r a c t b a s e d0 n1 0 4t r a n s m i s s i o np r o t o c o l ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e v o t e s0 1 1t h er e a l i z a t i o no f1 0 4 t r a n s m i s s i o np r o t o c o li ne l e c t r i c a ls y s t e m sb yu s i n gt h ep r o g r a m sd e v e l o p m e n tk i tv c + + 6 0 ，t h e m a i nw o r ko f t h i sd i s s e r t a t i o nc o n s i s t so f t h r e ep a r t sa sf o l l o w s ： i np a r tia n df i t h ed e v e l o p m e n ta b o u t1 0 4t r a n s m i s s i o np r o t o c o la n dg e n e r a ls i t u a t i o na b o u t 血e i rr e s e a r c ha r ed i s c u s s e df i r s t a n dt h e nt h em a i na d v a n t a g e so ft h ea p p l i c a t i o no f1 0 4 t r a n s m i s s i o np r o t o c o l l nr e m o t ea c t i o nt r a n s m i s s i o na n dd e v e l o p m e n tk i ta r es t a t e d ，f u r t h e r m o r e t h em a j o rp r o b l e m s ，w h i c ha r es t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a r ei n t r o d u c e d f i n a l l y , s o m en e c e s s a r y p r e l i m i n a r yr e s u l t s 洫t h i sd i s s e r t a t i o ns u c h8 st h ec o m m u n i c a t i o nc o n c e p t so f p r o t o c o la n ds o c k e 谵 a n ds o m em e t h o d so f p r o g r a m sd e v e l o p m e n t ，a r e 舀v e n i np a r ti i i ，h o w e v e ro l qt h eo n eh a n d ，i ts h o u l db ea n a l y z e da n dp r o g r a m m e dc o n c r e t e l y a c c o r d i n gw i t hi n d i v i d u a fi n s t a n c ea n dc a nb ea b l et oc o m et r u et om e e tw i t hg o o dr e s u l t si n p r a c t i c e t h e r e f o r em a n yl i t e r a t u r eo n l ys o l v es p e c i f i cp r o b l e m ss u c ha ss e p a r a t i v ep a c k e t s ，e v e n b yf a rn oc o n c r e t el i t e r a t u r eh a se m b o d ym o r eg e n e r a li m p l e m e n tp r o c e d u r ew h i c hc a ns o l v ea m a j o r i t yo fp r o n e mo nt h eo t h e rh a n d ，a l t h o u g ht h e s el i t e r a t u r em e n t i o n e da b o v eh a sb r o u g h t f o r t hp r o j e c t st of u l f i l ls p e c i f i cf u n c t i o n si nt h e o r y i ta l s os h o u l db ec e r t a i n l yo fs o m ed i f f i e u l t y t h a tw ei m p l e m e n tt h e s ef u n c t i o n ss u c c e s s f u l l yb yc o d i n g ，n e v e r t h e l e s sb ei n t r i c a t et oa c c o m p l i s h t o t a l l y n o wm a n yc o r p o r a t i o n su s et h e s ep r o g r a mc o d ea st h e iro w nt e c h n i q u ec a p t i c a la n dd o n t p u b l i c i z e ，t h u sc a t l s et e c h n i q u em o n o p o l yt og a i nb e n e f i t si nr e t u r n t h i si s s u ei n t e g r a t e se v e r y f u n c t i o no f1 0 4t r a n s m i s s i o np r o t o c o l ，w h i c hm a k et r u ee f f e c t so nm o r eg e n e r a le n g i n e e r i n gb y u s i n gm o s tf u n c t i o n s b a s e do t l t h ee x i s t i n g m a t u r e ，a n ds y s t e m i ct e c h n o l o g i c a lm e t h o d sa n d c o r r e s p o n d i n gr e s o l v e n t s ，t h et h e o r yo fc o m m u n i c a t i o ni nl a n ，t h ep r o t o c o lo ft c p i p , a n dt h e m o d e io fc l i e n ts e r v e ra r em a d eu s eo f , t h em a i nf u n o t i o n so f10 4t r a n s m i s s i o np r o t o c o li nt h e a p p l i c a t i o n o fn e t w o r ks e r v i c e ，w h i c hi n c l u d es o c k e tp r o g r a md e v e l o p i n gi nn e t w o r k ， m u i t i t h r e a d sm u t e xa n d s y n c h r o n i z a t i o n ，t h e c o m m u n i c a t i o n sa m o n gp r o c e s s e s ，a n dt h e t e c h n o l o g i e si nc a l l i n gd a t a b a s eo fo d b c a r er e a l i z e db yu s i n gt h ep r o g r a m sd e v e l o p m e n tk n v c + + 6 0i nw i n d o w si nt h er e a l i z a t i o na b o v e c o m p r e b e n s i v ea n a l y s i si sg i v e na b o u tt h e p r o c e d u r e so ft r a n s f e r r i n ga n dt e s t i n g ，w h i c hi n c l u d et h et h r e ed i f f e r e n ts i t u a t i o n sa sf o l l o w s ：d a t a p a c k e ti sf l u e n t ，i sd i s l u l 。b e d a n dd a t ap a c k e ti s n tc o n f i r m e d a n dt h e nt h e s ep r o c e d u r e sa r e r e a l i z e di np r o g r a mc o d e s ，i nw h i c ht h e r e l a t i o n sa m o n gt h ec o u n t e r so fs e n tf r a m e ，r e c e i v e d f r a m e ，a n da c k n o w l e d g ef l a m e a l ec o n s i d e r e d ，a n dt h ed e s i g nf o rc o u n t e r su n d e rt h es i t u a t i o no f o v e r t i m ef si n c l u d e da t h ep a r ta b o v ej st h em e c h a n i s mo ft r a n s f e r r i n gh e a do fp a c k e t , t h e f o n n a t sf o rt h ec o n t e n to fp a c k e ti na s d ut r a n s f e r r i n ga n dt h ef l o wc h a r t s ，w h i c hc o n t a i nt h e c h a r t so f r e a d i n gd e v i c eh e a d l i n ea n dr e a d i n ga l le n t r i e sd e s c r i p t i o na n dd i i n e n s i o n ，o f d i s p o s i n g t h et r a n s f e r r e di n f o r m a t i o na le g e n e r a l i z e d ，b a s i n gn a yp r a c t i c e a n dr e s e a r c h c o m p a r i s o n s b e t w e e nt h es i m i l a rp a c k e ts u c ha sa s d u l ，a s d u 2 a s d u 4 1 ，a n da s d u 4 3 ，w h i c ha r eu s e di n u p l i n ks p o n t a n e o u s l ya ts l a v es t a t i o n s ，a r el i s t e d ，a n dt h ea p p l i c a t i o n so f t h e s ep a c k e tu n d e re v e r y s i t u a t i o na r ea l s os u m m a r i z e d a f t e rt h a t ，t h ef l o wc h a r i sf o rt h et r a n s f e r r i n gp r o c e d u r e sa r ep u t f o r w a r du n d e rt h es i t u a t i o no fi n q u i r i n gw i t hc o r r e s p o n d i n gf o r m a t so fp a c k e t ，i n v o l v i n gr e a d i n g s e tv a l u ep a c k e ta s d u 2 1a n dt r a n m i t t i n gr u n n i n gs e tv a l u ea s d u l 0 i nt h et e r m so fg e n e r a l c a l l i n g ，t h ep a c k e ts u c ha sa s d u 4 0a n da s d u 4 2 ，w h i c ha r ea p p l i e df o rt r a n s f e r r i n gt h es a m p l i n g s t a t e ，a r ec o m p a r e d b e s i d e s ，t h o s ed e f i n i t i o n sf o rd a t ai ne v e r yt r a n s f e r r e dp a c k e t ，t h ef o r m a t s ， a n dt h ef l o wc h a r t sf o rt h ep r o c e d u r eo f c a l l i n gq u e r yh i s t o r yi n f o r m a t i o na r ea l ls u m m e du p i np a r ti v ，t h et e c h n o l o g i c a li d e ao ft h ew h o l ed i s s e r t a t i o ni ss u m m e du p ，i e c o n s t r u c t i n g t h ea p p l i c a t i o nf l a tr o o fo fc l i e n ts e r v e r , a n ds e t t i n gu pt h em u l t i - c o n n e c t i o n sf o rs o c k e to f m o n i t o r i n ga n dr e c e i v i n gi nt h em e t h o do fm u i t i - t h r e a d s w h i c hc a nb er e a l i z e db vt h ef l o wc h a r t s a n dc o d e ss t a t e di np a nf i i naw o r d ，o nt 1 1 ef o u n d a t i o no ft c pc o n n e c t i o n ，w ee a r ld e a lw i t h c a l l i n gf o rc o n n e c t i o na tt h es a n r et i m ef r o mm a n ym a s t e rs t a t i o nb yt h ew a yo ft h r e a d s f i n a l l y t h en e wp r o b l e m sa n dp r e f e r a b l es c h e m e sa b o u tt b es p e e d i n e s sa n ds e c u r i t yi nt h er e a l i z a t i o nf o r 1 0 4t r a n s m i s s i o n p r o t o c o l a le b r o u g h tf o r w a r d f u r t h e r m o r e t oi r e p r o v et h ec a p a b i l i t yo f a n a l y z i n gs y s t e ma n dw a t c h i n gf a u l t s t h ei d e ao fc o n s t r u c t i o no fc o m i sp u tf o r w a r d k e yw o r d s ：1 0 4t r a n s m i s s i o np r o t o c o l ，r e m o t ea c t i o nt r a n s m i s s i o n ，e l e c t r i c i t ys y s t e m ，t c p i p , n e t w o r kp r o g r a m m i n g ，c o m m u n i c a t i o ni nl a n ，t e c h n o l o g yo fm u l t i - t h r e a d s ，c a l l i n gf o rd a t a b a s e o f o d b c ，a s d u ，p a c k e t ，f r a m e y 7 9 1 3 0 6 l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：受兰鳖 日期：笆竺z 6 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：翌墨塾导师签名： 日期：2 d d f 2 、“ 第一章绪论 第一章绪论 1 11 0 4 规约简介 1 1 11 0 4 规约研究概况 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 ( 以f 简称1 0 1 规约) 提供了在主站和远动子站之间发送基本远动报 文的通信文件集。一般用于变电站远动设备和调度计算机系统之间，能够传输遥测、遥 信、遥调、保护事件信息、保护定值、录波等数据，在主站和每个远动子站之间采用固 定连接的数据电路。其传输介质可为双绞线、电力载波线和光纤等，一般采用点对点方 式传输，信息传输采用甲衡方式( 土动循环发送和查啕结合的方式) 。 i e c 6 0 8 7 0 5 ，1 0 4 ( 以下简称1 0 4 规约) 提出将i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 利由t c p 1 p ( 传输控制协 议以太网协议) 提供的传输功能结合在一块。是将 e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 以t c p i p 的数据包格 式在以太网上传输的扩展应用。在t c p i p 的内部可以使用不同的网络类型包括x 2 5 、 f r o n 中继) 、a t m ( 异步传输模式) 和i s d n ( 综合服务数据网络) 。主要在1 叭规约中所定 义的应用服务数据单元和t c p i p 结合使用，但是t c p 1 p 安全机制等不在考虑范围之内。 1 0 1 应用层 传输接口 终j t c p 以p 十 局域网接口( 注 l 路由器( x 2 5 ，r r ，i s d n , , 1 杏 l 路由器( x2 5 ，f r 1 s d n ) 局域网接口( 注) t c p i p 传输接口 1 0 1 应用层 终i 系统 1 0 1 应用层 传输接口 t c p 以p 局域网接口 路由器ll 路由器 网络 x 2 5 ，f r ，i s d n 路由器( x 2 5 ，f r i s d n ) 局域网接口 系统 t c p i p 传输接口 1 0 1 应用层 注：局域网接口可能冗余 图1 1 显示在某些站具有冗余配置而另外些站为非冗余系统 子站 ( 远方站) 东南大学顿士学位论文 1 1 2 一般体系结构 用于网络的开放t c p i p 接口，网络可以包括例如传输1 0 1 规约的应用服务数据单元 ( a s d u ) 的远动设备的局域网。包含不同的广域网类型( 例如x 2 5 、f r 和i s d n 等等) 的 路由器可能通过公共的t c p i p 局域网连接起来。 1 1 3 规约结构 图2 显示终端系统的规约结构 根据i e c6 0 8 7 0 5 - 101 从i e c 6 0 8 7 0 5 5 中选取初始化 用户进程 的应用功能 从i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 和i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 中选取的a s d u a p c i ( 应用规约控制信息) 应用层 ( 第7 层) 传输接口( 用户到t c p 的接口) 传输层( 第4 层) 网络层( 第3 层) t c p 1 p 协议子集( r f c 2 2 0 0 ) 链路层( 第2 层) 物理层( 第1 层) 注：第5 ，第6 层来刚 圈l 21 0 4 规约在i s o o s i 七层结构中的层次 传输层接口( 用户到t c p 的接口) r f c 7 9 3 ( 传输控制协议)传输层( 第4 层) r f c 7 9 1 ( 互联网协议) 网络层( 第3 层) r f c l 6 6 1 ( p p p )r f c8 9 4 r f c l 6 6 2 ( 在以太| ：c 】9 上传输l p 数据撒)数据链路层( 第2 层) ( h d l c ! 帧式p p p ) x 2 1i e e e 8 0 2 3 物理层( 第1 层) 串行线以太网 图1 3 使用的t c p i p 协议子集( r f c 2 2 0 0 ) 1 2 基于t c p f l p 的1 0 4 规约实现的意义 跟以前的常规远动通信方式比较，1 0 4 规约在实时性、通用性等性能上更有优势： 采用常规远动通信方式时，为了尽可能减少双方数据处理难度，我们以往采用国标c d t 规约进行数据处理，由丁- 无人值守站的信息量较大，加之c d t 规约传输信息量有限( 一 路通道最大传输2 5 6 路遥测量、5 1 2 路遥信量和6 4 路电度量) ，传输速率慢( 晟大9 6 0 0 b l t s ) 等因素，集控站系统需转发的信息鼙要利用3 对光通道转发至省调。该方案实施简便可 靠，能达到预期目的，但却存在以f 问题：1 冈信息晕多导致的响廊速度慢，数据不能 及时刷新；2 通道占川等资赞成本人：3 每个人转发j 站山u j 能包括多个尢人站 目息拨 数据推画面无法实现，且两方子系统运行维护量较大。 采用2m b i t s 光纤通道方式向省涧转发数据，网络协议的选用是关键性的问题所在。 2 第一章绪论 我们考虑到数据传输的实时性，国标1 0 4 规约适用于以太网结构，满足标准t c p i p 协议， 目前主要用于远动、就地监控主站与i d e 设备间的s c a d a 监控信息的网络通信。该协 议作为一种国际协议。具有实时性好、可靠性高、数据流量大和便于信息量扩充等优点。 从现实应用来看1 0 4 规约的遥测蕾可由标准5 1 2 个扩展到上万个。遥信量也可由1 0 2 4 个扩展到上万个。 因此在现实应用中，1 0 4 规约是远动系统屯力传输通信主要的发展方向，对其进行 理论到实践的实现是具有非常深远的实用价值和现实意义的。 1 3 论文的主要工作及内容 1 3 1 项目的系统概述 本文所研究、实现的项目是江苏省电力公司1 0 4 规约试点推广项目，现把项目的实 现主体进行介绍：电网继电保护及故障信息处理系统是子站系统、主站系统和连接二者 的通信网络构成。系统的总体结构如图4 所示。主站系统的主要任务是基于子站上传的 信息进行故障告警、故障处理和信息的归档和统计等。主站系统采用分布式的c s 结构， 主要应用在地调或省调。通信网络负责信息的远稃传输。一般采用以电力数据专线网 ( s p d n e t ) 为主，公众电话交换网( p s t n ) 为辅的广域网通信方式。从整个系统看，子 站系统侧重于信息的采集和通信。而主站系统侧重于信息的分析、处理和管理。目前， 由于高压电网中的各种装置新旧不一、类型多样，装置的通信协议往往再白独立，子站 系统需要解决任何将这些装置连接到保护管理机并进行数据通信、数据统一和数据同步 的问题。 子站系统的信息划分：从时间上可以划分为电网正常时的信息和电网故障时的信息。 此外，还可以按照不同的角度对这些信息进行划分。a 按照信息的来源不同分为来自录 波器的录波文件列表和录波文件，米自微机保护装置的开关变位信息、保护动作信息、 故障简报等；来自其他采集装置的状态记录。b 按照信息的类型不同，分为开关量信息 ( 开关信息、保护动作信息等) 牙模拟量信息( 电压、电流等) 。c 按照信息的意义不 同分为动作类、状态类、白检类等。d 按照故障时信息到达主站时间的优先不同依次分 为：故障简报、保护动作信息、开芙变位信息、保护的录波数据等、故障录波器的录波 信息等。f 1 按照获得信息的方式不同分为主站召唤的信息和子站上传的信息。另外，主 站系统还可以允许用户对剑达主站的信息自定义分类，例如分为重点信息、一般信息和 次要信息等，以方便用户识别重要信息。电网正常时，允许主站系统允许用户将定值库 中的定值与主站召唤得到的现场保护装置的实际运行定值进行核对：允许用户对厂站内 装置的历史信息和运行信息进行卉洵乖i 统计包括装置的运行定债、模拟节的洲节伉、 开关量状态等：调用各类保护的模拟量测量值和监视装置的自检信息、录波器的运行状 态信息等，达到监视电网二次设备运行状态的目的。故障时，主站系统实时收到子站自 动上传的故障信息后立即告警。告警方式可以有图形告警、列表告警和多媒体告警等。 图形告警是在电网地区接线图或站内主接线圈的相关故障设备上闪烁告警。列表告警会 以列表方式发出提示故障简要信息。实际系统中告警列2 次上次上传的信息由于录波通 道配置信息的不规范化和冗余信息的“膨胀”，告警 f 勺同时还进行了信息的预处理，包括 信息过滤配置、信息规范化、对信息加以分类从而识别和剔除误传信息等，以方便系统 的故障诊断和故障分析基于有效信息进行。故障开始屙，子站系统按 ! i 信息的优先等分 批传送各类故障信息主站系统对故障的处理过程按照信息到达主站的时间先厢进行逐 级分析并最终形成完麟的故障分析报告，整个过程是分时间、分层次的。这样的处理将 方便分析人员逐步认清故障的性质和原因。分析故障过程兼备了快速判断萃【全局分析的 效果，效果如图1 4 所示。 东南大学硕士学位论文 图l 4 信息先后顺序及故障分析之间的关系 故障分析结束屙，主站系统应该提供故障信息归档入库，生成完楚的事故报告，生 成检修报告等t 具并可以通过w e b 发布故障信息提供录波敬据文件供下载等 1 3 2 项目的整体方案设计及实现难点 搭建为一个主站三个子站。主站为江苏省电力调度中心，子站一为南京晓庄变电 站，子站= 为扬州大桥变电站，子站三为镇江窦庄变电站。主站采用w i nn ts e r v e r ， 子站采用w i nn tw o r k s t a 肌o n 4 0 ，数据库采用i b md b 2 。网络采用3 对专用光通遭 传输。目前地调与变电站间的通信信道为s d h 2 m 信道，每个子站有台通信管理机。 通过2 m 1 0 m 将2 ms d h 信道转换为i o m 以太接口，以桥接方式实现经地区局交换机 与省地d m i s 的连接。以上方案对每个子站需配置一对2 m 1 0 m 转换器：一个可安装在 子站管理机屏后，连接子站管理机与s d h 交换机2 m 口；男一个装在地调，连接s d h 交换机2 m 口与地调局域网，对于2 m 1 0 m 转换器，根据子站机器数量可越支持一个或 多个m a c 地址，每个m a c 地址对应一台机器。由于此方式为桥接模式，所有子站与 d m i s 处于不同的广播域l ：i = i ，于站机器的i p 地址由地区局分配，地址经由广域网络进行 地址转换( n a t ) 。 第一章绪论 图卜一5 项目调试时的网络总体接线图 在该方案的实现中，存在如f 技术难点：( 1 ) 防止报文丢失和重复传输的技术难点： ( 2 ) 链路故障后采用燕传方式，搜索历史数据；( 3 ) 实现对每个予站端口并行实时访问。其 中( 1 ) 是1 0 4 规约虽已有理论上的实现思想，但具体的实现存在困难，在本文中用用v c + + 6 0 使用了计数器和定时器，并采用了数据缓冲队列，将数据帧按队列形式保存起来， 首次在实践中成功实现了报文传输的完整性，消除了重复传输的冗余性。在难点( 2 ) 的实 现中，本文采用了s o c k e t 编程技术，用o d b c 数据库访问技术访问数据库中已存储 的历史信息，把各文件传输的时间标志成为文件名，这样在传输文件的过程中把文件传 输的时间也包含在内，当故障发生时，主站在s o c k e t 链路断开后记下该文件名即时间 标志，在主站和子站间重新建立链路后把该标志回告子站。子站再用o d b c 技术根据文 件的时间名重新访问该历史数据文件，确保了访问数据不受到故障的影响而顺利进行。 难点( 3 ) 的实现则采用了多线程和s o c k e t 数组相互结合的方式。h js o c k e t 数组的序 号来标志不同的子站，成功实现了多子站对主站并发访问的过程。 因此，本文在实际应用中成功克服了1 0 4 规约实现中的大部分难点，把1 0 4 规约在 远动传输中优点充分发挥出来大大节省了从外界购买实现代码的资本，减轻了工程师 的技术负担，实现了从理论到实践的飞跃! 东南大学硕士学位论文 第二章预备知识 江苏省电力公司1 0 4 规约试点推广项目涉及到各方面的技术其中包括网络技术、 c p u 线程、数据库技术和软件技术等等。 本课题着重于t c p i p 应用层江苏省电力调度中心( 主站) 和江苏镇江窦庄变电站 ( 子站) 主要是子站的1 0 4 规约远动通信功能实现，所涉及的主要技术有局域网通信原理、 t c p h p 协议、基于客户，服务器模氆的s o c k e t 套接字网络编程、多线程互斥和同步、 进程间的通信和o d b c 数据库技术。 2 1 局域网使用的网络协议 通过网络连接的计算机系统之间在通信过程中必须遵守一定的约定和规程，以便保 证能够建立连接和正确交换数据。这些约定和规程是事先制定的，并以标准的形式同定 下来，这就是网络协议。局域网可采刚t c p i p 作为其通信协议，并且依赖t c p i p 协议 组来管理鹦个周域网的信息流动。t c p f i p 协议解决的是不同物理网络( 即异种通信子网， 比如以太网与令牌环网) 的互联问题。t c p f l p 协议所采用的通信方式足分组交换方式。 分组是容量一定的数据传输单位。分组交换也就是将进入网络的仝部数据分成一个个子 的传输单元进行传输。每个小的传输单元称为一个数据包。t c w i p 协议的基本传输单位 就是数据包。t c p i p 协议包含两个主要协议，即t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l 传输 控制协议) 和i p ( i m e m e tp r o t o c o l 网间网协议) 。t c p 属于传输层协议而i p 属于网络层协 议，这两个协议可眺联台使用，也可以和其他协议联合使用，它们在数据传输中主要处 理过程如下；首先，由t c p 协议把数据分成若干个数据包，并给每个数据包写上序号， 以便接受端把数据还原成原来的格式，然后t c p 将数据交送给i p 层进行处理，i p 协议 给每个数据包写上发送主机和接收主机的地址，旦拥有源地址和目的地址，数据包就 可以在网络上进行传送，i p 协议还具有利剧路由器算法进行路由选择的功能。当数据包 经过路由器和网关时，可以根据数据包的目的地址选择合适的路径进行转发打包送达目 的地。这些数据包通过不同的传输路径( 路由) 进行传输，由于路径不同，加上其它的原 因，可能出现顺序颠倒、数据丢失、数据错误甚至重复的现象。这些问题都由t c p 协议 来处理，它具有检查和处理错误的功能，必要时也可以请求发送端重发简单的说，i p 协议是负责数据传输的路径，而t c p 是负责数据的可靠传输。有关t c p i p 协议，由 丁 包是本课题中网络通信的基础，后面还要详细的介尘f j 。 2 1 1i n t e r n e t 地址 i n t e m e t 的网络地址( 1 p 地士| | = ) 屏蔽了各种物理网络的格式，并在统一管理下进行地址 分配，保证一个地址对应一台主机f 包括鼹关) 。这些物理地址的差异就被j p 层所屏蔽掉 了。l p 地址由3 2 b i t s 的通用标记符组成，按照需求i p 地址被分为a 、b 、c 、d 、e 五种， 其中a 、b 、c 是主类地址由网络号n e t i d 、主机号h o s t i d 组成，d 类为多目广播地址，e 类为保留地址。 lll #瓢s l 脯田j 二二亟二二 r t r r 。_ 螋i ! i ! f竺i竺f 、雠田丑互二二三二工三口 第二章预备知识 图2 一i i p 地址的基本分类 i p 地址的具体格式如图2 - 1 所示。 2 1 2t c p i p 协议 t c p i p 协议是i n t e r n e t 的基础，它提供网络数据通信服务，切的i n t e r n e t 应川部越 基于t c p i p 协议的。 2 1 3t c p f l p 网络的分层结构 t c p i p 是i n t e r n e t 的网络协议。它表示互联网中的两个协议，t c p 是传输控制协议 ( t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，i p 是网络互联协议( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 。t c p 和p 结合在一起不 仅仅表示为两个协议，而是一个协议套件。该套件已经成为i n t e m e t 的标准，t c p i p 套 件允许互联的异种机或同种机之间的相互通信。i s o o s i 网络模型把网络分为七层( 物理 层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层) ，每层负责处理网络数据 的一部分功能，每层都包括许多协议，以定义各层功能，这种分层结构保证了网络设计 的模块化。大多数实际网络都是以l s o o s l 七层网络模型及其协议栈为蓝本设计的。 t c p i p 协议栈是为数众多支持i s o o s i 模型的协议栈之一。t c p i p 也是一个分层网络。 它分为五层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。其屡次结构如图2 2 。 i x ：p a p 船鞫艘搿p 稍瑚嘲蝴 匿蠹垂委 。二一二_ i 爱圈 匝夔 图2 2t c p 1 p 与i s o o s i 七层网络模型对应关系 应用层向用户提供一组常_ i = i j 的应州科序，如文件传输、远程登录和电子邮件等。严格的 说起来，t c p i p 网络只包含f 三层( 不含硬件) ，麻用程序不能算是t c p i p 的一部分。事 实上，用户完全可以在传输层之上建立自己的专用应剧程序，这些戍用程序用到t c p i p 而不属于t c p i p 。s o c k e t l 0 4 科序也是基1 jt c p i p 协议，建立在传输层之上，属于应j = l j 层程序。 7 东南火学硕j ：学位论文 2 1 4t c p i p 网络模型 传输层f r c e ) 提供应用棵序问( 端到端连接) 的通信。其功能包括：一格式化信息流一 提供可靠传输。为实现可靠传输，传输层协议规定接受端必须发送确认，并且如果分组 丢失，必须重新发送。传输层还要解决不同鹿j i ；| 程序的识别问题。因为在一般的通用计 算机中，这常是多个应用程序同时访问主机。为区分各应用程序，传输层在每一组中增 加识别信源和信宿应用程序的信息。另外，传输层对每一分组均带有校验和，接收机以 此区分分组的正确性。 网络层q p ) 负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面：一处理来自传输层的分 组发送请求。收到请求后，将分组装入i p 数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径， 然后将数据报发往适当的网络接口。二二处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行 寻径假如该数据报已到达信宿机( 主机) ，则去掉报头，将剩下的部分( 传输分组) 交给 适当的传输协议。假如该数据报尚来到达信宿则转发该数据报。三处理i c m p 报文， 路径、流量控制和拥塞等问题。 数据链路层这是t c p i p 软件的最底层，负责接受i p 数据报并通过网络发送之，或者从 网络上接收物理帧，抽出i p 数据报，交给l p 层。链路层有两种类型：第一种是设备驱 动程序( 如局域网的网络接口) ，第二种是含白身数据链路协议的复杂子系统( 如x 2 5 中 的网络接口) ，链路层位丁物理层和网络层之间，负责物理层与网络层之间的数据交换， 为网络层的i p 模块发送硐j 接收数据，并向网络层屏蔽物理层的执行细。符。当链路层完成 自己的功能时网络层中的协议不会关心网络采用的是以太技术还是其它的技术。网络