（计算机应用技术专业论文）基于xml和asn1的电力远动数据交换方法的研究.pdf

华北叱力人学硕十学位论文摘要 摘要 随着电子技术、计算机技术、通信技术的迅速发展，对通信系统的功能和性 能提出了更高的要求，运用计算机网络来传输电力信息已经成为一科t 趋势。i e c 6 1 8 5 0 具有分层、面向对象统一建模、不同网络的适应能力等优点，被选为将来 无缝远动通信体系的基础。 本文首先对i e c6 1 8 5 0 作了简要的介绍分析，而后对x m l 的两种主要解析技 术进行了研究和a s n ，1 的抽象语法和编码规则进行了研究。结合i e c6 18 5 0 ，为 了提高电力通信的通信效率，提出了x m l 和a s n ，l 的转换方案，设计和实现了 a s n 1 的8 e r 规则的编解码器。 关键词：x m l ，a s n 1 ，b e r ，i e c6 1 8 5 0 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c st e c h n o l o g y ，c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，ah i g h e rr e q u i r e m e n ti sb r o u g h tf o r w a r do nf u n c t i o n sa n d c a p a b i l i t i e so ft h et e l e c o n t r o lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m i th a sb e e nat r e n dt ot r a n s m i t p o w e ri n f o r m a t i o nb a s e do nn e t w o r k b e c a u s ei e c6 18 5 0h a st h ea d v a n t a g e so f h i e r a r c h y ，u n i f o r mo b j e c t o r i e n t e dm o d e l i n ga n da d a p t a b i l i t yo fd i f f e r e n tn e t w o r k s a n ds oo n ，i th a sb e e ns e l e c t e da st h eb a s eo fs e a m l e s st e l e c o n t r o lc o m m u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei e c6 18 5 0s t a n d a r da n dw ef o c u so nt h et w om e t h o d so f t e c h n o l o g yo fp a r s i n gx m l ，t h e nw es t u d yt h en o t a t i o na n dt h ee n c o d i n gr u l e so f a s n1o nt h eb a s i so fu n d e r s t a n d i n gi e c6 18 50a n df o r t h ep u r p o s eo fi m p r o v i n gt h e e f f i c i e n c yo fp o w e rc o m m u n i c a t i o n ，w ep u tf o r w a r dam e t h o do fm p p i n gb e t e e n a s n 1a n dx m l ，a n dg i v e sa na s n 1e n c o d e d d e c o d e r sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n o u oj u n ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o fz b uy o n g l i k e yw o r d s ：x m l ，a s n 1 ，b e r ，i e c6 1 8 5 0 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于x m l 和a s n 1 的电力远 动数据交换方法的研究，是本人在华北电力大学攻读硕：上学位期间h ，在导师指导 f 进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，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 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一j 司工作的同 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。 学位论文作者签名：虱堡 一日 期：地坚兰：! i 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：二槛 日期：2 丝竺! ； 导师签名：箧垒塑 日 期：地窆握，2 j 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的提出和意义 第一章绪论 电力远动系统是应用远程通信技术，把调度控制中心和变电所联系起来，对远 方的电力运行设备进行监视和控制，以实现遥测、遥信、遥调和遥控。电力远动系 统包括两大部分：调度端机部分和厂站端( r t u ) 部分f i 。 电力远动系统是实现电力系统生产过程监视、控制、管理的重要手段，是电 力系统自动化的重要组成部分。电力远动系统最初关注远动、远方保护及其远方 通信，后来发展到电力系统控制及其通信领域，包括：s c a d a ( 监视控制和数据 获取) 、e m s ( 能量管理系统) 、d m s ( 分布式管理系统) 、d a ( 分布式自动化) 、 远方保护及其通信。现在进一步发展为电力系统管理及其信息交换，增加了和电 力系统的计划、操作和管理有关的实时信息交换和非实时信息交换内容。新一代 电力远动系统的基础条件已经具备，电力远动系统将面临重大的技术革新【2 “j 。 1 1 1 电力远动系统传输规约的现状 随着变电站管理模式向无人值班、远程维护发展，系统要求传输控制、监视、 保护、系统维护等相关方面的数据，数据流量越来越大。并且电话、电视、数据 等各种综合业务的信息量需求也越来越大。传统的同轴电缆、载波、微波等传输 媒介已经落后，电路交换的信道独占方式又浪费了大量网络资源。为了保证实现 一流的电网调度与管理，推动电力工业信息化进程，国家正在建立一个功能完善、 技术先进、业务齐全、高速宽带的通信网络。 电力远动通信系统的基础是所采用的通信协议，c d t 、p o l l i n g 规约是曾经 广泛使用的远动通信规约，随着网络技术的发展，陆续出现了一系列新规约如i e c 6 0 8 7 0 5 10 1 、i e c6 0 8 7 0 5 ，1 0 4 、i e c6 18 5 0 等，但目前还没有哪个规约能以绝对 优势在电力行业中普及，下面介绍电力远动规约及相关标准的发展过程。 1 11 1c d t 、p o l l i n g 规约 循环式远动规约c d t ( c y c l i cd i g i t a lt r a n s m i t ) 【8 l 对循环式远动的功能、帧 结构、信息字结构和传输规则等作了具体规定。规约支持可变帧长度、多种帧类 别循环传送、变位遥信信息优先传送、缩短重要遥测量更新时间、循环量的区分、 随机量和插入量采用不同形式传送等功能，可传输遥信、遥测、事件顺序记录 ( s o e ) 、电能脉冲计数值、遥控命令、设定命令、对时、广播命令、复位命令、 子站工作状态等信息，适用于采用点对点的远动通道结构、以循环字节同步方式 传送的远动设备与系统。该规约的主要优点为：不需主站干预；只需单向信道； 华北电力大学硕士学位论文 传输过程中的差错可利用下一次的循环数掘来补救。缺点为：传送时延与一次循 环中信息量有关，信息量越大，传送时延就越长；当用户数掘无变化时也照样传 颂，使得茈常情况下信道的有效利用率不高且数据流的下行困难；奇偶校验检错 能力差( 偶数位同时出错时认为正确) 。 问答式的远动规约p o l l i n g 规约是一种主从远动规约，采用异步通信方式， 由调度端不断地发出召唤代码发动通信，变电站只有在在响应后才上送本站信启、。 传送的报文以八位字节为单位，附加起始停止位，但不带奇偶位。浚规约的主要 优点为：主站可以要求被控站发送某一远动信息，也可以要求发送某些类型的信 息等等，工作方式灵活。其缺点是：通信仅限于多从站和单主站之间的数据传输； 询问回答的方式使得系统响应时间慢；当被控子站有紧急信息时难以及时上传给 主站：轮流问答的时间太长；数据流的下行难；校验和检错能力不够。 以上的通信规约都是采用传统的串行工作方式，为低速网络设计，并且采用 点到点的电路交换方式进行数据传输，独占通信信道，已经不能满足现代电力自 动化系统的通信要求。 1 1 12 远动通信协议体系i e c6 0 8 7 0 5 系列规约 i e c 6 0 8 7 0 5 ”通信协议体系是国际电工委员会第5 7 技术委员会第3 工作组( e c t c 5 7w g 0 3 ) 于1 9 9 0 年制订的用于变电站远动通信的协议体系，即“远动殴备和系统” 的第5 部分：传输规约。它借鉴了网络通信协议的分层技术，将协议分为物理层、链 路层和应用层三层，其中：i e c6 0 8 7 0 5 一l 、i e c6 0 8 7 05 2 描述了链路层传输帧格式 和传输规则，i e c6 0 8 7 0 5 3 、i e c6 0 8 7 0 5 4 和i e c6 0 8 7 0 5 - 5 分别描述了应用层数 据的一般结构、信息元素的定义和编码以及基本应用功能，应用层直接映射到链路层。 i e c 根掘应用领域的不同要求在i e c6 0 8 7 0 5 系列标准基础上制定了一系列配套标准， 它们分别为：基本远动任务配套标准i e c6 0 8 7 0 5 一1 0 1 、电力系统电能累计量传输配 套标准i e c6 0 8 7 0 5 1 0 2 和继电保护设备信息接口配套标准i e c6 0 8 7 05 1 0 3 。 i e c6 0 8 7 0 5 一】o 】远动规约提供了在主站和远动r t u 之间发送基本远动报 文的通信文件集，适用的网络拓扑结构为点对点、多个点对点、多点共线、多点 环形和多点星形网络配置的远动系统中。为了充分利用以太网资源， i e ct c 5 7 w g 0 3 - 1 1 9 9 8 年8 月制定了i e c 6 0 8 7 0 5 10 4 标准。此协议将1 e c 6 0 8 7 0 5 。1 0 1 的应用层与t c p i p 提供的网络传输功能相组合，使得i e c6 0 8 7 0 5 10 1 在t c p i p 内各和t 网络类型都可使用，包括x 2 5 、帧中继、异步转移模式a t m 和综合业务 数据网i s d n ，欧美一些国家调度主站与变电站r t u 的通信主要采用此标准。 i e c6 0 8 7 0 5 协议体系及其配套标准在国内得到了一定程度的推广，对于规范 变电站自动化系统的通信体系起了一定作用。由于它没有对变电站自动化系统内 部各种实际对象进行建模和描述，各个厂商按照各自不同的理解进行设计，使得 华北电力火学硕士学位论文 不同系统之问互操作性比较差。许多国外学术团体和组织正积极开展研究工作来 突破i e c6 0 8 7 0 5 系列的局限，尝试采用新技术和新方法建立新的通信协议体系 来解决互操作性问题。 1 ，l13 美国电科院u c a 通信协议体系 公共设施通信协议体系u c a ( u t i l i t y c o m m u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ) 是美国电 科院( e p r i ) 主持制定的一套通信协议。u c a 通信协议体系不只适用于电力系统， 是为公共设施行业的监控通信制定的通用协议，具有广泛的适用性。美国电科院 制定u c a 通信协议的初衷是想通过协议的标准化来解决不同厂商之间的互操作 问题。u c a 协议主要有两个部分：现场设备模型部分和实时数掘库交换1 c c p 部 分。l l o l u c a 通信协议体系本身并不是国际标准，但很多内容被i e c 吸收采用。它的 最大贡献在于为后续国际标准提供方法论的支持。该系统采用的面向对象建模技 术、m m s 技术等先进技术都在i e c 目前制定6 18 5 0 和6 0 8 7 0 6 过程中被采用。 1l1 4 调度中心之问的通信规约i e c6 0 8 7 0 6 ( t a s e2 ) 规约 i e c 6 0 8 7 0 6 系列通信协议是i e ct c 5 7w g 0 7 制定的一套旨在与i s o 和i t u t 兼容的用于电力系统控制的计算机数据通信协议】。i e c 6 0 8 7 0 6 系列曾先后出了 t a s e 1 和t a s e2 两个互不兼容的通信协议体系，现在t a s e 2 已经取得了主导 地位，获得广泛的应用。t a s e 2 是s c a d a e m s 等电网调度控制中心之间的通 信协议。但实际上这套协议不只用于电力调度控制中心之间的通信，也可用于大 型枢纽变电站与电网调度控制中心之间通信。我国已有超高压枢纽电力变电站使 用t a s e2 通过国家电力公司调度系统数掘网络s p d n e t ( s t a t ep o w e r d a t an e t w o r k ) 与网调中心和固调中心通信的成功范例。但由于t a s e 2 是调度中心之间交换信 息的协议，采用t a s e 2 作为r t u 和调度中心之间的网络传输协议在性能上不能 完全满足要求，而且t a s e 2 在和变电站自动化系统其他部分的无缝连接方面存 在问题。 】1 ，】5 变电站计算机通信网络和系统i e c6 】8 5 0 规约 为适应变电站自动化技术的迅速发展，需要制定一个更为通用、全面的标准 来覆盖整个变电站的通信网络和系统，为此，i e c t c 5 7 成立了三个新的工作组 w g l0 、w g l l 和w g l 2 来负责制定i e c6 18 5 0 标准。三个工作组有明确的分工： 第1 0 工作组负责变电站通信协议的整体描述和总体功能要求的定义；第1 1 工作 组负责站级数据通信总线的定义；第1 2 工作组过程级数据通信协议的定义。同时， 为避免与u c a20 形成两个标准的冲突而不利于制造厂家和企业的互操作，1 9 9 8 年i e ct c 5 7 、e p r i 和i e e e 达成共识：为了电力工业的总体利益，避免出现关于 变电站自动化不同的标准，1 e e e 以北美的i e e e 标准草案u c a2 0 为基础来制定 华北电力大学硕士学位论文 i e c6 18 5 0 一变电站通信网络和系统标准【”j 。 在i e c6 18 5 0 标准制定过程中，在美国、德国、荷兰等国都设立了示范工程， 用以验证标准，通过实践来进一步促进标准的完善。e p r i 制定了变电站通信论证 初步计划，该计划按照u c a 2 0 标准至少实现1 2 个站，用于验证u c a 标准的f 确性并将结果反馈回来以便修改标准，这些示范工程例如：1 9 9 8 2 0 0 0 年在德 国进行了o c i s ( t h eo p e nc o m m u n i c a t i o ni ns u b s t a t i o n s ) 工程，主要由f g h 、 v e w 、a b b 、a l s t o n m 、西门子等参加，目的是为制定世界统一标准的i e c 6 18 5 0 积累经验i 协调u c a 2 0 和i e c 6 1 8 5 0 ，验证i e c 6 l8 5 0 的抽象通信服务接口和通 信栈的独立性。2 0 0 1 年在范库弗峰( v a n c o u v e r ) 进行了i e cg o o s e 工程， 目标是验证i e c 6 1 8 5 0 增强的g o o s e 概念，验证变电站配置语言的基本概念，结 论证明g o o s e 概念的正确性，利用配置语言配置g o o s e 消息可以实现不同厂 商设备之间的互操作性。2 0 0 1 2 0 0 3 年进行了i e c 6 18 5 0 原型试验，目的是利用 可用组件在真e 的平台上实现i e c 6 1 8 5 0 原型，验证基于1 e c 6 18 5 0 的过程总线采 样值和跳闸信号的实时性，验证按i e c 6 l8 5 0 - 9 。2 的采样值的编码。 i e ct c 5 7 的三个工作组参考和吸收了已有的相关标准( 如：1 e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 、i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 、u c a 2 0 、i s o i e c9 5 0 6 制造报文规范m m s 等) 于1 9 9 9 年3 月给出了i e c6 1 8 5 0 的委员会草案，在对草案进行审定和修改后于2 0 0 2 年到 2 0 0 4 年陆续颁布了i e c6 18 5 0 的部分标准。 目前，国外若干生产变电站自动化设备的厂商如s i e m e n t s 、a b b 等l3 家 公司已推出了符合i e c 6 l8 5 0 的变电站自动化系统的产品【“”“”o ”叫，国内电力 行业主管部门对i e c6 18 5 0 标准也极为重视，专门成立了由国内各大厂商和研究 所专家组成的中国工作组，负责分析研究i e c6 18 5 0 规约，并将其存在的问题向 i e c 相关工作组提出建议。据称我国几个大公司也有d e m o 版本，但这些主要是 i e c 6 18 5 0 在变电站内的应用，未见在变电站到控制中一山的应用报道。 1 1 1 6i e c6 18 5 0 与x m l 的结合 i e c 6 18 5 0 是随着变电站自动化技术和对技术需求而迅速发展起来的，它山国 际电工委员会专门成立的3 个工作组( w g l 0 ，w g l l ，w g l 2 ) 负责制定。i e c6 18 5 0 是国际上关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。虽然1 e c6 18 5 0 是变电站内通信网络和系统标准体系，但在i e ct c 5 72 0 0 0 年s p a g 会议上，i e c 已经把它作为将来电力远动无缝连接系统体系标准的基础。 i e c 6 18 5 0 有许多优于以往远动规约的特性。它不仅通过抽象通信服务接口 ( a c s i ) 和特定通信服务映射( s c s m ) 来适应不同网络，更为重要的是，6 18 5 0 标准在定义变电站通信体系、通信数据模型拥有等方面采用了面向对象的方法， 使系统模型具有继承性、可复用性等特点。对象相互关联形成一个抽象系统。整 华北电力火学硕士学位论文 个变电站是一个对象，变电站中的设备对变电站来说也是个抽象子对象一一“逻 辑设备对象”，每个对象封装了该对象所具有的属性和操作方法，并通过外部接口 供其他对象访问。逻辑设备中的各个功能模块又由若干个相关子功能块组成，规 约中把它们叫做“逻辑节点对象”。逻辑节点可以实现完整的功能。规约对逻辑节 点本身进行了很好的封装，逻辑节点之问通过逻辑连接进行信息交互。系统传输 的单元也是一个对象一一“数据对象”。i e c 6 18 5 0 为了要彻底达到面向对象的自 我描述，达到互操作性，除了定义上文所述的完整的各类( 单元) 数据对象和逻辑节 点、逻辑设备的代码，还定义了用这些代码组成完整地描述数据对象的方法，定 义一套具有自我描述功能的通用服务，保证对象具有自描述性。 采用x m l 置标语言的面向对象的自描述性使各制造厂生产的设备能够顺利 接入自动化系统中，信息传输前也不用将变电站远动设备的信息格式与调度控制 中心的数据库建立一一对应关系。即使由于技术的不断发展，变电站内的应用功 能不断涌现，需要传输新的信息，采用面向对象自我描述方法都可以成功办到，不 像已经定义好的协议可能无法传输新信息，导致新功能的应用受到限制。采用面向 对象自我描述的方法后，传输到调度控制中心的数据都带说明，马上可建立数据库 使得现场验收的验证工作大为简化，数据库的维护工作量也大为减少。 1 2 国内外研究现状 1 2 1i e c6 18 5 0 研究现状 1 9 9 4 年，德国国家委员会提出了统一通讯协议的设想。1 9 9 5 年i e ct c 5 7 为 此成立了3 个工作组w g l 0 川1 2 ，目标是变电站内通信网络及系统，负责制定 i e c6 18 5 0 标准】，工作组成员来自欧洲、北美和亚洲国家，3 个工作组有明确 的分： ，第1 0 工作组负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求，第 l l 工作组负责变电站级数据通信总线的定义，第1 2 工作组负责过程级数掘通信 协议的定义。这三个工作组参考和吸收了已有的许多相关标准，其中主要包括： ( 1 ) i e c6 0 8 7 0 5 一l 叭1 0 4 远动通信协议标准； ( 2 ) i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 继电保护信息接口标准： ( 3 ) u c a 2 0 美固电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系： ( 4 ) i s o i e c9 5 0 6 制造商信息规范( m m s ) 。 以上这些标准的内容在i e c6 18 5 0 中都有不同程度的引用和反映。i e c6 1 8 5 0 是国际上关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。由于i e c6 1 8 5 0 具有 各方面的优点，i e c 在2 0 0 1 年的s p a g 会议上，正式确定了以i e c6 l8 5 0 为基础构建 无缝远动通信体系结构。无缝远动通信协议标准的名称为“变电站和控制中心通过i e c 6 1 8 5 0 通信( c o m m u n i c a t i o ns u b s t a t i o n c o n t r o lc e n t e r v i a6 l8 5 0 ) ”，即将来在变电站以内 华北电力人学硕十学位论文 及变电站和控制中心之洲都是基于i e c6 1 8 5 0 来进行通信。 在制定i e c6 18 5 0 的过程中，在美国、德国、荷兰等国都有示范工程，用以 验证标准，通过实践来进一步促进标准的完善。e p r i 进行的变电站通信论证初步 计划( t h eu c as u b s t a t i o nc o m m u n i c a t i o n sd e m o n s t r a t i o ni n i t i a t i v ep r o j e c t ) ，浚计。 划按照u c a 2 0 标准至少实现1 2 个站，用于验证u c a 标准的正确性并将结果反 馈回来以便修改标准。1 9 9 8 2 0 0 0 年在德国进行了o c i s ( t h eo p e nc o m m u n i c a t i o n i ns u b s t a t i o n s ) 工程，主要由f g h 、v e w 、a b b 、a l s t o n m 、西门子等参加。 目标是为制定世界统一标准的i e c6 l8 5 0 积累经验，协调 u c a 2 0 和i e c6 18 5 0 ， 验证i e c6 18 5 0 的抽象通信服务接口和通信栈的独立性。得出的结论是1 e c6 1 8 5 0 中定义的通信概念符合变电站通信要求：需要扩展u c a 20 以适应欧洲市场；以 太网技术适合用作站总线；基于1 e c6 18 5 0 的应用独立于通信栈；i e c6 18 5 0 提供 了不同厂商设备之间的互操作性。2 0 0 1 年在范库弗峰( v a n c o u v e r ) 进行了i e c 面向变电站事件的通用对象( g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n t ，简称 g o o s e ) 工程，目标是验证i e c6 1 8 5 0 增强的面向变电站事件的通用对象概念， 验证变电站配置语言的基本概念，结论证明面向变电站事件的通用对象概念的正 确性，利用配置语言配置面向变电站事件的通用对象消息可以实现不同厂商设备 之间的互操作性。2 0 0 1 2 0 0 2 进行的i e c6 l8 5 0 9 1 的试验验证了i e c6 l8 5 0 9 一l 的可行性和正确性。2 0 0 1 2 0 0 3 年进行了i e c6 i8 5 0 原型试验，目标是利用可用组 件在真正的平台上实现i e c6 l8 5 0 原型，验证基于i e c6 l8 5 0 的过程总线采样值 和跳闸信号的实时性，验证按i e c6 18 5 0 9 2 的采样值的编码。结论证明了i e c 6 l8 5 0 的通信技术能够满足变电站自动化保护和控制的实时性要求，通信接口能 够严格保证操作的正确性，同时改进了i e c6 18 5 0 9 2 的采样值编码。2 0 0 2 2 0 0 4 出c i g r e 进行了一系列试验，包括i e c6 18 5 0 9 ，i e c6 18 5 0 8 1 等，证明了新标 准满足变电站自动化系统的要求，满足互操作性要求。国外，s i e m e n t s 、a b b 等13 家公司已推出了符合i e c6 18 5 0 的变电站自动化系统的产品l “6 18 5 。据 称我国几个大公司也有d e m o 版本，但这些主要是i e c6 1 8 5 0 在变电站内的应用， 而且还很不实j t i ，末见在变电站到控制中心的应用报道，因此我们有必要加强对 规约的研究与理解，开发出搠有自主产权，符合6 18 5 0 规约的产品，主要用于变 电站到控制中心的无缝通信。 12 2x m l 当前研究应用现状 可扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是一种描述性语高。 x m l 是w 3 c 组织的推荐标准，用于结构化的信息交换，已经得到广泛的应用。 x m l 实际上是一种定义语言，突破了h t m l 固定标记集合的约束，使文件的内 容更丰富、更复杂、更容易组成一个完整的信息体系。它将数据文件的结构、内 6 华北电力大学硕士学位论文 容和表现分离，具有良好的互操作性。同时，一个x m l 文件必须遵守文档类型 定义( d t d ) 或x m l 模式中定义的规则。d t d 或s c h e m a 提供了一种机制用来 f 式描述由某公共类型文档共享的规则。最后，x m l 提供了两种应用编程接口， 它们是文档剥象模型d o m 接口和简单应用程序接口s a x ( s i m p l e a p i s f o r x m l ) 。 通过这两种接口，我们就可以对x m l 文档进行相应的操作。x m l 的这些特点构 成了所有形式的信息交换的基础。 x m l 有两个先驱s g m l 和h t m l ，这两个语言都是非常成功的置标语 言，但是他们都在某些方面存在着与生俱来的缺陷。x m l 正是为了解决它们的不 足而诞生的。因为如此，1 9 9 6 年人们开始致力于描述一个置标语言，它既具有 s g m l 的强大功能和可扩展性，同时又具有h t m l 的简单性。国际互联网论坛 w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) 决定专门成立一个s g m l 专家小组来从事此 项工作，大名鼎鼎的s u n 公司的j o nb o s a k 担任小组的指挥。 由于x m l 具有很多优点，并且x m l 是一种计算机能够理解的语言。如今已 普遍推广应用，尤其是在电子商务和网络出版印刷的领域更是如此。由于x m l 能针对特定的应用定义自己的标记语言，使得x m l 可以在电子商务、政府文件、 报表、司、出版印刷( 网络出版印刷) 、联合、c a d c a m 、保险机构、厂商和中 介组织信息交换等网络应用领域中大显身手，根据不同的系统、厂商提供各具特 色的独立解决方案。 随着x m l 应用越来越广泛，许多公司在最近几年内，为了满足业界对x m l 文件处理的需求，推动x m l 应用，s u n ，i b m ，a p a c h e 和m i c r o s o f t 都纷纷推出了 自己的x m l 解析器。 j a x p ( j a v a a p i f o r x m lp r o c e s s i n g ) 是s u n 公司用j a v a 语言丌发的用于x m l 处理的a p i 。它同时支持简单应用程亭接e ls a x f s i m p l e a p i f o r x m l ) 1 0 20 标 准、文档对象模型d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 10 2 0 标准和可扩展样式表语 言转换x s l t ( e x t e n s i b l es t y l es h e e tl a n g u a g et r a n s f o r m a t i o n ) 标准。另外它还提供 对名域空蒯、d t d 以及x m ls c h e m a 的支持。j a x p 的优点是，它随同j d k l4 以l 二版本一起发柿，容易获得该资源。 j d o m 与d o m 非常相似，是基于树型的a p i 。d o m 是w 3 c 制定的操纵x m l 的标准a p i ，它能在内存中生成x m l 树型结构供开发人员随机访问和操纵。但 是，d o m 存在一些设计缺点使得它不是j a v a 环境下操纵x m l 的最佳a p i ，j d o m 是在2 0 0 0 年春由b r e t m c l a u g h l i n 和j a s o n h u n t e r 创造的。j d o m 是用j a v a 写成 的，也完全是为j a v a 和x m l 准备的，它没有向后兼容的要求，因此比d o m 更 清晰更直观。j d o m 现在拥有b e t a 8 版本，而且它已被接收为s u nj s r 1 0 2 ， j d o m l 0 出台的时候，极可能作为核心部分被集成到j a v a 平台中。 j a v a 版本的o r a c l e x m l 解析器使j a v a 程序员很容易地扩展已有的j a v a 应用， 、 7 华北电力大学硕士! 学位论文 以便无缝地支持x m l 。它支持w 3 cx m l l0 标准、d o m i 0 、d o m 2 0 核心层、 d o m 2 0t r a v e r s a l ( 包括 r r e e w a l k e r ，n o d el t e r a t o ra n dn o d ef i l t e r ) ，s a x1 0 2 0 标 准、s a x 2 扩展标准以及j a x p l 1 。o r a c l e 解析器有一个特别的优点，就是随同 o r a c l e 解析器，开发包还提供非常有用的j a v ab e a n s 供使用：x m lt r a n s v i e w e r b e a n s ，这是一套x m l 组件，适用于j a v a 应用程序或小程序，使得丌发者易于在 x m l 应用程序中添加可视化界面。 i b m x m l p a r s e r f o rj a v a 解析器支持d o m l 0 2 0 ，d o m 30 部分试验特性、 s a x l 0 72 0 标准、名域空间、w 3 cs c h e m a1 o 规范、j a x p l 2 、采用“x e r c e s n a t i v e i n t e r f a c e “a p i 允许开发人员定制( 修改) 解析器。 i b m 4 j 解析器是a p a c h e 的成员，它支持的标准非常全面，并且f 不断地更新 升级以修_ i f 旧版错误以及支持新标准。i b m 在x m l 技术方面一直是行业的领导 者，从1 9 9 8 年x m l 以及j a v a1 0 发布以来一直致力于解析器的研究。i b m 将前 期的i b m 4 j 和i b m 4 c 解析器技术贡献给o p e ns o u r c ex m ls o l u t i o n s ，同时将其 重命名为x e r c e s 。i b m 解析器最新版为4 1 4 ，就是构造在x e r c e s j 2 2 0 代码库 的基础之上。i b m 同时发布源代码版和二进制版解析器。这有助于我们深入了解 解析器的使用并将其添加到自己的应用程序中。 1 2 3a s n 1 应用研究现状 抽象语法标记a s n 1 是描述传输信息格式的标准方法。a s nl 原来是作为 x4 0 9 的一部分而丌发的，后来才独立地成为一个标准。它有两部分：第一部分 ( i s o i e c 8 8 2 4 ) 描述信息内的数据、数据类型及序列格式，也就是数据的语 法；第二部分( i s o i e c8 8 2 5 ) 描述如何将各部分数据组成消息，也就是数据的 基本编码规则。 a s n 1 ( a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o no n e ) 是一种描述结构化信息的语言，用于对通 过接口和通信媒体进行传输的信息的抽象描述，主要应用于各种通信协议的说明 中a s n 1 提供了一些预定义的基本数据类型，如整数、御尔量、字符串、比特串 等；a n sl 可以定义结构类型，比如结构、列表、选择等；还可以定义用于限制子类 型数值范围的子类型约束t ”j 在目前的通信领城中，由a s n 1 所描述的信令或信息流若要在网络的各节点 问进行传送，就必须先在发送端对它进行编码，转换成物理媒介( 网络) 可以传输 的八位位2 9 _ ( o c f e t ) 串的形式，然后才能通过网络发送到目的节点：接收端再按 约定的规则对其进行解码，把它从八位位组串的形式恢复成应用实体直接可用的 形式，从而完成信息的传送和接收。 a s n 1 作为一种数据表示标准产生于2 0 世纪8 0 年代早期的开放系统互联 i n t e r n e t 网络模型，但o s i 模型并没有得到广泛的应用而a s n 1 标准继续发展， 华北电力大学硕士学位论文 今天在实际中已有大量应用，这些应用包括： 3 g 移动系统数据交换的第三代移动通信网络。这一系统基于u m t s ( 通 用移动通信系统) 标准，其使用了a s n 1 和分组编码标准( p e r ) 。 i p 语音在通信领域中的另一个重要应用是通过包转换网络( 如因特网) 传递语音数据。多媒体数据信号编解码器( c o d e c ) 标准( h 3 2 3 等等) 基于 a s n 1 并且使用于分组编码标准来获取理想的数据传输速率。 安全应用因特网安全授权同样也使用了a s n 1 。高级编码标准在数据表 示方面形成了一个方便的、平台无关的标准，比加密要优越。p k i x 、p k c s 和 x ，5 0 9 也是我们所熟悉的标准，它们也是基于a s n 1 的。 传统通信网络a s m l 和基本编码规则( b e r ) 已经在主要通信领域流行 了很长一段时间，所有的s s 7 到i s d n 的一切都使用了a s n 1b e r 信息在各种类 型的设备和计算机之间传递信号。 军事和空问应用美国国家宇航局( n a s a ) 在其航空通信网规范中，也 正在使用a s n 1 和分组编码规则作为空对地或地刑+ 空协议。 在对a s nl 的研究上，美国目标系统公司走在前列，他们主要丌发和销售支 持国际开放互连标准的产品。a s n l c 编译器就是他们所推出的款比较成功的编 译器，功能是将抽象语句标记源码翻译为c 、c + + 、c # 或j a 、，a 源代码，丌发者 可以把这些源代码与在c 、c 十+ 或j a v a 语言中数据一起使用，并使用标准的编码 规则( b e r 、d e r 或p e r ) 将结构对象与a s n 1 消息之i n j 的转换。 国内也有一些高校在做相关的a s nl 编解码器的研究，但是没有看到有相关 成功的产品的推出，所以，研究a s n 1 编解码器有很大的价值和应用前景。 1 2 4 关于x m l 和a s n 1 交换技术的研究 近些年越来越多的工作都是通过w e b 使用h t t p 集成各种应用，并且在这些：l 作中x m l 作为一个标准的数掘交换格式已经越来越普遍。当x m l 不仅被许多新发展 的应用支持，并且被已经发展成熟的应用所支持，其中包括许多基于a s n1 的应用。 为了这些应用之i r j 能够互相通信，a s n 1 与x m l 之问的数据交换是必须的。 实际上，目录间的这种数据交换的工作早就丌始了。d s m l 公司研发了目录服 务标记语言1o 规范，规范提供了用x m l 来表达数据模型和目录结构的标准方法。并 且i s o i e c 在2 0 0 年成立了一个： 作组用于规范a s n 1 的编码规则以对x m l 数据进行 编码，并提供a s n 1 类型定义和x m ls c h e m a 、d t d 之f 刚的双向映射。 从这些活动可以看出人们越来越意识到在a s n 1 与x m l 之间进行转换时非 常有用的。由于二者都是表示结构化的数据语言，我们相信这种转化是完全可能 的。 兰! 坠! 塑奎堂婴主兰堡堡兰 t a b l e1 c o m p a r i s o no fd a t a - b jo c k s i z ew i t h a s n 1 ，d o mx m l ，a n dz i p p e dd d o m x m l _ d a t a - b l o c ks i z e 。，一jz i p p e db i o e k s z eo i o ? _ ? 一量曩- - = _ 薯r 一尊 a t t r i b l i t ea s n 1 ， 。d o i v ix 唧l ，二 z i p p e nd o mx m l ：i 。誓 c o m p l e x i t ys i g n e d ( b y t e s ) s i g n e d , ( b y t e s ) 。s i g n e d ( b y t e m ) 。： s i m p l e 3 8 43 ，7 0 4 9 1 3 塑型! ! ! 旦堕兰 ! ! 旦堡! 一二旦堡 ! ：三呈三一一 c o m p l e x 1 ，4 8 3 1 9 ，1 8 4 4 , 7 3 3 g e n er a t e db yt h ed o c u m e n to b j e c tm o d e l t a b l e2 t h e o r e t i c a it r a n s m i s s i o nl i m e s ：w i t ha 。i ： c o n s t a n ti in ks p e e do f6 4k b p sa n d2 5 6k b p s a s n 1 ，a s n 1 ，d o mx m l ，d o m x i f l l ， s i g n e da t s i g n e da ts i g n e da t s i g n e da t a t t r i bu t e6 4k b p s 2 5 6k bp s 6 4k h p s2 5 6k h p s c o m p l e x i t y ( m s ) ( i n s )( m s ) ( i n s ) s i m p l e 4 7 1 2 4 5 21 1 3 s e r n i c o m p l e x 12 9 3 28 6 0 2 15 c o m p l e x 18 14 52 ，3 4 2 5 8 5 o z 一一一- 一：一一：u 一- = - 一r - 一 以上的三张图是国外的一些研究小组对x m l 和a s nl 拙述同样的信息进对 比分析，从图中我们可以看出，a s n 1 比x m l 具有更好的传输特性。通过对x m l 0 华北电力大学硕士学位论文 和a s n 1 的传输表现进行对比分析，发现对一些复杂的信息，x m l 信息量将达 到a s n 1 信息量的十倍之多。4 8 1 目前在国内尚未见到有如此详细的资料。 1 3 本文主要工作和章节安排 1 3 】本文的主要工作 本文的工作主要是围绕电力系统远动通信应用1 e c6 l8 5 0 规约来进行的，以 及如何在运用计算机技术使得在变电站与控制中心的通信过程中提高实时性。主 要包括以下几个方面： 1 对变电站通信网络和系统标