电力公司通信系统参考模型.doc

低压电力线载波集中抄表系统第二部分：数据通信协议第一篇：通信系统参考模型Automatic Meter Reading System UsingLow-Voltage Distribution Line CarrierPART 2: Data Communication ProtocolsSECTION 1: Reference Model of Communication System陕 西 电 力 公 司 企 业 标 准XX/X XXXXX-2011青岛东软电脑技术有限公司-发布-实施XXX . XX 目 次引言II1范围12引用标准13参考模型描述33.1概述33.2OSI模型的基本原理33.2.1分层结构33.2.2服务和协议33.3参考模型43.3.1最小的三层结构43.3.2基本传输原理53.3.3物理层Physical Layer63.3.4数据链路层Data Link Layer63.3.5LLC子层63.3.6MAC子层63.3.7可选的中间层63.3.8应用层63.3.9网络管理63.3.10系统管理7引言本标准的制定是基于国际电工委员会技术报告IEC 61334采用配电线载波的配电自动化和IEC 62056抄表、费率和符合控制的数据交换标准系列，以及电子工业联合会EIA 600 CEBus标准文件集。考虑到这些标准内容对中华人民共和国配电网的实用性和复杂度，以及当前通信技术水平的发展，我们综合了诸多标准的优点，并对其部分内容进行了扩充、删减和修改。本标准对低压电力线载波通信作出规定，以便按照开放系统互连参考模型（OSI）的结构制定全面的规范。本标准描述了基于三层模型的通信系统，今后可以根据需要扩展到更多层1 范围本标准的应用范围是通过低压配电网进行电力线载波通信，今后可扩充到中压配电线1载波通信。目前，通信的应用范围仅限于自动读表、用户用电控制、广播命令、配电网监控等。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。GB/T 9387.3-1995信息处理系统 开放系统互连 基本参考模型第3部分：命名与编址ISO/IEC 8802-2:1994信息技术系统间的通信和信息交换局域网和城域网具体要求第2部分：逻辑链路控制IEC 61334-4-1:1996采用配电线1载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第1篇：通信系统参考模型IEC 61334-4-32:1998采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第32篇：数据链路层逻辑链路控制IEC 61334-4-33:1998采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第33篇：数据链路层面向连接协议IEC 61334-4-41:1996采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第41篇：应用协议配电线信息规范IEC 61334-4-42:1996采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第42篇：应用协议应用层IEC 61334-4-61:1998采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第61篇：网络层无连接协议IEC 61334-4-511:1999采用配电线载波的配电自动化 第4部分：数据通信协议第511篇：系统管理CIASE规范IEC 61334-4-512:1999采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议第512篇：采用61334-5-1文件的系统管理MIBIEC 61334-5-1:2001采用配电线载波的配电自动化第5部分：低层协议第1篇：扩展频率型移频键控（S-FSK）协议IEC 61334-5-2:1998采用配电线载波的配电自动化第5部分：低层协议第2篇：移频键控（FSK）协议IEC 61334-5-3:2001采用配电线载波的配电自动化第5部分：低层协议第3篇：扩展频谱型自适应带宽（SS-AW）协议IEC 61334-5-4:2001采用配电线载波的配电自动化第5部分：低层协议第4篇：多载波调制（MCM）协议IEC 61334-5-5:2001采用配电线载波的配电自动化第5部分：低层协议第5篇：扩展频谱快速跳频（SS-FFH）协议IEC 62056-42:2002电表抄表、费率和负荷控制数据交换第42部分：面向连接的异步数据交换的物理层服务与规程IEC 62056-46:2002电表抄表、费率和负荷控制数据交换第46部分：使用HDLC协议的数据链路层 IEC 62056-53:2002电表抄表、费率和负荷控制数据交换第53部分：COSEM2应用层EIA 600.41:1996节点数据链路层描述EIA 600.42:1996节点介质访问控制子层EIA 600.43:1996节点逻辑链路控制子层EIA 600.45:1996节点网络层规范EIA 600.46:1996应用层规范注释：1在本标准中，术语配电线，又可称为电力线。2COSEM Companion Specification for Energy Metering能量计量配套规范3 参考模型描述3.1 概述配电线载波通信网络是由随参信道和诸多网络节点构成的一个较为庞大的系统。对于这种复杂系统，为了简化系统的设计，通常把系统组织成分层的体系结构，即把系统的功能进行分解，定义出各个组成部分的功能，从而达到系统设计的目标。国际标准化组织ISO（International Organization for Standardization）于1979年底公布了开放系统互连参考模型OSIRM（Reference Model of Open System Interconnection）,所谓开放系统是指遵从国际标准能够通过互连而相互作用的系统，OSI/RM为开放系统互连提供了一种功能结构框架，是开发各种网络协议标准的基础。本部分的制定完全参照OSI/RM规范进行的，并根据配电线载波通信的应用特点对其进行了取舍，构造出一种最小的三层通信系统参考模型。3.2 OSI模型的基本原理3.2.1 分层结构OSI标准的目的是开发能够支持大范围的异构设备互连的标准通信网，从而形成一个“开放系统”。为了实现这种开放性，OSI标准仅对各开放系统完成的功能及系统之间的交互协议制定规范，从而避免为实现相应功能而预先规定一个特定模式。因此，OSI标准仅规定了开放系统的外部特性，而不是对开放系统的内部操作进行规定。OSI标准选择七层结构的分层模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。3.2.2 服务和协议为了描述各层与其相邻层之间的关系，OSI模型定义了一些基本概念，参见图1。(N+1)层(N)层(N)-Service：由(N)层向(N+1)层提供的服务(N)-SAP图1 OSI服务定义在开放系统中，(N+1)层的功能是通过(N+1)实体实现的。(N+1)实体和(N)实体之间的接口是通过一种称为(N)服务的交互形式完成的，在右上角的访问点称为(N)服务访问点（(N)-SAP）。为了实现(N+1)层的功能，(N+1)实体间的相互配合由(N+1)协议进行管理。信息交换时，(N-1)服务在(N-1)-SAP之间完成(N-1)服务数据单元（(N-1)-SDU）的传递。这样，(N)实体通过将(N)协议数据单元（(N)-PDU）放入(N-1)-SDU中实现(N)-PDU信息交换，参见图2。每一个(N)-PDU包含(N)协议控制信息（(N)-PCI）和(N)用户数据。(N)-PCI(N)-SDU(N)-PDU(N+1)服务(N-1)服务(N)层图2 OSI数据单元通信3.3 参考模型OSI描述了一个完整的七层模型，但是，为了降低实现的复杂性，可将系统简化为三层结构，既物理层、数据链路层和应用层。低压电力线载波通信系统采用这个简化结构。考虑到将来扩展为更复杂的系统，特别是中压配电网，如果需要，可以在数据链路层和应用层之间扩展其它层次，如网络层和传输层等。3.3.1 最小的三层结构制定数据通信协议（DCP）规范的方法依赖于最新的标准和设计服务实体的集合。组成协议层的不同服务实体的方法要保证整个系统的平衡性和稳定性，不能忽视规范的任何部分。这样，在每一层的设计中要考虑网络管理。协议的选择取决于以下因素：n 寻求在低波特率和高传输次数下的高效率；n 寻求通往集中器节点的最佳通道；n 配电网作为通信信道的困难程度；n 对网络互联要求要低；n 管理功能自动化水平要高；n 总成本费用要低。经过上述考虑，我们得出一个包含三层的规范，参见图3。这种结构称为“简化结构”。它为电力线载波应用提供了足够的寻址和服务能力。物理层 介质数据链路层LLC子层MAC子层PH服务应用层应用进程1应用进程2MIBSMAPDL服务L-SAP图3 参考模型三层结构的主要优点是：数据吞吐量效率高和接收数据复杂度低。三层结构的层次划分，从低到高依次为：物理层、数据链路层和应用层。前两层描述了通信实体的对称性行为。由于应用层采用可能采用不同信息规范，所以，应用层不满足这种对称性。3.3.2 基本传输原理通信协议的设计要求：n 独立于物理网络拓扑；n 独立于调制方案；n 介质访问策略（时间共享）依赖于应用。在某一时刻，网络通信由称为“启动方1”的通信节点进行组织和管理，所有其它单元作为“服务器2”。仅当启动方发出请求时，服务器才可以访问介质。当启动方的应用发出请求时，应用层便请求访问介质。介质访问策略位于启动方的应用进程中。注释：1启动方，又可称为“客户”或“主站”。在此标准中，这三个术语通用。2服务器，又称为“从站”或“次站”。在此标准中，这三个术语通用。在恶劣的传输条件下（高噪声、强衰减），必须提供中继机制来保证整个网络的有效数据通信，中继机制在MAC子层中定义。3.3.3 物理层Physical Layer物理层有两个目的：n 提供设备与物理传输介质（电力线）之间的接口；n 通过传送二进制码元完成从数据源到目的地的数据传输。本规范为物理接口定义了最小特性的集合，这些特性符合电力线载波通信的要求，并描述了二进制码元和信号同步策略。物理层的主要特征：n 通信介质是电力配电网；n 采用扩展频谱调制技术；n 实现成本要低。3.3.4 数据链路层Data Link Layer数据链路层包括两个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。它们分别控制对介质的访问和逻辑链接。3.3.5 逻辑链路控制层（LLC）LLC子层完成下面的功能：n 在设备内对应用实体寻址；n 请求数据响应。此功能用于数据交换；n 发送数据，无需响应。此功能主要用于广播。3.3.6 介质访问控制层（MAC）MAC子层主要功能是处理对物理介质的访问和对物理设备的寻址。这是在数据通信协议（DCP）中定义的唯一介质访问限制。当网络通信由启动方组织时，由启动方直接为自身的MAC子层或间接地为其它的MAC子层作出介质访问的决定。MAC子层提供了独立于物理调制、具有较高数据完整性的通信协议。3.3