综合接入网关—概要设计说明书v1.1

目录1引言311编写目的312背景313定义32总体设计421硬件422硬件拓扑图423软件结构图53系统设计631采用的开发语言及关键技术632整体数据流向733IEC61850规约转换器软件功能架构图（UC7112）734IEC61850服务端软件实现框图如下735IEC61850客户端软件实现框图如下1036各配置流程1137存储架构1338具体功能147引言综合接入网关是实现无线传感器网络与其他基础网络互联互通的重要设备。传感器节点采集感知区域内的数据，进行简单的处理后发送至汇聚节点；网关读取数据并转换成用户可知的信息，如传感器节点部署区域内的温度、湿度、加速度、坐标等；接着通过局域网或广域网进行远距离传输。在无线传感器网络中网关担当网络间的协议转换器、不同网络类型的网络路由器、全网数据聚集、存储处理等重要角色，成为网络间连接的不可缺少的纽带。因此设计出高效、稳定的网关节点是整个无线传感器网络设计中的重要一环。11编写目的本文档说明了综合接入网关硬件组成，软件架构，模块划分，以及定义模块间信息交换方法。12背景电力系统信息化的高速发展及领导的高瞻远瞩。13定义DA681基于X86架构机架型工业级嵌入式计算机，LINUX操作系统UC7112基于LINUX开放平台的迷你型嵌入式工业计算机，32BITARM9RISC微处理器综合接入网关主要功能为IEC61850规约转换，简单数据分析，报警实时自动处理8总体设计9硬件DA681INTEL赛扬M1GHZ处理器，前端总线频率400MHZ，1个200PINDDR2SODIMM接口，支持DDR2400，512MB，6个10/100MBPS以太网口，2个高速USB20接口，4个光隔RS232串口，8个光隔RS485串口，串口速度50BPS9216KBPS，支持非标准波特率，双源100/240V交直流电源输入UC711232BITARM9RISC微处理器，16MBRAM，8MB闪存、2个10/100MBPS、SD卡插槽、2个RS232串口10硬件拓扑图11软件结构图综合接入网关服务层文件系统客户端横向数据服务电子围栏设备驱动微气象有害气体空调壳体变形水浸传感器门禁消防避雷器温湿度温度IEC61850建模报警服务数据服务数据报文控制日志服务同步服务网关信息模型文件设备信息报警阈值命令解析数据采集简单数据处理数据存储IEC61850模型解析61850转发服务控制信令RS232/RS485/RJ45实时内存库对外服务日志文件IEC61850接收层日志服务配置服务界面展示（实时数据报表、报警信息、配置窗口）对外接口数据存储实时内存库软件架构分为三个部分设备接入层、IEC61850服务层、客户端。设备接入层将实际的硬件设备抽象为虚拟的逻辑设备，该层是整个监测系统的数据基础。入口数据为从不同硬件设备获取的各种数据（包括状态、数据、报警等），输出数据为适合IEC61850系统（平台）能够识别的、系统无差异化的数据，符合系统（平台）通讯协议。该层为需要联入本系统的不同外设、不同品牌类型的硬件设备提供数据接口组件。接口组件与设备保持一致，组件可变更、添加或减少。IEC61850服务层通过处理接入层传输上来的数据，同步模块同时对数据标注对应的时间标签，将数据封装进入IEC61850模型中并启动IEC61850服务。与61850同级的服务有配置文件、日志和对外的接口。其中服务端将负责整个系统上下两层之间的数据通讯组件。客户端用户表现层UI，需要对数据进行时间、空间上的列表或图形表现。对下层传输来的数据进行解析并交与通讯接口，同步模块控制好时间标签，报警主要是对原有报警进行解析，并对数据进行报警界限定义，并将越界数据标识。另外还包括控制、日志和配置模块。本层组件包括，系统定义（包括报警类型定义、设备定义）、系统配置、数据统计、报表等。12开发语言及技术分析客户端开发工具QT开发语言C/C存储MYSQL涉及技术及难点技术QT，61850，LINUX难点61850相关内容，QT组织架构服务端开发工具QT开发语言C/C存储MYSQL涉及技术及难点技术QT，61850，LINUX难点61850相关内容采集端开发工具QT开发语言C/C涉及技术及难点技术串口，LINUX13系统设计31功能设计数据采集电子围栏RS485接口，厂家私有规约，采集数据有防区号、防区报警状态、设备地址消防RS485接口，厂家私有规约，采集数据有多个烟感、多个手报、设备地址微气象RS485接口，厂家私有规约，采集数据有温度、湿度、风速、风向、气压、降水强度、设备地址有害气体RS485接口，厂家私有规约，采集数据有多组SF6含量、多级O2含量、设备地址开关柜温湿度RS485接口，厂家私有规约，采集数据有三组温度、三组湿度、平均温度、平均湿度、设备地址6维思设备RS485接口，厂家私有规约，采集数据有温度、湿度、避雷器动作次数、水浸、壳体变形、设备地址数据处理1电子围栏报警防区盗警状态采集值如果为1，则报警，为0则正常2消防报警烟感和手报采集值如果为1，则报警，为0则正常3微气象无数据处理4有害气体报警判断SF6含量是否大于报警值5开关柜温湿度报警判断温湿度采集值是否大于报警值6维思设备温度判断采集值是否大于报警值湿度判断采集值是否大于报警值水浸采集值如果为1，则报警，为0则正常壳体变形判断采集值是否大于报警值报警处理1电子围栏处理报警发生报警时，主机发出报警声，以示警告。2消防3处理报警发生报警时，主机发出报警声，以示警告。4微气象无。4有害气体处理报警发生报警时，开启风机。5开关柜温湿度处理报警写入日志。6维思处理报警写入日志。日志1电子围栏报警信息写入日志，处理结果写入日志，执行结果写入日志。2消防报警信息写入日志，处理结果写入日志，执行结果写入日志。3微气象执行结果写入日志。4有害气体报警信息写入日志，处理结果写入日志，执行结果写入日志。5开关柜温湿度报警信息写入日志，执行结果写入日志。6维思报警信息写入日志，执行结果写入日志。配置设备配置1电子围栏配置波特率、COM口、数据位、校验位、停止位配置传感器信息，包括地址，名称等2消防配置波特率、COM口、数据位、校验位、停止位配置传感器信息，包括地址，名称等3微气象配置波特率、COM口、数据位、校验位、停止位配置传感器信息，包括地址，名称等4有害气体配置波特率、COM口、数据位、校验位、停止位、报警阈值配置传感器信息，包括地址，名称等5开关柜温湿度配置波特率、COM口、数据位、校验位、停止位、报警阈值配置传感器信息，包括地址，名称等6维思配置报警阈值配置传感器信息，包括地址，名称等配置基站信息，包括COM口，地址，名称等服务器配置包括IP地址、端口、名称等模型配置配置IEC61850标准模型建模1电子围栏根据IEC61850规范建立数据模型2消防根据IEC61850规范建立数据模型3微气象根据IEC61850规范建立数据模型4有害气体根据IEC61850规范建立数据模型6开关柜温湿度根据IEC61850规范建立数据模型7维思根据IEC61850规范建立数据模型命令解析1电子围栏无控制，无命令解析2消防无控制，无命令解析3微气象无控制，无命令解析4有害气体接收开关风机命令，转换成设备控制命令5开关柜温湿度无控制，无命令解析6维思无控制，无命令解析数据服务根据SDK提供服务转发数据内存库1电子围栏包括的主要数据字段有防区、报警状态、设备地址2消防包括的主要数据字段有报警状态、设备地址3微气象包括的主要数据字段有风速、风向、气压、温度、湿度、降水强度、设备地址4有害气体包括的主要数据字段有SF6含量、O2含量、设备地址5开关柜温湿度包括的主要数据字段有温度1、湿度1、温度2、湿度2、温度3、湿度3、平均温度、平均湿度、设备地址6维思温度包括的主要数据字段有温度、电压、设备地址湿度包括的主要数据字段有湿度、电压、设备地址壳体变形包括的主要数据字段有变形值、电压、设备地址雷击包括的主要数据字段有动作次数、泄露电流、设备地址水浸包括的主要数据字段有报警值、电压、设备地址32模块设计采集输入串口、网口输出采集数据时间序列图传感器设备采集模块设备驱动发送命令信息向基站发送命令返回传感器的数据传感器的数据基站定时发送实时数据建模输入配置、采集处理后的数据输出满足IEC61850标准的模型时间序列图数据处理数据配置建模采集数据配置信息模型建立是将接收到实时数据更具设备类型，封装成统一的模型。命令解析输入控制命令输出设备可知的控制功能IEC61850模型解析后得到的控制信令，控制信令是具有特定格式的XML语句，解析后能够被硬件驱动读取后控制设备。时间序列图解析61850控制命令模型控制层模型控制消息命令消息硬件驱动硬件控制命令数据服务根据SDK提供服务转发数据输入经过处理采集数据输出各服务接口时间序列图数据服务内存库日志服务入库操作数据采集、查询采集数据、查询命令查询结果告警日志输出同步服务数据时间标签数据服务将采集的数据存储在数据服务变量中，提供各个服务模块的接口，包括内存库、日志服务、同步服务的各个模块。服务分为同步服务和异步服务，查询分为实时性的服务和非实时性查询。内存库中也有实时部分和非实时部分。内存库输入数据服务输入输出数据服务查询、数据日志时间序列图数据服务内存库数据归类数据采集数据入库数据查询查询指令查找查找结果返回结果1电子围栏经过采集、处理后在数据处理模块中以局部变量的形式暂时保存，并送入内存库中。保存的信息包括电子围栏开关量状态、电子围栏报警状态、防区内是否异常。2消防存储流程同上，内存库中保存的信息包括消防开关量状态、消防报警状态、防区内是否异常。3微气象存储流程同上，内存库中保存的信息包括风向、降雨量、风向、气压量、温度、湿度。4有害气体存储流程同上，内存库中保存的信息包括有害气体超标开关量、气体成分情况。5开关柜温湿度存储流程同上，内存库中保存的信息包括开关柜温湿度情况。6工器具柜存储流程同上，内存库中保存的信息包括工器具柜中各种工具的在柜情况开关量。7维思存储流程同上，内存库中保存的信息包括温度、温湿度、避雷器的电压电流值。33整体数据流向34IEC61850规约转换器软件功能架构图（UC7112）数据转发61850数据交换服务61850模型数据接口常规模型数据接口客户请求与服务设备61850数据模型常规数据模型数据交换接口映射规则35IEC61850服务端软件实现框图采集数据建立模型61850服务器数据61850客户端数据分析报警报警处理控制命令采集设备采集控制控制命令设备接口设备规约数据模型61850服务设备对外提供61850服务说明1设备建模按照IEC61850智能设备模型，以SCL语言描述电力设备，来对设备进行建模。包括建立逻辑设备，逻辑节点，遥测数据，遥信数据，遥控数据等。2实时IEC61850数据模型库采用基于IEC61850的面向对象的实时IEC61850数据模型库。系统启动时，从SCL文件中读入，生成实时IEC61850数据模型库。3内存访问接口提供完善的内存访问API接口，通过这些API接口，访问IEC61850规格的遥测遥信电度遥控等数据。4通信模块提供了系统运行所需的通信环境，包括串口通信、TCP/UDP及相关环境初始化等。5IEC61850标准服务模块给外部智能电子设备提供IEC61850数据服务。IEC61850服务报文采用MMS协议。将IEC61850以MMS协议报文格式发送，同时对接收MMS协议报文解析为IEC61850服务数据。6内存数据监视服务端无界面，无法实时监测采集数据服务端规约转换功能1采集侧规约模型访问接口对于设备规约模型，使用设备提供的API接口访问并获得设备规约数据；通过设备数据模型和IEC61850数据模型间的相互映射规则和内存访问接口，将设备数据提供给IEC61850服务程序。2采集侧和IEC61850侧数据模型映射规则利用建立的IEC61850设备模型，通过数据映射模块，可以确定设备规约数据模型和IEC61850数据模型间的相互映射规则。3交换数据服务这是双向的数据服务，一是将设备的规约数据转换为IEC61850服务数据提供给客户端；二是接收客户端的数据和控制指令，将其转换为设备的规约数据，并提供给设备。4采集侧数据与IEC61850侧数据同步服务提供相应的API接口，同步设备数据与IEC61850服务端数据。服务端服务管理功能1进程守护与开机自启动整个的IEC61850服务程序以守护进程的形式存在于系统中；系统开机后，IEC61850服务程序的各个模块都依次启动运行。2系统日志各个模块有各自的日志类型。通过系统日志，可在发生异常是确定发生异常的通道，路径和设备。3日志查看可实时查看进程产生的日志信息，一般用于程序调试和查找设备故障。4消息查看如果有界面，则可实时查看通信系统路径报文信息，同时可将报文信息保存到指定的日志文件中。通过查看报文信息，可诊断通信异常状况，数据通信状况。可惜没有36IEC61850客户端软件实现框图61850客户端61850数据模型61850服务61850服务端对外提供61850服务61850装置61850装置61850装置61850装置模型解析客户端标准服务模块1接收IEC61850服务报告，日志，控制，定值信息客户端向设备请求IEC61850服务，接收IEC61850服务报告，日志，控制，定值，定值信息。2IEC61850模型解析模块本模块的功能是根据服务端或智能设备IEC61850的服务报文，解析出智能设备的逻辑设备模型，各个逻辑接口模型，所有的遥测遥控遥信电度等数据模型。3客户端实时内存库数据管理模块对客户端从设备获取的数据，在内存中实时缓冲保存。提供相应的内存访问API,供第三方通过API获取。4客户端展示界面客户端从设备获取的数据和报文，在界面进行展示。客户端管理功能1进程守护与自启动IEC61850客户端程序以守护进程的形式存在于系统中；系统开机后，IEC61850客户端程序的各个模块都依次启动运行。2IEC61850客户端日志客户端记录与IEC61850服务端通信日志。3日志查看实时查看客户端记录的日志。37配置流程IEC61850配置流程61850服务配置获得服务器路径开始获得逻辑设备路径获得逻辑节点目录获得数据定义结束通过IEC61850服务，可以获得很丰富的配置信息。例如通过获得服务器路径的服务，可以知道当前服务器下分别有哪些逻辑设备；然后分别对每个逻辑设备使用获得逻辑设备路径的服务，就可以知道每个逻辑设备下分别有哪些逻辑节点；分别对每个逻辑节点使用获得逻辑节点路径的服务，就可以知道每个逻辑节点下分别有哪些数据；最后，分别对每个数据使用获得数据路径的服务，就可以知道每个数据的属性。这样，通信一方就可以获得另一方的模型信息。传控设备配置流程前端传控设备配置获得传控设备表开始数据组成解析数据存储结束高级应用传控设备配置是基于设备表的，通过对设备进行分类处理，将设备信息归纳到设备表中。方便对所有设备进行统一的管理，并将设备表作为综合接入网关的接入标准，以备后续标准的扩充。综合配置通用配置项配置客户端应用项日志配置通讯接口配置用户配置存储配置综合配置主要完成软件的基本配置项。38存储架构MYSQL数据库水浸传感器温湿度传感器壳变传感器微气象电子围栏消防门禁61850服务端实时库实时库61850客户端对外提供61850服务客户端客户端服务端服务端设备设备MYSQL数据库中主要保存如下内容1设备信息主要包括设备的地址信息、命令码，以及设备的类型。串口的端口号、波特率等相关信息。2IEC61850服务端信息服务器的IP地址，端口号等信息，以及接收发送的时间间隔。3IEC61850客户端信息设置发送接收的时间，以及其他的一些综合配置，如用户信息。4对设备的阈值进行存储5IEC61850系统和外部有交互，所以人为的将设备的状态进行定义并存储到MYSQL数据库，当收到某一指令时，根据数据库存储的信息进行对比，转换成设备规约，从而实现设备控制的功能。6存储用户信息。实时数据库保存的数据信息以及作用IEC61850服务端和IEC61850客户端有各自的实时数据库，实时库主要对实时的数据进行临时存储，以及方便系统本身对数据的调用。39具体功能客户端具体功能（只能按模块，不能具体完善，待定）功能描述是否基本功能客户端C/服务端S1登录用户认证是C2参数配置内存库设置，连接参数相关设置，发送接收时间周期，遥控遥调相关设置等等是C3报文查看数据报文查看否C4报告集定义，查看，获取，删除，设置是C5连接服务器连接服务器是C6对时启动，停止是C7日志日志查看是C8内存实时库实时库的创建，修改，删除，导入，导出等等是C9对外接口C10C11C12C13C14C15C服务端（只能按模块，不能具体完善，待定）1登录用户认证是S2服务器启动配置内存库，服务端口号，超时，接收，模型，数据集等等配置是S3模型装载模型装载是S4启动/停止服务61850服务端服务启/停是S5各功能服务控制如MMS服务启/停,传输层、会话层相关服务启/停是S6连接客户端相关查看连接的客户端等是S7日志日志维护是S8对外接口S9S10S11S12S13S14S15S310功能模块设备驱动输入硬接口输出软接口功能综合接入网关的设备层端口接入采用了串口（232,、485）或网口RJ45，作为主流的设备接入方式，能够很好的将所有设备兼容到。由于采用了LINUX系统，所以软件兼容性上会产生问题，推荐采用提供设备接入驱动的设备厂商。串口作为物联网神经网络的重要接口，能传递的数据量相对网口要小，网口作为大量数据的接入方式，通常是接收实时数据设备的接口，此驱动一般出厂商提供。数据采集输入串口、网口输出采集数据功能数据采集直接面对的是设备驱动，不同的驱动或者设备，数据的方式不同。数据采集会根据这些不同设备，分别去读取设备驱动解析后的数据，方式可能是被动的接收或主动的读取。简单数据处理输入采集数据输出处理后的采集数据功能主要报警判断及有用数据的整理。本文中数据处理主要是根据处理设备的结构方式来区分。报警服务输入采集数据，阈值输出报警数据功能报警服务是将简单处理过后有意义的数据进行阈值判断，越界后需要对该设备传递的数据进行告警标签或者模型的建立。为上层提供报警信息的初判断。同步服务输入时间戳输出时间戳功能同步服务，并不要求各系统中的时钟完全与统一标准时钟对齐。要求本地的数据都具有时间标签，而系统标准时钟在比对时刻的钟差以及比对后它相对标准钟的漂移修正参数即可，勿须拨钟。