综合接入网关—概要设计说明书V1.1

1、目录1.引言引言.31.1.编写目的31.2.背景31.3.定义32.总体设计总体设计.42.1.硬件42.2.硬件拓扑图42.3.软件结构图53.系统设计系统设计.63.1采用的开发语言及关键技术63.2整体数据流向73.3iec-61850 规约转换器软件功能架构图（uc-7112）73.4iec61850 服务端软件实现框图如下：73.5iec61850 客户端软件实现框图如下：103.6各配置流程：113.7存储架构：133.8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

2、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。1.1.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。1.2.背景电力系统信息化的高速发展及领导的高瞻远瞩。1.3.定义da-681：基于 x86 架构机架型工业级嵌入式计算机，linux 操作系统uc-7112：基于 linux

3、开放平台的迷你型嵌入式工业计算机， 32-bit arm9 risc 微处理器综合接入网关：主要功能为 iec-61850 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da-681：intel 赛扬 m 1 ghz 处理器，前端总线频率 400 mhz，1 个 200-pin ddr2 sodimm 接口，支持 ddr2 400， 512 mb，6 个 10/100 mbps 以太网口，2个高速 usb 2.0 接口，4 个光隔 rs-232 串口，8 个光隔 rs-485 串口， 串口速度 50 bps921.6 kbps，支持非标准波特率，双源 100/240 v 交直流电

4、源输入uc-7112： 32-bit arm9 risc 微处理器，16 mb ram，8 mb 闪存、2 个 10/100 mbps、sd 卡插槽、2 个 rs-232 串口10. 硬件拓扑图11. 软件结构图综综合合接接入入网网关关服服务务层层文文件件系系统统客客户户端端横横向向数数据据服服务务电电子子围围栏栏设设备备驱驱动动微微气气象象有有害害气气体体空空调调壳壳体体变变形形水水浸浸传传感感器器门门禁禁消消防防避避雷雷器器温温湿湿度度温温度度i ie ec c- -6 61 18 85 50 0建建模模报报警警服服务务数数据据服服务务数数据据报报文文控控制制日日志志服服务务同同步步服服务

5、务网网关关信信息息模模型型文文件件设设备备信信息息报报警警阈阈值值命命令令解解析析数数据据采采集集简简单单数数据据处处理理数数据据存存储储i ie ec c- -6 61 18 85 50 0 模模型型解解析析6 61 18 85 50 0转转发发服服务务 控制信令rs232/rs485/rj45实时内存库对对外外服服务务日日志志文文件件i ie ec c- -6 61 18 85 50 0 接接收收层层日日志志服服务务配配置置服服务务界界面面展展示示（实实时时数数据据报报表表、报报警警信信息息、配配置置窗窗口口） 对对 外外 接接 口口 数数 据据 存存 储储实时内存库软件架构分为三个部分：

6、设备接入层、iec-61850 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。iec-61850 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

7、 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

8、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3.1 功能设计数据采集：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

9、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：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

10、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：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：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

11、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：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

12、，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 iec-61850 标准模型建模：建模：1.电子围栏：根据 iec-61850 规范建立数据模型2.消防：根据 iec-61850 规范建立数据模型3.微气象：根据 iec-61850 规范建立数据模型4. 有害气体：根据 iec-61850 规范建立数据模型6.开关柜温湿度：根据 iec-61850 规范建立数据模型7.维思：根据 iec-61850 规范建立数据模型命令解析：命令解析：1.电子围栏：无控制，无命令解析2.消防

13、：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：数据服务：根据 sdk 提供服务转发数据内存库：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

14、、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3.2 模块设计采集：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：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

15、更具设备类型，封装成统一的模型。命令解析：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：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

16、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：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、

17、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。3.3 整体数据流向3.4iec-61850 规约转换器软件功能架构图（uc-7112）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3.5 iec61850 服务端软

18、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

19、 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。5 iec61850 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 iec6185

20、0 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

21、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3.6 iec61850 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61

22、850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。2 iec61850 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

23、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。2 iec61850 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。3.7 配置流程iec61850 配置流程6 61 18 85 50 0服服务务配配置置获获得得服服务务器器路路径径开开始始获获得得逻逻辑辑设设备备路路径径获获得得逻逻辑辑节节点点目目录录获获得得数数据据定定义义结结束束通过 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

24、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前端端传传控控设设备备配配置置获获得得传传控控设设备备表表开开始始数数据据组组成成解解析析数数据据存存储储结结束束高高级级应应用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

25、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。综合配置通通用用配配置置项项配配置置客客户户端端应应用用项项日日志志配配置置通通讯讯接接口口配配置置用用户户配配置置存存储储配配置置综合配置主要完成软件的基本配置项。3.8 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。2.iec61850 服务端信息：服务器的 ip 地址，端口号等

26、信息，以及接收发送的时间间隔。3.iec61850 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5.iec61850 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。3.9 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

27、本功能客户端(c)/服务端(s)1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

28、/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s9s10s11s12s13s14s15s3.10 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 rj-45，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

29、：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