STS网络预付费系统学习教案

1、会计学1STS网络网络(wnglu)预付费系统预付费系统第一页，共86页。STS标准及其算法介绍2STS网络预付系统典型应用平台介绍4 STS网络预付费解决方案3预付费系统的现状分析1典型应用案例6终端产品介绍5第1页/共85页第二页，共86页。国内预付费系统的现状分析1第2页/共85页第三页，共86页。第3页/共85页第四页，共86页。比较项目比较项目逻辑加密卡逻辑加密卡CPU卡卡STS密钥密钥安全性能操作时核对卡中的密码，但只进行一次认证，无其他的保护措施，安全性能较低用户和IC卡之间需要双方的密钥相互认证通过STS进行加密，进行一对一的加密，每次充值产生的密钥只能使用一次，而且和表计只能

2、唯一使用，充值方式营业厅充值营业厅充值95598系统，移动POS机，E-BANK,支付宝，ATM机，短信增值等人工成本IC卡制作等成本，售卡补卡只能通过营业厅，需要读写设备IC卡制作等成本，售卡补卡只能通过营业厅，需要读写设备每次充值产生充值打印码纸，成本低廉，省去人工成本应用情况安全性能低，所以较少使用国网大量使用国外广泛使用第4页/共85页第五页，共86页。集中自动化抄表异常用电行为实时监测第5页/共85页第六页，共86页。STS协议由南非的ESKOM国家电力公司提出;现已成为IEC标准:IEC62055IEC 62055-51标准此部分定义了一个销售系统（POS）和一个符合(fh)STS

3、电能付费电能表之间购电和其他管理信息传输单元的标准传输规范物理层协议。IEC 62055-52 电能测量-付费售电系统.第52部分:标准传输规范(STS).直接本地连接双程虚拟令牌载波的物理层协议IEC62055-41 协议预付费电能表与售电管理中心的数据依循IEC62055-41的标准转换协议通用性好，安全性好STS协议中稳定交换数据为TOKEN（令牌）第6页/共85页第七页，共86页。IEC62055-51电能测量电能测量-付费售电系统付费售电系统(xtng).第第51部分部分:标准传输规范标准传输规范(STS).单程数字卡和磁卡令牌载波的物理层协议单程数字卡和磁卡令牌载波的物理层协议范围

4、范围IEC 62055-51标准此部分定义了一个标准此部分定义了一个(y )销售系统（销售系统（POS）和一个）和一个(y )符合符合STS电能付费电电能付费电能表之间购电和其他管理信息传输单元的标准传输规范物理层协议。能表之间购电和其他管理信息传输单元的标准传输规范物理层协议。定义为：定义为：各类令牌载波类型，如数字卡和磁卡，在各类令牌载波类型，如数字卡和磁卡，在POS物理层协议中令牌载波上的令牌数据编码。物理层协议中令牌载波上的令牌数据编码。各类令牌载波类型，如数字卡和磁卡，在付费电能表物理层协议中来自令牌载波的令牌数据各类令牌载波类型，如数字卡和磁卡，在付费电能表物理层协议中来自令牌载波

5、的令牌数据解码。解码。其主要目的为：付费电能表制造商必须接受符合其主要目的为：付费电能表制造商必须接受符合STS的令牌，也意味着：的令牌，也意味着：POS系统制造商必须系统制造商必须生产与生产与STS相符合的令牌，且在其相关标准相符合的令牌，且在其相关标准IEC 62055-41中应被读出。中应被读出。注注1：除了适用电能付费系统的开发，此标准也涵盖用于其他相关行业的令牌，如气表，水：除了适用电能付费系统的开发，此标准也涵盖用于其他相关行业的令牌，如气表，水表。表。注注2：符合：符合STS的产品符合此国际标准的相关部分将在销售合同中做出规定。（见附录的产品符合此国际标准的相关部分将在销售合同中

6、做出规定。（见附录A）。）。第7页/共85页第八页，共86页。图 1 STS协议(xiy)栈物理层 协议参考协议参考(cnko)类型类型APDU 应用层数据(shj)单元，数据(shj)接口至应用层协议TCDU 令牌载波数据(shj)单元，数据(shj)接口至物理层协议 第8页/共85页第九页，共86页。STS是一个在一个POS和一个付费电能表间使用一个令牌载波作为传输介质的安全数据传输协议。当物理层协议处理在各种类型令牌载波上的令牌数据实际加密时，应用层协议处理令牌，加密过程和功能(gngnng)均在IEC 62055-41中有所规定。（见图1）IEC 62055此部分规定了一个物理层协议处

7、理在一个数字令牌载波，一个磁卡令牌载波和IEC62055-41中规定的相关应用层协议操作上的令牌数据实际编码。物理传输令牌载波设备其他类型，如：数字，磁卡，存储卡，存储键，都在IEC 62055-5x系列标准中有相关规定。一个更完整的STS参考模型说明和从POS应用程序至电能表应用程序的数据流均可在IEC62055-41 条 第9页/共85页第十页，共86页。元格式引用参考TCT2个数字5.1.2令牌数据66位5.1.3ID记录36/33个数字5.1.4PRN记录正文5.1.55 POS 至令牌载波接口：物理层协议至令牌载波接口：物理层协议5.1 TCDU5.1.1 TCDU中的数据中的数据(

8、shj)项项TCDU 为一个数据为一个数据(shj)接口至物理层协议并由表接口至物理层协议并由表1中数据中数据(shj)项组成。项组成。表表1 TCDU中数据中数据(shj)项项5.1.2 TCT指示令牌载波类型上（见指示令牌载波类型上（见IEC 62055-41 条款条款6.1.3）令牌数据）令牌数据(shj)编码。编码。第10页/共85页第十一页，共86页。元素文本格式IEC62055-41引用参考电能表PAN符合ISO标识付费电能表原始账户号18个数字6.1.2截至日期标识数据的可选截至日期作为在一个付费电能表ID卡或令牌载波上编码（见5.2.3）4个数字或1个数字6.1.11TCT指示

9、此电能表PAN关联令牌载波类型2个数字6.1.3EA指示此电能表PAN关联加密算法2个数字6.1.5SGC指示此电能表PAN关联供电组6个数字6.1.6TI指示此电能表PAN关联费率索引2个数字6.1.7KRN指示此电能表PAN密匙修正编号1个数字.4 ID记录记录可选标识数据在付费电能表可选标识数据在付费电能表ID卡或连同令牌卡或连同令牌(ln pi)数据的令牌数据的令牌(ln pi)载波上载波上编码。编码。可选可选ID记录包括表记录包括表2中的数据项。中的数据项。表表2 ID记录中的数据项记录中的数据项第11页/共85页第十二页，共86页。元格式引用参考TCT2个数字5.1

10、.2令牌数据66位5.1.3ID记录36/33个数字5.1.4PRN记录正文5.1.5 POS 至令牌载波接口：物理层协议至令牌载波接口：物理层协议5.1 TCDU5.1.1 TCDU中的数据中的数据(shj)项项TCDU 为一个数据为一个数据(shj)接口至物理层协议并由表接口至物理层协议并由表1中数据中数据(shj)项组成。项组成。表表1 TCDU中数据中数据(shj)项项第12页/共85页第十三页，共86页。项格式引用参考令牌数据66位6.1.2令牌擦除Boolean6.1.3验证结果Boolean6.1.4有效结果Boolean6.1.5令牌结果Boolean6.1.6TCDU中数据项

11、中数据项6.1.2 令牌数据令牌数据此为从令牌载波中的令牌数据此为从令牌载波中的令牌数据66位二进制格式。为同一位二进制格式。为同一(tngy)数据项作为数据项作为TCDU中从中从POS至令牌载波接口至令牌载波接口 第13页/共85页第十四页，共86页。元素文本格式IEC62055-41引用参考电能表PAN符合ISO标识付费电能表原始账户号18个数字6.1.2截至日期标识数据的可选截至日期作为在一个付费电能表ID卡或令牌载波上编码（见5.2.3）4个数字或1个数字6.1.11TCT指示此电能表PAN关联令牌载波类型2个数字6.1.3EA指示此电能表PAN关联加密算法2个数字6.1.5SGC指示

12、此电能表PAN关联供电组6个数字6.1.6TI指示此电能表PAN关联费率索引2个数字6.1.7KRN指示此电能表PAN密匙修正编号1个数字6.1.8ID记录记录(jl)中的数据项中的数据项第14页/共85页第十五页，共86页。条款内容引用参考ID记录是否售电系统需要在令牌载波中记录一个ID。选项：在令牌载波中使用ID记录在令牌载波中不使用ID记录（为现行办法）5.1.4截至日期如果ID记录被使用在令牌载波中，其后时候那些记录应实施一个截至日期选项：截至日期将不被使用（为现行办法）截至日期被使用5.1.4PRN记录是否售电系统需要在令牌载波中打印记录选项：不打印PRN记录打印PRN记录（提供售电

13、系统信息）5.1.5磁卡ID记录是否售电系统在磁卡载波中需要使用ID记录（记录2）选项：在磁卡令牌载波中使用ID记录在磁卡令牌载波中不使用ID记录（为现行办法）5.2.4表A.1 购买(gumi)合同和投标中应注明项目第15页/共85页第十六页，共86页。IEC 62055-52 电能测量-付费售电系统.第52部分:标准(biozhn)传输规范(STS).直接本地连接双程虚拟令牌载波的物理层协议STS协议(xiy)参考模型第16页/共85页第十七页，共86页。位值语法起始位0串行位流开始符数据位00-1字符号最低有效位数据位 10-1字符号数据位20-1字符号数据位 30-1字符号数据位40-

14、1字符号数据位 50-1字符号数据位 60-1字符号最高有效位校验位01如果数据位0至6包括和二进制1s偶数如果数据位0至6包括和二进制1s奇数停止位1串行位流结束符6.3.2 传输传输(chun sh)格式格式图图2 字符传输格式字符传输格式字符传输格式包含字符传输格式包含1 个起始位，个起始位，7个数据位，个数据位，1个偶校验位和一个个偶校验位和一个(y )停止位。见图停止位。见图27位位ASCII字符位编号见表字符位编号见表2表表2 一个一个(y )7位字符号位编码位字符号位编码第17页/共85页第十八页，共86页。图图3 服务器协议服务器协议(xiy)流程图流程图第18页/共85页第十

15、九页，共86页。图图A.1 ID请求请求(qngqi)处理功能服务器状态图处理功能服务器状态图第19页/共85页第二十页，共86页。读命令处理(chl)功能服务器状态图第20页/共85页第二十一页，共86页。写命令(mng lng)处理功能服务器状态图第21页/共85页第二十二页，共86页。Electricity metering 电量电量(dinling)测量测量Payment metering systems 付费测量系统付费测量系统Part 41:41节：节：Standard Transfer Specification标准传输规范标准传输规范第22页/共85页第二十三页，共86页。IE

16、C62055-41 协议预付费电能表与售电管理中心的数据依循IEC62055-41的标准(biozhn)转换协议该协议由南非的ESKOM国家电力公司提出。（现已成为IEC标准(biozhn)）通用性好，安全性好STS协议中稳定交至数据为TOKEM（令牌）0000继电器测试显示用电量密钥版本号费率索引号第23页/共85页第二十四页，共86页。子类号类号01230充值 水初始化测试最大功率设置1充值 电清除充值2充值 气设置费率3充值 时间密钥设置（低32位）4充值 金额密钥设置（高32位）5清除事件6水表文件7最大机终端功率和不年数据8-10保留11-15自定义设置TOKEN 类别(libi)密

17、钥设置低32位密钥设置高32位3DES算法 64位KEY DATA MODElSTS协议中可用TOKEN分三类充值，初始化/测试，管理一串加密TOKEN（20个BCD码），依据STS协议进行进制转换，获得一位十六进制数（66位二进制数），将循环冗余检验码（末位两字节）除外的50位二进制数扩充到7个字节（高位补零），进行CRC校验。若表计计算得到(d do)的校验码与POS（预电）下传的校验码（加密TOKEN的末两字节）一致，其中表号是在进行解密操作之前就被提取出来了的，购电数据的处理过程如图示第24页/共85页第二十五页，共86页。充值TOKEN:充值TOKEN64位待处理数据是被上位机软件采

18、用3DES加密算法后的密文数据，通过存贮在EEPROM中的密钥对其解密后, 解密其明文数据格式为:充值TOKEN组成:类号 子类号 随机数 Token辨识号 数量 CRC校验2bits 4bits 4bits 24bits 16bits 16bits 0 0 - - - -数据串6项数据：token类型(lixng)号、系统加密时的随机数、token辨识码（Token Identifier TID)、购买电量值、CRC校验码，类号是解密之前提取，当类号与子类号均为0时，传递变量值为所购电量值。第25页/共85页第二十六页，共86页。第26页/共85页第二十七页，共86页。TID(辩识号)是ST

19、S协议中的重要数据成分，表示购买TOKEN时刻最初时刻距最初时刻（1993/1/1,00:00:00）的时间（以分钟为单位）协议要求表计预留存储50个记录的空间用来保存最新的TID，表计根据此记录来判断（令牌购电）的有效性若TOKEN中TID已存在于记录中，表计提示“USED”拒绝接受；若TID早于50多记录中的任一条，表计提示OLD,拒绝接收。为避免TID重复，STS规定若同一分钟内出售多条TOKEN中，将从第二条开始，按购买顺序(shnx)依次将TID将1，再生成TOKEN（新）然后POS还原其实的TID，存储备份数据当类号 子类号均为0时，传递变量值为所购买的电量，单位为100Wh，数据

20、的转换规则为 t=10em, e=0 . e t=10em+(21410(n-1), e0 . n=1式中，高两位（15-16为数据E；低4位（0-14）为基数M（例当E=3，M=0X3FFFF,用户购电量为1820162.4KWH第27页/共85页第二十八页，共86页。类号子类号控制字厂号CRC校验码2bits 4bits36bits8bits16bits10-11-10保留扩展用保留保留-111-15用户自定义自定义0-99-（2）初始化/测试TOKEN初始化/测试TOKEN是唯一不被加密的数串中，无需解密操作，用于厂家(chn ji)在电能表出厂前的性能检测STS协议(xiy)已经定义了

21、 测试模式，由控制字的相应位置1来标识，仍剩下的23个控制位尚未定义，留作来扩展使用，测试模式定义为下表在子类为0；控制位为1时，表位测试项是“继电器开/合测试”。子类号为11-15时，用户可自定义测试项，但厂号必须标明第28页/共85页第二十九页，共86页。（3）管理(gunl)TOKEN管理(gunl)TOKEN跟充值TOKEN一样，是密文数据，用于管理(gunl)部门对表计进行参数设计。STS协议在电量管理(gunl)方面定义了六个管理(gunl)项：设置最大功率限制（MAX POWERLIMIT，MPL），清除充值，设置费率，设置密钥，清除事件记录，设置最大相位，不平衡度限制。类号子类

22、号随机数TOKEN辨识号MPLCRC校验码2bits4bits4bits24bits16bits6bits20-解密后的设置(shzh)MPL的数据组织结构如下图示第29页/共85页第三十页，共86页。CTC校验(xio yn)DES加密算法密钥生成体系加密算法信息安全电能表密钥生成过程是一个加密表计信息的过程，电能表信息包括：表地址，所在电力局局号，所在地区认证码，密钥类型，密钥有效性等，密钥直接由STS协会授权的密钥管理中心发售，生成工具是获得了STS认证的安全模块，由此可得到唯一的电能表密钥第30页/共85页第三十一页，共86页。STS标准及其算法介绍2第31页/共85页第三十二页，共8

23、6页。33STS网络(wnglu)预付费概述第32页/共85页第三十三页，共86页。STS是什么(shn me)？ STS(Standard Transfer Specification) 技术已经成目前全球为一的开放式的预付费系统标准，该技术的应用获得STS协会的授权，因此也保证了电力公司应用的安全性。 到目前为止，STS已经在全球得到广泛的应用，从最初的初始国南非，到后来的西方发达国家和发展中国家。目前已经运行的就有3000多万的只符合(fh)STS标准的电能表已经安装在将近40个国家的电力公司。第33页/共85页第三十四页，共86页。第34页/共85页第三十五页，共86页。第35页/共8

24、5页第三十六页，共86页。第36页/共85页第三十七页，共86页。第37页/共85页第三十八页，共86页。第38页/共85页第三十九页，共86页。第39页/共85页第四十页，共86页。20位充值码STS网络预付费表密钥KEY中心STS网络预付费售电系统 售电密钥值 (VDDK/VUDK) 供应组代码SGC 费率索引号TI 密钥期满(q mn)编号KEN 密钥类型号KT 密钥版本号KRN 第40页/共85页第四十一页，共86页。STS网络预付费表加密密钥代码主站地区号密钥码口令电表密钥代码电表表号解密密钥代码1834 6872 5731 6814 132420位充值码密钥KEY中心电表表号 KW

25、h(金额)时间，其他数据第41页/共85页第四十二页，共86页。相同(xin tn)密钥1834 6872 5731 6814 132420位充值码STS网络预付费表工厂(gngchng)默认密钥密钥管理系统，供电公司，唯一密钥密钥KEY中心STS网络预付费售电系统第42页/共85页第四十三页，共86页。相同(xin tn)密钥1834 6872 5731 6814 1324加密和解密成为可能STS网络预付费表STS密钥管理中心华立工厂(gngchng)默认密钥keyKEY密钥中心密钥管理系统，供电公司，唯一密钥STS密钥KEYSTS网络预付费售电系统第43页/共85页第四十四页，共86页。S

26、TA 加密算法加密算法第44页/共85页第四十五页，共86页。第45页/共85页第四十六页，共86页。第46页/共85页第四十七页，共86页。第47页/共85页第四十八页，共86页。居民网络预付费子系统居民网络预付费子系统居民用电综合管理功能居民用电综合管理功能台区台区/单元楼单元楼/低压商户线损分析低压商户线损分析需求侧管理需求侧管理用户个人网站用户个人网站用电信息用电信息缴费信息缴费信息在线充值在线充值业务功能业务功能售电售电下装下装抄表抄表报警报警基础服务平台基础服务平台接口服务接口服务采集服务采集服务报表服务报表服务报警服务报警服务图形服务图形服务计算服务计算服务系统服务平台系统服务平

27、台应用服务：应用服务：IIS/ASP.net，.Net Framework数据库服务（数据库服务（Oracle，SqlServer）操作系统（操作系统（Windows Server）第48页/共85页第四十九页，共86页。平台缴费营业厅自助终端银行网点移动POS刮刮卡充值个人网上营业厅移动POS手机短信固定电话在线支付支付宝各类网银手机短信固定电话第49页/共85页第五十页，共86页。1适用于传统的老城区。营业网点发达，中老年人较多，较为保守，喜欢传统的营业厅、银行缴费2适用于广大农村地区营业网点较少，传统缴费方式困难，通过个人网上营业厅，移动POS，手机短信缴费3适用于较发达的城市家庭宽带覆

28、盖率高，乐于接受新鲜事物，通过支付宝等各类网银直接缴费第50页/共85页第五十一页，共86页。设备异常处理方式，保电投入网络异常处理方式特殊处理方式常规处理方式异常处理异常处理掌机下装掌机下装手动下装手动下装自动下装自动下装第51页/共85页第五十二页，共86页。接口接口(ji ku)转换转换GPRSCDMA以太网以太网ZigbeePLCRS485上行网络/下行网络现场设备第52页/共85页第五十三页，共86页。用户发生欠费或其他异常时，通过短信模块或者短信机发送报警信息到相关责任人用户发生欠费或其他异常时，通过邮件服务器发送Email报警信息到相关责任人用户发生欠费或其他异常时，通过电话拨号

29、进行自动语音提醒相关责任人第53页/共85页第五十四页，共86页。第54页/共85页第五十五页，共86页。第55页/共85页第五十六页，共86页。第56页/共85页第五十七页，共86页。第57页/共85页第五十八页，共86页。第58页/共85页第五十九页，共86页。60STS网络预付费系统(xtng)架构第59页/共85页第六十页，共86页。第60页/共85页第六十一页，共86页。第61页/共85页第六十二页，共86页。电能量综合信息管理一体化系统电能量综合信息管理一体化系统供用电管理一体化综合功能供用电管理一体化综合功能客户服务（异常信息、用电情况客户服务（异常信息、用电情况通知、停电通知、

30、指导用电等）通知、停电通知、指导用电等）需求侧管理综合分析需求侧管理综合分析与电力营销系统接口与电力营销系统接口分类趸售电量接入分类趸售电量接入用户信息接入用户信息接入业务变更信息接入业务变更信息接入电量数据导入电量数据导入用电现场系统用电现场系统有序用电控制（功控、时控）有序用电控制（功控、时控）购电控、本地预付费、远程预付费购电控、本地预付费、远程预付费电网结构一体化系统平台电网结构一体化系统平台预付费售电，购电预付费售电，购电网内各级计量装置管理网内各级计量装置管理基于电网结构的一体化抄表基于电网结构的一体化抄表数据辅助决策统计分析数据辅助决策统计分析输电网，配电网各级线损分析输电网，配

31、电网各级线损分析网络实时库平台网络实时库平台WEB发布发布用电异常、事项处理用电异常、事项处理报表平台报表平台系统档案管理系统档案管理一体化应用平台一体化应用平台负荷预测等其他应用负荷预测等其他应用第62页/共85页第六十三页，共86页。减少重复通信(tng xn)报文u提供主站间标准接口通信(tng xn)协议：可协助实现终端远程维护、升级、提供第三方厂家远程维护自身产品u支持转发定时抄表：对于自带存储功能的电表，主站可通过终端转发方式直接采集电表数据第63页/共85页第六十四页，共86页。主备表替换、满度归零等因素n针对10kV送电线路，考虑扣除高供低计用户变压器损耗，结果能够体现真实的线路损耗第64页/共85页第六十五页，共86页。n网络报表、报表服务器、历史报表、WEB报表：n网络上多个节点制作的报表存储到报表服务器中、共享n可以方便查看历史报表n报表可以通过WEB浏览第65页/共85页第六十六页，共86页。一体化电能量综合(zngh)管理系统主站模块第66页/共85页第六十七页，共86页。先进的软件架构通信服务器发送事项到事项处理服务软件 工作站从事项处理服务软件获取事项 Web服务器从事项处理服务获取事项事项内容个性化定制用户定制信息变更通知 不同责任人提供不同报警信息；将实时事项通知责任人多种事项报警方式提供短信、语音、Email