CN101277299B - 协议转换系统及其协议转换过程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信协议转换系统及协议转换过程。协议转换器系统包括UART0模块，其用于接收和发送IEC 62056标准协议的数据包；IEC 62056功能模块是支持IEC 62056协议的核心模块，按照IEC 62056标准进行构建；协议转换模块的主要功能是根据IEC 62056的数据标识查找对应的DL/T 645标识，并将其发送给DL/T 645功能模块；DL/T 645功能模块的主要功能是处理DL/T 645协议相关功能；UART1模块负责与表计端的通讯。本发明提供的这种用于电能量计量计费系统及抄表系统的通信协议转换器，应用于DL/T645通信规约的电能表及符合IEC 62056标准的抄表系统这两个不同规约的系统之间，使得这两个不同规约的系统之间可以进行正常的数据交换。

Description

协议转换系统及其协议转换过程

技术领域

本发明涉及一种用于电能量计量、计费及抄表系统的通信协议转换系统和该协议转换系统的协议转换过程。

背景技术

电子式电能表由于其精度高、功能多、具有数据通讯能力等优点，在电能量计量计费系统中得到了越来越广泛的使用。在使用过程中电能表需要通过通信信道与抄表系统进行数据交换，但往往由于计量计费系统中选用的电能表制造厂家众多、电能表型号复杂、通信信道类型多种多样；另外大部分电能表通信协议采用扩展的DL/T645通信规约，但这些通信规约不统一，通信协议不完整，缺乏互操作性，给电能表的生产、使用造成了诸多不便，同时也增加了管理与维护成本。

IEC62056标准体系是一套完整的电能计量——用于抄表、费率和负荷控制的数据交换国际标准规范，其核心部分是设备语言报文规范DLMS和能源计量配套规范COSEM。IEC62056标准的制定是面向通用性的，它定义了仪表通信所采用的通用语言和仪表数据交换所使用的规则，使得来自不同厂商、不同类型、使用不同通信介质的DLMS/COSEM仪表/系统可以相互“沟通”，具有良好的系统互连性和互操作性，以得到广泛的认可，目前正面向国内广泛推广。

然而，由于该标准体系与目前国内已有的规约、协议完全不兼容，一旦推广应用，势必会造成目前正在使用的大量的电能表报废，造成资源的巨大浪费。因此，如何使现存的电能表是用于IEC62056标准的抄表系统中是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电能量计量、计费及抄表系统的通信协议转换器，使得目前国内大量使用的扩展DL/T645通信规约的电能表能用于符合IEC62056标准的抄表系统中。

本发明的另一目的是提供一种上述协议转换系统的协议转换过程。

为实现上述第一目的，本发明提供如下技术方案：

协议转换系统，用于适用IEC 62056标准的抄表主站与适用DL/T645协议的表计端的协议转换；

该协议转换系统包括

UART0模块，其用于接收和发送IEC 62056标准协议的数据包，与抄表主站通讯；

IEC 62056功能模块，其按照IEC 62056标准进行构建，其主要功能在于完成IEC62056标准相关的功能，包括逻辑设备及COSEM对象的封装与管理、仪表中各程序流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现；

协议转换模块，本模块的主要功能是根据IEC 62056的数据标识查找对应的DL/T 645标识，并将对应的DL/T 645标识发送给DL/T 645功能模块，若查找失败则将失败结果返回给IEC 62056功能模块，由IEC62056功能模块处理；

DL/T 645功能模块，本模块的主要功能是处理DL/T 645协议相关功能，包括命令帧组建、数据帧解析；

UART1模块，用于接收和发送DL/T645协议数据包，与表计端的通讯。

为实现上述第二目的，本发明提供如下技术方案：

协议转换系统的协议转换过程，

其特征在于：包括如下步骤，

第一步，建立应用连接；

第二步，数据抄读；

第三步，释放应用连接。

本发明提供的这种用于电能量计量计费系统及抄表系统的通信协议转换器，应用于DL/T645通信规约的电能表及符合IEC62056标准的抄表系统这两个不同规约的系统之间，使得这两个不同规约的系统之间可以进行正常的数据交换。因此能使目前国内大量使用的DL/T645通信规约的电能表能用于符合IEC62056标准的抄表系统中，从而为IEC62056标准在国内的推广节约大量的成本、减少资源浪费。

附图说明

图1是应用本发明协议转换系统的协议转换器的应用原理示意图；

图2是应用本发明协议转换系统的协议转换器的硬件结构框图；

图3是本发明协议转换系统的功能模块框图；

图4是IEC 62056功能模块通信协议栈的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，协议转换器作为一个独立模块应用于两个不同规约(IEC62056和DL/T645)的系统之间，使得两个系统之间可以进行正常的数据交换。由图1可知，协议转换器具有两个通讯端口，一个用于与符合IEC62056标准的抄表装置或系统通讯，通讯协议采用DLMS规范；另一个通讯端口与电能表通讯，采用标准DL/T645通讯规约。

参见图2，协议转换器包括MCU、存储器、电源模块、复位电路、通讯接口模块和状态指示灯。其中，MCU是协议转换器的核心，本发明的协议转换系统就运行于MCU中，协议转换系统具有两个异步通讯口UART0和UART1(参见图3)，MCU的作用在于执行程序代码、完成协议转换功能。存储器用于存放本协议转换器的配置信息，包括地址、通讯波特率等。状态指示灯用于只是当前协议转换器的工作状态或通讯状态。电源模块为协议转换器各个模块提供电源。

参见图3，该通信协议转换系统分为5个模块，分别为：UART0模块、IEC 62056功能模块、协议转换模块、DL/T 645功能模块、UART1模块。下面分别介绍：

1.UART0模块

本模块的主要功能就是接收和发送IEC 62056标准协议的数据包，即二进制流数据。它包括数据接收模块和数据发送模块。数据接收模块将接收到的完整的数据帧送给IEC 62056功能模块，由后者完成后续任务。数据发送模块负责将IEC 62056功能模块发来的数据包发送给抄表主站。数据接收采用中断的方式，数据发送采用查询方式。

另外本模块还包含一个定时器A中断，用于判断帧字节间超时。

需要说明的是，为了实现的方便，将实现帧校验的程序段插入到接收程序模块中，并在接收数据的过程中判断地址，若非访问本转换器地址，则停止接收次数据帧。

2.IEC 62056功能模块

IEC 62056功能模块是支持IEC 62056协议的核心模块。IEC62056功能模块按照IEC62056标准进行构建，其主要功能在于完成IEC62056标准相关的功能，包括逻辑设备及COSEM对象的封装与管理、仪表中各程序流程的调度与管理、通讯协议相关功能的实现等。IEC 62056功能模块包括三部分：逻辑设备、应用进程模块、标准通信协议栈。

(1)逻辑设备

COSEM电能表是通过使用面向对象的数据模型来完成表计的构建的。通过各个COSEM接口类的对象之间的配合来完成各个功能。在IEC62056标准体系中，电能表是作为服务器、而抄表系统是作为客户端存在的。服务器的结构模型可分为三个层次：第一层次为物理设备，即实际的表计，它由若干个逻辑设备组成；第二层次为逻辑设备，每个逻辑设备都具有自己的逻辑地址，并且每个逻辑设备必须包含一个连接(LN/SN)对象和一个逻辑设备名对象；第三层次是COSEM接口对象，通过若干个不同的COSEM对象相互配合可以完成某一个特定的功能，COSEM接口类全部是在标准中定义好的，其包括属性和方法。

本协议转换器中只采用一个逻辑设备，即管理逻辑设备，将所有的COSEM对象全部放入该逻辑设备中，包括功能对象及数据对象。这些对象共同构成一个完整的表计COSEM模型，需要说明的是，这些COSEM对象大部分数据都是只读的，采用哪些COSEM接口类对象以及这些接口类对象的数量都跟具体的需求有关。

(2)应用进程模块

本模块是完成IEC62056标准支持的核心模块，其任务包括Get、Set、Action服务原语的处理(服务原语的解析及组建)、管理COSEM逻辑设备信息、响应各服务原语。

若这些服务原语信息是与表计计量的数据相关的，则交由协议转换模块处理，否则由本模块处理后，形成相应的响应服务原语，交给通信协议栈发送出去。

(3)通信协议栈

该通信协议栈采用IEC 62056标准的通信协议栈架构，通信协议栈完成了标准通信规范的封装，包括应用层、数据链路层和物理层三个协议层，主要完成连接的建立(包括应用层和数据链路层连接)、通信数据帧的编码与解码、完整数据帧的封装、帧校验、以及帧格式及超时检测等。通信协议栈具体结构如图4所示。

这里由于只采用一种通信方式——RS485，故认为物理连接是始终连接的，因此这里重点考虑数据链路层和应用层的功能。其中，链路层用来处理数据链路层相关功能，包括链路层连接的建立与释放，数据帧的拆包、打包、分帧处理。应用层功能包括应用连接的建立与释放、数据帧的编解码、PDU的组建、服务原语的识别等。

3.协议转换模块

本模块的主要功能就是根据IEC 62056的数据标识(OBIS)查找对应的DL/T 645标识，并将其发送给DL/T 645功能模块。若查找失败则将失败结果返回给IEC 62056功能模块，由后者处理。本模块包括两个部分：

(1)IEC 62056转DL/T 645数据标识模块

本模块的功能在于根据IEC 62056数据标识来查找相应的DL/T 645数据标识。

本模块的入口：由IEC 62056功能模块发来的IEC 62056的数据标识及参数数据。

本模块的出口：①、DL/T 645功能模块(当成功找到DL/T 645对应的数据标识)

②、数据、转换结果处理模块(查找DL/T 645数据标识失败)

(2)数据或标识转换结果处理模块

该模块的功能在于将DL/T 645数据格式转换为IEC 62056数据格式。

本模块的入口：①、DL/T 645功能模块(DL/T 645功能模块的处理结果，包括数据)；

②、IEC 62056转DL/T 645数据标识模块处理结果(数据标识转换失败)。

本模块的出口：IEC 62056功能模块的应用进程模块。

4.DL/T 645功能模块

本模块的主要功能是处理DL/T 645协议相关功能，包括命令帧组建、数据帧解析等。它包括两个部分：DL/T 645命令帧封装模块和DL/T645数据帧解析模块。

(1)DL/T 645命令帧封装模块

该模块的入口为得到从数据标识转换模块来的OBIS及相应的参数。

该模块的出口：①、正确组成DL/T 645的命令帧，发送给UART1模块；

②、组帧错误，错误结果发送给DL/T 645数据帧解析模块，生成数据响应。

(2)DL/T 645数据帧解析模块

本模块的入口有两个：①、从UART1模块接收到DL/T 645数据帧，进行数据帧的解析，将解析好的数据发送给数据转换模块。

②、从DL/T 645命令帧封装模块来的数据。

本模块的出口：协议转换模块的数据或标识转换结果处理模块。

5.UART1模块

本模块负责与表计端的通讯。发送DL/T 645指令以及接收DL/T 645数据帧。另外，本模块还包含一个定时器B中断，用来处理字节间超时。

下面根据附图3介绍上述协议转换系统的协议转换过程：

IEC62056标准的通信过程是一问一答方式，在抄读数据之前需要建立一个应用连接。当抄表主站发送一个抄读命令时，通信流程开始。整个通信流程如下：

一、建立应用连接过程

第1步：抄表主站发送一个建立链路层连接的命令，该命令数据帧由UART0中的数据接收模块完整接收到后，发送给通信协议栈；

第2步：通讯协议栈在接收到该命令后，获取该命令中的参数信息，进行底层通讯参数协商，继而形成响应命令的数据帧，交给UART0的数据发送模块发送给抄表主站；

第3步：当抄表主站接收到转换器的响应帧之后，数据链路层连接建立起来了，此时抄表主站需要根据自身的应用层参数发送建立应用连接的数据帧；

第4步：当转换器的UART0接收到应用连接建立的命令后，发送给通信协议栈，通信协议栈解析该命令帧，形成建立应用连接的服务，并将该服务发送给应用进程，应用进程处理该服务，其间需要与逻辑设备进行信息交互，并最终形成一个对该服务的响应发送给通信协议栈，由通信协议栈解析该服务的响应并编码成数据帧，交给数据发送模块，而后再由数据发送模块发送给抄表主站。

如果此时转换器的应用进程发现不能建立该应用连接，则需要重复上述过程，直到建立应用连接。否则将不能进行后续的数据抄读。

二、数据抄读过程

数据抄读过程必须在建立了应用连接的前提下进行。

第1步：抄表主站发送数据抄读命令，由UART0的数据接收模块接收后交给通信协议栈完成数据帧的解析；

第2步：通信协议栈将形成的服务发送给应用进程，应用进程需要根据所接收到的服务做下面三种不同的处理，即，或直接拒绝该服务，或直接从逻辑设备中读取数据，或将服务中的数据解析出来，将解析后的数据交给协议转换模块处理；前两种情况下应用进程直接形成响应服务，交给通信协议栈处理并最终发送给抄表主站；

第3步：如果协议转换模块接收到应用进程解析后的数据，则协议转换模块需要根据IEC62056标准的数据标识查找相应的DL/T645数据标识，若查找失败，则通过数据或表示转换结果处理模块将结果返回给应用进程处理；

第4步：若查找DL/T645数据标识成功，则将查找到的数据标识交给DL/T645模块处理，形成DL/T645抄读命令通过UART1模块发送给电能表，若无法形成DL/T645命令帧或出错，则通过DL/T465数据帧解析向协议转换模块返回一个错误信息；

第5步：当UART1模块接收到电能表发来的DL/T645数据命令后，交给DL/T645功能模块，由DL/T645功能模块将其中包含的数据信息解析出来，并将数据交给协议转换模块处理；

第6步：协议转换模块将接收到的DL/T645数据转换成IEC62056标准的格式，交给应用进程处理；

第7步：应用进程将数据封装成服务，发给通讯协议栈并最终发送给抄表主站。

如果需要抄读多个数据，则需重复进行数据抄读的流程。

三、释放应用连接

当所有需要抄读的数据全部读完后，抄表主站就可以将应用连接断开。此时可以发送一个断开数据链路层连接的命令，当转换器的通信协议栈接收到该命令后，即将数据链路层连接断开，并告知应用进程，同时将应用连接断开。最后发送一个断开连接的响应命令给抄表主站。

Claims (7)

1.协议转换系统，用于使用IEC 62056标准的抄表主站与使用DL/T645协议的表计端的协议转换；

其特征在于：包括

UART0模块，其用于接收和发送IEC 62056标准协议的数据包，与抄表主站通讯；

IEC 62056功能模块，其按照IEC 62056标准进行构建，其功能在于完成IEC62056标准相关的功能，包括逻辑设备及COSEM对象的封装与管理、仪表中各程序流程的调度与管理和通讯协议相关功能的实现；

协议转换模块，本模块的功能是根据IEC 62056的数据标识查找对应的DL/T 645标识，并将对应的DL/T 645标识发送给DL/T 645功能模块，若查找失败则将失败结果返回给IEC 62056功能模块，由IEC 62056功能模块进行后续处理；

DL/T 645功能模块，本模块的功能是处理DL/T 645协议相关功能，包括命令帧组建和数据帧解析；

UART1模块，用于接收和发送DL/T645协议数据包，与表计端的通讯。

2.根据权利要求1所述的协议转换系统，

其特征在于：

所述UART0模块包括数据接收模块、数据发送模块和定时器A，数据接收模块将接收到的完整数据帧送给IEC 62056功能模块，由后者完成后续任务；数据发送模块负责将IEC 62056功能模块发来的数据包发送给抄表主站；定时器A用于判断帧字节间超时。

3.根据权利要求1所述的协议转换系统，

其特征在于： 

所述UART1模块发送DL/T 645指令以及接收DL/T 645数据帧，所述UART1模块还包含一个用来处理字节间超时的定时器B。

4.根据权利要求1所述的协议转换系统，

其特征在于：

所述IEC 62056功能模块包括三部分：逻辑设备、应用进程模块、通信协议栈；

所述逻辑设备中包含所有的COSEM对象；

所述应用进程模块为完成IEC62056标准支持的核心模块，其任务包括Get、Set、Action服务原语的处理、管理所述逻辑设备中的信息和响应各服务原语；

所述通信协议栈采用IEC62056标准的通信协议栈架构，所述通信协议栈完成了对标准通信规范的封装，包括应用层、数据链路层和物理层协议三个协议层，完成连接的建立、通信数据帧的编码与解码、完整数据帧的封装、帧校验以及帧格式及超时检测。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的协议转换系统，

其特征在于：

所述协议转换模块包括IEC 62056转DL/T 645数据标识模块和数据或标识转换结果处理模块；

所述IEC 62056转DL/T 645数据标识模块的功能在于根据IEC 62056数据标识来查找相应的DL/T 645数据标识，所述IEC 62056转DL/T 645数据标识模块的入口是：由IEC 62056功能模块发来的IEC 62056的数据标识及参数数据；所述IEC 62056转DL/T 645数据标识模块的出口是：①、DL/T 645功能模块，②、数据或标识转换结果处理模块；

所述数据或标识转换结果处理模块的功能在于将DL/T 645数据格式转换为IEC 62056数据格式，所述数据或标识转换结果处理模块的入口 是：①、DL/T 645功能模块，②、IEC 62056转DL/T 645数据标识模块；数据或标识转换结果处理模块的出口是：IEC 62056功能模块的应用进程模块。

6.根据权利要求5所述的协议转换系统，

其特征在于：

所述DL/T 645功能模块包括DL/T 645命令帧封装模块和DL/T 645数据帧解析模块；

所述DL/T 645命令帧封装模块的入口为得到从IEC 62056转DL/T

645数据标识模块来的OBIS及相应的参数；所述DL/T 645命令帧封装模块的出口是：①、正确组成DL/T 645的命令帧，发送给UART1模块，②、组帧错误，错误结果发送给DL/T 645数据帧解析模块，生成数据响应；

所述DL/T 645数据帧解析模块的入口是：①、从UART1模块接收到DL/T 645数据帧，进行数据帧的解析，将解析好的数据发送给数据或标识转换结果处理模块，②、从DL/T 645命令帧封装模块来的数据；所述DL/T 645数据帧解析模块的出口是：数据或标识转换结果处理模块。

7.协议转换系统的协议转换过程，

其特征在于：包括如下步骤，

第一步，建立应用连接；其包括如下子步骤，

第1步：抄表主站发送一个建立链路层连接的命令，该命令数据帧由UART0中的数据接收模块完整接收到后，发送给通信协议栈；

第2步：通讯协议栈在接收到该命令后，获取该命令中的参数信息，进行底层通讯参数协商，继而形成响应命令的数据帧，交给UART0的数据发送模块发送给抄表主站； 

第3步：当抄表主站接收到转换器的响应帧之后，数据链路层连接建立起来了，此时抄表主站需要根据自身的应用层参数发送建立应用连接的数据帧；

第4步：当转换器的UART0接收到应用连接建立的命令后，发送给通信协议栈，通信协议栈解析该命令帧，形成建立应用连接的服务，并将该服务发送给应用进程，应用进程处理该服务，其间需要与逻辑设备进行信息交互，并最终形成一个对该服务的响应发送给通信协议栈，由通信协议栈解析该服务的响应并编码成数据帧，交给数据发送模块，而后再由数据发送模块发送给抄表主站；

第二步，数据抄读；其包括如下子步骤，

第1步：抄表主站发送数据抄读命令，由UART0的数据接收模块接收后交给通信协议栈完成数据帧的解析；

第2步：通信协议栈将形成的服务发送给应用进程，应用进程需要根据所接收到的服务做下面三种不同的处理，即，或直接拒绝该服务，或直接从逻辑设备中读取数据，或将服务中的数据解析出来，将解析后的数据交给协议转换模块处理；前两种情况下应用进程直接形成响应服务，交给通信协议栈处理并最终发送给抄表主站；

第3步：如果协议转换模块接收到应用进程解析后的数据，则协议转换模块需要根据IEC62056标准的数据标识查找相应的DL/T645数据标识，若查找失败，则通过数据或标识转换结果处理模块将结果返回给应用进程处理；

第4步：若查找DL/T645数据标识成功，则将查找到的数据标识交给DL/T645模块处理，形成DL/T645抄读命令通过UART1模块发送给电能表，若无法形成DL/T645命令帧或出错，则通过DL/T465数据帧解析向协议转换模块返回一个错误信息； 

第5步：当UART1模块接收到电能表发来的DL/T645数据命令后，交给DL/T645功能模块，由DL/T645功能模块将其中包含的数据信息解析出来，并将数据交给协议转换模块处理；

第6步：协议转换模块将接收到的DL/T645数据转换成IEC62056标准的格式，交给应用进程处理；

第7步：应用进程将数据封装成服务，发给通讯协议栈并最终发送给抄表主站；

第三步，释放应用连接；当所有需要抄读的数据全部读完后，抄表主站将发送一个断开数据链路层连接的命令，当转换器的通信协议栈接收到该命令后，即将数据链路层连接断开，并告知应用进程，同时将应用连接断开；并最后发送一个断开连接的响应命令给抄表主站。 

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