CN102664957B - 一种高级量测体系信息集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高级量测体系信息集成方法。本发明的信息集成方法的实施是通过一种协议制定和两层映射关系实现的。首先制定了适用于高级量测体系的既能满足其基本应用要求又能适应现场总线/通信技术不断发展要求的抽象应用层协议；在此基础上，建立了基本应用要求到抽象应用层协议的映射模型，并对抽象应用层协议的详细制定方法给出了具体说明。为能够使用高级量测体系应用的主流现场总线而建立了抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议的映射模型，并通过抽象应用层协议与以太网应用层协议映射示例说明了抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议的具体实现方法。

Description

一种高级量测体系信息集成方法

技术领域

本发明涉及智能电网系统，特别涉及智能电网系统高级量测体系的信息集成方法。

背景技术

智能电网具有安全可靠、经济高效、自愈和自适应等特点，能够打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统，是国内外电网发展的新方向。智能电网通过采用一系列高新技术，可将能源利用效率和能源供应安全提高到全新的水平，将污染与温室气体排放降低到环境可以接受的程度。智能电网研究致力于实现下述目标：实现电网安全稳定运行；使分布式电源得到有效的利用；提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。在技术上智能电网通过AMI(Advanced Metering Infrastructure，高级量测体系)、ADO(Advanced Distribution Operation，高级配电运行)、ATO(Advanced TransmissionOperation，高级输电运行)和AAM(Advanced Asset Management，高级资产管理)之间的密切配合实现上述目标。

AMI是一个用来测量、采集、传送、储存、分析和应用客户用电信息，支持双向互动、需求响应，对客户合理用电、节约用电实时管理的完整体系。作为电网智能化的第一步，AMI在系统运行、资产管理和负荷响应等方面具有非常重要的作用。AMI体系机构可划分为三层。底层由智能电表及其他用电量测单元组成，用于采集用户用电相关信息；中间层由数据集中器构成，用于收集局域网内的各智能电表、各量测单元的数据；上层为系统主站，用于量测数据的管理与分析，并通过企业总线分享数据给其他电力管理系统。该体系结构通过附图1给出了详细描述。

AMI系统内通信方式有很多种，包括无线通信(GSM/GPRS、CDMA、Fiber宽带)、电力线载波(PLC)、现场总线、工业以太网等。因此，AMI信息集成面临着多个难题，其表现如下：

①应用异构——第三方厂家开发的应用程序的数据标准不一致。

②数据异构——数据以各种不兼容格式存储。

③结构异构——各信息系统采用了多种体系结构。

④平台异构——由多厂家提供的不同的硬件和系统软件构成计算机系统平台。

⑤网络异构——采用多种不同的通信网络技术。

因此需要建立一种开放的高级量测体系信息集成体系机构，以获得信息的高度共享和实时获取，并满足通信技术不断发展的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于高级量测体系信息共享，方便AMI系统扩展升级的信息集成方法，以解决高级量测体系“信息孤岛”问题。

一种高级量测体系信息集成方法，包括以下步骤：

建立基本应用要求到抽象应用层协议之间的映射模型；

制定抽象应用层协议的详细内容，所述抽象应用层协议包括：子系统地址字段、设备地址字段、分段协议字段、功能类型字段、数据类型字段、数据长度字段、数据字段及保留字段；

根据特定现场总线LLC子层或帧格式的实际结构进行数据分配，以建立抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。

根据本发明提出的一种高级量测体系信息集成方法，其中所述基本应用要求是要指明：哪些子系统间、多少子系统间需要交换信息，交换什么信息；哪些量测单元间、多少量测单元间需要交换信息，交换什么信息。

根据本发明提出的一种高级量测体系信息集成方法，当所述抽象应用层协议与特定现场总线LLC子层或帧格式有相似的功能字段时，直接利用进行数据分配以实现由抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。

根据本发明提出的一种高级量测体系信息集成方法，当所述抽象应用层协议与特定现场总线LLC子层或帧格式有可进行自定义的功能字段时，进行相应的静态或动态数据分配以实现由抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。

根据本发明提出的一种高级量测体系信息集成方法，当所述抽象应用层协议与特定现场总线LLC子层或帧格式没有相似的功能字段，也没有可进行自行定义的功能字段时，利用一定数量的数据域字段进行数据分配以实现由抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。

本发明的有益效果在于，通过本发明所提供的一种电力系统高级量测体系信息集成方法，解决了AMI系统设备信息集成问题，使得来自不同厂商的，存在网络异构、数据异构，平台异构等问题的设备，能够通过本发明的方法进行数据共享。尤其是当更换不同厂商的具有不同网络接口的底层设备时，无需更换数据集中器或顶层设备，仅需要建立抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议映射。因此，本方法具有通用性强、灵活性好的特点。

附图说明

图1为本发明高级量测体系AMI的基本结构。

图2为本发明基本应用要求到抽象应用层协议的映射模型。

图3为本发明抽象应用层协议与特定总线应用层协议映射模型。

图4为本发明抽象应用层协议详细制定各字段说明用表。

图5为本发明IP数据报格式及首部中的各字段。

图6为本发明抽象应用层协议与以太网应用层协议映射。

具体实施方式

以下是根据附图对本发明上述的和另外的技术特征做更详细的说明。

图2给出了基本应用要求到抽象应用层协议的映射模型及其建立过程。抽象应用层协议首先是为实现基本应用需求而服务的，因此解决了基本应用要求到抽象应用层协议的映射问题。AMI系统的基本应用要求是要指明，哪些子系统间、多少子系统间需要交换信息，交换什么信息；哪些量测单元间、多少量测单元间需要交换信息，交换什么信息，等等。同时，为了使基本应用要求适应抽象通信的需要，制定了一个应用规则，用规范的名称、限定的二进制位数等来表达基本应用要求。从图2中可以看出，基本应用要求包括子系统名称、子系统数量、设备名称、设备数量以及信息内容；应用规则包括名称规范和位数限定。该抽象应用层协议不依赖于某一种特定现场总线或协议栈，而是由基本应用要求和应用规则而来的。由图2可知，抽象应用层协议包括以下字段：子系统地址字段、设备地址字段、分段协议字段、功能类型字段、数据类型字段、数据长度字段、数据字段以及保留字段。各字段具体含义如下。

1、子系统地址

各子系统所在节点的地址。

2、设备地址

各量测单元所在节点的地址。

3、分段协议

一般来说，现场总线一帧所能携带的数据量是有限的，当数据长度超过该上限时，必须多帧传送，因此该功能段就是起到区分作用的。可选用2位用于区分，具体见图4中表1。本发明中抽象应用层协议的分段协议字段规定了四种传送状态，分别为：单帧无后续、多次传输的第一帧数据、数据传输中还有后续帧以及多次传输的数据最后一帧。

4、功能类型

此段用于说明所传送的数据是属于哪种功能类型。AMI系统主要是通过地址和功能编号来识别信息的内容和功能的。针对AMI系统的具体情况，规定了16个功能编号，采用4位二进制进行编码，其包括：初始化命令功能、模拟量请求功能、采集模块量数据上传功能、控制输出模拟量数据下传功能、开关量请求功能、采集开关量功能、控制输出开关量下传功能、控制参数下传功能、状态参数请求功能、状态参数查询功能、状态参数上传功能、网络配置命令功能、网络安全设置功能、报警状态请求功能、时钟校时功能以及响应(初始化成功)功能。具体设置如图4表2所示。

5、数据类型

此段用于说明所传送的数据是属于哪种数据类型。针对AMI系统的具体情况，规定了9种数据类型，可采用4位二进制进行编码，其包括：char型、unsignedchar型、int型、unsigned int型、long型、unsigned long型、string型、float型及bit型。具体设置如图4表3所示。

6、数据长度

指整个数据的总长度。

7、数据

所要传输的具体信息内容。

8、保留

系统已定义的字段。

通过引入以上八种字段，按照一定的应用规则(包括名称规范和位数限定)便实现了由基本应用要求到抽象应用层协议的映射。

抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射是根据特定现场总线的报文格式(LLC子层或LLC帧格式)，并通过一定的映射规则实现的，具体映射模型如附图3所示。

通过附图3所示的模型，可以从抽象应用层协议获得特定现场总线应用层协议。获得特定现场总线应用层协议的目的是，使AMI系统能够使用目前主流的具体现场总线，即保证其开放性、实用性。另一方面，通过该模型，亦可以从特定现场总线应用层协议获得抽象应用层协议，使基于目前主流现场总线的AMI终端设备具有互操作性与互换性，达到信息集成目的。

根据附图3所示的映射模型，在与某一种具体现场总线进行映射时，可根据该现场总线LLC子层或帧格式的实际结构进行分配，具体实现为：

(1)若有相似的功能字段，可直接进行利用；

(2)若有可进行自行定义的功能字段，可进行相应的静态/动态分配；

(3)若通过(1)、(2)两种方式仍不能完全实现功能映射，可利用一定数量的数据域(场)字段进行分配。

下面通过抽象应用层协议与以太网应用层协议的映射示例说明映射的建立过程。

以太网中的数据传输采用IP数据报形式。因此以太网数据报类型为0800。IP是TCP/IP协议中最为核心的协议，所有的TCP、UDP、ICMP以及IGMP数据都以IP数据报格式传输，其格式如附图5所示，IP首部为20个字节。

抽象应用层协议与以太网应用层协议映射如图6所示。图6给出了一种以太网应用层协议格式，包括前导字段、同步字段、目的地址(DA)字段、源地址(SA)字段、类型字段、数据字段以及帧校验序列字段。其中前导字段为62位，其交替出现0和1，作用在于提醒接收系统有帧的到来，以及使到来的帧与计时器进行同步；同步字段为2位，设置为11，表示一帧的开始，同时表示下面的字段是目的地址；目的地址(DA)字段为48位，表示帧准备发往目的站的地址；源地址(SA)字段为48位，表明该帧的数据是哪个网卡发的，即发送端的网卡地址；类型字段为16位，表示帧中数据的协议类型；数据字段即为所要传送的高层数据，其最小长度必须为46字节；帧检验序列(FCS)字段是32位冗余检验码，检验除前导字段、同步字段和帧校验序列字段以外的内容。

根据本发明提出的一种高级量测体系信息集成方法，抽象应用层协议与特定现场总线(本实施例中为以太网)应用层协议之间的映射是由以下方式实现的：上述前导字段、同步字段和帧校验序列字段由以太网自身完成设定，类型字段设置为0800，即IP数据报形式。目的地址(DA)字段映射的是抽象应用层协议中的设备地址；源地址(SA)字段映射的是抽象应用层协议中的子系统地址。数据字段所传输的数据即为图5所示的数据报的内容。其中：

IP数据报格式中的8位协议映射的是抽象应用层协议中的分段协议；IP数据报格式中8位服务类型的高4字节映射的是抽象应用层协议的功能类型；IP数据报格式中8位服务类型的低4字节映射的是抽象应用层协议的数据类型；IP数据报格式中的16位总长度(字节数)映射的是抽象应用层协议中的数据长度；IP数据报格式中的数据映射的是抽象应用层协议中的数据。至此，完整实现了从抽象应用层协议到以太网应用层协议之间的映射。

抽象应用层协议与其他特定现场总线(如CAN，RS485，DeviceNet等)应用层协议之间的映射可参考如上描述的抽象应用层协议与以太网应用层协议的映射建立过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高级量测体系信息集成方法，其特征在于，包括以下步骤： 

建立基本应用要求到抽象应用层协议之间的映射模型；制定一应用规则，用规范的名称和限定的二进制位数来表达基本应用要求；所述抽象应用层协议是由基本应用要求和应用规则转化而来的；制定抽象应用层协议的详细内容，所述抽象应用层协议包括：子系统地址字段、设备地址字段、分段协议字段、功能类型字段、数据类型字段、数据长度字段、数据字段及保留字段； 

根据特定现场总线LLC子层或帧格式的实际结构进行数据分配，以建立抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射；抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射是根据特定现场总线的报文格式，并通过映射规则来实现的。

2.根据权利要求1所述的一种高级量测体系信息集成方法，其特征在于，所述基本应用要求是要指明：哪些子系统间、多少子系统间需要交换信息，交换什么信息；哪些量测单元间、多少量测单元间需要交换信息，交换什么信息。 

3.根据权利要求1或2所述的一种高级量测体系信息集成方法，其特征在于，当所述抽象应用层协议与特定现场总线LLC子层或帧格式有相似的功能字段时，直接利用进行数据分配以实现由抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。 

4.根据权利要求1或2所述的一种高级量测体系信息集成方法，其特征在于，当所述抽象应用层协议与特定现场总线LLC子层或帧格式有可进行自定义的功能字段时，进行相应的静态或动态数据分配以实现由抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。 

5.根据权利要求1或2所述的一种高级量测体系信息集成方法，其特征在于，当所述抽象应用层协议与特定现场总线LLC子层或帧格式没有相似的功能字段，也没有可进行自行定义的功能字段时，利用一定数量的数据域字段进行数据分配以实现由抽象应用层协议与特定现场总线应用层协议之间的映射。