CN102891683A

CN102891683A - 一种变电站数据帧的压缩方法及装置

Info

Publication number: CN102891683A
Application number: CN2011102055486A
Authority: CN
Inventors: 严永生; 钱阳冬
Original assignee: NANJING AEROSPACE YINSHAN ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: NANJING AEROSPACE YINSHAN ELECTRICAL CO Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明适用于变电站领域，提供了一种变电站数据帧的压缩方法及装置，所述方法包括下述步骤：监测变电站的数据帧序列，并存储所述数据帧序列中的第一个数据帧；对所述数据帧序列中的其余数据帧依次执行以下步骤：判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同，如果是，获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值，如果否，直接存储当前数据帧。本发明实施例能够有效地节省CPU资源，且方法简单，能够在提高压缩速度的同时也提高了压缩效率。

Description

一种变电站数据帧的压缩方法及装置

技术领域

本发明属于变电站领域，尤其涉及一种变电站数据帧的压缩方法及装置。

背景技术

IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。

变电站数据帧主要有IEC61850-9-1数据帧和IEC61850-9-2数据帧。

IEC61850-9-1数据帧的映射方法相对固定、简单，遵循IEC60044-7/8标准对合并单元的设定，比如采用12路的输入通道，专用的数据集，固定的帧格式。不支持“GetMSVCBValues/SetMSVCBVlaues”等控制服务，也不支持对数据对象的直接访问等服务。

IEC61850-9-2数据帧除了支持直接映射到数据链路层的“SendMSVMessage”服务外，还支持向多媒体信息服务(Multimedia MessageService，MMS)的映射，通过“GerMSVCBVlaues/SetMSVCBVlaues”等控制服务可重新设定输入通道数、采样频率等参数，并支持数据集的更改、数据对象的直接访问、帧格式的灵活定义，以及支持单播方式和采样值报文。以太网类型的IEC618509-2数据包结构为：第0-11个字节是目的MAC地址和源MAC地址；第12-15个字节是VLAN的信息；第16-17字节是以太网类型，88B8代表IEC61850-8-1GOOSE，88B9代表GSE，88BA代表9-1/9-2采样值；第18-19个字节是APPID，即应用标识，值的范围从0x4000-0x7fff；第20-21个字节是长度，长度的值是从APPID开始到数据包结束的总长度；第22-25个字节保留；从第26个字节开始是APDU的具体内容，第26个字节是60，一个标识符Tag，它是savPdu的标识字；从第26个字节开始按照图1的格式编解码。其中，一个应用协议数据单元(Application Protocol Data Unit，APDU)帧可以包括多个应用服务数据单元(Application Service Data Unit，ASDU)，表1示出了以ASN.1编码格式且包含2个ASDU的APDU帧格式：

表1：

在表1中，savPdu是以60作为标识，紧跟着是长度值；NoASDU是以80作为标识，后面是长度和ASDU的个数；SVID以80为标识，后面是长度和几个字节的字符串；Sequnce of Data以87作为标识，后面紧跟的是长度以及L字节的数据包。

从上面的IEC61850-9-1数据帧结构和IEC61850-9-2数据帧结构可以看出，IEC61850数据帧的格式基本是固定，若其格式发生变化，则在其格式稳定了之后就不再变化了。相应的APDU头、ASDU的头、ASDU配置值、额定值以及ASN.1编码格式等这些信息同样几乎很少改变或不会改变，改变的通常是模拟量采样值。

在实际应用中，需要选用无损压缩方法压缩IEC61850的模拟量采样数据以保证该IEC61850的模拟量采样数据的完整性，比如选用ZIP压缩方法或者RAR压缩方法。

ZIP无损压缩方法主要是对两种类型的重复进行压缩：一种是对短语形式的重复进行压缩，即对三个字节以上的重复压缩，ZIP用1个数字表示重复位置距当前压缩位置的距离，用另1个数字表示重复的长度，由于这两个数字所占的字节少于重复短语所占的字节，因此达到压缩的目的；另一种是对单字节的重复进行压缩，由于1个字节有256种可能的取值，因此ZIP在压缩该类型的重复时，是对256种字节的取值重新编码，使出现较多的字节使用较短的编码，出现较少的字节使用较长的编码，从而使变短的字节相对于变长的字节更多，以减少文件的总长度。由于该压缩方法主要针对短语形式的重复和单字节的重复进行压缩，因此压缩效率不高，同时在压缩单字节的重复时需要重新编码，复杂的方法占用了大量的CPU资源，导致压缩速度较慢。

而RAR无损压缩方法则是对数据重新编码排列以达到压缩的目的。虽然RAR文件的压缩效率通常高于ZIP文件的压缩效率，但由于方法更复杂，因此压缩速度较慢。此外，使用RAR无损压缩方法获得的RAR文件头也要占据一定的CPU资源。

发明内容

本发明实施例提供了一种变电站数据帧的压缩方法，旨在解决现有的无损压缩方法在压缩前后帧的采样数据相差不大的数据帧时所导致的CPU资源占用较多，且不能兼顾压缩效率和压缩速度的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种变电站数据帧的压缩方法，所述方法包括下述步骤：

监测变电站的数据帧序列，并存储所述数据帧序列中的第一个数据帧；

对所述数据帧序列中的其余数据帧依次执行以下步骤：

判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同，如果是，获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值，如果否，直接存储当前数据帧。

本发明实施例的另一目的在于提供一种变电站数据帧的压缩装置，所述装置包括：

首个数据帧存储单元，用于监测变电站的数据帧序列，并存储所述数据帧序列中的第一个数据帧；

头部分判断单元，用于判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同，如果是，获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值，如果否，直接存储当前数据帧。

本发明实施例中，接收并存储变电站数据帧序列的第一个数据帧，当再次接收到新的据帧时，判断新接收到的数据帧的非有效数据与前一个接收到的数据帧的非有效数据是否相同，若不相同，直接存储接收到的新据帧，若相同，则存储该新数据帧与前一个接收到的数据帧的数据差值。其中，该数据差值为当前数据帧与前一数据帧的采样数据的采样数据差，或者为当前数据帧与前一数据帧的采样数据的采样数据差和当前数据帧的序号和前一数据帧的序号的序号差。由于采样数据变化不大的多个数据帧的差值占用的存储空间远小于该多个数据帧所占用的存储空间，因此通过存储一个数据帧以及与该数据帧具有相同非有效数据的多个前、后数据帧差值来实现数据帧的压缩不仅能够有效地节省CPU资源，且方法简单，能够在提高压缩速度的同时也提高了压缩效率。

附图说明

图1是现有技术提供的IEC61850-9-2数据帧的TLV模型长度定义图；

图2是本发明第一实施例提供的变电站数据帧的压缩方法的流程图；

图3是本发明第二实施例提供的变电站数据帧的压缩装置的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过接收并存储变电站数据帧序列的第一个数据帧，并对具有相同非有效数据的数据帧序列进行差值计算，从而达到压缩数据帧序列的目的。

本发明实施例提供了一种：变电站数据帧的压缩方法及装置。

所述方法包括：监测变电站的数据帧序列，并存储所述数据帧序列中的第一个数据帧；

对所述数据帧序列中的其余数据帧依次执行以下步骤：

所述装置包括：首个数据帧存储单元，用于监测变电站的数据帧序列，并存储所述数据帧序列中的第一个数据帧；

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的变电站数据帧的压缩方法的流程图，在本实施例中，对具有相同非有效数据的数据帧序列进行压缩，详述如下：

在步骤S11中，监测变电站的数据帧序列，并存储该数据帧序列中的第一个数据帧。

在本实施例中，检测是否接收到变电站数据帧序列，如检测是否接收到IEC61850数据帧序列，若接收到第一个数据帧，则直接存储该数据帧，包括存储该数据帧的帧序号、非有效数据以及采样数据等。

在步骤S12中，判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同，如果是，获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值，如果否，直接存储当前数据帧。

在本实施例中，数据帧的非有效数据主要是指该数据帧的头部分，比如IEC61850数据帧的APDU头、ASDU的头、ASDU配置值等。判断当前数据帧的非有效数据与前一个接收的数据帧的非有效数据是否相同主要是判断当前数据帧的头部分与前一个接收的数据帧的头部分是否相同。通常情况下，一个采样周期内的数据帧的头部分是相同的。采样周期是指两次采样之间的时间间隔。假设电力设备的工作频率是50赫兹，对每一赫兹采样80个点，则采样周期是指采样80个点所需的时间，第一个采样点对应的数据帧为一个采样周期内的第一个数据帧。

在本实施例中，在接收到变电站数据帧序列的第一个数据帧之后，对该数据帧序列的其余数据帧依次执行本实施例的判断步骤：判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同。若当前数据帧的非有效数据与前一个接收的数据帧的非有效数据相同，则该当前数据帧与前一个接收的数据帧的数据相差不大，因此保存该当前数据帧与前一个接收的数据帧的数据差值所占用的存储空间也不大，将远小于直接保存该当前数据帧所占用的存储空间。若当前数据帧的非有效数据与前一个接收的数据帧的非有效数据不相同，则前一个接收的数据帧可能是上一个采样周期的最后一个数据帧，而该当前数据帧可能是下一个采样周期的第一个数据帧，因此直接保存该当前数据帧，以便对处于下一个采样周期内，前后数据帧的数据差值相差不大的多个数据帧进行压缩，以提高压缩效率。

其中，当前数据帧与前一个接收的数据帧的数据差值可以为当前数据帧的采样数据与前一个接收的数据帧的采样数据的数据差值，也可以为同时包括当前数据帧的采样数据与前一个接收的数据帧的采样数据的差、当前数据帧的序号与前一个接收到数据帧的序号差1。

在数据差值为两个数据帧的采样数据差值时，获取并存储该当前数据帧与前一个接收的数据帧的数据差值的步骤具体为：

A、获取当前数据帧的采样数据以及前一个数据帧的采样数据，并根据该当前数据帧的采样数据以及该前一个数据帧的采样数据计算上述两个数据帧的采样数据差。

B、该采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值，存储在指定大小的存储空间。比如，将最大的采样数据差值所占用的存储空间作为指定大小的存储空间。

在数据差值为数据帧的采样数据差以及数据帧的序号差时，获取并存储该当前数据帧与前一个接收的数据帧的数据差值的步骤具体为：

C、获取当前数据帧的采样数据以及前一个数据帧的采样数据，并根据该当前数据帧的采样数据以及该前一个数据帧的采样数据计算上述两个数据帧的采样数据差。

D、将该采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值以及将1作为当前数据帧与前一数据帧的差值，存储在指定大小的存储空间。本实施例中，当前数据帧的序号与前一个数据帧的序号是连续的，因此该当前数据帧的序号与该前一个数据帧的序号差值为1。本实施例中，该指定大小的存储空间应能存储最大的采样数据差值以及数据帧序号差值。

在本发明第一实施例中，接收并存储变电站数据帧序列的第一个数据帧，当再次接收到新的据帧时，判断新接收到的数据帧的非有效数据与前一个接收到的数据帧的非有效数据是否相同，若不相同，直接存储接收到的新据帧，若相同，则存储该新数据帧与前一个接收到的数据帧的数据差值。其中，该数据差值为当前数据帧与前一数据帧的采样数据的采样数据差，或者为当前数据帧与前一数据帧的采样数据的采样数据差和当前数据帧的序号和前一数据帧的序号的序号差。由于采样数据变化不大的多个数据帧的差值占用的存储空间远小于该多个数据帧所占用的存储空间，因此通过存储一个数据帧以及与该数据帧具有相同非有效数据的多个前、后数据帧差值来实现数据帧的压缩不仅能够有效地节省CPU资源，且方法简单，能够在提高压缩速度的同时也提高了压缩效率(即降低了压缩率)。其中，压缩率为文件压缩后的大小与压缩前的大小之比。

为了更清楚地说明本发明的优点，在测试环境为Inter：P73702.00GHz，Memory：2.0GB，测试数据为：

样本1：标准IEC61850-9-1报文，加量无故障，按每周期80点的采样率，共计10分钟数据。

样本2：标准IEC61850-9-2LE报文，加量无故障，按每周期80点的采样率，共计10分钟数据。

样本3：标准IEC61850-9-1报文，加量有故障，按每周期80点的采样率，共计10分钟数据。

样本4：标准IEC61850-9-2LE报文，加量有故障，按每周期80点的采样率，共计10分钟数据。

分别采样本发明方法、ZIP以及RAR对上述同样的样本进行压缩，得到的结果如表2所示：

表2：

从表2可以看出，对相同的IEC61850报文进行压缩，无论是压缩率还是耗时，本发明都优于通用的ZIP压缩方法以及RAR压缩方法。

实施例二：

图2示出了本发明第二实施例提供的变电站数据帧的压缩装置的结构图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

该变电站数据帧的压缩装置的可以用于通过有线或者无线网络连接服务端的各种信息处理终端，例如计算机、笔记本电脑等，可以是运行于这些终端内的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元，也可以作为独立的挂件集成到这些终端中或者运行于这些终端的应用系统中，其中：

首个数据帧存储单元21，用于监测变电站的数据帧序列，并存储该数据帧序列中的第一个数据帧。

在本实施例中，直接存储接收的第一个变电站数据帧，包括存储该数据帧的帧序号、非有效数据以及采样数据等。

头部分判断单元22，用于判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同，如果是，获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值，如果否，直接存储当前数据帧。

其中，该头部分判断单元22包括：头部分判断模块221、采样数据差确定模块222以及采样数据差存储模块223。

头部分判断模块221，用于判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同。

在本实施例中，变电站数据帧的非有效数据是该数据帧的头部分，比如IEC61850数据帧的APDU头、ASDU的头、ASDU配置值等。判断两个数据帧的非有效数据是否相同具体可以通过判断这两个数据帧的具体头部分是否相同来判断。

采样数据差确定模块222，用于获取当前数据帧的采样数据以及前一数据帧的采样数据，并根据当前数据帧的采样数据以及前一数据帧的采样数据计算当前数据帧的采样数据与前一数据帧的采样数据的采样数据差。

采样数据差存储模块223，用于将该采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值，存储在指定大小的存储空间。其中，该指定大小的存储空间可以为最大的采样数据差值所占用的存储空间。

在本实施例中，若需要同时压缩数据帧的采样数据以及相应数据帧的序号，则该头部分判断单元22在包括头部分判断模块221和采样数据差确定模块222的基础上，还包括采样数据差及帧序号差存储模块224。

采样数据差及帧序号差存储模块224，用于将该采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值以及将1作为当前数据帧与前一数据帧的差值，存储在指定大小的存储空间。

在本发明第二实施例中，在首个数据帧存储单元21存储了接收到的第一个变电站数据帧之后，头部分判断单元22对其余的数据帧序列进行差值处理，以达到压缩具有同一头部分数据帧序列的目的。由于采样数据变化不大的多个数据帧的差值占用的存储空间远小于该多个数据帧所占用的存储空间，因此通过存储一个数据帧以及与该数据帧具有相同非有效数据的多个前、后数据帧差值来实现数据帧的压缩不仅能够有效地节省CPU资源，且方法简单，能够在提高压缩速度的同时也提高了压缩效率(即降低了压缩率)。其中，压缩率为文件压缩后的大小与压缩前的大小之比。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种变电站数据帧的压缩方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

对所述数据帧序列中的其余数据帧依次执行以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值的步骤具体为：

获取当前数据帧的采样数据以及前一数据帧的采样数据，并根据当前数据帧的采样数据以及前一数据帧的采样数据计算当前数据帧的采样数据与前一数据帧的采样数据的采样数据差；

将所述采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值，存储在指定大小的存储空间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取并存储当前数据帧与前一数据帧的数据差值的步骤具体为：

获取当前数据帧的采样数据以及前一个数据帧的采样数据，并根据所述当前数据帧的采样数据以及所述前一个数据帧的采样数据计算上述两个数据帧的采样数据差；

将所述采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值以及将1作为当前数据帧与前一数据帧的差值，存储在指定大小的存储空间。

4.一种变电站数据帧的压缩装置，其特征在于，所述装置包括：

5.如权利要求要求4所述的装置，其特征在于，所述头部分判断单元包括：

头部分判断模块，用于判断当前数据帧的非有效数据是否与前一数据帧的非有效数据相同；

采样数据差确定模块，用于获取当前数据帧的采样数据以及前一数据帧的采样数据，并根据当前数据帧的采样数据以及前一数据帧的采样数据计算当前数据帧的采样数据与前一数据帧的采样数据的采样数据差；

采样数据差存储模块，用于将所述采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值，存储在指定大小的存储空间。

6.如权利要求要求4所述的装置，其特征在于，所述头部分判断单元还包括：

采样数据差及帧序号差存储模块，用于将所述采样数据差作为当前数据帧与前一数据帧的数据差值以及将1作为当前数据帧与前一数据帧的差值，存储在指定大小的存储空间。