CN104821936B - 基于套接字和asn.1实现iec61850站控层通信协议的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，包括网络报文接收模块、MMS协议模块、IEC61850信息模型模块和网络报文发送模块；网络报文接收模块储存通信数据，MMS协议模块读取通信数据，解码成MMS对象和MMS服务；IEC61850信息模型模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中，MMS协议模块将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，由网络报文发送模块发送至以太网络。本发明降低IEC61850站控层通信协议实现的复杂性和耦合性，实现模块化、结构化协议层次结构，技术门槛低、研发费用低、便于维护。
Description
技术领域
本发明涉及变电站自动化系统通信技术，尤其涉及一种基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统。
背景技术
《IEC61850变电站通信网络和系统》是国际电工委员会TC57制定的系列标准。标准定义了变电站的通信体系和信息结构，采用面向对象的技术进行数据建模，采用抽象通信服务接口(ACSI)和特定通信服务映射(SCSM)来保证上层的信息模型与底层网络技术的独立性。标准可使变电站自动化装置具有自描述、自诊断和即插即用的特性。
IEC61850将变电站分为三层：变电站层、间隔层和过程层。定义两种通信接口：变电站层与间隔层通信接口，间隔层与过程层通信接口。变电站层和间隔层通信接口所使用的通信协议是IEC61850站控层通信协议。
IEC61850站控层协议包括以下两个部分：信息模型和服务，信息模型和服务的映射。其中，信息模型和服务由IEC61850-6、IEC61850-7.1、IEC61850-7.2、IEC61850-7.3、IEC61850-7.4等标准定义。信息模型和服务的映射由IEC61850-8.1标准定义。
近来，国内已有许多厂商已经实现了IEC61850站控层通信协议，如南瑞继保、国电南自、许继集团等等，它们相互之间多次进行IEC61850通信协议互操作实验。然而这些厂商对IEC61850站控层通信协议的实现，是在国外SISCO_MMS协议开发包基础上进行二次研发，技术门槛高、成本高，且不便于维护。
目前，国内还没有自主研发的IEC61850站控层通信协议的实现方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、模块化、技术门槛低、低成本、便于维护的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，可满足数字化变电站IEC61850站控层设备与间隔层设备通信的需要。
本发明的上述目的通过以下的技术措施来实现：一种基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：它包括网络报文接收模块、MMS协议模块、IEC61850信息模型模块和网络报文发送模块；所述网络报文接收模块调用操作系统的套接字接口接收通信数据，并对通信数据的合法性进行判断，储存合法的通信数据，丢弃不合法的通信数据；所述MMS协议模块读取网络报文接收模块中所储存的合法通信数据，将其解码成MMS对象和MMS服务，若解码正确，将解码后的通信数据传送至所述IEC61850信息模型模块，若解码不正确，则丢弃通信数据；所述IEC61850信息模型模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，再将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中，所述MMS协议模块将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，再发送到网络报文发送模块，所述网络报文发送模块将MMS报文封装组帧为TCP/IP网络报文，再调用操作系统的套接字接口发送至以太网络。
本发明使用操作系统套接字和ASN.1的技术实现IEC61850站控层通信协议，降低了IEC61850站控层通信协议实现的复杂性和耦合性，本发明实现了模块化、结构化的协议层次结构。本发明与现有的SISCO_MMSlite库相比，具有技术门槛低、研发费用低、便于维护的优点。
本发明所述装置IEC61850信息模型包括逻辑装置模型、逻辑节点模型、逻辑数据模型和报告控制块模型等。
本发明所述IEC61850信息模型模块由IEC61850信息模型对象结构子模块和信息模型映射算法子模块组成，所述IEC61850信息模型对象结构子模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，所述信息模型映射算法子模块将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中。
本发明所述装置IEC61850信息模型通过ACSI服务接口对外提供服务。
本发明所述MMS协议模块由MMS数据对象子模块、ASN.1编码子模块和解码函数库子模块组成，所述ASN.1编码子模块和解码函数库子模块分别对合法的通信数据进行编解码，即使用ASN.1语言对MMS协议进行抽象语法定义，使用第三方ASN1C编译工具把抽象语法定义转化为具体的数据结构和编码、解码函数；所述MMS数据对象子模块将解码后的通信数据发送至IEC61850信息模型模块，并将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，再发送到网络报文发送模块。
本发明所述网络报文接收模块由操作系统套接字函数接口库和接收队列缓冲区组成，所述操作系统套接字函数接口库使用操作系统套接字函数recv()接收通信数据，并对通信数据的合法性进行判断，再将合法的通信数据存放在接收队列缓冲区中。
本发明所述网络报文发送模块由操作系统套接字函数接口库和发送队列缓冲区组成，读取发送队列缓冲区中封装好的MMS报文，再由操作系统套接字函数接口库使用操作系统套接字函数send()发送MMS报文。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明使用操作系统套接字和ASN.1技术实现IEC61850站控层通信协议，降低了IEC61850站控层通信协议实现的复杂性和耦合性。
⑵本发明实现了模块化、结构化的协议层次结构，结构简单。
⑶本发明与现有的SISCO_MMSlite库相比，具有技术门槛低、研发费用低、便于维护的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的组成结构框图；
图2是IEC61850信息模型模块在发送通信数据时的工作流程图；
图3是IEC61850信息模型模块在接收通信数据时的工作流程图；
图4是MMS协议模块编解码的流程图。
具体实施方式
如图1～4所示，是本发明一种基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，它包括网络报文接收模块、MMS协议模块、IEC61850信息模型模块(图1中的IEC61850信息模块)和网络报文发送模块；网络报文接收模块调用操作系统的套接字接口接收通信数据，并对通信数据的合法性进行判断，储存合法的通信数据，丢弃不合法的通信数据；MMS协议模块读取网络报文接收模块中所储存的合法通信数据，将其解码成MMS对象和MMS服务，若解码正确，将解码后的通信数据传送至IEC61850信息模型模块，若解码不正确，则丢弃通信数据；IEC61850信息模型模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，再将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中，MMS协议模块将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，再发送到网络报文发送模块，网络报文发送模块将MMS报文封装组帧为TCP/IP网络报文，再调用操作系统的套接字接口发送至以太网络。
IEC61850信息模型模块具有以下两部分工作流程：
第一部分的工作流程是当处于发送通信数据状态时：参见图2，IEC61850信息模型模块根据装置的ICD文件，生成装置IEC61850信息模型，包括逻辑装置模型、逻辑节点模型、逻辑数据模型以及报告控制块模型等，IEC61850信息模型模块由IEC61850信息模型对象结构子模块和信息模型映射算法子模块组成，IEC61850信息模型对象结构子模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，信息模型映射算法子模块将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中。该部分功能用于将装置的ICD文件生成相应的装置的IEC61850信息模型和服务，然后通过ACSI服务接口与MMS协议模块连接。
第二部分的工作流程是当处于接收通信数据状态时：参见图3，根据MMS协议模块中的MMS对象和MMS服务，IEC61850信息模型模块把相应的MMS对象解析为对应装置IEC61850信息模型，然后通过该IEC61850信息模型的ACSI服务接口对外提供服务。该部分功能用于从网络接收模块接收报文，解析为相应的MMS报文，IEC61850信息模块解析这些MMS对象，生成装置IEC61850信息模型，然后通过ACSI服务接口对外提供服务。
参见图4，MMS协议模块由MMS数据对象和ASN.1编码和解码函数库组成。它的主要功能是对接收到的通信数据(MMSPDU)完成编码和解码。编解码的主要流程如下，读取通信数据，首先判断通信数据是否合法，当合法时，调用ASN.1编码和解码函数库进行编码和解码。不合法时，接着读取下一个通信数据进行编解码。当对所有的通信数据编解码完成时，MMS协议模块把编码的报文交给网络发送模块。把解码好的MMS对象和服务交给IEC61850信息模块。MMS数据对象子模块将解码后的通信数据发送至IEC61850信息模块，并将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，再发送到网络报文发送模块。
网络报文接收模块由操作系统套接字函数接口库和接收队列缓冲区组成，操作系统套接字函数接口库使用操作系统套接字函数recv()接收通信数据，并对通信数据的合法性进行判断，再将合法的通信数据存放在接收队列缓冲区中。网络报文发送模块由操作系统套接字函数接口库和发送队列缓冲区组成，读取发送队列缓冲区中封装好的MMS报文，封装组帧为TCP/IP网络报文，再由操作系统套接字函数接口库使用操作系统套接字函数send()发送MMS报文。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于套接字和ASN.1抽象语法标记实现IEC61850变电站通信网络和系统站控层通信协议的系统，其特征在于：它包括网络报文接收模块、MMS制造报文规范协议模块、IEC61850信息模型模块和网络报文发送模块；所述网络报文接收模块调用操作系统的套接字接口接收通信数据，并对通信数据的合法性进行判断，储存合法的通信数据，丢弃不合法的通信数据；所述MMS协议模块读取网络报文接收模块中所储存的合法通信数据，将其解码成MMS对象和MMS服务，若解码正确，将解码后的通信数据传送至所述IEC61850信息模型模块，若解码不正确，则丢弃通信数据；所述IEC61850信息模型模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，再将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中，所述MMS协议模块将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，再发送到网络报文发送模块，所述网络报文发送模块将MMS报文封装组帧为TCP/IP网络报文，再调用操作系统的套接字接口发送至以太网络。
2.根据权利要求1所述的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：所述装置IEC61850信息模型包括逻辑装置模型、逻辑节点模型、逻辑数据模型和报告控制块模型。
3.根据权利要求2所述的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：所述IEC61850信息模型模块由IEC61850信息模型对象结构子模块和信息模型映射算法子模块组成，所述IEC61850信息模型对象结构子模块解析解码后的通信数据，生成装置IEC61850信息模型，所述信息模型映射算法子模块将装置IEC61850信息模型的MMS对象和MMS服务映射到MMS协议模块中。
4.根据权利要求3所述的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：所述装置IEC61850信息模型通过ACSI抽象通信接口服务接口对外提供服务。
5.根据权利要求4所述的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：所述MMS协议模块由MMS数据对象子模块、ASN.1编码子模块和解码函数库子模块组成，所述ASN.1编码子模块和解码函数库子模块分别对合法的通信数据进行编解码，即使用ASN.1语言对MMS协议进行抽象语法定义，使用第三方ASN1C编译工具把抽象语法定义转化为具体的数据结构和编码、解码函数；所述MMS数据对象子模块将解码后的通信数据发送至IEC61850信息模型模块，并将映射的MMS对象和MMS服务封装为MMS报文，再发送到网络报文发送模块。
6.根据权利要求5所述的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：所述网络报文接收模块由操作系统套接字函数接口库和接收队列缓冲区组成，所述操作系统套接字函数接口库使用操作系统套接字函数recv()接收通信数据，并对通信数据的合法性进行判断，再将合法的通信数据存放在接收队列缓冲区中。
7.根据权利要求6所述的基于套接字和ASN.1实现IEC61850站控层通信协议的系统，其特征在于：所述网络报文发送模块由操作系统套接字函数接口库和发送队列缓冲区组成，读取发送队列缓冲区中封装好的MMS报文，再由操作系统套接字函数接口库使用操作系统套接字函数send()发送MMS报文。
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