报文通信

报文通信（精选4篇）

报文通信 篇1

0 引言

卫星短报文通信系统作为地面通信系统的补充, 有广泛的需求和应用。3种典型的卫星短报文通信系统包括ORBCOMM、Argos和Aprize。

文献[1 - 4]分析了系统ORBCOMM的主要特性, 介绍了存储转发机制, 对短数据系统技术体制做了综述性介绍, 详细描述了系统组成, 系统工作原理、工作模式和工作流程。文献[5]介绍了Argos系统, 分析了系统组成和系统中通信终端平台的定位方法。文献[6]对卫星通信信道进行了分析和研究, 在该信道模型基础上, 对低轨卫星CDMA短数据移动通信系统的关键性能进行了分析。文献[7]对Globalstar系统进行了简要介绍, 描述了其系统构成。文献[8]对Iridium系统的构成、工作原理和技术进行了介绍。文献[9 - 12]分析了卫星通信的一些新技术和趋势, 介绍了不同的动态接收技术。这些已有系统用户链路频带规划效率低, 拥塞控制机制不完善, 应对大动态接收也有一定的局限性。本文针对这些问题, 提出了在这几个方面都有改善的一种卫星短报文通信系统关键技术。

1 卫星短报文通信系统技术体制

本文所涉及的系统体制主要针对用户上行信道规划、用户接入、拥塞控制和多普勒分集接收展开。

1. 1 用户上行信道规划

在已有的卫星短报文通信系统中, 用户上行的信道规划在频率上采用传统的方式, 即用户信道间设有保护间隔, 以防止多普勒频移造成的频谱漂移, 规划方式如图1所示, 这种方式下存在信道间保护间隔。

本文对用户上行的信道规划如图2所示, 在用户频带内信道间不设置保护间隔, 所有频带皆用于用户数据上行, 只在用户频带两边设置保护带。这种信道规划方式下, 利用多普勒频移进行并行分集接收, 把原本多普勒频移带来的问题转化为优势, 这种信道规划方式下的接收在后面描述。由于没有信道间保护频带, 所有用户频带都用于数据传输, 提高了频带资源的利用效率。

1. 2 接入方式

短数据业务的特点是多数情况下为突发、不连续, 传输数据量小的短包, 少数情况下有突发的数据量大的业务。为适应这种业务特征, 适宜采用2种方式接入:随机接入和预约接入。用户上行信道分为普通和专用通道2类逻辑信道, 系统根据当前运行状况动态划分2类信道。用户上行通道一般情况下作为普通信道使用, 终端通过竞争占用信道资源, 采用S-Aloha方式接入系统。由于环境等要素变化, 终端需要短时间内上传大量数据时, 为了提高数据传输的可靠性和及时性, 可以通过预约方式申请专用信道, 系统将空闲上行信道作为专用信道分配给终端, 完成数据传送后终端释放该信道, 该信道再次成为普通信道, 通过这种信道分配方式保证系统传输效率和资源利用率。

1. 3 拥塞控制

短报文通信系统主要采用S-Aloha方式实现数据传输, 在系统运行过程中可能会出现某一区域内的终端在某一段时间内集中向卫星发送数据的情况, 在这种情况下可能会引起大量数据冲突, 从而出现大量接收数据异常的情况, 为避免出现某一区域内终端在某一时间段内集中发送数据的情况, 需要采取相应的拥塞控制机制保证该区域内的终端在该时间段内分散进行数据发送, 根据拥塞控制的发起方不同, 系统中可以采取主动和被动2种拥塞控制方式。

1. 3. 1 主动拥塞控制流程

主动拥塞控制是指当终端发送数据后, 长时间没有收到网络侧发送的确认信息, 终端自动延迟下次数据发送时刻, 从而实现冲突的避让, 由于是由终端主动进行发送时刻的延迟操作, 无法实现与网络侧及其他终端的同步, 因此, 可能会出现大面积终端延迟后再次出现拥塞的现象, 直到大部分终端的发送时刻不完全一致时, 才会达到较好的拥塞控制效果, 因此, 采用主动拥塞控制的缺点是取得较好的拥塞控制效果的时间比较长, 优点是实现起来比较简单, 仅需在终端设计相应的冲突避让算法进行控制就能实现。本系统中主动拥塞控制计划采用树分协议控制算法实现。

具体过程如下:设网络中有1 ~ N编号的N个终端, 它们都能独立地监听信道和检测冲突。如果某个时刻在信道上发生了冲突, 则未参与冲突的终端将不再向信道中发送请求, 直到冲突解决。发生了冲突的终端中, 编号为1 ~ N/2的终端被推入堆栈中, 编号为N/2 ~ N的终端在下一时隙发送。而在下一时隙中可能出现3种情况:1如果仍然有冲突, 则编号在N/2 ~ 3N/4范围内的终端被推入堆栈中, 编号为3N/4 ~ N的终端在下一时隙发送。换言之, 在每轮循环中, 如果有冲突存在, 就把发生冲突的终端的一半推入堆栈, 而另一半参与下一时隙的竞争。2如果没有冲突且有数据正常发送, 则在数据发送完毕后, 将堆栈顶部的终端弹出, 在下一时隙发送数据。3如果没有冲突而且信道空闲, 则将堆栈顶部的终端弹出, 在下一时隙发送。该过程被重复执行, 直到堆栈被清空, 所有参与了冲突的终端数据都发送完毕, 这一轮的冲突才算完全解决。基本二叉树形冲突分解算法原理如图3所示。

上述描述的仅仅是树分协议的基本思想。在具体的实现过程中, 为了消除终端编号顺序、解决各个终端发送公平性的问题, 可以在发生冲突之后由每个终端各自生成一个0 ~ 1之间的随机浮点数。如果某终端上该随机数的值小于0. 5, 则该终端被推入堆栈, 否则将参与下一时隙的竞争。

1. 3. 2 被动拥塞控制流程

被动拥塞控制是指当网络侧检测到系统出现拥塞时, 由网络侧根据当前卫星的覆盖区域和该区域内地面终端的具体数量实施拥塞控制, 该控制过程比较复杂。

当发生拥塞时, 网络侧根据检测到的拥塞区域计算出卫星在该区域的过顶时间T, 并根据链路规划情况, 计算出单位时间内能够承担的最大并行发送数据的终端量N。结合该区域内覆盖的终端总量M可计算出过顶时间内在该区域能提供的数据接收最大次数为C = M/N* T, 网络侧对区域内的终端按照C次全部覆盖生成每次进行数据传输的终端规划信令, 终端根据接收到的规划信令确定自己的发送时刻, 从而避免了大量终端集中在某一时刻同时发送数据的情况。被 动拥塞控 制流程如 图4所示。

1. 4 多普勒分集接收

卫星短报文通信系统中, 用户上行链路在大多普勒频偏的情况下接收端接收到的频率将远远偏离发送端的发送频率。为了解决这种情况下的接收问题, 本文提出多通道接收方法。多通道接收是将整个工作频率划分为小的接收子带, 接收信号由A/D进入基带后首先进行通道化处理, 将信号搬移到各个子带的中心频率上, 用通道滤波器过滤出本子带的信号, 然后对其进行解调。接收端对整个频带进行了子带划分, 所以发送终端发送的信号必然落在接收端的某个子带中, 从而将其捕获, 解调过程如图5所示。使用这种多通道信道化接收的方法可以很好地解决大多普勒接收问题。

2 仿真分析

首先对系统的接入性能进行仿真。采用Matlab工具, 用户上行通道数为1 000路, 按照S-aloha方式接入, 接入概率为p, 对不同并发终端接入系统时系统的归一化吞吐率进行仿真。当系统中并发接入终端数量增大时, 大的p导致吞吐率急剧恶化, 这个概率可等效为等待下一次发送的时延。通过主动或这被动拥塞控制策略, 在不同的并发接入终端量下动态调整p使得实际接入的终端数在1 000个时, 系统吞吐率能够保持在S-aloha的归一化吞吐率的性能限0. 36处。

为了仿真多普勒分集接收的性能, 使用Matlab仿真了4路终端并发仿真, 4路信号间隔1 350 Hz, 分别处于中 心频点0 Hz, 1 350 Hz, 2 700 Hz和4 050 Hz处, 并发信号的频谱如图6所示。

经过信道化处理后, 分离出每个信道上的信号, 选取1 ~ 6的信道的信号进行展示, 对应信道信号的频谱如图7所示, 其中1、3和6信道处的信号为终端发送的信号, 能够完成正确解调。仿真结果表明, 通道化接收很好地利用了多普勒分集, 当信号偏移到其他信道时, 信号仍然能够正确接收。

3 结束语

研究了卫星短报文通信系统所涉及的技术, 包括用户上行信道规划、用户接入、拥塞控制和多普勒分集接收。用户上行信道规划改进了传统的用户信道间保留隔离带的问题, 提高了频谱利用率。在接收时采用通道化接收完成了多普勒分集接收, 仿真结果表明了设计的可行性。针对拥塞问题, 本文提出了主动和被动2种拥塞控制方法所研究的系统技术改进了已有技术的不足, 为后续卫星短报文通信系统的研究工作打下了一定的基础。

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某型水下航行体长报文通信机制 篇2

“北斗一代”[1]是我国自主研发的一种新型、全天候、区域性的卫星导航定位系统。其是由空间卫星、地面中心控制系统和用户终端组成, 可在服务区域内任何时间、任何地点, 为目标用户提供位置信息。具有快速定位、短消息通信和精密授时3大功能。目前广泛运用于水下航行体领域。

当前“北斗一代”卫星导航系统的报文长度有一定的限制, 即可为水下航行体与北斗用户型指挥机、用户机与地面中心站之间提供每次最多120个汉字或1 680 bit的短报文通讯服务[2]。通信数据数量如果超过最大报文长度, 必须分包进行发送, 且存在丢包现象, 本文在此基础上提出一种基于“北斗一代”卫星导航系统应用于水下航行器通信的长报文可靠通信机制。该机制可有效提高通信效率。

1 水下航行体与“北斗一代”工作原理

北斗用户型指挥机主要通过“北斗一代”卫星导航系统与水下航行体传递控制指令信息、系统状态信息、航行体位置信息, 如图1所示。

定位部分:“北斗一代”为有源定位方式[3], 即水下航行体用户终端通过至少2颗导航卫星向地面控制中心发出申请定位信号, 地面控制中心主控站发出测距指令, 根据无线电信号传输的时间得到水下航行体与卫星的距离, 同时主控站数据库存有地球表面各点至地球球心的距离, 通过信号可判断出用户所在球面, 根据三球交汇定位原理, 控制中心便计算出水下航行体的位置信息, 正确引导打捞水下航行体[4,5,6]。

通信部分:“北斗一代”为短报文通信方式, 即可为水下航行体与北斗用户型指挥机、用户机与地面中心站之间提供每次最多120个汉字或1 680 bit的短报文通讯服务。流程为: (1) 短报文发送方首相将包含接收端ID号和通信内容的通信申请信号加密后通过卫星转发入站。 (2) 地面接入站接收到通信申请信号后, 经脱密和在加密后加入持续广播出站广播电文中, 经卫星广播给用户。 (3) 接收方用户机接收出站信号, 解调解密出站电文, 完成一次通信[7,8]。

2 水下航行体长报文通信协议

2.1 整体思路

目前水下航行体合段状态下各系统主要通过“北斗一代”卫星导航系统与地面保障设备之间传递各系统实时信息, 由于目前“北斗一代”主要为短报文通信方式, 当水下航行体需发送长报文时不可一次发送[4], 且存在严重的丢包问题。本文针对该问题提出一种基于北斗卫星导航系统的水下航行体长报文通信协议。

整体思路是:发送端对长报文进行压缩分解, 编号并加包头, 首包和末包分别加起始和结束标志位。处理完毕后发送端按标号顺序发送。发送端对长报文进行解压缩整合, 去包头。并对全包进行校验, 校验完毕后发送回复正确信息。若发现丢包行为, 接收方发送要求发送方启动重传机制。

2.2 长报文发送机制

一个完整的水下航行体长报文发送过程包括长报文压缩分包、加包头和校验信息、接收响应信息分析及后续响应。发送端的工作流程如图2所示。发送方需要发送长报文消息给接收方, 首先采取的策略是将长报文进行压缩, 其次将压缩包按一定规则进行分包。分别给各个分包 (编号为1~N) 添加包头并加入开始、结束标志位, 数据包格式如表1所示。

数据包格式由数据包包头、数据包分包编号、总分包数量、起始包标记、结束包标记以及航行体数据域组成。其中起始标志位TRUE为起始数据包, 结束标记位TURE为结束数据包, 否则为FALSE。

本文提出的长报文发送机制为:发送方首先将长报文进行压缩、分包、补充数据包格式。然后顺序发送完N个数据包后则进入等待接收端回复消息状态:如果收到“接收完毕”消息, 则结束本次发送;如果收到“补发数据包X”消息, 则需要发送端启动数据重传机制, 根据标号补发相应数据包。若发送端规定时间内未收到回复信息, 则发送“查询接收信息”, 若重发3次仍未收到, 则结束本次发送。

2.3 长报文接收机制

接收端的完整工作流程如图3所示, 接收端收到N或<N个数据包并对这些数据包进行拆包头。记录已收到的数据包编号、查询结束标志位。将统计信息做判断, 验证数据包完整性, 如果数据包完整, 则发送“接收完毕”消息给发送端;如果数据包个数不完整, 则发送“补发数据包X”消息。

2.4 重传机制

接收端若收到的数据包个数小于数据包总个数, 则向发送端发送“补发数据包X”消息, 此时发送方则启动消息重传机制。发送端根据“补发数据包X”消息可知本次发送存在丢包现象, 则根据读取丢包的包编号, 重新补发相应数据包, 并等待接收端回复。如果发送端接收到“补发成功”消息则结束本次补发;若未接收到该消息, 则重发相应数据包, 重发3次仍未收到则结束本次补发。重传机制如图4所示。

3 协议可靠性验证

为验证基于“北斗”卫星导航系统的长报文通信协议的可靠性, 通过“北斗”卫星导航系统向水下航行体天线接收状态下多次发送同一长报文。一种采用传统短报文通信协议, 将长报文分包顺序发送, 丢包现象严重。其次采用本文提供的长报文协议, 重传机制可有效缓解丢包现象。试验证明, 发送相同长报文, 采用了长报文通信控制协议可有效提高水下航行体通信效率。

4 结束语

基于“北斗”卫星导航系统在水下航行体领域的应用是一项庞大的系统工程, 随着水下航行体对通信长度和时间精度的要求越来越高[5], 长报文通信协议在保证其高可靠性的基础上满足时间和通信长度方面的需求, 为实现水下航行体领域的“北斗一代”卫星导航系统, 由目前“点对点”、“点对多”的通信方式发展为分布式通信方式提供技术支撑。

摘要：当前应用于水下航行体领域的“北斗一代”卫星导航系统的通信协议主要为短报文来实现“点对点”、“点对多”的通信方式, 文中在分析现状的基础上介绍了一种基于“北斗一代”卫星导航系统的长报文可靠通信机制。经验证, 该机制可有效提高水下航行体与地面保障设备的通信效率。

关键词：水下航行体,“北斗一代”卫星导航系统,通信协议,长报文

参考文献

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报文通信 篇3

为了提高电网继电保护装置的运行、管理以及故障分析水平, 各电力调度部门积极采用现代通信技术, 建立继电保护及故障信息系统 (简称“保信系统”) , 将保护和故障录波信息传送到调度中心[1]。文献[2]中讨论了故障信息系统远传使用的通信协议。

为规范保信系统主站-子站间通信接口标准, 保证主-子站之间的互联、互通、互识, 中国南方电网制定并发布了《中国南方电网继电保护故障信息系统主站-子站通信与接口规范》 (以下简称“南网103规范”) , 用以指导制造企业进行产品设计开发和保信系统运行维护[3]。2005年5月, 中国南方电网组织了全国14个保信厂家进行了通信一致性和互操作试验[4], 通过这次集中测试, 促进了厂家之间对规范内容的统一理解, 为各厂家故障信息系统之间的兼容性、系统功能的稳定性打下了坚实基础。

在“南网103规范”的基础上, 中国南方电网、广东电网陆续进行了保信系统建设, 并制定了相应的技术规范。保信系统作为继电保护运行、电网故障分析及专业管理的一体化技术平台, 对提高继电保护管理的智能化程度, 加快电网事故处理与分析, 提高电网安全运行水平具有重要的现实意义。

随着保信系统的广泛使用, 在运行中也陆续发现了一些问题, 给相关单位和部门的工作带来了困扰。

目前保信系统并没有进行像继电保护装置型式试验这样的产品检测, 而是由使用单位通过入网测试来评估产品质量, 相对于继电保护装置而言, 在质量控制方面就略显不足。在通信规范方面, 虽然有了多次入网集中测试, 但是在实际运行中依然存在一些问题, 如不同制造企业对通信规范理解的差异性形成了对规约处理的偏差, 主-子站间常常出现不一致性造成的通信连接及信息传输异常与障碍, 极大影响了故障信息系统运行的稳定性以及信息的实时性。

为了改善目前系统存在的问题, 简化保信主-子站事故分析过程以及系统运行管理中的人为参与, 准确定位故障设备、明晰主-子站之间的责任、验证入网子站的互操作性能, 本文提出了保信系统产品质量保证的方案, 介绍了保信系统通信规约报文在线分析技术, 并通过实际工程验证了该技术的效果。

1 保信系统产品质量保证现状

自2005年开始, 保信系统在各个地区电力公司进行建设[5,6,7], 由于这是一个新型的系统, 在产品检测方面尚无成熟的经验和标准, 因此南方电网于2005年首先采用了集中互操作试验的方式对产品质量进行检验, 在随后的几年中, 各地区电力公司也大多采用这种模式。

在各地区电力公司保信系统建设完成后, 新入网保信子站的质量检验工作缺乏统一的标准, 因此各地区电力公司通过中试所或者调度中心继保部门进行子站入网试验[7]。这种质量保证办法存在以下问题:

1) 测试项目不健全, 由于各电力公司试验条件不一, 大多数入网试验都以功能性能检验为主, 电磁兼容, 环境等方面的试验缺乏。

2) 通信规约一致性难以保证, 入网试验一般都是从功能、性能角度进行试验, 不能深入分析通信规约的一致性, 给运行带来了隐患。

3) 运行阶段的通信质量问题无法监测和衡量, 影响运行的可靠性和故障恢复能力。

2 提高保信系统运行可靠性的思考

目前保信系统缺乏统一的行业、国家标准, 也没有针对保信子站的型式试验, 在现阶段, 可以采用入网试验加现场运行监视的方式来进行产品质量检验和跟踪。为此我们提出了保信系统通信报文在线记录、分析的做法, 研制了相应的分析仪。

通过入网测试和运行在线分析两个环节工作来保证产品质量的具体流程如图1。

需要制定保信系统的统一技术规范, 并进行保信子站的型式试验及规约一致性测试, 这样才能从根本上提高入网子站的产品质量。IEC TC95已经开始了这方面的调研, 并在2011年由IEC SMB SG3组织的法兰克福智能电网WORKSHOP上正式提出标准立项建议。

3 报文在线分析系统原理

报文在线分析系统包括报文在线纪录仪和实时报文分析仪两部分, 其工作原理如图2所示。

报文在线记录仪通过网络实时报文捕捉, 获取保信主站与各个子站的通信报文, 然后根据报文分析仪的需要提供相应报文数据, 由实时报文分析仪给出分析和判断结果。

近年来, 类似设备也比较多, 有些用于变电站保护设备与监控后台通信的监视和分析[8], 有些用于IEC 61850系统通信的监视。与上述这些报文监视、分析工具不同的是, 这套保信系统在线报文分析系统除了进行报文内容解析, 各通信协议层进行错误判断外, 还对通信过程和应用过程进行检查, 如总召唤过程是否正常执行等。

4 保信在线报文分析系统结构及功能

保信在线报文分析系统在广东电网调度中心的应用方案如图3所示。

保信在线报文分析系统的功能如下:

(1) 通信状况监视, 可以对整个保信系统的各个子站通信状况进行监视。

(2) 通信报文记录, 通过报文记录仪完成对所有子站通道报文记录, 在需要时进行查询。

(3) 在线通信报文分析, 可以对单个站的通信报文进行实时报文分析和错误判断, 及时给出判断结果。

(4) 子站巡视功能, 根据配置策略, 对全网的子站进行巡视, 检查通信状况, 查找导致通信、功能失败的原因。

(5) 自动生成分析报告。

5 软件实现

5.1 报文记录仪

报文记录仪采用Linux操作系统作为基础平台, 应用程序采用Java实现, 在报文记录存盘的同时, 采用了My Sql数据库对通信记录的报文进行管理, 便于分析仪的历史查询。

在报文捕捉方面, 采用了libpcap函数库, 可以方便地完成报文捕捉工作, 在研发过程中发现如果网络上空闲超过一定时间, libpcap会停止抓包, 经过对libpcap源码分析发现它使用了一个超时机制, 经过对参数进行调整, 解决了这个问题。

5.2 报文分析仪

报文分析仪采用Windows XP操作系统, 应用程序采用Visual Studio 2008开发。分析软件流程图如图4。

整个软件分成如下模块:

(1) 记录仪接口模块, 采用动态库实现;

(2) 站点巡视调度模块;

(3) 报文语法分析模块, 采用动态库实现;

(4) 语义分析模块, 采用动态库实现;

(5) 历史报文查询模块;

(6) 报文存储模块;

(7) 配置信息管理模块;

(8) 分析报告管理模块。

在通信报文分析上, 主要从如下方面进行分析, 如图5。

在以上4层分析中, TCP/APCI/ASDU三层的分析主要给通信规约专业人士使用, 应用过程分析主要给运行、值班人员使用。

6 配置方案

通信报文在线分析系统可以根据需要采取两种配置方法。

第1种配置方法是在主站通信交换机上集中安装报文记录仪, 然后通过分析仪对所有子站通信报文进行在线分析 (如图2所示) 。这种配置方式的优点是能够快速掌握不同子站的通信状况, 投资少, 缺点是对记录仪性能要求相对较高, 对分析仪来说只能采取巡视的方法, 依次对每一个通信通道的报文进行分析判断。

第2种配置方法是采用分散安装的方式挂网运行, 就是在每个保信子站端接入记录仪和分析仪, 如图6所示, 这样记录仪记录效率更高, 分析更有针对性, 分析仪可以通过通信规约, 实时向分析主站报告子站通信情况, 如有异常及时告警。缺点是成本高, 需要在每一个变电站安装一台记录仪。

这种应用方式降低了对记录仪性能的要求, 由于分析仪可以实时分析本站通信数据, 因此提高了分析效率, 便于做到真正的实时在线分析。

7 工程应用

保信通信报文在线分析系统于2011年1月4日下午15点49分在广东电网开始挂网试运行, 整个系统共有260个子站, 在一个月的运行时间内, 共记录报文20 GB, 发现问题5 000个, 子站日平均流量2.8 MB, 记录仪每月所需空间为20 GB。

在试运行期间, 发现如下一些通信问题:

(1) 某个站故障简报数据报文长度不对, 可能造成主站解析问题, 这样某些保护事件报文就无法正确传送到主站。

(2) 子站连续发送报文, 数量超过K值。

(3) 子站不响应STARTDT, 通道连接不能建立。

(4) 故障简报中时间值不正确, 至少发现2次时间值不正确, 一个站的时间超前1个月, 另外一个站的时间值年偏差28年。这种数据上送到主站, 可能会引起主站某些异常。

(5) 故障录波文件上送问题, 某些子站在响应召唤录波文件时, 上送报文长度不正确, 造成主站界面停滞在召唤状态, 不能正常退出。

(6) 当主站、子站T3定时器超时后, 主站或子站并没有执行挂断操作, 从表面上看, 通信仍然保持连接, 实际上当通信连接已经不可靠时, 缺乏及时的重连将导致更长时间的通信中断。

通过对目前系统中存在的通信问题分析, 目前存在的质量问题有些已经在2005年及后续集中测试中发现, 但是没有在实际运行系统中改进。这也说明在保信系统质量保证方面缺乏有效的手段, 这是下一步工作需要研究的重点。

8 总结

通信规约问题的解决是一个系统工程, 采用通信报文在线分析工具, 发现运行系统中存在的通信规约问题, 以及设备通信配合问题, 是对保信系统子站型式试验, 入网试验等质量保证手段的有效补充, 可以帮助保信系统提高可用性和可靠性。近年来, 保信子站普遍采用嵌入式系统[9], 为通信调试增加了难度, 当本论文提出的继电保护故障信息系统在线通信报文分析工具成熟后, 也可以用于保信子站接入调试和验收。

智能电网的发展, 对产品互操作性提出了更高的要求, 广东电网将在这个项目的基础上, 不断总结经验, 力求制定出保信系统互操作问题的完整解决方案, 为提高电网的可靠性做出贡献。

摘要：为了改善继电保护故障信息系统通信效率, 提高通信可靠性, 在分析了继电保护及故障信息系统 (以下简称保信系统) 通信现状的基础上, 提出一种保信系统在线通信报文分析方法。通过在线监视保信系统主站与子站之间通信, 实时分析通信过程中的报文问题, 判断通信异常出现的原因, 对异常现象提出解决方案。现场运行结果表明, 所提出的这种在线通信报文分析系统能够实时发现和分析系统中存在的问题, 能够帮助保信系统提高通信质量。

关键词：继电保护,故障信息系统,通信,报文,监视

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报文通信 篇4

随着综合自动化技术的应用与推广,IEC60870-101规约在大连地区的变电站应用越来越普及,近几年改造的原有继电器式、集中式远动系统基本都采用了分层分布式的监控系统,通过2M数字通道与主站通信。伴随着调度三级数据网的完善,66kV变电站也具备了网络传输数据的可能,由于104规约的错误重传机制使得其比101规约更加可靠,在大连电网的应用越来越多。在改造调试的过程中,由于停电时间短,工期较紧,需要我们在尽可能短的时间内调试验收完毕,而IEC101/104规约配置灵活,自由度较高,各厂家对规约的解释执行也不尽相同,这就需要熟悉规约适用的物理接线及通信原理。本文通过几个实列,介绍了通过观察101/104报文实现快速排查物理接线及参数配置方面的错误。

1 故障现象

1)该站与地调主站采用数字通道2Mbit/s进行通信,当物理接线都连接好后,发现ISA301D通信机接收不到主下发的“10 69 01 6A 16”召唤链路的报文,采用逐段非除法,把SW7232 E1转换器的波轮开关8拨到“on”的位置,可以在E1转换器的前面板看到TD灯快速闪,主站侧查看报文10 69 01 6A 16环回成功,由此证明,主站到E1转换器的2M通道完好,再短接端子排上面的串口通信32线TD/RD,主站侧无法看到环回报文,最后发现是由F有2台E1转换器,它们的25针串口线正好颠倒了,在端子排实际短接的是另一台E1的TD/RD,所以不能环回。把该串口线颠倒后,主站能收到环回报文。

2)按照《辽宁电网典型监控点表》做好遥信、遥测、遥控点表,与主站设置相同的波特率,确定好厂站侧地址及数据传输类型,下装至ISA301D后进行调试,厂站侧E1转换器的TD/RD闪烁正常,主站未收到变化遥测的报文,但在前置机RECEIVE到了奇怪的2字节报文,经检查发现是厂站侧2台ISA301D通信机的101规约没有设置偶校验,导致回复的报文直接被主站当做错误报文过滤掉了。在厂站侧通信机上面修改了“偶校验”后,主站侧观察报文正常。

3)遥控功能调试之前,在厂站侧做好防止误操作的安全措施,工作票上面明确要求退出运行间隔的“遥控压板”,在做10kV101间隔开关遥控时,返校不成功,查看报文如下:

发现回给主站的报文传输原因是47“未知的信息对象地址”而不是07“激活确认”,这种情况一般是信息体地址相差较大引起的,查看厂站侧的101配置参数,原来是起始地址设为了0b01H,而主站侧设为6001H,更改参数后,遥控返校正确,但是101开关并没有合闸,在101测控装置上也没有看到遥控记录,但是在102间隔看到了遥控选择和执行记录,由于该间隔遥控压板是退出状态,所以没能合闸。这是由于遥控双方遥控起始点号约定不一致造成的。一般主站侧遥控点表从0开始,而厂站侧遥控点从1开始。把厂站侧的遥控表第一点增加一条空记录后遥控正常。所以在进行遥控功能调试时,如果遥控选择的返校不成功,首先应确认厂站侧二次回路没有问题,遥控压板投入正确。IEC101规约有单点遥控和双点遥控两种选择,在参数设置时遥控双方应保持一致,大连电网调度自动化通常选择双点遥控。

4)在数据专网屏内把2台路由器、2台交换机正确连接,根据分配的loopback地址、互联地址和管理地址配置路由器和交换机,把2台通信管理机到数据专网屏的交换机的网线连接好,开始调试IEC104规约。连接示意图如下图所示。

主站侧104规约前置有2台服务器,其中一台做主服务器时,104规约报文正常,但是另一台做主服务器时,该站的104通信中断。在数据网交换机上通过笔记本ping网关正常,但是只能ping到主站一台服务器,这种情况会造成主站2台服务器切换时,与该站的IEC104通信中断。分别查看主站、厂站的规约配置,是厂站侧通信机的104规约“是否设置主备”没勾选。选中该项后,ping报文到主站主备服务器正常。所以在通信机的104配置文件中,应确保添加了所有主站104前置服务器的IP,并且主备关系确定好。

IEC104实际就是IEC101规约的网络应用,在101规约里面需要注意的问题在104里面同样适用,但是也有一些

不同,如104规约的通信双方需约定传输原因是3个字节还是2个字节,平衡式传输方式下厂站侧作为服务器,多长时间响应主站的总召命令,根据站内遥信、遥测的信息量,确定好遥测死区的范围,保证既不因死区过大而长时间主站数据不刷新,也不因死区过小而大量数据上传主站造成数据拥塞。

5)该站改造工程快结束时,已经有IEC101/104 2路通道向集控主站传输数据,主站在比较双源数据时发现10kV103间隔的开关遥信位置不一致,其中104通道上传的遥信数据与现场实际不符。厂站侧在后台机观察103间隔开关位置正确,实际分合开关时,后台机103开关也随着变位,但是104报文观察该间隔遥信数据一直是0。在ISA301D远动通信管理机上面查看报文,当时是第二台通信管理机通过IEC104与主站通信,而第一台通信管理机用IEC101与主站通信。该站与主站的通信机制是2台通信机,那一台先建立链路连接哪一台做主,所以在IEC104规约通道上面,是第二台通信机做主;而101规约通道上面,是第一台做主,2台通信机分别在站内的A/B网。当时103间隔的A网口正常通信,B网口虚接,所以造成了B网上面的通信机2采集不到103间隔的数据,只能组织数据“0”上传给主站。把B网口网线接实后,104通道数据正常。

2 经验总结

随着技术的发展,调度自动化系统需要传输大量的变电站数据供调度员及相关管理人员决策判断,IEC101规约能够快速大量的传输数据,而IEC104规约促进了调度自动化向网络化发展。但是由于理解的不同,目前在工程实践中还有一些问题,需要通信双方保证规约的标准性和一致性。当采用IEC101规约通信时,在通道验证无误的情况下,通信双方要首先确定好链路地址、传输速率、校验方式、数据位、启停位的配置,一般数字通道采用2400bit/s,模拟通道采用1200bit/s,偶校验、8位数据位、启停各1位。确定好通信参数后,双方仍需约定遥信、遥测、遥控的起始地址,信息体地址字节数,遥控采用单点还是双点等配置参数。当采用IEC104规约通信时,除了上述问题,还应注意跳帧时的TCP/IP重新连接,双方通信时连续发一定数量的I帧后应有S帧确认等,即双方应有合理的传输协调机制,同时防止接收缓冲区数据溢出。

3 结束语

在自动化调试通道及对试的过程中,报文监测分析是一个很好的工具,通过报文,能够最直观地反映问题所在并快速解决。而且随着电力系统及计算机技术的发展,监控系统对数据传输效率和安全性的要求越来越高,IEC101/104会取代原有的CDT、1801规约成为电网信息传输的主要规约,需要自动化调试人员熟练掌握上述规约,在调试及处理故障时才能快速准确。

摘要：针对七贤岭66kV变电站改造工程调试期间出现的各种远动通信故障,提出了通过解读IEC101、IEC104报文来快速排查故障的方法。文章列举了一些实际故障案例,通过解析报文,能排查故障范围,确定故障性质,快速准确地排查出故障,保证改造工程的顺利进行。