通信技术与标准化培训教材

OSI参考模型与TCP/IP参考模型
➢ 很多相似之处 ➢ OSI的三个主要概念：
服务 接口 协议 ➢ 产生的时机 ➢ 层数 ➢ 面向连接与无连接
IEEE802.3标准与以太网
➢ IEEE802标准 ➢ 1-持续CSMA/CD局域网 ➢ 以太网
802.3的电缆 曼彻斯特编码 802.3MAC子层协议 二进制指数后退算法 802.3的性能 交换式802.3局域网
by 7-4 table-references }
* POS
DPC
Data Classes defined in 7-4
pos1: POS
Common Data Classes defined in 7-3
1..n DATAATTRIBUTE
{Values and Types are determined by Common Data Classes}
61850-7
➢ 61850-7-1 原理和模型 ➢ 61850-7-2 抽象通信业务接口 ➢ 61850-7-3 公共数据分类和属性 ➢ 61850-7-4 相容逻辑节点和数据目标寻址
图示61850（一）
Class Model of IEC 61850-7 (Example) Instances (Examples)
➢ 双绞线 ➢ 同轴电缆 ➢ 光纤 ➢ 无线通信信道
介质访问控制方式
➢ CSMA / CD（载波侦听多路访问/冲突检 测）
➢ 令牌（标记）访问控制方式 令牌环方式 令牌传递总线方式
数据交换
➢ 线路交换方式 ➢ 存储转发交换方式 ➢ 数据报方式 ➢ 虚电路方式
网络互连
➢ 网络互连的基本概念 ➢ 网络互连设备与相应层次 ➢ 网络互连规范 ➢ 局域网操作系统
变电站自动化中的通信技术
➢ RS232/422/485 ➢ 现场总线 ➢ 以太网
现场总线概述
➢ 现场总线简介 ➢ 现场总线的发展背景与趋势 ➢ 现场总线的特点与优点 ➢ 几种有影响的现场总线技术
✓ CAN ✓ PROFIBUS ✓ LonWorks
控制器局域网总线——CAN
➢ CAN的性能特点 ➢ CAN节点的分层结构 ➢ CAN总线的应用
CAN的性能特点
➢ 多主工作方式 ➢ 优先级 ➢ 非破坏性总线仲裁技术 ➢ 无需专门的“调度” ➢ 通信距离与通信速率 ➢ 节点数 ➢ 短帧结构 ➢ CRC校验及其他检错措施 ➢ 介质可为双绞线、同轴电缆或光纤 ➢ 严重错误下的自动关闭输出功能
CAN节点的分层结构
数据链路层
逻辑链路子层
接收滤波 超载通知 恢复管理
协议 网络
TCP/IP协议与网络 层名
TELNET
FTP
SMTP
DNS
应用
TCP
UDP
传输
IP
ARPANET SATNET
分组网
LAN
网络
物理+ 数据链路
因特网上的网络层
➢ 因特网协议IP（Internet protocol) ➢ IP地址 ➢ 子网 ➢ 因特网控制协议
TCP与UDP
➢ 面向连接与无连接 ➢ 高可靠与高效率 ➢ 复杂与简单 ➢ 选择取决于环境与需求
SERVER
abc: SERVER
1..n LOGICAL-
DEVICE
xyz: LOGICAL-DEVICE
LOGICALNODE
DATA
* PDIS
* MDD
SPS
* Logical Node Classes defined in 7-4
XCBR
{Aggregation determined
myXCBR1: XCBR
LonWorks技术
➢ Neuron芯片 ➢ 收发器模块 ➢ LonTalk协议
计算机网络技术简介
➢ 概述 ✓ 网络硬件 ✓ 网络软件 ✓ 参考模型 ✓ 网络实例 ✓ 网络标准化
TCP/IP参考模型
OSI
7
应用
6
表示
5
会话
4
传输
3
网络
2
数据链路
1
物理
TCP/IP 应用
传输 互连网 主机至网络
在模型 中不存在
标委会组成结构
主任委员，秘书长 委员，顾问委员
TC-57
计算机通 信工作组
WG7
变电站 工作组
WG3,10,11,12
EMS-API 工作组
WG13
配网 工作组
WG9,14
标准体系
➢ 60870系列 远动设备及系统 ➢ 61334系列 采用配电线路载波系统的
配电网自动化 ➢ 61850系列 变电站通信网络和系统 ➢ 61968系列 配电管理的系统接口 ➢ 61970系列 能量管理系统应用程序接
➢ 传输层 ✓ 传输地址 ✓ 传输连接 ✓ 传输层的正常工作 ✓ 处理低层不可恢复的差错
➢ 会话层 ➢ 表示层 ➢ 应用层
接口与协议
实体A 应用层 接口 链路层
应用层协议 链路层协议
接口 物理层
物理层协议
实体B 应用层
接口 链路层
接口 物理层
变电站自动化的发展过程
➢ RTU ➢ 综合自动化
✓ 集中式 ✓ 分布式（集中安装） ✓ 分布式（分散安装）
通信技术与标准化
国电南瑞科技股份有限公司
概述
变电站自动化的发展与通信技术密不可分 通信技术是当今技术领域发展最快的技术 网络技术是当今最热门的技术 通信技术与标准化
通信系统简介
• 通信系统的组成
• 数据编码 • 通信系统的性能 • 信号的传输方式 • 通信方式 • 同步方式 • 多路共传
通信系统的组成
数据 曼彻斯特编码
信号的传输方式
➢ 基带传输 ➢ 载波传输 ➢ 宽带网 ➢ 异步传输模式ATM
通信方式
➢ 单工通信 ➢ 半双工通信 ➢ 全双工通信
同步方式
➢ 同步式 ➢ 异步式
计算机局域网及其拓扑结构
➢ 计算机网络分类 ➢ 网络拓扑结构 ➢ 信号方式 ➢ 访问控制方式 ➢ 传输介质
网络的传输介质
口（EMS-API）
关于60870
➢ 60870-1 总则 ➢ 60870-2 工作条件 ➢ 60870-3 接口（电气特性） ➢ 60870-4 性能要求 ➢ 60870-5 传输规约 ➢ 60870-6 与ISO标准和ITU-T建议兼容的
远动规约
60870-ห้องสมุดไป่ตู้ 传输规约
➢ 60870-5-1 传输帧格式 ➢ 60870-5-2 链路传输规则 ➢ 60870-5-3 应用数据的一般结构 ➢ 60870-5-4 应用数据的定义和编码 ➢ 60870-5-5 基本应用功能 ➢ 60870-5-101 基本远动任务配套标准 ➢ 60870-5-102 电力系统电能累计量传输配套标准 ➢ 60870-5-103 继电保护设备信息接口配套标准 ➢ 60870-5-104 使用标准传送文件的60870-5-101网络访问
面向装置、面向对象、面向应用开放— 自我描述
LD name
LN name
Data name
Data Attribute name
MyLD/XCBR1.Mode.stVal
Logical Node reference Data reference Data Attribute reference
通信规约的编制
开放系统互连参考模型
➢ OSI参考模型 ✓ 物理层（第1层） ✓ 数据链路层（第2层） ✓ 网络层（第3层） ✓ 传输层（第4层） ✓ 会话层（第5层） ✓ 表示层（第6层） ✓ 应用层（第7层）
物理层
➢ 物理层的功能与特性 ✓ 机械特性 ✓ 电气特性 ✓ 功能特性 ✓ 规程特性
➢ 物理层接口标准EIA-232-D
61850概述
➢ 61850-1 基本原则 ➢ 61850-2 术语 ➢ 61850-3 基本要求 ➢ 61850-4 系统和项目管理 ➢ 61850-5 对功能和设备的通信要求 ➢ 61850-6 对变电站智能电子设备的配置语言 ➢ 61850-7 变电站基本通信结构和馈电设备 ➢ 61850-8-1 特殊通信服务映射 ➢ 61850-9-1 特殊通信服务映射 ➢ 61850-10 一致性测试
➢ 信息源和信息接收者 ➢ 发送设备 ➢ 传输介质 ➢ 接收设备
调制 编码 信息源
发送设备
接收设备
传输 噪声 介质 干扰
解调 译码 接收者
数据编码
➢ 单极性码 ➢ 双极性码 ➢ 归零码（RZ） ➢ 非归零码（NRZ） ➢ 差分码 ➢ 曼彻斯特编码 ➢ 模拟数据编码
曼彻斯特编码
数据
10 0101 1
数据链路层
数据链路层的功能
➢ 数据链路的建立和拆除 ➢ 信息传输 ➢ 传输差错控制 ➢ 异常情况处理
数据链路协议工作图
A站 数据
数据链路层 物理层
头 控制 数据 校验和
尾
数据链路协议
帧 物理通道
B站 数据
数据链路层 物理层
网络层
➢ 路径选择与中继 ➢ 流量控制 ➢ 网络连接建立与管理
传输层及其他高层
real things
modelled as
Data Attribute
Data
Logical Device
Physical Device
Logical Node
IEC 61850 view
Report Control
Setting Group
Cabinet
Bay
Substation
Ressource view
GOOSE
Sampled Values
Report GOOSE
SMV
Activate
Setting Group
Association Time Synchronisation File Transfer
图示61850（三）
Application
Application
SW
view
Subroutine
TC57与标委会
➢ IEC TC-57技术委员会（power system control and associated communication), 负责电力系统控制极其通信的相关标准。
➢ 我国是TC-57的P成员，即积极参加活动 并具有投票权的国家
➢ 全国电力系统控制及其通信标准化技术 委员会与TC-57对口，是我国的国家委员 会
变电站自动化系统结构
➢ 分层分布 ➢ 三层结构，两层网络 ➢ 两层结构，一层网络
典型结构图（一）
典型结构图（二）
通信技术与标准化
➢ 标准化支持技术进步 ➢ 各界都重视标准化工作 ➢ 标准化组织 ➢ 标准体系
IEC简介
➢ 为电工、电子和相关领域制定和出版国 际标准的世界性组织
➢ 近200个技术委员会（TC）和分技术委 员会（SC），约700个工作组，全球有 10000个专家参与IEC标准化工作
stVal: DATA-ATTRIBUTE
图示61850（二）
Server Logical Device
Logical Node
Control Substitution
Get/Set Dir/Definition
nameplate, health
Data
Data Set
Reporting & Logging
图示61850（四）
ServerDirectory (Server) response (LD Names, File Names)
Server
LDDirectory (LD Name) response (LN Names)
LD LD
LNDirectory (LN Name) response (D Names)
Application Program
Internet
Corporate Station Network Network
Sub Network
Communication view
connection implemented as
Physical Point
Board
Application
Server
➢ 数据完整性与数据传输效率 ➢ 应用场合与环境 ➢ 不考虑具体实现 ➢ 以60870-5-101与60870-5-103为例
媒体访问控制子层
数据封装/拆装 帧编码（填充/解除填充） 媒体访问管理 错误监测 出错标定 应答 串行化/解除串行化
物理层
位编码/解码 位定时 同步 （驱动器/接收器特性）
监控器 故障界定
总线故障管理
PROFIBUS
➢ 国际标准，即EN50 170欧洲标准 ➢ 主站间逻辑令牌环 ➢ 从站无总线控制权，实施经济 ➢ 传输距离与传输速率
LN LN LN
DataDirectory (D Name) resp. (DAttr Names)
Data Data
GetDataDefinition (D Name) or (D Name.Attr) or (D Name.FC)
response
DataAttr DataAttr
(all DAttr Definitions) or (one DAttr Definitions) or (all DAttr Definitions of requested FC)