IEC104规约详细讲解解析
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•
通讯特点(9)端口号
• 每一个TCP地址由一个IP地址和一个端口 号组成。 每个连接到TCP-LAN上的设 备都有自己特定的IP地址,而为整个系 统定义的端口号却是一样的。(见 RFC1700)。本标准要求,端口号2404 由IANA(互联网数字分配授权)定义和 确认。
通讯特点(10)未被确认的 I 格APDU 最大数目 k 和最迟确认数目 w
规约结构 ( 9 )
U格式
• M->R : 6804070000 00 U STARTDT激活(生效) • R->M: 68040B0000 00 U STARTDT确认 • 本端发送U格式,本端发送序号保持不 变
通讯特点(1)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的
B站
APDU 发送或接收后的内部 计数器 V 状态
A站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0 1 2
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V 状态
V(S) 0 1 2 V(R) 0 Ack 0
I(0,0) I(1,0) S(2)
超时 t3 超时 t1
2
U (TESTFR 激活)
主动关闭
未确认的测试过程
V(S) 0 1 2 V(R) 0 Ack 0
内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0 1 2 I(0,0) I(1,0)
S(2)
超时 t3 2
U (TESTFR 激活)
U (TESTFR 确认)
IEC 2797/2000
未受干扰的测试过程
通讯特点(6)防止报文丢失和 报文重复传送
发送序列号 N(S) MSB MSB 发送序列号 N(S) 接收序列号 N(R) 接收序列号 N(R)
LSB
0
八位位组3
八位位组4
控制域第一个八位位组的第一位比特 = 0 定义了I 格 式, I格式的APDU常常包含一个ASDU.
规约结构(5)- I 格式
M->R : 680E000000 006401060001 0000000014 I(总召唤) APCI
规约结构 ( 6 )
S格式
编号的监视功能类型(S格式)的控制域
比特 8 7 6 0 0 5 4 3 0 2 1 1
八位位组 1 八位位组 2
接收序列号 N(R) MSB 接收序列号 N(R)
LSB
0
八位位组 3
八位位组 4
控制域第一个八位位组的第一位比 特 = 1,第二位比特= 0,定义了S格式
规约结构 ( 7 ) S格式
编号 I 格式 APDU 的未受干扰过程
通讯特点(2)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
Ack V(S) 0 0 V(R) 0 1 2 3 超时 t2 I(0,0) I(1,0) I(2,0)
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V Fra Baidu bibliotek态
国电南瑞
谈苏伟
概论
• 必读文件
《中华人民共和国电力行业标准》 idtIEC60870-5-104:2002
• 技术背景
适应和引导电力系统调度自动化的发展,规范调 度自动化及远动设备的技术性能
• IEC104应用层与IEC101完全相同,是 101的网络化访问
重点内容
IEC104规约结构
通讯特点-报文重传机制,端口号
• R->M (SOE) : 681F100002 001E01030001 007900000110 0124 13d20a02 I(主动上报SOE)发送序号为10,接收序号为 2. • M->R: 6804010012 00 S(确认主动上报SOE) APCI 01 0012 00 01 S格式 确认序号为12 本端发送序号不变 正常情况下对端报文中的发送序号+1=本端本次报 文中的接收序号
规约特点(11)和IEC 60870-5-101 的比较
• 采用IEC 60870-5-101的平衡传输模式,通过TCP/IP协议传 输远动信息;应用层和101完全相同,是101的网络化访问。 • 保留1个启动字符,1个帧长L;删除第2个启动字符,第2 个帧长L,链路控制域(C),链路地址域(A),校验 和结束字符;增加传输层所需要的4个控制字节,可以实 现启动(建立关联),停止(结束关联),测试等控制功 能(U格式),可计数的监视功能(S格式)和可计数的信 息传输功能(I格式)。 • 由于网络传输延时不确定和网络可能发生暂时性故障,采 用从毫秒到年的7个字节时标。 • 在应用功能方面,除了IEC 101的召唤1级用户数据,召唤2 级用户数据功能(链路层功能)不能使用外,其他应用功 能全部保留。
工程实现要点
平衡传输方式典型报文序列
规约结构(1)- 模型
应用层 (101) 表示层
会话层 传输层(TCP)
app
socket
网络层(IP) 链路层
物理层
ISO参考模型
101的应用层 + TCP/IP提供的传输功能
规约结构(2)- 适用网络
• 局域网(两层交换机连接的单网段、三层交
换机或路由器连接的多网段)
工程实现要点(1)
•
•
•
•
主站和RTU之间使用IEC 60870-5-104规约进行通信时采 用网络传输层的可靠传输协议TCP;主站(控制侧)为 TCP客户端,RTU(被控制端)为TCP服务器端,即主 站主动进行TCP连接,而RTU被动响应TCP连接;双方 都使用固定的TCP端口号2404,该端口号已被IANA (Internet Assigned Number Authority)所确认。服务器 端和客户端都需要知道对方的IP地址,作为连接判断的 依据。 IEC 60870-5-104规约中传送原因占有2个字节,前低后高, 低字节和IEC 60870-5-101中的完全相同,高字节固定为0。 IEC 60870-5-104规约中公共地址占用2个字节,前低后高, 而在IEC 60870-5-101中公共地址只占用1个字节。 IEC 60870-5-104规约中信息体地址占用3个字节,前低后 高,而在国标101中信息体地址只占用2个地址。
• 广域网 (X.25、FR(帧中继)、ATM(异步传
输模式) 、ISDN(综合服务数据网络) ) 基于TCP/IP的面向连接的网络服务。 IP网络本身的数据完整和安全性机制。 可采取的其他安全措施:客户端限制访问; 路由表限制访问;数据软硬件加密。
规约结构(3)- APCI控制信息
起动字符 68H APDU 长度(最大, 253) 控制域八位位组 1 控制域八位位组 2 控制域八位位组 3 控制域八位位组 4 IEC 60870-5-101 和 IEC 60870-5-104 定义的 ASDU APCI APDU
内部计数器 V 状态
Ack V(S) 0 0 1 2 3 V(R) 0
I(2,0) 主动关闭
顺序 错误
IEC 2795/2000
编号 I 格式 APDU 受干扰的过程
通讯特点(4)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的内部 计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0
A站
超时 t1
主动关闭
开 始 数 据 传 送 过 程
通讯特点(8)和连接有关的4个超时 时间t0,t1,t2,t3
t0:TCP连接建立的超时时间,即RTU(服务器)端进入等 待连接的状态后,若超过此时间,主站(客户)端还没有 Connect()过来就主动退出等待连接的状态;规约推荐的缺省 值为30秒。 • t1:RTU(服务器)端启动U格式测试过程后等待U格式测试 应答的超时时间,若超过此时间还没有收到主站(客户)端 的U格式测试应答,就主动关闭TCP连接;规约推荐的缺省 值为15秒。 • t2:RTU(服务器)端以突发的传送原因向主站(客户)端 上送了变化信息或以激活结束的传送原因向主站(客户)端 上送了总召唤/电度召唤结束后,等待主站(客户)端回S格 式的超时时间,若超过此时间还没有收到,就主动关闭TCP 连接;规约推荐的缺省值为10秒。 • t3:当RTU(服务器)端和主站(客户)端之间没有实际的 数据交换时,任何一端启动U格式测试过程的最大间隔时间; 规约推荐的缺省值为20秒。
V(S) 0 1 2 3 V(R) 0 Ack 0
内部计数器 V 状态
Ack V(S) 0 0 V(R) 0 I(0,0) 1 2 3 1 2 I(1,0) I(2,0) I(0,3) I(1,3)
I(a, b)
1 2 4
3
a=发送 序号 b=接收 序号
I(3,2) 2 4
IEC 2793/2000
ASDU
远动配套标准的APDU定义
新概念
APCI控制信息 可计数的信息传输功能-I 格式
可计数的确认功能
-S格式
启动,停止,测试功能-U格式
序列号记数,防止报文丢失,相对于101的FCB
规约结构(4)- I 格式
• 信息传输格式类型( I格式)的控制域
8 7 6 5 4 3 2 LSB 0 1
八位位组1 八位位组2
通讯特点(7)防止报文丢失和报 文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0
连接建立 U (STARTDT 激活)
U(STARTDT 确认) 数据传输激活 或 U(STARTD 生效)
APDU 发送或接收后的内 部计数器 V 状态
V(S) 0 1 2 V(R) 0 Ack 0
1
I(0,0)
S(1)
超时 t1
1
主动关闭
IEC 2796/2000
未确认的最后的 I 格式 APDU 情况下的超时
通讯特点(5)防止报文丢失和 报文重复传送
`
A站
APDU 发送或接收后的
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V 状态
远动设备及系统 第5-104部分:传输规约
采用标准传输文件集的IEC60870-5-101 的网络访问
Telecontrol equipment and systems Part 5-104:Transmission protocolsNetwork access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles
规约结构 ( 8 )
U格式
未编号的控制功能类型(U格式)的控制域
8 7 TESTFR 确认 生效 6 5 STOPDT 确认 生效 4 3 STARTDT 确认
0
2 1 1
1 八位位组 1
生效 八位位组 2
0 0
0 八位位组 3 八位位组 4
控制域第一个八位位组的第一位比特 = 1 并且第二位比特 =1 定义了U格式
• k表示在某一特定的时间内未被DTE确认(即不被承认) 的连续编号的I格式APDU的最大数目。每一I格式帧都按 顺序编好号,从0到模数n-1,这里的“模数”是指序列 号对参数n的模数。以n为模的操作中k值永远不会超过n1。(见 ITU-T X.25推荐的2.3.2.2.1和2.4.8.6)。 • 当未确认I格式APDU达到k个时,发送方停止传送。 • 接收方收到w个I格式APDU后确认。 • k值的最大范围:1到32767(2的十五次方-1)APDU,精 确到一个 APDU. • w值的最大范围:1到32767 APDU,精确到一个APDU。 (推荐:w不应超过三分之二的k)。 。规约推荐:k值为12,w值为8
R->M : 680E000002 006401070001 0000000014 I(总召唤确认)本端接收序号等于对端发送序号+1
R->M: 6885020002 0001F8140001 000100000001 0101 01000101 01000101
000101010001010101010001010101000100 0100 I(响应总召唤,全遥信) APCI 本端发送1次I格式报文,本端发送序号+1
V(S) 0 1 2 3 V(R) 0 Ack 0
S(b) b=接收序 号
S(3)
3
S 格式 APDU 认可编号 I 格式 APDU 的未受干扰过程
通讯特点(3)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的
B站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
I(0,0) V(S) 0 V(R) 0 1 Ack 0
工程实现要点(2)
• 国标104和国标101一样,对各类量的信息体地址范 围做了划定,具体而言遥信为4096点(信息体地址 为1H-1000H),遥测为4096点(信息体地址为 4001H-5000H),电度为512点(信息体地址为 6401H-6600),遥控为512点(信息体地址为6001H6200H),当要传送的信息量很大时,需要使用多个 虚拟RTU。而IEC 60870-5-104规约中由于采用了3个 字节的信息体地址且没有划定各类量的信息体地址 范围,所以1个RTU的容量就很大,在具体工程中再 临时确定各类量的起始信息体地址和数量。 主站(客户)端和RTU(服务器)端采用标准的 TCP/IP客户-服务器模式建立TCP连接,即主站(客 户)端按照Socket()->Connect()的顺序进行,RTU (服务器)端按Socket()->Bind()->Listen()->Accept() 的顺序进行。
通讯特点(9)端口号
• 每一个TCP地址由一个IP地址和一个端口 号组成。 每个连接到TCP-LAN上的设 备都有自己特定的IP地址,而为整个系 统定义的端口号却是一样的。(见 RFC1700)。本标准要求,端口号2404 由IANA(互联网数字分配授权)定义和 确认。
通讯特点(10)未被确认的 I 格APDU 最大数目 k 和最迟确认数目 w
规约结构 ( 9 )
U格式
• M->R : 6804070000 00 U STARTDT激活(生效) • R->M: 68040B0000 00 U STARTDT确认 • 本端发送U格式,本端发送序号保持不 变
通讯特点(1)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的
B站
APDU 发送或接收后的内部 计数器 V 状态
A站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0 1 2
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V 状态
V(S) 0 1 2 V(R) 0 Ack 0
I(0,0) I(1,0) S(2)
超时 t3 超时 t1
2
U (TESTFR 激活)
主动关闭
未确认的测试过程
V(S) 0 1 2 V(R) 0 Ack 0
内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0 1 2 I(0,0) I(1,0)
S(2)
超时 t3 2
U (TESTFR 激活)
U (TESTFR 确认)
IEC 2797/2000
未受干扰的测试过程
通讯特点(6)防止报文丢失和 报文重复传送
发送序列号 N(S) MSB MSB 发送序列号 N(S) 接收序列号 N(R) 接收序列号 N(R)
LSB
0
八位位组3
八位位组4
控制域第一个八位位组的第一位比特 = 0 定义了I 格 式, I格式的APDU常常包含一个ASDU.
规约结构(5)- I 格式
M->R : 680E000000 006401060001 0000000014 I(总召唤) APCI
规约结构 ( 6 )
S格式
编号的监视功能类型(S格式)的控制域
比特 8 7 6 0 0 5 4 3 0 2 1 1
八位位组 1 八位位组 2
接收序列号 N(R) MSB 接收序列号 N(R)
LSB
0
八位位组 3
八位位组 4
控制域第一个八位位组的第一位比 特 = 1,第二位比特= 0,定义了S格式
规约结构 ( 7 ) S格式
编号 I 格式 APDU 的未受干扰过程
通讯特点(2)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
Ack V(S) 0 0 V(R) 0 1 2 3 超时 t2 I(0,0) I(1,0) I(2,0)
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V Fra Baidu bibliotek态
国电南瑞
谈苏伟
概论
• 必读文件
《中华人民共和国电力行业标准》 idtIEC60870-5-104:2002
• 技术背景
适应和引导电力系统调度自动化的发展,规范调 度自动化及远动设备的技术性能
• IEC104应用层与IEC101完全相同,是 101的网络化访问
重点内容
IEC104规约结构
通讯特点-报文重传机制,端口号
• R->M (SOE) : 681F100002 001E01030001 007900000110 0124 13d20a02 I(主动上报SOE)发送序号为10,接收序号为 2. • M->R: 6804010012 00 S(确认主动上报SOE) APCI 01 0012 00 01 S格式 确认序号为12 本端发送序号不变 正常情况下对端报文中的发送序号+1=本端本次报 文中的接收序号
规约特点(11)和IEC 60870-5-101 的比较
• 采用IEC 60870-5-101的平衡传输模式,通过TCP/IP协议传 输远动信息;应用层和101完全相同,是101的网络化访问。 • 保留1个启动字符,1个帧长L;删除第2个启动字符,第2 个帧长L,链路控制域(C),链路地址域(A),校验 和结束字符;增加传输层所需要的4个控制字节,可以实 现启动(建立关联),停止(结束关联),测试等控制功 能(U格式),可计数的监视功能(S格式)和可计数的信 息传输功能(I格式)。 • 由于网络传输延时不确定和网络可能发生暂时性故障,采 用从毫秒到年的7个字节时标。 • 在应用功能方面,除了IEC 101的召唤1级用户数据,召唤2 级用户数据功能(链路层功能)不能使用外,其他应用功 能全部保留。
工程实现要点
平衡传输方式典型报文序列
规约结构(1)- 模型
应用层 (101) 表示层
会话层 传输层(TCP)
app
socket
网络层(IP) 链路层
物理层
ISO参考模型
101的应用层 + TCP/IP提供的传输功能
规约结构(2)- 适用网络
• 局域网(两层交换机连接的单网段、三层交
换机或路由器连接的多网段)
工程实现要点(1)
•
•
•
•
主站和RTU之间使用IEC 60870-5-104规约进行通信时采 用网络传输层的可靠传输协议TCP;主站(控制侧)为 TCP客户端,RTU(被控制端)为TCP服务器端,即主 站主动进行TCP连接,而RTU被动响应TCP连接;双方 都使用固定的TCP端口号2404,该端口号已被IANA (Internet Assigned Number Authority)所确认。服务器 端和客户端都需要知道对方的IP地址,作为连接判断的 依据。 IEC 60870-5-104规约中传送原因占有2个字节,前低后高, 低字节和IEC 60870-5-101中的完全相同,高字节固定为0。 IEC 60870-5-104规约中公共地址占用2个字节,前低后高, 而在IEC 60870-5-101中公共地址只占用1个字节。 IEC 60870-5-104规约中信息体地址占用3个字节,前低后 高,而在国标101中信息体地址只占用2个地址。
• 广域网 (X.25、FR(帧中继)、ATM(异步传
输模式) 、ISDN(综合服务数据网络) ) 基于TCP/IP的面向连接的网络服务。 IP网络本身的数据完整和安全性机制。 可采取的其他安全措施:客户端限制访问; 路由表限制访问;数据软硬件加密。
规约结构(3)- APCI控制信息
起动字符 68H APDU 长度(最大, 253) 控制域八位位组 1 控制域八位位组 2 控制域八位位组 3 控制域八位位组 4 IEC 60870-5-101 和 IEC 60870-5-104 定义的 ASDU APCI APDU
内部计数器 V 状态
Ack V(S) 0 0 1 2 3 V(R) 0
I(2,0) 主动关闭
顺序 错误
IEC 2795/2000
编号 I 格式 APDU 受干扰的过程
通讯特点(4)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的内部 计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0
A站
超时 t1
主动关闭
开 始 数 据 传 送 过 程
通讯特点(8)和连接有关的4个超时 时间t0,t1,t2,t3
t0:TCP连接建立的超时时间,即RTU(服务器)端进入等 待连接的状态后,若超过此时间,主站(客户)端还没有 Connect()过来就主动退出等待连接的状态;规约推荐的缺省 值为30秒。 • t1:RTU(服务器)端启动U格式测试过程后等待U格式测试 应答的超时时间,若超过此时间还没有收到主站(客户)端 的U格式测试应答,就主动关闭TCP连接;规约推荐的缺省 值为15秒。 • t2:RTU(服务器)端以突发的传送原因向主站(客户)端 上送了变化信息或以激活结束的传送原因向主站(客户)端 上送了总召唤/电度召唤结束后,等待主站(客户)端回S格 式的超时时间,若超过此时间还没有收到,就主动关闭TCP 连接;规约推荐的缺省值为10秒。 • t3:当RTU(服务器)端和主站(客户)端之间没有实际的 数据交换时,任何一端启动U格式测试过程的最大间隔时间; 规约推荐的缺省值为20秒。
V(S) 0 1 2 3 V(R) 0 Ack 0
内部计数器 V 状态
Ack V(S) 0 0 V(R) 0 I(0,0) 1 2 3 1 2 I(1,0) I(2,0) I(0,3) I(1,3)
I(a, b)
1 2 4
3
a=发送 序号 b=接收 序号
I(3,2) 2 4
IEC 2793/2000
ASDU
远动配套标准的APDU定义
新概念
APCI控制信息 可计数的信息传输功能-I 格式
可计数的确认功能
-S格式
启动,停止,测试功能-U格式
序列号记数,防止报文丢失,相对于101的FCB
规约结构(4)- I 格式
• 信息传输格式类型( I格式)的控制域
8 7 6 5 4 3 2 LSB 0 1
八位位组1 八位位组2
通讯特点(7)防止报文丢失和报 文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V 状态
Ack 0 V(S) 0 V(R) 0
连接建立 U (STARTDT 激活)
U(STARTDT 确认) 数据传输激活 或 U(STARTD 生效)
APDU 发送或接收后的内 部计数器 V 状态
V(S) 0 1 2 V(R) 0 Ack 0
1
I(0,0)
S(1)
超时 t1
1
主动关闭
IEC 2796/2000
未确认的最后的 I 格式 APDU 情况下的超时
通讯特点(5)防止报文丢失和 报文重复传送
`
A站
APDU 发送或接收后的
B站
APDU 发 送 或 接 收 后 的 内部计数器 V 状态
远动设备及系统 第5-104部分:传输规约
采用标准传输文件集的IEC60870-5-101 的网络访问
Telecontrol equipment and systems Part 5-104:Transmission protocolsNetwork access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles
规约结构 ( 8 )
U格式
未编号的控制功能类型(U格式)的控制域
8 7 TESTFR 确认 生效 6 5 STOPDT 确认 生效 4 3 STARTDT 确认
0
2 1 1
1 八位位组 1
生效 八位位组 2
0 0
0 八位位组 3 八位位组 4
控制域第一个八位位组的第一位比特 = 1 并且第二位比特 =1 定义了U格式
• k表示在某一特定的时间内未被DTE确认(即不被承认) 的连续编号的I格式APDU的最大数目。每一I格式帧都按 顺序编好号,从0到模数n-1,这里的“模数”是指序列 号对参数n的模数。以n为模的操作中k值永远不会超过n1。(见 ITU-T X.25推荐的2.3.2.2.1和2.4.8.6)。 • 当未确认I格式APDU达到k个时,发送方停止传送。 • 接收方收到w个I格式APDU后确认。 • k值的最大范围:1到32767(2的十五次方-1)APDU,精 确到一个 APDU. • w值的最大范围:1到32767 APDU,精确到一个APDU。 (推荐:w不应超过三分之二的k)。 。规约推荐:k值为12,w值为8
R->M : 680E000002 006401070001 0000000014 I(总召唤确认)本端接收序号等于对端发送序号+1
R->M: 6885020002 0001F8140001 000100000001 0101 01000101 01000101
000101010001010101010001010101000100 0100 I(响应总召唤,全遥信) APCI 本端发送1次I格式报文,本端发送序号+1
V(S) 0 1 2 3 V(R) 0 Ack 0
S(b) b=接收序 号
S(3)
3
S 格式 APDU 认可编号 I 格式 APDU 的未受干扰过程
通讯特点(3)防止报文丢失和 报文重复传送
A站
APDU 发送或接收后的
B站
APDU 发送或接收后的 内部计数器 V 状态
I(0,0) V(S) 0 V(R) 0 1 Ack 0
工程实现要点(2)
• 国标104和国标101一样,对各类量的信息体地址范 围做了划定,具体而言遥信为4096点(信息体地址 为1H-1000H),遥测为4096点(信息体地址为 4001H-5000H),电度为512点(信息体地址为 6401H-6600),遥控为512点(信息体地址为6001H6200H),当要传送的信息量很大时,需要使用多个 虚拟RTU。而IEC 60870-5-104规约中由于采用了3个 字节的信息体地址且没有划定各类量的信息体地址 范围,所以1个RTU的容量就很大,在具体工程中再 临时确定各类量的起始信息体地址和数量。 主站(客户)端和RTU(服务器)端采用标准的 TCP/IP客户-服务器模式建立TCP连接,即主站(客 户)端按照Socket()->Connect()的顺序进行,RTU (服务器)端按Socket()->Bind()->Listen()->Accept() 的顺序进行。