网络103链路层规范

望洋智能科技股份有限公司变电站以太网传输规范版本<2.0> 修订历史变电站以太网传输规范1 简介1.1 目的本规范定义了变电站内统一的基于以太网的传输规范，使得站内的设备能够在一致的传输规范上通讯以及相互联系。

1.2 范围本规范适用于变电站需要通过以太网相互通讯的设备，也可以在其他一些相似的系统中使用。

1.3 参考资料IEC60870-5-1041.4 定义、术语设备：本规范中的设备指的是逻辑上独立的应用，而不是物理设备，监控软件等同称为设备，包括虚设备。

一个物理设备可以包含多个设备。

传输协议层：负责应用报文的正确传送以及网络连接的维护。

路由设备：连通不同设备之间通讯的设备，包括规约转换设备、网关、远动设备等。

APCI：应用规约控制信息ASDU：应用服务数据单元APDU：应用规约数据单元双网：指同一个物理设备上的两个网络，这两个网络以对等方式或主备方式收发数据。

过程层：过程层的定义参见IEC61850.1.5 概述本规范定义了站内自动化系统内部基于以太网通讯传输的规定，包括了模型定义、约束条件、以太网端口的定义、传输层控制报文的定义及使用方法、传输层通讯的管理、其它说明。

2 模型定义站内通讯模型分为三个层次：设备的通讯模型分为应用服务层、传输协议层、网络收发层。

应用服务层形成应用数据包ASDU，ASDU数据包的定义详见《变电站应用报文规范》。

传输协议层添加传输协议层的报文控制APCI，同时控制数据重发机制，在该层要保证发送给应用服务层的数据是有序的。

APCI参照IEC60870-5-104规约定义，对控制域进行了扩充，将现有的4个8位位组控制域扩充为12个8位位组。

前4个8位位组的定义与使用方法与IEC60870-5-104规范一致，扩充的8个8位位组，分别表示源厂站地址、源设备地址，目的厂站地址、目的设备地址和备用。

3 约束条件站内通讯采用双网方式时，相互通讯的设备除U格式报文外使用双发双收的方法，即发送方的I格式报文和S格式报文在双网上同时发送，接收方双网接收后选取一个报文给应用服务层。

站内以太网的子网掩码为255.255.0.0,子网地址为XX.YY和XX.YY+1（特殊情况下另行规定）。

设备的主机地址采用16位方式，设备双网的主机地址相同。

控制方为TCP的客户端，监视方为TCP的服务端。

以太网通讯以字节方式传输,字节顺序采用LITTLE_ENDIAN顺序。

对于单网，1组TCP与一个TCP等同对于双网，1组TCP是指与相同设备地址关联的所有TCP连接。

4 以太网端口的定义本规范中采用以下端口：1） TCP的端口为6000。

5 设备地址的定义考虑到大型变电站中一个字节的地址范围可能不够使用，所以设备地址采用16位地址，带有以太网直接选用16位地址。

由于采用标准103规约通讯的设备使用的是8位地址，所以代理设备将其报文转发时应扩展成16位地址。

全站设备的16位地址必须唯一。

0XFFFF 为广播地址。

若使用主备方式，设备地址中的最低位作为主备设备配对使用。

在设备地址范围内，0XFF00---OXFFFD归网络设备使用，0XFE00H---0XFEFF归站级设备使用（其中0XFEFE、0XFEFF用于系列配置软件的地址），0X0100---0XFC00之间低字节为零的地址归代理设备使用，零地址保留，0XFFFF为广播地址，其余的地址范围属于间隔层或过程层设备。

各设备的IP地址也依此划分。

6 传输层控制报文的定义及使用方法传输接口（TCP 到用户） 是一个定向流接口，为了检出ASDU 的启动和结束，每个APCI 包括下列的定界元素：一个启动字符，ASDU 的规定长度，以及控制域（见图4）。

可以传送一个完整的APDU （或者，出于控制目的，仅仅是APCI 域也是可以被传送的）（见图5）。

注: 以上所使用的缩写出自IEC60870-5-3的第五节，如下所示： APCI 应用规约控制信息 ASDU 应用服务数据单元 APDU 应用规约数据单元图 4 –APDU 定义图 4 –APDU 定义APDU APCIASDU启动字符68H 定义了数据流中的起点。

APDU的长度域定义了APDU体的长度，它包括APCI的控制域八位位组和ASDU。

第一个被计数的十二位位组是控制域的第一个八位位组，最后一个被计数的八位位组是ASDU的最后一个八位位组。

ASDU的最大长度限制在1008以内（1024减去启动、两个长度八位位组和十三个控制域八位位组）。

控制域定义了保护报文不至丢失和重复传送的控制信息，报文传输启动/停止，以及传输连接的监视，设备地址等。

图6，7，8为控制域的定义。

三种类型的控制域格式用于编号的信息传输（I格式），编号的监视功能（S格式）和未编号的控制功能（U格式）。

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. I格式的控制信息如图6所示比特8 7 6 5 4 3 2 1八位位组 1图 6 – 信息传输格式类型（ I 格式）的控制域控制域第一个八位位组的第一位比特 = 1 并且第二位比特 = 0 定义了S 格式. S 格式的APDU 只包括APCI. S 格式的控制信息如图7所示。

比特 8 7 6 54 3 2 1图 7 –编号的监视功能类型（S 格式）的控制域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. U 格式的APDU 只包括APCI. U 格式的控制信息如图8所示。

在同一时刻，TESTFR, STOPDT 或 STARTDT 中只有一个功能可以被激活。

STARTDT 的U 格式报文中序列号N 用来协商监视方向上送的I 格式报文的发送序列号 N 。

TESTFR 和STOPDT 中的序列号N 无意义。

比特 8 7 6 5 4 3 2 1图 8 –未编号的控制功能类型(U 格式 ) 的控制域防止报文丢失和报文重复传送。

发送序列号N(S)和接受序列号N(R) 的使用与ITU-T X.25定义的方法一致。

为了简化起见，附加的次序如图9 至图12所示。

八位位组 2八位位组 3 八位位组 4 八位位组1 八位位组 3 八位位组 4 八位位组 2 八位位组t八位位组3 八位位组4八位位组2 八位位组 5八位位组 5两个序列号在每个APDU和每个方向上都应按顺序加一。

发送方增加发送序列号而接受方增加接收序列号。

当接收站按连续正确收到的APDU的数字返回接收序列号时，表示接收站认可这个APDU或者多个APDU.发送站把一个或几个APDU保存到一个缓冲区里直到它将自己的发送序列号作为一个接收序列号收回，而这个接收序列号是对所有数字小于或等于该号的APDU的有效确认，这样就可以删除缓冲区里已正确传送过的APDU。

万一更长的数据传输只在一个方向进行，就得在另一个方向发送S格式，在缓冲区溢出或超时前认可APDU。

这种方法应该在两个方向上应用。

一组TCP的第一个TCP创建连接后，监视方向的接收序列号和控制方向的发送序列被设置成0。

下列定义对图9至16 有效：V(S) = 发送状态变量(见ITU-T X.25);V(R) = 接收状态变量(见ITU-T X.25);Ack = 指示DTE已经正确收到所有达到并包括该数字的I格式APDU,I(a,b) = 信息格式APDU，a=发送序列号，b=接收序列号S(b) = 监视格式APDU，b=接收序列号U = 未编号的控制功能APDU图9 –编号I格式APDU 的未受干扰过程图10 –S格式APDU认可编号I格式APDU 的未受干扰过程图11 –编号I格式APDU受干扰的过程图12 –未确认的最后的I格式APDU情况下的超时图13 –未受干扰的测试过程图14 –未确认的测试过程测试过程：未使用但已建立的连接会通过发送测试APDU( TESTFR=激活)并得到接收站发回的TESTFR=确认，在两个方向上进行周期性测试。

发送方和接收方在某个具体时间段内没有数据传输（超时）会启动测试过程。

每一帧的接收– I帧，S帧或U帧–会重新计时t3.。

B方要独立地监视连接。

只要它接收到从A方传来的测试帧，它就不再发送测试帧。

测试过程也可以在“激活”的连接上启动，这些连接缺乏活动性，但需要确保连通。

用启/停进行传输控制控制方利用STARTDT(启动数据传输)和STOPDT(停止数据传输)来控制监视方的数据传输。

当连接建立后，监视方的数据传输不会自动激活。

即，当一组连接建立时STOPDT处于缺省状态。

在这种状态下，监视方并不通过这个连接发送任何数据，除了未编号的控制功能和对这些功能的确认。

控制方必须通过这个连接发送一个STARTDT指令来激活这个连接中的数据传输。

监视方用STARTDT 响应这个命令。

如果STARTDT没有被确认，这个连接将被控制方向关闭。

这意味着站初始化之后，STARTDT必须总是在来自监视方向的任何用户数据传输（例如，一般的询问信息）开始前发送。

任何监视方向的待发用户数据都只有在STARTDT 被确认后才发送。

STARTDT 是一种控制方向激活监视方向的机制。

控制站即使没有收到激活确认，也可以发送命令或者设定值。

扩展后的STARTDT中包含监视方向I格式报文的发送序号的协商。

图15 –开始数据传送过程7．未被确认的I 格式APDU (k)最大数目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n-1。

(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。

-模n操作时k的最大值是n-1。

k值的最大范围：1到16383（214-1）APDU，精确到一个APDU.w值的最大范围：1到16383 APDU，精确到一个APDU。

(推荐：w不应超过三分之二的k)。

图16 –停止数据传输过程8代理转发当使用串口等非以太网的设备需要接入自动化系统时，或者使用不同规约的设备接入时，这些设备需要经过代理设备转接，才能与自动化系统相互通讯，另为其它厂站的信息需要接入本站时，也可能需要代理转接（另一种可能是将该站的设备作为本站的一部分）。

当设备报文经过代理设备转发时，由代理负责报文的APCI中被代理设备地址的填写。

如果是跨厂站转发，应同时填写源厂站地址及目标厂站地址（需要使用控制域中的保留字节）。

9双网的使用当系统使用双网通讯时，APDU报文在双网上同时发送，目标设备在双网上接收后确定一个APDU报文进行处理，双网处理和接收的APDU报文的选择方法见5.4节。