CLPJ87051传输帧格式.docx

1、CLPJ87051传输帧格式标准分类号中华人民共和国国家标准GB备案号：idt IEC 60870-5-1:1990GB/T XXXXXXXXX 远动设备及系统 第五部分 传输规约 第一篇 传输帧格式 Telecontrol Equipment and Systems Part 5:Transmission Protocol Section 1: Transmission frame formats (征求意见稿) 1998.6.28，2000.2.10，2000.5.7200x-xx-xx 发布200x-xx-xx 实施前 言GB/T XXXXXXXXX 九十年代以来，国际电工委员会第57技

2、术委员会，为适应电力系统(包括 EMS、SCADA和配电自动化系统)及其他公用事业的需要，制定了一系列传输规约。这些规约共分5篇，即： IEC 60870-5-1 远动设备与系统 第五部分 传输规约 第一篇 传输帧格式 (1990年) IEC 60870-5-2远动设备与系统 第五部分 传输规约 第二篇 链路传输规则 (1992年) IEC 60870-5-3远动设备与系统 第五部分 传输规约 第三篇 应用数据的一般结构 (1992年) IEC 60870-5-4 远动设备与系统 第五部分 传输规约 第四篇 应用信息元素定义和编码 (1992年) IEC 60870-5-5 远动设备与系统 第

3、五部分 传输规约 第五篇 基本应用功能 (1995年)近年来，我国制定了一系列配套标准，它们分别非等效、等同采用IEC60870-5系列配套标准，它们是： DL/T 634-1997 基本远动任务配套标准（IEC60870-5-101：1995） DL/T 电力系统电能累计量传输配套标准（IEC 60870-5-102：1996） DL/T 667-1999 继电保护设备信息接口配套标准（IEC 60870-5-103：1997） 基本标准是制定和理解配套标准的依据，基本标准和配套标准一起共同组成传输规约，成为传输规约的有机组成部分。 本标准等同采用 IEC 60870-5-1 远动设备与系统

4、 第五部分 传输规约 第一篇 传输帧格式 本标准由中华人民共和国原电力工业部提出。 本标准由全国电力系统控制及其通信标准化技术委员会归口。 本标准由国调中心负责。 本标准由中国电力科学研究院负责起草，国调中心、电力部电力自动化研究院、电力部南京电力自动化设备总厂参加。 本标准主要起草人：谭文恕、张秀莲、张长银、胡达龙、刘佩娟、林庆龙、郭 进 本标准在我国于2000 年首次公布。 本标准由全国电力系统控制及其通信标准化技术委员会负责解释。(ISO)前 言 1) 由所有特别关切的国家委员会参加技术委员会，国际电工委员会(IEC)就技术问题的正式的决议或协议尽可能表达了有关题目的意见，这些意见是国际

5、协商一致取得的。 2) 所产生的文件作为建议的形式供国际使用，并按标准、技术报告或导则的形式出版，并在此意义上为各个国家委员会所接受。 3) 为了促进国际间统一，各国际电工委员会国家委员会承诺；最大限度可能透明地采用国际电工委员会标准，用于它们的国家标准或地区标准。在国际电工委员会和相应国家或地区间有任何不同之处，应当在国家或地区标准中指明。 IEC 60870-5-1国际标准由国际电工委员会第57技术委员会：电力系统控制以及通信委员会编制。 本编制文本以下列文件为基础： 六月法 投票报告 二月过程 投票报告 57(C0)31 57(C0)37 57(C0)40 57(C0)45 57(C0)

6、50 57(C0)54 本编制投票通过的情况可见于上表中的投票报告。GB/T XXXXXXXXX 目 次前言IEC前言序言I1 范围和目的.12 引用标准.13 远动系统中数据传输的要求1 3.1 高的数据完整性和数据一致性.1 3.2 短的远动传输时间.2 3.3 支持面向比特(位)(编码透明性)数据传输.24 数据完整性的定量评价.2 4.1远动系统中数据完整性的定量要求.25传输效率的定量评价.46 传输规约规范.4 6.1 物理层.5 6.2 链路层5 6.2.1 提供的链路服务级别.6 6.2.2 对话过程.6 6.2.3 标准帧同步.7 6.2.4 标准帧格式.76.2.5 采用断

7、续载频的传输通道的同步.166.2.6 所定义的帧级别的主要应用领域.176.2.7 高级数据链路控制(HDLC)-规约的使用.17附录A（标准的附录）信号质量监视对传输效率和数据完整性的影响.18附录B（提示的附录）数据完整性和传输效率的定量评价.21附录C（提示的附录）中英文对照表27表1残余差错率(R)和未被检出差错报文的平均时间(T).4表2 链路服务类别.5表3 传输启动模式.4表 4 标准帧格式和编码规范8图 1 数据完整性的级别1图2数据完整性级别(Data integrity calsses).3图3 FT1.1帧格式.9图4 固定数目用户数据FT1.2帧格式.10图5 具有可

8、变数目用户数据FT1.2帧格式.11图6 FT1.2单个控制字符的帧格式.12图7 FT2启动字符.12图8 具有固定帧长的FT2帧格式.13图9具有可变帧长的FT2帧格式.14图10 固定帧长FT3格式.15图11 具有可变帧长的FT3帧格式.18图A.1 比特(位)信号检出:.19 a) 没有信号质量监视.19 b) 带有信号质量监视.19图A.2信号质量监视对帧传输效率和数据完整性的影响20图B.1 帧级别FT1.1,FT1.2,FT2,FT3的残余差错率2.25图B.2 帧级别FT1.1,FT1.2,FT2,FT3的帧传输效率.26中华人民共和国国家标准序言(INTRODUCTION)

9、 此篇扼要规定在远动系统中数据传输的要求和条件,并描述33了满足这些要求的途径。采用了满足远动系统要求的数据传输规约的现行标准。 开放系统互联(OSI)ISO-CCITT的参考模型它将通信分成七层,这个标准的最低两层称作物理层和链路层。本文件给出了符合数据完整性级别的比特(位)串行帧传输帧格式。 出版物第二篇：传输过程将规定链路层和更高层的标准(870-5-2：Section Two:Transmission Procedures)。它包括帧内数据内容的安排，即在各种传输模式，各种链路和网络配置的服务。 过程监视和控制功能的最终目的是为了达到最大的系统数据一致性。即过程变量的状态和它在远动系统

10、数据库中镜象的不得有差别。这个最终目的不能完全达到，这是由于有关过程状态信息的延时以及环境噪声或者元件失效使得信息变成错误，但是期望通信能够维持一个高度的系统一致性。为此数据传输方法将支持高等级可靠的和高效率的信息通过量,特别对于短的和紧急的报文。因为有用的带宽是有限的, 在给定的带宽下这个两个量(数据完整性和传输效率)是评价远动规约的尺度。 在一个不完备的环境中，高的数据完整性和数据传输效率是互相矛盾的，提高对数据完整性的要求可以用降低信息流的速度来得到满足，因此在分析要求的基础上在这两个特性之间寻找一个可以接受的折衷。 进行分析处理预测是对所要求的特性的客观的度量。 数据传输仅仅是整个系统

11、的一个功能。整个系统设计时将必须正确地选择数据传输的速度和完整性的要求，即全部系统的参数必须匹配，除了对传输速度和传输完整性之间作出所要求的折衷之外，如下条件影响远动规约的选择如图1所示： GB/T XXX200X 远动设备及系统 第五部分 传输规约 第一篇 传输帧格式idt IEC 60870-5-1:1990 Telecontrol Equipment and Systems Part 5:Transmission Protocol Section 1: Transmission frame formats 中华人民共和国国家技术监督局200x-xx-xx批准200X-XX-XX 实施 功

12、能性要求 所要求的 所要求的 所要求的 所要求的 数据完整性 可用性 响应时间 准确度 远动规约定义 网络特性 站条件 网络配置 地理位置 带宽(传输速度) 信息传输的类别 比特差错率 报文数量(系统规模) 单向/双向数据通路 (监视/监视和控制系统) 被建议的规约 图1 影响远动规约的选择的因素1 范围和目的 此标准序列用于具有比特1）串行数据传输的远动设备和系统用以对地理广域过程的监视和控制。此标准规定了具有单工和双工链路规约其报文传输工作的窗口尺寸为一的异步数据传输。 此标准规定了由链路层和物理层提供给远动应用服务的基本要求，特别规定了在满足所规定的数据完整性要求的可变和固定帧长的数据帧

13、的编码、形成和同步。 所规定的分组码适合于比特1）串行帧在二进对称传输通道上传输，此二进对称传输通道采用无记忆比特编码方法。这意味着每一个传输比特的信号规范将和在这一比特之前的所传输的信号无关。 注：采用除了无记忆比特编码方法之外，正在考虑其他的数据传输服务(例如数字脉冲宽度调制DPDM,HDLC等)和具有窗口尺寸大于一的全双工链路规约。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 60050(371)(1984)：国际电工词汇第371章，远动。 60870-1

14、-1(1988)：远动设备及系统。第一部分：总则第一篇：一般原理。： ISO 3309 (1984)：信息处理系统数据通信高级数据链路控制过程帧结构。3 在远动系统中的数据传输的要求 依据远动系统的基本目的和特定的环境条件，数据传输必须满足下述要求：3.1 高的数据完整性和数据一致性 在严酷的环境条件下,例如电磁干扰、不同的地电位、元件老化和发生在传输通路上的其他的扰动源和噪声。在这些条件下它必须提供有效的对抗如下项目的报文保护：1） 以后的描述中，有时把比特称为位。 不可检出的比特差错； 由于同步差错引起的不可检出的帧差错； 不可检出的信息丢失； 得到非所期望的信息(即由噪声模拟产生的报文)

15、； 相关的信息的分离和骚扰。3.2 短的远动传输时间(见IEV 371-08-16) 在有限的带宽和不确定的噪声特性的传输路径上，特别是对于事件启动的报文, 高效的帧传输规约的应用实现短的信息传输时间。3.3 支持面向比特(编码透明性)的数据传输 对用户数据无编码限制的要求,数据链路规约可从数据源接收和传输随意的位序结构。4 数据完整性的定量评价 在信息传输系统中的数据完整性的定量规范是由构成非数据完整性的内容来评估,在接收站有两个 成分组成非数据完整性,为： (1) 残余差错率(IEV 371-08-05)= 未被检出错误的报文数 被发送的全部报文数 (2) 残余信息丢失率(IEV 371-

16、08-09)= 未被检出丢失的报文数 被发送的全部报文数 必须强调，仅仅是未被检出的差错率和信息丢失率才构成信息传输的非完整性。检出了差错和丢失由预先定义的策略进行处理例如自动重传或者报告用户。报告了这些差错，将可能影响作为一个整体的系统的可用性，但是数据传输规约已经满足了它的功能。4.1 在远动系统中对于数据完整性的定量的要求 为了远动数据传输建立了三种不同的数据完整性级别I1,I2和I3。每一种级别的使用依赖于数据的特征。图2表示的曲线是代表这三种级别的残余差错率R的上限值和比特差错率的关系(见IEV371-08-01)双对数曲线的斜率代表所采用应用编码方法的海明距离d。在比特差错率p10

17、-4，由图2中介绍的双对数曲线得到的结果和时d个比特(位)取反的比特差错图象1)构成残余差错主要的成分。传输通道的品质将连续的受到监视，在平均的比特差错率低于10-4的情况下，应保证所需要的综合的数据完整性的值和整体传输时间。 最低的数据完整性级别I1要求最小的海明距离为2，I2和I3级别要求最小的海明距离为4。另外对于任何比特差错率I3级别的残余差错率将不会超过1012。为了说明这三个数据完整性级别的意义，我们假设远动通道的白色噪声所引起的比特差错率p10-4，它是低的，但还不是最坏的传输质量。假定恒定的传输100比特的报文块，在传输通道上的传输速率为1200 bit/s，系统产生的残余差错

18、率(R)和未被检出差错报文的平均时间(T)如表1所示。 两次未被检出差错报文的平均时间(T)和残余差错率(R)的关系如下： 图2数据完整性级别(Data integrity calsses) n T vR (S) 这里： n 是报文的长度(单位为比特(位)v 是传输速度(单位为bit/s) 表1残余差错率(R)和未被检出差错报文的平均时间(T) 完整性指标 n =100比特 帧 v =1200 bit/s p=10-4 数据完整性级别 残余差错率R 未检出差错的平均时间T 典型的应用 I1 10-6 1天 循环刷新系统；遥测 I2 10-10 26年 事件启动传输；遥信；远方计数 I3 10-

19、14 260 000年 苛刻的信息传输；遥控 5 传输效率的定量评定 信息传输效率是从信息源传输并由数据链路有效接收的报文的信息内容和用于报文传输的比特的总数之比(见IEV 371-08-12)。这意味着每个帧的传输效率是正确传输的信息比特k和每帧的比特的总和n之比。 帧传输效率=k.qn/n 这里 k 是每帧的信息比特数目 q 是正确接收比特的概率 n 每帧包括帧的定界符和差错校验位的比特总数 q 和比特差错率p=(错误接收的比特数目/发送的全部比特数目)的关系为： q=1-p 这是无信号监视的二进制对称通道的情况。 如果采用了信号监视(“二进制对称删除通道”),正确接收的比特率为： q=1

20、-p-r r 指不满足信号质量的接收比特率(“比特删除率”见附录A)。 信息传输率定义为每秒从数据源传输的并被数据链路接收为有效的信息比特平均数(见IEV371-08-11)： 帧传输率(帧传输效率) v bit / s 这里： v 指传输线路比特信号速率用比特每秒表示。 整个信息传输效率的计算应该考虑查询帧、认可帧和往返时间间隔。6 传输规约规范(Transmission protocol specifications) 如出版物60870-1-1中所描述的那样,远动系统的功能按照开放系统互联(OSI)-参考模型ISO被分成许多层。 此篇定义了物理层和链路层的标准传输帧格式的远动标准。 载荷

21、着比特串行数据的物理传输介质将远动设备和系统的物理实体连接起来。传输介质的种类是多种多样的：专用或者公用电缆、无线电、电力线、光纤等等。对抗数据流干扰的预防措施可以采用规定的足够的信号能量、抗噪声干扰的屏蔽和监视信号的质量来实现。 CCITT规定了各种物理传输介质的系统参数。6.1 物理层(数据电路终接设备(DCE)(Physical lay Data circuit terminating equipment DCE) 线路耦合器将比特串行数据从链路层所要求的形式变换为传输线路所要求的形式，线路耦合器有下述典型的任务： 变换信号； 提供在站和传输线路之间的电气隔离； 监视信号质量； 提供比特

22、(位)同步； 加上和移去帧同步，如果未被数据链路完成的话； 检出传输线路忙、空闲和不完备状态。 CCITT建议的标准集，例如为了数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间的交换电路的V系列和X系列。 这个层牵涉到数据完整性和传输效率有关的特性是：信号速率、抗噪声和其相关的信号噪声比。比特差错概率和比特删除概率(见附录A)。6.2 链路层(Link layer) 链路层接收、执行和控制高层所要求的传输服务功能。 在同一时刻它控制单个的非中断的帧传输。传输的成功或者失败报告给高层以及观察传输线路和站的工作状态，特别需要指出它应完成下述功能： 访问传输介质； 帧的串并和并串变换； 加上和

23、移去帧同步字(帧界定符),如果未被线路耦合器完成的话； 检出帧同步的差错； 检出帧长差错； 监视信号畸变，如果未被线路耦合器完成的话； 识别所寻址的设定站的帧； 防止站不停止的过长时间的传送； 差错检出编码的生成和监视，指出检出差错并控制一定的差错恢复过程以保护报文在预定的数据完整性的限度内抗报文的丢失和差错； 报告持续的传输差错； 报告链路的配置状态； 高效地处理不同帧长的帧。 完成切换到备用的传输线路；注：远动帧的信息域典型地为一个八位位组到几百个八位位组。 支持启动和维护功能。6.2.1 提供的链路服务类别(Link service classes provided) 表2基本上,有下述

24、三种服务类别，每个传输过程不被中断： 表2 链路服务类别 链路服务类别 功能 解释 S1 发送/无问答(SEND/NO REPLY) 传输报文；在链路层内既不要求认可也不要求问答 S2 发送/确认(SEND/CONFIRM) 传输报文；在链路层内要求认可 S3 请求/响应(REQUEST/RESPOND) 传输请求；在链路层内请求响应；响应内可能包 括数据或者否定认可 服务类别S1, 发送/无问答(SEND/NO REPLY),用于循环刷新系统或者用于单工传输系统,在这里无返回通道。在接收站检出帧差错将引起丢失相应报文。 服务类别S2， 发送/确认(SEND/CONFIRM)，支持事件启动或者

25、自发(突发)信息传输，在接收站的链路层检出被接收的报文；如果未检出差错而且接收缓冲区可用，向启动站返送肯定认可。如果接收的缓冲区不可用，向启动站返送否定认可。如果检出了报文帧差错，不作回答并且舍弃该报文。 启动站的链路层如果接收了肯定认可接收另一个请求。它可将接收的肯定认可向高层报告。如果未收到认可就重复传输报文，必须特别小心，对于增量类型的信息，认可受到干扰应不会引起在接收站重复信息输出。这种类型的假动作使用下述方法可以避免，如采用顺序帧序号或者规定接收站缓冲存储器正确地接收报文直到它们接收这一种帧，这种帧指示启动站将不重复先前传送的帧。如果规定重复报文传送达到规定次数仍然未被认可，在启动站

26、将向高层报告“传输差错”，此报文在链路内将被舍弃。 服务类别S3，请求/响应(REQUEST/RESPOND)，支持”读”操作。接收站的链路层如果有数据的话就以被请求的数据回答，否则它回答一个否定认可。如果检出了帧差错不作回答。 如果无回答或者检出了受干扰的回答，启动站链路层重复传送请求帧。如达到规定的重传次数仍未成功，向高层报告“传送差错”，否则将接收的内容向高层传送。 依赖于链路结构，全部三种服务级别可以用于在一个启动站和下述站之间信息传输： 单个目的站(单个地址)； 一组目的站(组地址)； 所有其他站(全局地址)。三种服务类别一般支持三种传输启动模式(表3)，如在出版物60870-1-1

27、,6.3.2中所描述。 表3 传输启动模式 传输启动模式 服务级别 循环传输(Cyclic transmission) 级别S1发送/无问答(SEND/NO REPLY) 事件启动传输(Event initiated transmission) 级别 S2发送/确认(SEND/CONFIRM) (spontaneous transmission) 按照要求传输(Transmission on demand) 级别S3请求/响应(REQUEST/RESPOND)6.2.2 对话过程(Dialogue procedures) 各种应用的对话过程和用户的要求密切相关。除了要求制定报文帧、编码和同步的标准相应的标准之外，还要求制定帧内的信息内容的标准(这些将在以下各节描述)。特别需要在一帧中规定用于传输控制(控制域)和站标志(地址域)的标准信息域，下述规则描述了建立标准的一般方法：-信息域的长度可变,为多个八位位组。域的详细定义在60870-5-2中规定。6.2.3 标准帧同步(Standard frame syschronization) 满足规定的数据完整性级别条件的帧同步方法依赖于传输模式(同步或者异步操作)和用于数据电路的通道模式(比特信号方法) 所定义的帧同步的标准适用于在二进无记忆传输通道的异步帧传输。同步操作和带记忆的通道