遠(yuǎn)動(dòng)使用南網(wǎng)104規(guī)約通信時(shí)主備機(jī)在遙信信號發(fā)生雪崩狀態(tài)下的切換實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

周運(yùn)卓 陳泰峰

（1.南瑞集團(tuán)（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司，江蘇南京210000；2.南方電網(wǎng)海南數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司，海南海口570100）

0 引言

本文以遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)使用南網(wǎng)104規(guī)約通信時(shí)，在遙信信號發(fā)生雪崩狀態(tài)下的主備機(jī)切換實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象作為研究對象，結(jié)合南網(wǎng)104規(guī)約實(shí)施細(xì)節(jié)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。雪崩狀態(tài)是指信號在短時(shí)間內(nèi)（如1 min）大量聚集驟增，發(fā)生雪崩一樣的現(xiàn)象。

1 南網(wǎng)104規(guī)約實(shí)施細(xì)節(jié)的相關(guān)要求

1.1 南網(wǎng)104規(guī)約報(bào)文基本格式

此類報(bào)文的基本格式主要有3種：U格式、S格式、I格式。I格式報(bào)文的主要功能是輸出編號信息；S格式報(bào)文的主要功能是監(jiān)視編號；U格式報(bào)文的主要功能是控制編號。

1.1.1 I格式

I格式報(bào)文控制域標(biāo)志：八位位組中的第1個(gè)，0是其第一位比特；八位位組中的第3個(gè)，0是其第一位比特。根據(jù)特殊規(guī)定，在此格式中，應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)APDU一定要含有一個(gè)或一個(gè)以上的ASDU。

1.1.2 S格式

S格式報(bào)文控制域標(biāo)志：第1個(gè)八位位組的第一位比特等于1且第二位比特等于0，第3個(gè)八位位組第一位比特等于0。其中還特別規(guī)定S格式的APDU只包括APCI。

1.1.3 U格式

U格式報(bào)文控制域標(biāo)志：八位位組中的第1個(gè)，1是其第一位和第二位比特；八位位組中的第3個(gè)，0是其第一位比特。根據(jù)特殊規(guī)定，在此格式中，應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)APDU中只能有APCI存在。STARTD或STOPDT或TESTFR在同一時(shí)刻內(nèi)僅僅可以激活一個(gè)功能。

1.2 報(bào)文的丟失預(yù)防和重復(fù)發(fā)送控制

對于每一個(gè)APDU以及各個(gè)方向，N（S）發(fā)送序列號以及N（R）接收序列號的順序都需加1。發(fā)送序列號增加在發(fā)送方，接收序列號增加在接收方。如果接收站接連實(shí)現(xiàn)APDU數(shù)字的正確接收，并將接收序列號返回，這說明接收站對這些APDU認(rèn)可。如果發(fā)送站在同一個(gè)緩沖區(qū)域內(nèi)保存了一個(gè)或是多個(gè)APDU，一直到其發(fā)送序列號被用作接收序列號而收回為止，該序列號可有效確認(rèn)所有小于或者是等于這個(gè)序列號的數(shù)字，以此來將緩沖區(qū)域內(nèi)已經(jīng)被正確發(fā)送的APDU刪除。如果需要在一個(gè)方向上傳輸更長的數(shù)據(jù)，就應(yīng)該在另一方向進(jìn)行S格式報(bào)文的發(fā)送，并在超時(shí)之前或者是溢出緩沖區(qū)域之前對APDU予以認(rèn)可。因此，在創(chuàng)建一個(gè)TCP連接后，發(fā)送和接收序列號都被設(shè)置為0。

1.3 通過啟停命令控制傳輸

在控制站通過數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)以及停止對被動(dòng)站內(nèi)所傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行控制時(shí)，如果站間有多個(gè)鏈接打開并且可以利用時(shí)，每次只有一個(gè)鏈接可用于數(shù)據(jù)傳輸。啟動(dòng)和停止功能的作用在于由一個(gè)鏈接向另一個(gè)鏈接切換過程中防止丟失數(shù)據(jù)。當(dāng)建立好連接之后，被控站不可以對連接上正在傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)激活，也就是在建立好一個(gè)連接之后，停止功能將缺省。此時(shí)，被控站不會在該連接上進(jìn)行任何數(shù)據(jù)的發(fā)送，除了未編號的控制功能以及確認(rèn)這些功能之外，控制站一定要借助于該連接進(jìn)行一個(gè)啟動(dòng)命令的發(fā)送，以此來實(shí)現(xiàn)用戶在這一連接中的數(shù)據(jù)傳輸，被控站需要借助于啟動(dòng)功能來實(shí)現(xiàn)這一命令的響應(yīng)。若未確認(rèn)啟動(dòng)功能，該連接將關(guān)閉被控站，即初始化被控站以后，其中的所有待發(fā)數(shù)據(jù)都僅在確認(rèn)了啟動(dòng)功能之后才可以發(fā)送。

1.4 端口號

在任何一個(gè)TCP地址中，其組成都包括一個(gè)端口號和一個(gè)IP地址。任何一個(gè)和TCP-LAN進(jìn)行連接的設(shè)備的IP地址都是特定的，但是系統(tǒng)整體的端口號定義則相同。其中，南網(wǎng)104規(guī)約中所規(guī)定的端口號是2404。

1.5 I格式發(fā)送方報(bào)文保存和接收方報(bào)文確認(rèn)

在某特定時(shí)間段沒有實(shí)現(xiàn)DTE確認(rèn)的最大I格式連續(xù)編號APDU數(shù)目為k。各個(gè)I格式幀需要按照0-n-1模數(shù)順序進(jìn)行編號，此處的模數(shù)指的是序列號對于n這一參數(shù)的模數(shù)。在將n作為模數(shù)進(jìn)行操作時(shí)，k始終小于n-1。

根據(jù)特殊規(guī)定：

如果I格式中的APDU沒有確定是否達(dá)到k值，發(fā)送方需要停止發(fā)送。

接收方對沒有確認(rèn)I格式報(bào)文的最大接收數(shù)量是w。通常情況下，接收方接收I格式報(bào)文的數(shù)量不超過w個(gè)，接收方就給發(fā)送方確認(rèn)。k的最大推薦范圍是1～32 767，推薦值為12，精確到一個(gè)APDU。w的最大推薦范圍是1～32 767，推薦值為8，精確到一個(gè)APDU。k值比w值大。

2 實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象分析

2.1 遙信信號分類

遙信信號主要分成兩個(gè)大類：COS和SOE。COS是指不帶時(shí)標(biāo)的變化遙信信號；SOE是指帶有時(shí)標(biāo)的事件順序記錄，即把信號發(fā)生的時(shí)間按先后順序逐個(gè)記錄下來。

2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

（1）k=12，w=8，主備機(jī)104參數(shù)里配置了鏈路重建時(shí)清除COS的信號。1 min內(nèi)發(fā)出1 200個(gè)遙信信號，在信號上送過程中做主備機(jī)切換實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果為主站收到SOE事件信息多達(dá)22條記錄，截取一部分傳送報(bào)文幀進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 信號開始接收（k=12，w=8）

圖1接收報(bào)文幀中“28 00”為接收序列號，每次遞增2；發(fā)送報(bào)文幀中“2a 00”為發(fā)送序列號，是對接收幀的確認(rèn)，“2a 00”是對“28 00”之前8包數(shù)據(jù)的確認(rèn)。因?yàn)橐?guī)約中k值是12，w值是8，因此調(diào)度收到不大于12包的數(shù)據(jù)會回復(fù)一個(gè)確認(rèn)幀或者數(shù)據(jù)上送完成回復(fù)一個(gè)確認(rèn)幀，因此“2a 00”是對“28 00”之前8包數(shù)據(jù)的確認(rèn)。信號接收過程如圖2所示。

圖2 信號接收過程（k=12，w=8）

13：20：00，主備機(jī)切換，即關(guān)掉主機(jī)，備機(jī)升為主機(jī)。從圖2報(bào)文中可以看出標(biāo)注為CF1、CF2、CF3這三幀報(bào)文還未被主站確認(rèn)，因此遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)的緩存里這3幀未被確認(rèn)的報(bào)文未被清除。13：21：31，備機(jī)升為主機(jī)后的通信報(bào)文如圖3所示。

圖3 備機(jī)升為主機(jī)后的通信報(bào)文

圖3中的接收報(bào)文為重復(fù)上送的信號，與圖2中接收報(bào)文CF3數(shù)據(jù)內(nèi)容（第13個(gè)字節(jié)開始）相同。當(dāng)備機(jī)升為主機(jī)且與主站建立連接后，由于104規(guī)約配置中設(shè)置了鏈路重建時(shí)清除COS，因此將CF1、CF2這兩幀COS報(bào)文清除，CF3這一幀未被確認(rèn)的SOE報(bào)文再次送給主站，經(jīng)分析這幀報(bào)文的信號數(shù)量是22個(gè)，均為SOE信號。

（2）k=1，w=1，主備機(jī)104參數(shù)里配置了鏈路重建時(shí)清除COS信號。1 min內(nèi)發(fā)出1 200個(gè)遙信信號，在信號上送過程中做主備機(jī)切換實(shí)驗(yàn)，主站收到SOE事件信息不多不少，截取一部分傳送報(bào)文幀進(jìn)行分析，如圖4所示。

圖4 信號接收過程（k=1，w=1）

圖4的接收報(bào)文幀中，“02 00”為接收序列號，每次遞增2；而發(fā)送報(bào)文幀中“04 00”為發(fā)送序列號，是對接收幀的確認(rèn)，“04 00”是對“02 00”1包數(shù)據(jù)的確認(rèn)。因?yàn)橐?guī)約中k值是1，w值是1，所以調(diào)度收到不大于1包的數(shù)據(jù)會回復(fù)一個(gè)確認(rèn)幀或者數(shù)據(jù)上送完成回復(fù)一個(gè)確認(rèn)幀，也就說主備機(jī)切換時(shí)，未出現(xiàn)未被確認(rèn)的報(bào)文幀。

3 結(jié)語

根據(jù)上述分析，主機(jī)復(fù)位，主機(jī)已發(fā)送數(shù)據(jù)給主站，但沒收到主站的確認(rèn)報(bào)文，造成備機(jī)升為主機(jī)后，將未收到確認(rèn)的這一部分?jǐn)?shù)據(jù)重新上送給主站，導(dǎo)致主站收到信號個(gè)數(shù)多于實(shí)際發(fā)生的信號數(shù)量。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與南網(wǎng)104規(guī)約實(shí)施細(xì)節(jié)中“防止報(bào)文丟失和報(bào)文重復(fù)傳送控制”這一節(jié)描述一致，符合南網(wǎng)104規(guī)約實(shí)施細(xì)節(jié)的要求。

在雪崩狀態(tài)下的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主備機(jī)切換實(shí)驗(yàn)中，若要主站收到的信號不多不少，需要修改南網(wǎng)104規(guī)約中的k值和w值，使其均為1。