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?？?70100）

0 引言

本文以遠(yuǎn)動機(jī)使用南網(wǎng)104規(guī)約通信時，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，0是其第一位比特；八位位組中的第3個，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一定要含有一個或一個以上的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，1是其第一位和第二位比特；八位位組中的第3個，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在同一時刻內(nèi)僅僅可以激活一個功能。

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APDU以及各個方向，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)送站在同一個緩沖區(qū)域內(nèi)保存了一個或是多個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)傳輸啟動以及停止對被動站內(nèi)所傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行控制時，如果站間有多個鏈接打開并且可以利用時，每次只有一個鏈接可用于數(shù)據(jù)傳輸。啟動和停止功能的作用在于由一個鏈接向另一個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連接之后，停止功能將缺省。此時，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)行一個啟動命令的發(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功能來實(shí)現(xiàn)這一命令的響應(yīng)。若未確認(rèn)啟動功能，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)了啟動功能之后才可以發(fā)送。

1.4 端口號

在任何一個TCP地址中，其組成都包括一個端口號和一個IP地址。任何一個和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，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，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APDU。w的最大推薦范圍是1～32 767，推薦值為8，精確到一個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大類：COS和SOE。COS是指不帶時標(biāo)的變化遙信信號；SOE是指帶有時標(biāo)的事件順序記錄，即把信號發(fā)生的時間按先后順序逐個記錄下來。

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清除COS的信號。1 min內(nèi)發(fā)出1 200個遙信信號，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)一個確認(rèn)幀或者數(shù)據(jù)上送完成回復(fù)一個確認(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，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清除COS信號。1 min內(nèi)發(fā)出1 200個遙信信號，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)一個確認(rèn)幀或者數(shù)據(jù)上送完成回復(fù)一個確認(rèn)幀，也就說主備機(jī)切換時，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。