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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：盧**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：廣東 上傳時(shí)間：2023-11-13 格式：DOCX 頁數(shù)：5 大小：41.77KB 積分：9.6 舉報(bào) 版權(quán)申訴

電力物聯(lián)網(wǎng)信息管理與傳輸?shù)难芯?/p>

0電力物聯(lián)網(wǎng)remote物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“物聯(lián)網(wǎng)”（簡稱nic）。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)是“物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)體”。通過傳感器設(shè)備，所有物體都可以連接到互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行信息交換和通信，并通過智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理進(jìn)行通信。2005年，國際電信聯(lián)盟公共部門發(fā)布了《2005年itu互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告》（itu）。根據(jù)報(bào)告，2005年溝通的時(shí)代已經(jīng)到來。世界上的所有物體都可以通過網(wǎng)絡(luò)積極交換，從車輪到刷子、從房子到毛巾的東西。高頻識(shí)別技術(shù)（rfid）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)和智能嵌入技術(shù)等得到了廣泛應(yīng)用。電力物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò).在一個(gè)電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,有兩種站點(diǎn),一種是監(jiān)測(cè)中心(MonitoringCenter),另一種是監(jiān)測(cè)站(MonitoringStation).遠(yuǎn)動(dòng)終端RTU(RemoteTerminalUnit)工作在監(jiān)測(cè)站,主要用于對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,并把數(shù)據(jù)以規(guī)定格式通過串口發(fā)送至監(jiān)測(cè)中心.監(jiān)測(cè)中心從各監(jiān)測(cè)站收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理.電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是監(jiān)測(cè)信息的組織與存儲(chǔ)問題.解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理問題的數(shù)據(jù)庫理論和技術(shù)發(fā)展極為迅速,應(yīng)用也非常廣泛.以關(guān)系型為代表的三種經(jīng)典(層次、網(wǎng)狀和關(guān)系型)數(shù)據(jù)庫在商務(wù)和管理等事務(wù)型的應(yīng)用領(lǐng)域中取得了很大成功.但是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)占用內(nèi)存大,數(shù)據(jù)存取速度較慢.而電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不僅要維護(hù)和存儲(chǔ)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),而且對(duì)數(shù)據(jù)及其處理具有嚴(yán)格的時(shí)限性.在數(shù)據(jù)通信方面,目前電力系統(tǒng)已頒布了一系列的電力通信協(xié)議,如IEC60870-5、IEC60870-6等.但隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展,這些協(xié)議已不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用的需要.1監(jiān)測(cè)信息庫的設(shè)計(jì)在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,監(jiān)測(cè)中心與遠(yuǎn)動(dòng)終端之間傳送的信息包括控制指令、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、站點(diǎn)描述信息等.本文設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)信息庫MNIB(MonitoringInformationBase)來對(duì)信息進(jìn)行有效的組織和存儲(chǔ).1.1主體屬性st標(biāo)監(jiān)測(cè)信息庫(MNIB)由若干個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象組成,MNIB中每一個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)都是一個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象.監(jiān)測(cè)對(duì)象是監(jiān)測(cè)信息庫的基本單元,它有7個(gè)屬性,如圖1所示.標(biāo)識(shí)符(ID)屬性是一個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象惟一區(qū)別于其他監(jiān)測(cè)對(duì)象的標(biāo)志.在監(jiān)測(cè)信息庫中采用“id1,id2,id3,id4”的形式對(duì)其進(jìn)行表示,id1,id2,id3,id4分別占一個(gè)字節(jié)長度,取值范圍分別為0～255.類型(Type)屬性定義了監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)類型.表1中列出了部分ASN.1語法標(biāo)記中常用的數(shù)據(jù)類型.訪問權(quán)限(Access)屬性定義了監(jiān)測(cè)中心以何種方式訪問監(jiān)測(cè)對(duì)象,它包括4種訪問方式:只讀(read-only),只寫(write-only),讀寫(read-write)和不可訪問方式(not-accessible).只讀方式表示監(jiān)測(cè)中心只能讀取該監(jiān)測(cè)對(duì)象值;只寫方式表示監(jiān)測(cè)中心只能寫該監(jiān)測(cè)對(duì)象值;讀寫方式表示監(jiān)測(cè)中心既可以讀取,又可以寫入該監(jiān)測(cè)對(duì)象值;不可訪問方式表示監(jiān)測(cè)中心不能訪問該監(jiān)測(cè)對(duì)象.當(dāng)訪問權(quán)限屬性值為不可訪問方式時(shí),監(jiān)測(cè)中心不能對(duì)MNIB中的數(shù)據(jù)做任何操作.該屬性的定義可以防止外界對(duì)MNIB中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非法的篡改.狀態(tài)(Status)屬性定義了監(jiān)測(cè)對(duì)象在RTU設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的當(dāng)前狀態(tài),它包括3種狀態(tài):強(qiáng)制性的(mandatory),可選的(optional)和過時(shí)的(obsolete).強(qiáng)制性狀態(tài)表示每一個(gè)RTU上都必須包含該監(jiān)測(cè)對(duì)象;可選狀態(tài)表示該監(jiān)測(cè)對(duì)象可有選擇性地在某些RTU上實(shí)現(xiàn);過時(shí)狀態(tài)表示該監(jiān)測(cè)對(duì)象在RTU中已沒有使用,可被其他監(jiān)測(cè)對(duì)象所取代.該屬性的定義可提醒管理員對(duì)監(jiān)測(cè)信息庫進(jìn)行及時(shí)的更新,以保證監(jiān)測(cè)信息庫的時(shí)效性.對(duì)象值(Value)屬性定義監(jiān)測(cè)對(duì)象的值,當(dāng)監(jiān)測(cè)中心請(qǐng)求該監(jiān)測(cè)對(duì)象時(shí),它將作為響應(yīng)報(bào)文的一部分返回給監(jiān)測(cè)中心.名稱(Name)屬性定義監(jiān)測(cè)對(duì)象的文本名字.描述(Description)屬性是對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的具體作用的文本說明.例如,監(jiān)測(cè)對(duì)象staName代表某監(jiān)測(cè)站名稱,該監(jiān)測(cè)對(duì)象可定義如下:object:staName{};Type:OCTETSTRING;Access:read-only;Status:mandatory;Value:Baqiaozhan;Description:thenameofstation.其中staName為監(jiān)測(cè)對(duì)象名稱,{}為對(duì)象標(biāo)識(shí)符,該對(duì)象值數(shù)據(jù)類型為字符串類型,監(jiān)測(cè)中心只可以讀它的值,每一個(gè)RTU上都必須包含該對(duì)象.1.2監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息監(jiān)測(cè)信息庫(MNIB)是監(jiān)測(cè)站所有監(jiān)測(cè)對(duì)象的集合.MNIB采用樹狀結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ),它具有從根開始的嚴(yán)格分層化結(jié)構(gòu),由一個(gè)虛擬根節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)分支及葉子結(jié)點(diǎn)構(gòu)成,如圖2所示.MNIB樹根節(jié)點(diǎn)是一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn),沒有實(shí)際對(duì)應(yīng)的名字和編碼.根節(jié)點(diǎn)下有4個(gè)分支,分別是系統(tǒng)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、事件記錄和計(jì)量信息.系統(tǒng)信息分支下設(shè)有廠站信息、RTU信息和電表信息3個(gè)子樹.廠站信息子樹共有5個(gè)葉子,分別是廠站編號(hào)、廠站名稱、廠站位置、聯(lián)系人和廠站電話.RTU信息子樹有6個(gè)葉子:RTU編號(hào)、RTU型號(hào)、出產(chǎn)廠、出產(chǎn)時(shí)間、執(zhí)行協(xié)議和電表數(shù)目.電表信息子樹包括電表編號(hào)、電表型號(hào)、出產(chǎn)廠和出產(chǎn)時(shí)間4個(gè)葉子結(jié)點(diǎn).每一個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)都是一個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象.廠站信息子樹包含的監(jiān)測(cè)對(duì)象配置信息如表2所示.MNIB樹中所有節(jié)點(diǎn)采用層次型的對(duì)象命名規(guī)則,連接樹根節(jié)點(diǎn)至監(jiān)測(cè)對(duì)象所在節(jié)點(diǎn)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí),便構(gòu)成了該監(jiān)測(cè)對(duì)象的對(duì)象標(biāo)識(shí)符.對(duì)象標(biāo)識(shí)符采用一個(gè)4字節(jié)的整數(shù)序列表示,中間以“.”號(hào)間隔而成.如表2中廠站編號(hào)的對(duì)象標(biāo)識(shí)符為.采用樹狀結(jié)構(gòu)的MNIB信息模型具有易于管理和擴(kuò)充的優(yōu)點(diǎn),對(duì)任意子樹或節(jié)點(diǎn)的增、刪、改操作都不會(huì)對(duì)其他子樹或節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響.另外,在RTU內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí),都是采用數(shù)字形式的對(duì)象標(biāo)識(shí)符.數(shù)字形式存儲(chǔ)具有消耗內(nèi)存資源小,存儲(chǔ)速度快的優(yōu)點(diǎn).1.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及運(yùn)行環(huán)境的確定定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體objVariable,用來存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)對(duì)象的內(nèi)容.該結(jié)構(gòu)體中共有7個(gè)元素:ID、Access、Status、objType、objValue、objName和objDescr分別對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的7個(gè)屬性標(biāo)識(shí)符、訪問權(quán)限、狀態(tài)、類型、對(duì)象值、名稱和描述.其中ID是一個(gè)4個(gè)字節(jié)大小的數(shù)組,用來存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)符的id1～id4.對(duì)象值、名稱和描述3個(gè)屬性都是該對(duì)象的文字說明,因此分別使用一個(gè)25字節(jié)的字符數(shù)組來表示.數(shù)組在內(nèi)存中有固定的地址分配,便于操作且訪問速度快.MNIB監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)保存在配置文件“OBJ.CFG”中,運(yùn)行時(shí)占用內(nèi)存大小為21KB.2應(yīng)用層通信協(xié)議為了使設(shè)計(jì)的協(xié)議能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要,本文在遵循IEC60870-5-102電力系統(tǒng)電能累計(jì)量傳輸配套標(biāo)準(zhǔn)(102標(biāo)準(zhǔn))的基礎(chǔ)上,制定了專用的應(yīng)用層通信協(xié)議PIOTP(PowerInternet-of-ThingsProtocol).2.11服務(wù)數(shù)據(jù)單元信息體的統(tǒng)一102標(biāo)準(zhǔn)是專門針對(duì)電能量數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的,在實(shí)際應(yīng)用中,還存在以下問題:(1)102標(biāo)準(zhǔn)只定義了電能量數(shù)據(jù),沒有定義傳輸電站和電網(wǎng)設(shè)備的管理參數(shù)(如廠站信息,RTU設(shè)備參數(shù),電表信息等),所能承載的信息種類有限.(2)102標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元(見表3)定義的信息體格式不統(tǒng)一.比如,電能量對(duì)象較之單點(diǎn)信息等其他信息對(duì)象,增加了信息對(duì)象地址、電能量對(duì)象保護(hù)校驗(yàn)和公共時(shí)標(biāo)字段.格式不一增加了編碼的難度,降低了編碼后報(bào)文的可讀性.針對(duì)102標(biāo)準(zhǔn)存在的問題,本文擴(kuò)充了信息種類(主要是電站和電網(wǎng)設(shè)備信息),并將這部分信息歸入了MNIB的系統(tǒng)信息分支下.在應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元信息體部分,將信息體統(tǒng)一為信息對(duì)象綁定表格式.2.2信息對(duì)象掛鉤表PIOTP協(xié)議主要由2個(gè)字段組成,分別是數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符和信息對(duì)象綁定表(見表4).數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符沿用了102標(biāo)準(zhǔn)的格式.信息對(duì)象綁定表為PIOTP協(xié)議的信息體部分.數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)符由6個(gè)字段組成,每個(gè)字段長度為一個(gè)字節(jié).類型標(biāo)識(shí)(TypeIdentification)用于定義信息對(duì)象綁定表的類型.PIOTP協(xié)議中信息對(duì)象綁定表的類型標(biāo)識(shí)為115.可變結(jié)構(gòu)限定詞(VariableStructureQualifier)定義信息對(duì)象綁定表中監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)目,其有效值為7位,最高位恒為0,取值范圍為0～127,即信息對(duì)象綁定表最多能承載127個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象.傳送原因(CauseOfTransmission)指導(dǎo)應(yīng)用程序如何去處理應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元,它包括2個(gè)值:傳送原因?yàn)?,表示監(jiān)測(cè)中心請(qǐng)求監(jiān)測(cè)對(duì)像信息或遠(yuǎn)動(dòng)終端響應(yīng)監(jiān)測(cè)中心的請(qǐng)求;傳送原因?yàn)?3,表示遠(yuǎn)動(dòng)終端沒有監(jiān)測(cè)中心所請(qǐng)求的信息對(duì)象.記錄應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址定義為遠(yuǎn)動(dòng)終端的標(biāo)識(shí)地址,報(bào)文中,地址低字節(jié)在前,高字節(jié)在后.記錄地址(RecordAddress)用于標(biāo)識(shí)信息對(duì)象的類型.因?yàn)轭愋蜆?biāo)識(shí)字段已對(duì)信息對(duì)象類型作出了甄別,所以PIOTP協(xié)議中該字段使用缺省值0.信息對(duì)象綁定表是由監(jiān)測(cè)對(duì)象的對(duì)象標(biāo)識(shí)符(ID)和值組成的序列,其長度可根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)目的不同而靈活變化,格式如圖4所示.2.3基于t征的tvi編碼PIOTP報(bào)文編碼采用ASN.1基本編碼規(guī)則(BER).BER采用TLV方式對(duì)數(shù)據(jù)編碼,對(duì)于每個(gè)所傳送的值,無論是基本類型還是構(gòu)造類型,都是由TLV3個(gè)字段組成.TLV分別指數(shù)據(jù)類型(TYPE),數(shù)據(jù)長度域(LENGTH)和數(shù)據(jù)域(VALUE)字段.其中,數(shù)據(jù)域可以多重嵌套其他數(shù)據(jù)元素TLV字段,BER編碼的具體格式如圖5所示.對(duì)信息對(duì)象綁定表進(jìn)行TLV編碼時(shí),遵循如下原則:(1)整個(gè)信息對(duì)象綁定表為Sequence(30)類型;(2)每個(gè)信息對(duì)象ID+Value組合也為Sequence(30)類型;(3)Value無值時(shí)為NULL類型.例如:監(jiān)測(cè)中心請(qǐng)求對(duì)象標(biāo)識(shí)符為{}的監(jiān)測(cè)對(duì)象值,對(duì)請(qǐng)求報(bào)文應(yīng)編碼為:300A30080604010200000500.其中第一個(gè)30表示整個(gè)信息對(duì)象綁定表為Sequence類型,0A表示后續(xù)報(bào)文長度為10個(gè)字節(jié).第二個(gè)30表示后續(xù)報(bào)文也是一個(gè)Sequence類型,08表示報(bào)文的長度為8個(gè)字節(jié).060401010200是對(duì)象標(biāo)識(shí)符的編碼.06表示對(duì)象標(biāo)識(shí)符為OBJECTIDENTIFIER類型,04表示對(duì)象標(biāo)識(shí)符長度為4個(gè)字節(jié),01010200為對(duì)象標(biāo)識(shí)符值.05表示對(duì)象值類型為NULL類型,00表示長度為0,即該字節(jié)后無內(nèi)容.因?yàn)槭钦?qǐng)求報(bào)文,所以Value字段無內(nèi)容.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果的描述實(shí)驗(yàn)使用一臺(tái)IntelCore2DuoCPU,2G內(nèi)存,操作系統(tǒng)為MicrosoftWindowsXP的PC來模擬監(jiān)測(cè)中心.監(jiān)測(cè)中心軟件采用VisualC#語言,在VisualS2005平臺(tái)上編寫和運(yùn)行.遠(yuǎn)方終端使用HT2000eRTU,該RTU是一款多CPU的嵌入式設(shè)備.監(jiān)測(cè)中心與RTU通過串口進(jìn)行通信.RTU軟件采用TurboC2.0集成開發(fā)環(huán)境開發(fā),在DOS平臺(tái)上運(yùn)行.軟件運(yùn)行時(shí)占用內(nèi)存大小為421KB.圖6是監(jiān)測(cè)中心與RTU通信的界面.其中TxD表示監(jiān)測(cè)中心發(fā)至遠(yuǎn)動(dòng)終端的請(qǐng)求報(bào)文,RxD表示遠(yuǎn)動(dòng)終端發(fā)至監(jiān)測(cè)中心的響應(yīng)報(bào)文.截取一段報(bào)文如下:→TxD:98151598530100730105000000300A300806040101020005005216←RxD:981F1F9828010073010500000030143012060401010200040A42617169616F7A68616E4216報(bào)文序列中加下劃線部分為應(yīng)用層PIOTP協(xié)議報(bào)文.在TxD報(bào)文中,730105000000為PIOTP協(xié)議的對(duì)象標(biāo)識(shí)符字段值.其中73表示信息對(duì)象綁定表類型為115,01表示請(qǐng)求的監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)目為1個(gè).05表示該報(bào)文為監(jiān)測(cè)中心發(fā)出的請(qǐng)求報(bào)文.0000為遠(yuǎn)動(dòng)終端的標(biāo)識(shí)地址.00為缺省記錄地址.300A30080604010102000500為信息對(duì)象綁定表的編碼,指出了該報(bào)文的作用是請(qǐng)求對(duì)象標(biāo)識(shí)符為{}的監(jiān)測(cè)對(duì)象(在圖2的MNIB中表示監(jiān)測(cè)對(duì)象“廠站名稱”)的值.這部分內(nèi)容含義在2.3節(jié)中已有詳細(xì)說明.在RxD報(bào)文中,對(duì)象標(biāo)識(shí)符字段值與請(qǐng)求報(bào)文一樣,但是這里的傳送原因值05表示的是響應(yīng)請(qǐng)求,即該報(bào)文為響應(yīng)報(bào)文.信息對(duì)象綁定表部分內(nèi)容0500被替換為:040A42617169616F7A68616E.這部分內(nèi)容即為監(jiān)測(cè)對(duì)象的值.其中04表示對(duì)象值為字符串,0A表示對(duì)象值長度為10個(gè)字節(jié),42617169616F7A68616E為對(duì)象值內(nèi)容.經(jīng)計(jì)算,該段內(nèi)容表示字符串“Baqiaozhan”,這與MNIB信息庫中設(shè)置的“廠站名稱”監(jiān)測(cè)對(duì)象的值相一致.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,監(jiān)測(cè)中心與RTU完成了信息交換與通訊,通信成功,實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo).4實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)論電力物聯(lián)網(wǎng)是未來電網(wǎng)建設(shè)的方向,目前,我國在這一方面的研究還處于初級(jí)階段.本文針對(duì)電