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IEC61850与MMS的映射的研究


第 38 卷 第 10 期 2010 年 5 月 16 日

Power System Protection and Control

电力系统保护与控制

Vol.38 No.10 May 16, 2010

IEC61850 与 MMS 的映射的研究
董 科 1,关 彬 2, 王 巍 3


(1.西安航空技术高等专科学校计算机工程系,陕西 西安 710077;2.西安体育学院,陕西 西安 710068 3. 杨凌职业技术学院, 陕西 杨凌 712100) 摘要:在分析和理解 IEC61850 协议的基础上,归纳了 IEC61850 协议和 MMS 服务映射之间的对应关系,总结了 ACSI 服务和 MMS 映射的三种情况(数据类型映射、类模型映射、服务映射) ,其中重点介绍了服务映射,并结合 MMS 服务的具体实例进 行说明。以 DATA 类服务中的 GetDataValues 服务为例,对两者之间的映射做了较详细的分析和说明。IEC61850 和 MMS 服务 的映射的研究为实现变电站通信系统的互操作性提供依据。 关键词:IEC61850;MMS;映射;IED;抽象通信服务接口

Research on mapping between IEC61850 and MMS
DONG Ke1,GUAN Bin2,WANG Wei3 (1.Computer Engineering Department, Xi’an Aerotechnical College, Xi’an 710077, China;2. Xi’an Physical Education University , Xi’an 710068, China;3. Yangling Vocational &Technical College, Yangling 712100, China) Abstract:Based on the analysis of IEC61850 protocol, this paper summarizes the correspondence between the IEC61850 protocol and MMS services mapping. It sums up the three types between the ACSI services and MMS mapping, which focuses on service mapping, and explains them conbined with the specific instance of these services. Finally, by using the DATA class service in the GetDataValues service, it makes a more detailed analysis and explanation on the mapping between them. The study of IEC61850 and MMS services mapping supply a reference to achieve interoperability of substation communication system. Key words:IEC61850;MMS;mapping;IED;abstract communication service interface 中图分类号: TM76 文献标识码:A 文章编号: 1674-3415(2010)10-0092-04

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引言

目前,电网采用的是变电站自动化系统。变电 站自动化系统 (Substation Automation System, SAS) 是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来 的。传统的变电站自动化系统,由于缺乏统一的通 信标准,设备之间无互操作性、互换性,从而造成 了自动化系统运行维护困难。 IEC61850 作为下一代变电站的无缝通信协议 标准,充分借鉴了变电站通信、计算机、工业控制 等领域的长期经验。 IEC61850 标准具有面向对象统 一建模、面向通信系统的 ACSI 及各种特定通信服 务映射 SCSM、面向应用的自描述等特点,在不同 制 造 商 的 智 能 电 子 设 备 (Intelligent Electronic Device,IED)之间实现良好的互操作性,并且能够 适应通信及应用技术的快速发展。在全世界范围内 的相关领域受到广泛关注[1-5]。

IEC61850 在技术上的一个显著特点就是使用 了 MMS(Manufacturing Message Specification) ,即 制造报文规范。在 IEC61850 中,变电站自动化通 信体系从逻辑上和物理上被分为 3 层:变电站层、 间隔层和过程层,其中,变电站层和间隔层的通信 采 用 抽 象 通 信 服 务 接 口 ACSI ( Abstract Communication Service Interface)映射到 MMS。因 此实现协议中规范的 ACSI 到 MMS 的映射是实现 IEC61850 的关键。

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ACSI 与 MMS 的关系

IEC61850 标准通过抽象通信服务接口(ACSI) 来实现通信协议与应用及通信介质的分离。ACSI 采用抽象的建模技术,为变电站设备定义了公共应 用服务,从而提供了通过虚拟镜像访问真实数据和 真实设备的途径。虚拟的观点可用于描述设备的全 部行为。图 1 为 IEC61850 的抽象通信服务模型。

董科, 等

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图 1 IEC61850 的抽象通信服务模型 Fig.1 IEC61850 abstract communication services model

ACSI 中的抽象概念包含两个方面:ACSI 提供 了用来定义变电站特定信息模型的基本模型的说明 以及信息交换服务模型的说明。ACSI 不定义具体 的 ACSI 报文, ACSI 服务映射到应用层的一个或多 个应用层报文(AL(ApplicationLayer)协议数据单元 (PDU))。按照相关的应用层特性,映射的方法可以 不同,如 IEC61850-8-1 的 MMS,IEC 61850-9-1 单 向多路点对点串行通信、IEC 61850-9-2 的基于 ISO 8802-3 的模拟量采样值传输。

2.1 信息模型的 MMS 映射 在应用 IEC61850 解决变电站自动化系统的应 用问题时,需要按照 IEC61850 建立信息模型和服 务模型映射为特定的应用层对应的模型。在标准 IEC61850-8-1 部分中对 ACSI 的 MMS 映射进行了 描述。从标准来看,映射分为三种情况:数据类型 映射、类模型映射、服务映射。其中服务映射主要 是服务原语和服务参数的映射。 2.2 ACSI 服务的 MMS 映射 在标准 IEC 61850-8-1 中详细地描述了 ACSI 服务与 MMS 的映射关系。如表 1 所示。
表 1 ACSI 服务的 MMS 映射 Tab.1 MMS mapping of ACSI services
模型 服务器 LD LN ACSI 服务 GetServerDirectory GetLogicalDeviceDirectory GetLogicalNodeDirectory GetAllDataValues Data GetDataValues SetDataValues GetDataDirectory GetDataDefinition DataSet GetDataSetValues SetDataSetValues CreateDataSet DeleteDataSet GetDataSetDirectory MMS 服务 GetNameList GetNameList GetNameList Read Read Write GetVariableAccessAttributes GetVariableAccessAttributes Read Write DefinedNamedVariableList DefinedNamedVariableList GetNamedVariableListAttrib utes BRCB Report GetBRCBValues SetBRCBValues LCB GetLCBValues SetLCBValues QueryLogByTie QueryLogByEntry GetLogStatusValues Peport Read Write Read Write ReadJournal ReadJournal Read

2 IEC61850 与 MMS 映射
IEC61850-7 为变电站应用领域定义了抽象的信 息模型和服务模型。SCSM 将抽象的通信服务、对象 及相关参数映射到特定的应用层协议。 61850-7-2 IEC 中定义的所有抽象通信服务除了通用面向对象变电 站事件(GOOSE)和采样值传输外均映射到应用层 协议 MMS。 在向 MMS 的映射中, IEC 61850 的信息 模型和各种控制块分别映射到 MMS 的虚拟制造设备 (VMD) 域 、 (Domain) 有名变量 、 (Named Variable) 、 有名变量列表(Named Variable List) 、日志(Journal) 和文件管理(File Management)模型,服务则对应的 映射到 MMS 类的服务。ACSI 到 MMS 的映射关系 如图 2 所示。
信息模型和各控制块 ACSI服务

信息模 服务 型映射 映射 MMS 的VMD、域、 有名变量 、有名变量列 表、日志 、文件管理 MMS Read MMSWrite ASN.1编 码报文 MMSGet … Attributes ReadJournal ISO/OSI表示层 、会 话层 、物理层

图 2 IEC61850 映射到 MMS Fig.2 IEC61850 maps to MMS

由表 1 可以看出, ACSI 服务到 MMS 的映射有 三种情况。 (1) 一个 ACSI 映射到一个 MMS 服务 ACSI 服务和 MMS 服务之间存在一一对应关 系,这种服务映射非常简单,如双边应用关联服务 中的 Associate、Abort 和 Release 分别直接映射到 MMS 服务 Initiate、Abort 和 Conclude。 (2) 一个 ACSI 映射到多个 MMS 服务

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这类映射分为两种情况。第一种情况是 ACSI 定义的一个服务由于参数不同而实现不同功能,映 射到 MMS 的服务时,采用不同的 MMS 服务实现。 第二种情况是 ACSI 的一个服务映射为 MMS 的一组服务,共同实现 ACSI 服务定义的功能。这 样的一组服务可能是同一个 MMS 服务的多次执 行,也可能是不同的 MMS 服务协同工作完成一个 ACSI 服务的功能。 (3) 多个 ACSI 映射到一个 MMS 服务 多个 ACSI 类的服务采用同一个 MMS 服务实 现。在这种情况下需要采用某种机制以区别 MMS 到底要执行哪类服务。通过在 MMS 服务原语中给 定的一个或多个参数,可以明确服务的操作对象、 范围及要进行的操作等。例如,Server、LD、LN 的目录服务就是都映射到 MMS 的 VMD 支持服务 GetNameList 服务。只是在 GetNameList 的请求服 务中参数不同,执行的服务服务也就不同,也就得 到相应的结果。

GetDataValues.Request 和 MSVCB 的实例名;接着, 由对应 GetDataValues.Request 服务的应用程序访问 内存数据库中的 Data 实例, 并将执行结果 (即 Data 实 例 的 属 性 或 服 务 错 误 代 码 ) 以 GetDataValues.Response 服务的形式, 返回给通信映 射程序,并将其映射为 MMS 的读响应服务;最后, 按照客户机组织报文的流程将响应报文发送给客户 机,待报文发送成功后,MMPM 撤消 TSM。 ③ 客户机将接收到报文分析为 MMS 读确认 服务,并识别为 GetDataValues.Response 至此, GetDataValues 服务完整实现。
服务器 客 户 端 以 太 网 MMS执行器 4 PDU1 PDU2 PDU2 ACSE 表示层服务 1 3 10 2 BER SOCKET SCSM MMS服务原语 Request{read (C1/ MMXU1$CF$A$phsC)} Response{AccessResult (values of C1/MMXU1$CF$A$phsC$ 9 angSvc C1/MMXU1$CF$A$phsC$ angSvc$offset C1/MMXU1$CF$A$phsC$ angSyc$scaleFactor)} Response{AccessResult {DataAccessError Code Object-non-existent or Temporarily-unavailable or…)} ACSI ACSI服务原语 GetDateValues .Request{( C1/MMXU1.A.phsC)} 6 GetDataValues .Response+{ C!/MMXU1.A.phsC.angSvc C!/MMXU1.A.phsC.angSvc .offset C!/MMXU1.A.phsC.angSvc caleFactor GetDataValues .Response-{ {instance-not-available or instance-locked-by-otherclient or…)} 内存数据库 信息模型属性 C1 MMXU1 A 7

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3 实例
以 DATA 类服务中的 GetDataValues 服务为例; Data 的属性以数据对象及其属性的形式存在,因而 Data 的属性映射成 VMD 中的 Named Variable,而 与 Named Variable 对应的 MMS 读服务为 Read,所 以 GetDataValues 映射成 MMS 的 Read。为了验证 映射的正确性和完整性,还要对 MMS 服务的流程 和参数是否与 ACSI 服务的流程和参数一致进行考 察。 MMS 服务分为带确认和不带确认两类。ACSI 中由客户机发起并由服务器响应的服务映射到 MMS 的带确认服务,如 GetDataValues;由服务器 主动向客户端提供并且无需客户端回复的服务映射 到 MMS 的不带确认服务,如 BRCB 的 Report。下 面将以 GetDataValues 服务为例, 具体分析服务的实 现过程,其中服务器的通信流程,如图 3 所示。其 中:①读请求报文;②TCP/IP 编/解码;③BER 编 解码;④MMS 读指示;⑤通信映射程序;⑥ACSI 请求; ⑦应用程序; ⑧ACSI 响应; ⑨MMS 读响应; ⑩读确认报文。 ① 客户端从事先获得的服务器配置文件中得 知 Data 实例的语义路径, 将其作为服务的对象发起 MMS 的读请求服务。 ② 服务器通过 Socket 接收到报文后,首先对 其进行 BER 解码,并由 MMPM 将其分析为 MMS 的读指示服务并创建 TSM, 再由通信映射程序将读 指 示 服 务 的 服 务 原 语 及 其 VMD 对 象 识 别 为

图 3 GetDataValues 服务在服务器端的实现 Fig.3 Realization of GetDataValuesServes in server end

此外,将对象类模型向 MMS 及其底层协议栈 映射的过程中还要注意以下几点: IEC61850 只负责定义了对象模型和其服务向 MMS 映射的 VMD 及其对象子集的映射规范, 其它 环节与 IEC61850 无关。 MMS 服务的种类没有 IEC61850 的种类丰富, 通信映射程序对 MMS 的正确识别,依赖于包含在 MMS 服务原语中的 VMD 及其对象子集的命名描 述和功能约束。 因此, 客户端在发起服务请求之前, 必须获得服务器的配置信息。 实际设备的对象模型和 MMS 中对应的 VMD 可以是同一实体,但是,ACSI 和 MMS 之间的映射 是不能省略的。

4 总结
主要对 IEC 61850 的 ACSI 与 MMS 映射的关系 进行讨论。分别是基本数据类型映射、对象类模型 映射、以及 ACSI 服务到 MMS 的相关映射。 基本数据类型映射相对比较简单。对象类模型 的映射主要是 ACSI 中信息模型到 MMS 模型之间 的映射,以及 ACSI 中的属性结构到 MMS 的映射。 ACSI 服务与 MMS 映射,主要有三种情况,分别是 一个 ACSI 服务到一个 MMS 服务的映射,多个 ACSI 服务到一个 MMS 服务的映射和一个 ACSI 服

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务到多个 MMS 服务的映射,文中分别对上面情况 进行了说明。最后,通过一个例子来说明 ACSI 服 务和 MMS 服务之间的映射。 参考文献
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收稿日期:2009-06-19; 作者简介: 董

科(1980-),男,硕士研究生,主要研究方向为

数字化变电站的站控层;E-mail:wingsing111@163.com 关 彬(1978-) ,女,硕士研究生,主要研究方向为信 息系统。

(上接第 91 页 参考文献
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continued from page 91)

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