IEC62056技术文档--通信架构与协议

--IEC62056技术文档通信架构与协议深圳市航天泰瑞捷电子有限公司修订版本日期作者备注范围：本文就IEC62056系列中涉及的通讯框架与协议进行说明，便于协助开发工程师阅读、理解DLMS/COSEM通信框架和协议。目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l_Toc128011前言PAGEREF_Toc128017HYPERLINK\l_Toc19161.1术语、定义与缩写PAGEREF_Toc19167HYPERLINK\l_Toc302462范围PAGEREF_Toc302469HYPERLINK\l_Toc283573简介PAGEREF_Toc2835710HYPERLINK\l_Toc167063.1COSEM通信框架PAGEREF_Toc1670610HYPERLINK\l_Toc138693.1.1C/S类型的操作，通信协议集PAGEREF_Toc1386910HYPERLINK\l_Toc281483.1.2面向连接(联结)的操作PAGEREF_Toc2814811HYPERLINK\l_Toc122843.2COSEM中的互操作性与互连性PAGEREF_Toc1228411HYPERLINK\l_Toc263653.3互连性的保证：协议识别服务PAGEREF_Toc2636512HYPERLINK\l_Toc243474仪表数据交换架构PAGEREF_Toc2434713HYPERLINK\l_Toc87194.1引言PAGEREF_Toc871913HYPERLINK\l_Toc38984.2应用模型PAGEREF_Toc389813HYPERLINK\l_Toc158244.3通信模型PAGEREF_Toc1582413HYPERLINK\l_Toc182334.4DLMS/COSEM服务器模型PAGEREF_Toc1823315HYPERLINK\l_Toc177114.5DLMS/COSEM客户机模型PAGEREF_Toc1771116HYPERLINK\l_Toc122044.6DLMS/COSEM数据采集系统模型PAGEREF_Toc1220417HYPERLINK\l_Toc272074.7访问需求PAGEREF_Toc2720718HYPERLINK\l_Toc58134.8系统集成和表计安装PAGEREF_Toc581319HYPERLINK\l_Toc238974.9系统的移植过渡PAGEREF_Toc2389719HYPERLINK\l_Toc172985用于面向连接异步数据交换的物理层服务和规程PAGEREF_Toc1729820HYPERLINK\l_Toc186055.1引言PAGEREF_Toc1860520HYPERLINK\l_Toc80625.2服务PAGEREF_Toc806220HYPERLINK\l_Toc835.2.1服务清单PAGEREF_Toc8320HYPERLINK\l_Toc99595.2.2服务的使用PAGEREF_Toc995921HYPERLINK\l_Toc115535.2.3服务定义PAGEREF_Toc1155321HYPERLINK\l_Toc279085.3协议PAGEREF_Toc2790823HYPERLINK\l_Toc134035.3.1物理层协议数据单元PAGEREF_Toc1340323HYPERLINK\l_Toc33965.3.2传输次序与特性PAGEREF_Toc339623HYPERLINK\l_Toc271165.3.3物理层操作----规程描述PAGEREF_Toc2711623HYPERLINK\l_Toc3195.4举例：物理层服务原语和Hayes命令PAGEREF_Toc31928HYPERLINK\l_Toc187126直接本地连接PAGEREF_Toc1871232HYPERLINK\l_Toc181787用于IP网络的COSEM传输层PAGEREF_Toc1817834HYPERLINK\l_Toc41138使用HDLC协议的数据链路层PAGEREF_Toc411335HYPERLINK\l_Toc253308.1OverviewPAGEREF_Toc2533035HYPERLINK\l_Toc155698.2数据链路层概述PAGEREF_Toc1556935HYPERLINK\l_Toc249918.2.1LLC子层PAGEREF_Toc2499135HYPERLINK\l_Toc77188.2.2MAC子层PAGEREF_Toc771835HYPERLINK\l_Toc248818.2.3描述方法PAGEREF_Toc2488135HYPERLINK\l_Toc4778.3LLC子层PAGEREF_Toc47736HYPERLINK\l_Toc100828.3.1LLC子层的作用PAGEREF_Toc1008236HYPERLINK\l_Toc44518.3.3LLC子层的协议描述PAGEREF_Toc445143HYPERLINK\l_Toc123218.4MAC子层PAGEREF_Toc1232145HYPERLINK\l_Toc144278.4.1本标准对HDLC所做的选择PAGEREF_Toc1442745HYPERLINK\l_Toc169628.4.2MAC子层的服务描述PAGEREF_Toc1696245HYPERLINK\l_Toc33218.4.3MAC子层所用的物理层服务PAGEREF_Toc332151HYPERLINK\l_Toc171518.4.4MAC子层的协议描述PAGEREF_Toc1715153HYPERLINK\l_Toc123238.4.4.1MACPDU和HDLC协议帧PAGEREF_Toc1232353HYPERLINK\l_Toc15418.4.4.2MAC寻址PAGEREF_Toc154154HYPERLINK\l_Toc29808.4.4.3命令和响应帧PAGEREF_Toc298056HYPERLINK\l_Toc18918.4.4.4规程的一些基本知识PAGEREF_Toc189158HYPERLINK\l_Toc181728.5FCS的计算PAGEREF_Toc1817271HYPERLINK\l_Toc96378.5.1用于FCS计算的测试序列29PAGEREF_Toc963771HYPERLINK\l_Toc203568.5.2快速FCS的实现PAGEREF_Toc2035671HYPERLINK\l_Toc260548.5.316-bitFCS的计算方法PAGEREF_Toc2605471HYPERLINK\l_Toc304798.5.4FCS表发生器PAGEREF_Toc3047975HYPERLINK\l_Toc225198.6数据链路层管理服务PAGEREF_Toc2251977HYPERLINK\l_Toc10658.6.1OverviewPAGEREF_Toc106577HYPERLINK\l_Toc110748.6.2数据链路层管理服务的定义PAGEREF_Toc1107479HYPERLINK\l_Toc106519COSEM应用层PAGEREF_Toc1065181HYPERLINK\l_Toc121749.1简介PAGEREF_Toc1217481HYPERLINK\l_Toc181579.1.1描述方法PAGEREF_Toc1815781HYPERLINK\l_Toc165389.1.2应用层结构PAGEREF_Toc1653881HYPERLINK\l_Toc86839.1.3服务描述PAGEREF_Toc868382HYPERLINK\l_Toc107189.1.4协议层管理服务PAGEREF_Toc1071884HYPERLINK\l_Toc24389.1.5协议描述PAGEREF_Toc243884HYPERLINK\l_Toc211149.2COSEM应用层–服务定义PAGEREF_Toc2111485HYPERLINK\l_Toc52539.2.1全部服务PAGEREF_Toc525385HYPERLINK\l_Toc147499.2.2AA建立与释放PAGEREF_Toc1474985HYPERLINK\l_Toc7319.2.3特殊的AAPAGEREF_Toc73186HYPERLINK\l_Toc202249.2.4数据通信PAGEREF_Toc2022486HYPERLINK\l_Toc160379.2.5客户机COSEM应用层服务PAGEREF_Toc1603787HYPERLINK\l_Toc205919.2.6服务器COSEM应用层服务PAGEREF_Toc20591101HYPERLINK\l_Toc87279.2.7COSEM应用层服务和服务参数总结PAGEREF_Toc8727108HYPERLINK\l_Toc236749.3COSEM应用层协议描述PAGEREF_Toc23674111HYPERLINK\l_Toc45859.3.1客户机端控制功能CF的状态定义PAGEREF_Toc4585112HYPERLINK\l_Toc112019.3.2服务器端CF的状态定义PAGEREF_Toc11201113HYPERLINK\l_Toc143329.3.3用于AA建立/释放的协议PAGEREF_Toc14332114HYPERLINK\l_Toc116349.3.3.2特殊AA的建立PAGEREF_Toc11634116HYPERLINK\l_Toc185109.3.3.3AARQ和AAREAPDUsPAGEREF_Toc18510116HYPERLINK\l_Toc268699.3.3.4组织用于AA建立的参数PAGEREF_Toc26869118HYPERLINK\l_Toc190679.3.3.5重复的COSEM-OPEN.request服务调用PAGEREF_Toc19067119HYPERLINK\l_Toc219929.3.3.6AA的释放PAGEREF_Toc21992119HYPERLINK\l_Toc297879.3.3.7注册的COSEM名PAGEREF_Toc29787122HYPERLINK\l_Toc94089.3.4数据通信协议PAGEREF_Toc9408126HYPERLINK\l_Toc180499.4COSEM数据类型定义PAGEREF_Toc18049138HYPERLINK\l_Toc15029.4.1COSEMAPDUsPAGEREF_Toc1502138HYPERLINK\l_Toc249889.4.2ACSEAPDUsPAGEREF_Toc24988140HYPERLINK\l_Toc107059.4.3有用的类型PAGEREF_Toc10705143HYPERLINK\l_Toc10439.4.4xDLMS-Initiate.request/response/ConfirmedServiceErrorPDUsPAGEREF_Toc1043150HYPERLINK\l_Toc197389.4.5一致性块PAGEREF_Toc19738151HYPERLINK\l_Toc228669.4.6用于数据通信的APDUs的定义PAGEREF_Toc22866153HYPERLINK\l_Toc293649.5xDLMS应用服务元素ASEPAGEREF_Toc29364160HYPERLINK\l_Toc206379.5.1引言PAGEREF_Toc20637160HYPERLINK\l_Toc194959.5.2DLMS一致性PAGEREF_Toc19495160HYPERLINK\l_Toc80419.5.3用于COSEM的DLMS扩展PAGEREF_Toc8041160HYPERLINK\l_Toc7579.6在不同的通信协议集中使用COSEM应用层PAGEREF_Toc757162HYPERLINK\l_Toc295759.6.1通信协议集特定的元素PAGEREF_Toc29575162HYPERLINK\l_Toc303659.6.2三层面向连接基于HDLC的通信协议集PAGEREF_Toc30365164HYPERLINK\l_Toc152749.7AARQ和AARE编码举例PAGEREF_Toc15274171HYPERLINK\l_Toc23432AARQ-apdu::=[APPLICATION0]IMPLICITSEQUENCEPAGEREF_Toc23432171HYPERLINK\l_Toc248429.7.1xDLMS-Initiate.requestPDU编码举例PAGEREF_Toc24842172HYPERLINK\l_Toc191069.7.2未使用ACSE安全机制的AARQAPDU编码举例PAGEREF_Toc19106173HYPERLINK\l_Toc253949.7.3使用低级别认证的AARQAPDU的编码举例PAGEREF_Toc25394175HYPERLINK\l_Toc36889.7.4使用高级别认证的AARQAPDU的编码举例PAGEREF_Toc3688176HYPERLINK\l_Toc39069.7.5AAREAPDU的编码举例(成功的情况)PAGEREF_Toc3906177HYPERLINK\l_Toc86259.7.6xDLMS-Initiate.responsePDU的编码举例PAGEREF_Toc8625177HYPERLINK\l_Toc56679.7.7未使用安全或使用低级别安全的AAREAPDU的编码举例PAGEREF_Toc5667179HYPERLINK\l_Toc136959.7.8使用高级别安全的AAREAPDU的编码举例PAGEREF_Toc13695181HYPERLINK\l_Toc85809.7.9AAREAPDU编码举例(失败情况1)PAGEREF_Toc8580183HYPERLINK\l_Toc324109.7.10AAREAPDU编码举例(失败情况2)PAGEREF_Toc32410185PAGE112前言1.1术语、定义与缩写AbbreviationExplanationAA应用联结ApplicationAssociationAARE应用联结响应ApplicationAssociationResponseAARQ应用联结请求ApplicationAssociationRequestACSE应用控制服务元素ApplicationControlServiceElementAE应用实体ApplicationEntityAP应用进程ApplicationProcessAPDU应用层协议数据单元ApplicationLayerProtocolDataUnitAPI应用编程接口ApplicationProgrammingInterfaceARP地址解析协议AddressResolutionProtocolASE应用服务元素ApplicationServiceElementASO应用服务对象ApplicationServiceObjectATM异步传输模式AsynchronousTransferModeA-XDR调整的扩展数据表示AdaptedExtendedDataRepresentationbase_name基名，对应于COSEM对象第一个属性(“逻辑名”)的短名BER基本编码BasicEncodingRulesCF控制功能ControlFunctionclass_id类标识Classidentificationcodeclient请求服务的站，通常为主站Astation,askingforservices.Normallythemasterstation.cnf.confirm服务原语CO面向连接的Connection-orientedCOSEM能源计量配套规范CompanionSpecificationforEnergyMeteringCOSEMInterfaceObjectCOSEM接口对象，是COSEM接口类的一个实例AninstanceofaCOSEMInterfaceClassCOSEM_on_IP基于TCP-UDP/IP的COSEM通信协议集TheTCP-UDP/IPbasedCOSEMcommunicationprofileDCE数据通信设备(通信接口或modem)DataCommunicationEquipment(communicationsinterfaceormodem)DCS数据采集系统DataCollectionSystemDISCDisconnect(aHDLCframetype)DLMS设备语言报文规范DeviceLanguageMessageSpecificationDM断开模式(一个HDLC帧类型)DisconnectedMode(aHDLCframetype)DPDU数据链路协议数据单元DataLinkProtocolDataUnitDSAP数据链路服务接入点DataLinkServiceAccessPointDSDU数据链路服务数据单元DataLinkServiceDataUnitDTE数据终端设备(计算机、终端或打印机)DataTerminalEquipment(computers,terminalsorprinters)FCS帧校验序列FrameCheckSequenceFDDI光纤分布式数据接口FibreDistributedDataInterfaceFRMR帧拒绝(一个HDLC帧类型)FrameReject(aHDLCframetype)FTP文件传输协议FileTransferProtocolGMTGreenwichMeanTimeGSMGlobalSystemforMobilecommunicationsHCS头校验序列HeaderCheckSequenceHDLC高级数据链路控制High-levelDataLinkControlHHU手持单元HandHeldUnitHLS高级别安全HighLevelSecurityHTTP超文本传输协议HypertextTransferProtocolI信息(一个HDLC帧类型)Information(aHDLCframetype)IC接口类InterfaceClassIETFInternetEngineeringTaskForce.ind.indication服务原语IP互联网协议InternetProtocolLAN局域网LocalAreaNetworkLLC逻辑链路控制(子层)LogicalLinkControl(Sub-layer)LLS低级别安全LowLevelSecurityLSAPLLC子层服务接入点LPDULLC协议数据单元LSB最低有效位LeastSignificantBitLSDULLC服务数据单元m强制mandatory,usedinconjunctionwithattributeandmethoddefinitionsMAC媒介访问控制(子层)MediumAccessControl(sub-layer)masterCentralstation-stationwhichtakestheinitiativeandcontrolsthedataflowMIB管理信息库ManagementInformationBaseMSAPMAC子层服务接入点(这里等同于HDLC地址)MSB最高有效位MostSignificantBitMSC消息序列图MessageSequenceChartMSDUMAC服务数据单元ServiceDataUnitNDM正常断开模式NormalDisconnectedModeNRM正常响应模式NormalResponseModeN(R)接收序列号ReceivesequenceNumberN(S)发送序列号SendsequenceNumbero可选项optional,usedinconjunctionwithattributeandmethoddefinitionsOBIS对象标识系统ObjectIdentificationSystemOSI开放系统互联OpenSystemInterconnectionPARPositiveAcknowledgementwithRetransmissionPDU协议数据单元ProtocoldataunitP/F查询/结束Poll/FinalPH物理层PhysicalLayerPHPDUPHPDUPHSDUPHSDUPSDU物理层服务数据单元PhysicallayerServiceDataUnitPSTNPublicSwitchedTelephoneNetworkPPP点对点协议Point-to-PointProtocolRARP反向地址解析协议ReverseAddressResolutionProtocol.req.request服务原语.res.response服务原语RLRE应用联结释放响应ApplicationAssociationReleaseResponseRLRQ应用联结释放请求ApplicationAssociationReleaseRequestRNR接收未就绪(一个HDLC帧类型)ReceiveNotReady(aHDLCframetype)RR接收就绪(一个HDLC帧类型)ReceiveReady(aHDLCframetype)SAP服务接入点ServiceAccessPointSDU服务数据单元ServiceDataUnitSNMP简单网络管理协议SimpleNetworkManagementProtocolSNRM置正常响应模式(一个HDLC帧类型)SetNormalResponseMode(aHDLCframetype)serverAstation,deliveringservices.Thetariffdevice(meter)isnormallytheserver,deliveringtherequestedvaluesorexecutingtherequestedtasks.slaveStationrespondingtorequestsofamasterstation.Thetariffdevice(meter)isnormallyaslavestation.TCP传输控制协议TransmissionControlProtocolTWA双向交替TwoWayAlternateUA无编号确认(一个HDLC帧类型)UnnumberedAcknowledge(aHDLCframetype)UDP用户数据报协议UserDatagramProtocolUI无编号信息(一个HDLC帧类型)UnnumberedInformation(aHDLCframetype)UNC不平衡工作正常响应模式类UnbalancedoperationNormalresponsemodeClassUSS无编号发送状态UnnumberedSendStatusVAA虚拟应用联结VirtualApplicationAssociationV(R)接收状态变量ReceivestateVariableV(S)发送状态变量SendstateVariableWPDU封装协议数据单元WrapperProtocolDataUnitxDLMS-ASE扩展的DLMS应用服务元素ExtendedDLMSApplicationServiceElement2范围IEC62056由相对独立的2个部分组成：数据模型和通信协议。数据模型(COSEM对象和数据标识)使用通用构件(COSEM接口类)来定义计量设备的复杂功能，它所定义的是计量仪表呈现在通信接口上的功能。这个模型并不涉及仪表内部与具体实现相关的内容。通信协议规定如何访问数据和进行数据交换。COSEM规范遵循如图1所示的三步：1：仪表建模-仪表模型和数据标识(数据模型)；2：消息映射-将模型映射为协议数据单元PDU；3：通信传输-将数据字节串通过信道传输。计量领域特定的接口对象由COSEM规范定义(IEC62056-6（2C）)；,d,d辑名(OBIS代码，IEC62056-61)来标识COSEM对象。可以通过应用层的消息服务来访问和使用COSEM对象的属性和方法；协议的低层(数据链路层、传输层和物理层)传输信息；应用层、数据链路层、传输层和物理层在本文中描述；符合性测试：参见DLMSUA1001-1规范“COSEM符合性测试过程”；术语解释见“IEC62056术语定义与缩写”。图1COSEM的三步方案：仪表建模-消息映射-通信传输3简介3.1COSEM通信框架3.1.1C/S类型的操作，通信协议集使用COSEM接口对象模型与计量设备进行的通信基于客户机/服务器(C/S)架构。通常计量设备作为服务器，响应客户机的请求，提供各种被请求的服务；数据采集主机为客户机，可以是手持单元HHU和各种抄表与管理应用系统主机等，向服务器请求需要的服务。这些服务是通过客户机和服务器应用进程(AP)间的消息交换(SERVICE.request/.responses)提供的，如图2所示。客户机应用SERVICE.requestSERVICE.response服务器应用(COSEM设备)图2COSEM中的客户机/服务器(C/S)通信架构由于客户机和服务器的应用进程处于不同的设备中，它们之间的消息交换需要依靠通信协议的支持来完成。如图3所示。图3通过通信协议进行消息交换通信协议通常是分层结构的，客户机和服务器的COSEM应用使用最高协议层即应用层的服务，因此应用层是唯一包含COSEM专属元素的协议层。这种COSEM专属元素称作xDLMS_ASE。所有与COSEM接口对象相关的服务——xDLMS应用协议，均由xDLMS_ASE提供。其它协议层独立于COSEM模型，因而COSEM应用层可以置于各种低层协议栈的顶部，如图4。图4各种低层协议栈顶部的COSEM应用层一个完整的协议栈，包括应用层、物理层和介于其间的所有协议层，称作一个通信协议集(communicationprofile)。一个通信协议集由其所包含的协议层、它们的参数、以及包含于应用层中的ACSE的类型(面向连接的，或无连接的)来表征。3.1.2面向连接(联结)的操作xDLMS应用协议是一个面向连接的协议，也就是说，客户机和服务器的应用进程只有在已经联结(应用联结可以认为是应用层次上的连接)的情况下才能使用xDLMS_ASE的服务。因此，一个通信会话由三个阶段组成：建立连接、数据通信、释放连接。如图5所示。客户机应用服务器应用阶段1：建立连接阶段2：数据通信阶段3：释放连接图5面向连接的环境中的一次完整的通信会话在DLMS/COSEM环境中，通过使用标准ACSE的联结请求/响应服务来建立应用联结(AA)。而对于一些很简单的设备、单向通信设备、以及多播和广播，也允许预先建立应用联结，对于这样的联结当然无需使用ACSE服务：完整的通信会话仅包含数据通信阶段(可以认为“建立连接”阶段已在过去某个时候完成)。3.2COSEM中的互操作性与互连性IEC62056试图以一个标准满足所有电能仪表与相关系统的应用要求，将兼容性、独立性、扩展性作为其实现目标。兼容性：要求不同厂商的产品能够相互兼容，新开发的产品与现存产品（库存产品和在使用产品）兼容；独立性：要求产品与通信介质和制造厂商无关，这就要求在各种应用、各种介质的通信系统中不同厂商的产品都能和客户端系统进行互操作；扩展性：要求能够对现存系统很容易地进行扩展，这就要求产品具备即插即用特性，从而降低投资减少系统配置开销。在COSEM环境中，服务器与客户机应用进程之间的互操作性和互连性是仪表数据交换的基础也是产品兼容性、独立性、可扩展性的保证。互操作性是针对应用层面而言的，而互连性则是针对协议层面而言的。为了使一个服务器和客户机之间具有互操作性，必须保证双方处于相同的应用联结环境中，可以使用COSEM应用层中标准的面向连接的ACSE服务协商建立应用联结，一旦应用联结建立以后双方即在约定好的联结环境中进行数据交换。约定的联结环境包括认证机制、可用的xDLMS服务以及其它参数等。一个客户机可以和一个服务器建立应用联结，也可以和多个具有不同应用上下文环境即具有不同的认证机制、不完全相同的xDLMS服务等的不同服务器建立应用联结，例如一个客户机可以与一个具有短名（SN）引用的xDLMS环境的服务器建立应用联结，同时与另一个具有逻辑名（LN）引用的xDLMS环境的服务器建立应用联结，这两个服务器均可以与客户机进行互操作。为了能够进行数据交换，服务器与客户机的应用进程之间还要能够互连并处于互连状态。在建立应用联结之前，服务器与客户机的应用进程之间必须已经互连，这要求需要连接的各个对等的协议层之间均处于连接状态。原理上，只要双方使用同样的通信协议集就能够实现互连，在COSEM中，提供了协议识别服务来保证这种互连性的实现。3.3互连性的保证：协议识别服务服务器与客户机之间的应用联结总是由客户机发起建立，但有时客户机应用进程并不知道某个未知服务器所使用的通信协议集，例如在系统中新安装了一个仪表，这时客户机必须获得关于该仪表（服务器）所实现的通信协议集的信息。COSEM应用层协议识别服务提供了实现这一目的的手段，这是一个可选的应用层服务，它可以使客户机在建立物理连接之后获得相应服务器中所实现的协议集的有关信息。协议识别服务直接使用物理层的数据通信服务，而旁路掉协议的其余部分，这是协议识别服务能够得以实现的前提条件。协议识别服务是一个可选服务，不是必须的。识别服务应是物理连接建立后的第一个服务。只能由抄表主站发起。本系统中采用的协议识别请求为一个字节（0x20），集中器的响应为4个字节（0x000x040x010x00）。服务端在物理连接建立之后，若接收到的第一段数据长度小于3，则进入协议识别检测状态，若该数据长度为1，且为0x20，则认为该段数据为协议识别数据。若长度为2，且第一个字节为0x20，则丢弃数据，依然停留在物理连接建立后的初始阶段，对下一段数据仍然进行协议识别检测。若长度大于3，跳过协议识别阶段。协议识别服务后（其后就不再对其进行协议识别），进入数据通信阶段。4仪表数据交换架构4.1引言该部分介绍基于DLMS/COSEM的计量设备和数据采集系统(DCS)的简化模型，并简要介绍使用基于DLMS/COSEM的系统如何满足市场在数据交换方面的需求。4.2应用模型DLMS/COSEM将计量设备模型化为一个物理设备中的一系列逻辑设备，每个逻辑设备包含该计量设备呈现在通信接口上的一个功能子集，而各种功能则用COSEM接口对象来建模。数据采集系统被模型化为一系列的应用进程，每个应用进程可能具有不同的功能角色和访问权限（由计量设备授予的）。注：各应用进程可以运行于一个或几个物理设备中计量设备：服务器逻辑设备#01管理逻辑设备COSEM对象逻辑设备#02COSEM对象逻辑设备#03COSEM对象数据采集系统：客户机应用进程#01公共客户机应用进程#02应用进程#03图6数据采集系统和计量设备的DLMS/COSEM应用模型上图中，公共客户机应用进程和管理逻辑设备具有特殊作用，它们是必须的，而其它的应用进程和逻辑设备则可以依据具体实现情况选用。4.3通信模型数据采集系统与计量设备间的数据交换是基于C/S模式的，客户机向服务器请求需要的服务，服务器则提供其具备的各种服务。一个客户机可以与一个或多个服务器同时交换数据；一个服务器也可以与一个或多个客户机同时交换数据。服务器之间不能互相交换数据。注：一个物理设备中的逻辑设备之间也许能够进行数据交换，同样地，一个客户机的应用进程间或不同客户机的应用进程间的数据交换也是可能的，但这些数据交换不属于本标准所要讨论的范围。图7DLMS/COSEM中的通信协议集模型DLMS/COSEM采用分层通信协议，每层都为其上层提供服务并使用其支撑层的服务。分层的数目和类型则因所用的通信媒介而异。顶层是COSEM应用层，向COSEM应用进程(AP)提供服务。给定一套协议层，用COSEM应用层作顶层，就组成了一个COSEM通信协议集。一个设备可以支持多个通信协议集，使得利用各种媒介进行数据交换成为可能，至于要用哪个通信协议集则由客户端AP决定。目前规范了以下通信协议集：3层面向连接的基于HDLC的通信协议集。包括COSEM应用层、基于HDLC的数据链路层和用于面向连接的异步数据交换的物理层。它支持遵循IEC62056-21的光端口或电端口本地数据交换、租用线路、PSTN或GSM电话网络。基于TCP-UDP/IP的通信协议集。这些通信协议集支持基于各种物理媒介的互联网数据交换，如以太网、ISDN、GPRS、PSTN或使用PPP的GSM等等。在这些通信协议集中，COSEM应用层由COSEM传输层支持，包括协议封装和互联网TCP或UDP协议。低层协议可以根据所用媒介来选择，因为TCP-UDP层会隐藏它们的特殊性。可以很容易的开发出支持其它媒介的通信协议集，如：(1)双绞线：a)采用基带信号方式(MBus、prEN13757-2)；b)采用载波信号方式(EURIDIS、IEC62056-31)。(2)电力线载波(PLC)。在DLMS/COSEM中，应用层的数据交换总是面向连接的：为了能够进行应用数据交换，必须在客户机AP与服务器逻辑设备间建立一个应用层的连接，称作应用联结(AA)。这是应用层中面向连接的ACSE的任务。在发起建立一个AA之前，客户机和服务器端协议栈的对等物理层之间必须已经连接，而中间协议层则不一定，每个需要连接的协议层可以支持一个或同时支持多个连接。一旦需要的AA已经建立，就可以进行应用数据交换了，数据交换是通过访问COSEM接口对象的属性和方法来进行的，这是xDLMS-ASE的任务。数据交换结束后，必须释放AA。4.4DLMS/COSEM服务器模型图8中左边的计量设备包含n个逻辑设备，使用3层面向连接的基于HDLC的通信协议集。COSEM应用层由基于HDLC的数据链路层支持，其主要作用是提供对等层间的可靠数据传输，同时提供对逻辑设备的寻址，具体的寻址方式是：每个逻辑设备绑定到一个HDLC地址，而管理逻辑设备总是绑定到HDLC地址0x01。为了允许创建LAN以便位于给定计量站点的几个计量设备能够通过一个接入点来访问，数据链路层还提供了另一个地址：物理地址。逻辑设备地址也称作高HDLC地址，而物理设备地址也称作低HDLC地址。支持数据链路层的物理层提供客户机和服务器物理设备间的串行比特流传送，允许使用各种接口，如RS232、RS485、20mA电流环等等，通过PSTN和GSM网络等传送数据。图8中右边的计量设备包含m个逻辑设备，使用基于TCP-UDP/IP的通信协议集，COSEM应用层由COSEM传输层支持，包括互联网TCP或UDP层和一个协议封装单元。协议封装单元的主要作用是将COSEM应用层提供的OSI类型的服务集变换为TCP和UDP功能调用，或反之将TCP和UDP功能调用变换为OSI类型的服务集提供给COSEM应用层。它还提供逻辑设备的寻址，将它们绑定到一个服务接入点(SAP)，称作协议封装端口，而管理逻辑设备总是被绑定到协议封装端口0x01。协议封装单元还提供关于传送的APDU长度信息，以便对等层识别APDU的结束，TCP的流特性使得这一点显得很必要。通过这个协议封装单元，COSEM应用层被绑定到一个TCP或UDP端口号，它将用于DLMS/COSEM协议和应用。TCP和UDP层的使用使得集成其它的互联网应用(如FTP或HTTP)成为可能，只要分别绑定到各自的标准端口就行了。TCP层由IP层支持，而IP层则可以由任意的低层协议集提供支持，这依所用的通信媒介而定(例如：以太网、PPP、IEEE802等等)。图8DLMS/COSEM服务器模型显然，在一个服务器中可以实现几个通信协议集，由不同的低层协议集来对共同的COSEM应用层提供支持。这就允许服务器通过各种不同的通信媒介与不同应用联结的客户机交换数据，其结构与下面介绍的DLMS/COSEM客户机模型相似。4.5DLMS/COSEM客户机模型在这个模型中，COSEM应用层要么由基于HDLC的数据链路层提供支持，要么由COSEM传输层提供支持，由AP决定。与服务器端不同的是，HDLC层只提供一级寻址，即每个AP的SAP。客户机AP和服务器的逻辑设备均由它们的SAP来标识，因此，客户机和服务器AP间的AA可以由一对SAP(客户机SAP和服务器SAP)来标识。COSEM应用层有可能支持一个或同时支持多个应用联结。同样，低层有可能支持与对等层间的多个连接。这意味着客户机和服务器间能够同时经由不同的端口和通信媒介进行数据交换。图9使用多协议栈的DLMS/COSEM客户机模型4.6DLMS/COSEM数据采集系统模型图10中的计量站点1的计量设备使用基于TCP-UDP/IP的通信协议集，并且连接到以太局域网LAN，另外还安装了一个本地数据采集系统(DCS)。每个物理设备有自己的IP地址，计量站点的入口与LAN的入口相同。可以通过互联网远程访问仪表，也可以通过本地DCS或HHU在本地访问仪表。在光口上，计量设备可以使用3层面向连接的基于HDLC的通信协议集或采用PPP的基于TCP-UDP/IP的通信协议集来通信。在计量站点2的计量设备使用3层CO基于HDLC的通信协议集。为了能够通过一个WAN接入点来访问仪表，它们连接至一个总线如RS485。LAN中物理设备的地址由其低HDLC地址提供。由于RS485没有提供处理总线碰撞的协议，客户机只能一个一个地与LAN中的服务器交换数据，也即总线仲裁的任务由客户机执行。LAN的接入点是一个具有RS485接口的调制解调器，其地址由WAN提供(可以是PSTN或GSM电话网)。对于本地数据交换，可以使用一个便携DCS直接连接到RS485总线上。这种情况下，在本地数据采集通信期间，不能进行远程访问。与计量站点1一样，可以用HHU进行直接本地数据交换。也可以采用其它的LAN类型，如：MBus(prEN13757-2)、Euridis(IEC62056-31)、PLC。图中的2个远程采集系统是一致的，它们都可以经由互联网或PSTN/GSMWAN访问2个计量站点。运行客户机AP的物理设备的地址由WAN提供。AP地址仅标识客户机类型，例如，地址0x10是每个DCS中公共客户机的地址。图10DLMS/COSEM仪表数据采集系统模型尽管在C/S环境中的数据交换通常由客户机发起，但DLMS/COSEM扩展了一种非C/S方式的通信服务：“突发事件报告服务”。其目的是为了使仪表（服务器）能够在未被请求的情况下主动向主站（客户机）上报突发事件，如新安装仪表、电源故障及各种报警信息等。4.7访问需求DLMS/COSEM满足下列数据交换的访问需求：允许多方(多个数据采集系统DCSs)访问计量数据；允许与一个计量站点的一个或多个计量设备交换数据；在一个计量站点有多个计量设备的情况下，可以使用一个接入点；可以与计量设备进行远程或本地数据交换；依据计量设备的资源情况(资源允许的话)，本地和远程数据交换可以互不干扰地同时进行；可以在LAN和WAN中使用各种通信媒介；提供了认证机制来控制对数据的访问，这些机制由COSEM应用层和接口对象(联结对象)实现；支持便捷的系统集成和表计的使用部署；提供了从已有系统向DLMS/COSEM系统移植过渡的途径。确保满足以上需求的关键是COSEM应用层提供的应用联结。详见“COSEM接口类”中的有关内容。4.8系统集成和表计安装如图8所示，每个客户机系统中都必须有一个公共客户机(绑定到地址0x10)，其主要作用是获取未知计量设备(例如新安装的表计)的内部结构。这一过程是在公共客户机和管理逻辑设备间必须的应用联结中以非保密方式进行的。一旦知道了表计的内部结构，就可以用适当的认证机制来访问其数据。当在系统中安装一个新表计时，它会向客户机发送一个事件报告。客户机一旦检测到这一事件报告，便可读取表计的内部结构，并将必要的配置信息(例如费率表和特定的安装参数)下载到表计中。这时的表计就可以正常使用了。DLMS/COSEM符合性测试也保证了系统集成的能力，通过测试和认证手段确保标准规范在计量设备中被正确地实现。4.9系统的移植过渡至今，已有大量基于原有协议的DCS，例如IEC61107(原IEC1107)。显然，提供一个移植过渡途径是非常必要的。DLMS/COSEM通过向IEC61107中添加一个新协议模式E成为IEC62056-21标准。这样，在开始序列中，仪表(服务器)可以向HHU(客户机)建议使用高级模式E，如果HHU认可，它们将使用3层CO基于HDLC的协议继续以后的数据交换，此时的信息交换是使用COSEM对象模型进行的。否则，数据交换将在常规模式C中继续(功能可能受限)。5用于面向连接异步数据交换的物理层服务和规程5.1引言物理层提供数据终端设备(DTE)与数据通信设备(DCE)之间的接口，见图12。图11是一个通过广域网，例如PSTN，进行数据交换的典型的通信配置。图11典型的PSTN通信配置图12物理层所处的位置对于本地数据交换，2个DTE可以通过适当的连接直接相连。为了允许使用各种通信媒介，本标准没有规定物理层的信号及其特性，但作了以下假设：通信是点对点或点对多点；半双工和全双工连接都可以；异步传输：1个启始位、8个数据位、无校验、1个停止位(8N1)。本文定义物理层提供给对等层和上层的服务，以及物理层的协议。5.2服务5.2.1服务清单1、连接建立/释放相关的服务PH-CONNECT.request/PH-CONNECT.indication/PH-CONNECT.confirmPH-ABORT.request/PH-ABORT.confirm/PH-ABORT.indication2、数据通信服务PH-DATA.request/PH-DATA.indication3、协议层管理服务除了上述的服务以外，还需要一些其它的物理层服务，它们是由协议层管理进程(应用进程的一部分)使用的或者是提供给协议层管理进程的。下面给出一些例子：PH-INITIALIZE.request/PH-INITIALIZE.confirmPH-GET_VALUE.request/PH-GET_VALUE.confirmPH-SET_VALUE.request/PH-SET_VALUE.confirmPH-LM_EVENT.indication由于这些服务仅具有局部重要性，它们的定义不属于本标准的范围。5.2.2服务的使用图13表示了不同的服务使用者是如何使用物理层服务原语的。应用协议层管理进程应用进程AP物理连接管理器ASO服务AL管理服务应用层ALPH-CONNECT.req/.cnf/.indPH-ABORT.req/.cnf/.indPH-DATA.req/.indCONNECT/DISCONNECT协议及数据相关服务DL管理服务PH管理服务数据链路层DLPH-DATA.req/.indPH-ABORT.ind物理层PH图13COSEM三层面向连接的协议集的协议层服务如图所示，连接建立/释放服务由物理连接管理器AP使用和提供，而不是相邻的上层-数据链路层。其原因在5.3.3.1中解释。5.2.3服务定义5.2.3.1PH-CONNECT.request在COSEM环境中，由物理连接管理器AP调用该原语请求建立一个与远程设备间物理连接。PH-CONNECT.request(PhConnType,PhConnReqParams)PhConnType参数定义所请求连接的类型，例如直接连接、PSTNmodem连接等等。本标准未规定该参数的数据类型和/或值，因为仅具有局部重要性。PhConnReqParams参数的结构和内容因PhConnType参数值而异。例如，使用PSTN连接时，它包含远方站的电话号码等。与PhConnType参数相似，PhConnReqParams参数包含与具体实现相关的数据，该参数的数据类型/值未在本标准中规定。PH实体收到该原语后将执行所需操作，例如，拨特定的电话号码以建立与对等的PH实体间的物理连接。5.4给出了使用智能Hayesmodem时这些操作的例子。5.2.3.2PH-CONNECT.indicationPH-CONNECT.indication()PH实体用PH-CONNECT.indication原语向服务使用者实体指示远方设备请求的与本地物理层间的物理连接已经建立。5.2.3.3PH-CONNECT.confirmPH-CONNECT.confirm(Result,PhConnCnfParams)Result参数指示请求建立的物理连接是否成功。PhConnCnfParams参数的结构和值依相应当前确认的CONNECTION.request服务中的物理连接类型而定。例如，在使用PSTN连接时，它可能包含已建立的连接(V22,baud-rate,etc.)的参数。Result或PhConnCnfParams参数的数据类型和值未在本标准中规定。如果由于本地错误而不能建立连接，例如电话线不可用，则PH-CONNECT.confirm服务在本地产生。5.2.3.4PH-ABORT.requestPH-ABORT.request()5.1.3