一种基于扩展IEC60870‑5‑104协议的配网通信优化方法与流程

本发明涉及扩展IEC60870-5-104协议通信优化方法，该方法基于IEC60870标准，提出一种基于扩展IEC61850-5-104协议的配电网通信优化，属于电力系统及其自动化领域。

背景技术：

随着配网自动化程度不断提高，配电终端与配电主站的信息交互变得越来越频繁。现有的通信方式中多采用IEC 60870-5-101/104协议，其中101规约采用串行通信方式，104规约采用以太网TCP/IP通信方式，这两种协议主要针对已知设备进行连接，并且只能发送状态、采样、控制等数据信息，对于信息的描述没有涉及。现有方案是通过IEC 60870-5-104规约扩展的方案实现描述信息的传输。通过参考104规约的报文格式，设计用于传输装置描述信息的报文，实现配电终端装置的自描述功能。

在变电站中，各厂家的设备按照不同的通信协议制造，导致设备之间的交互性比较差、系统相当不稳定，IEC61850标准就应运而生，它已成为变电站自动化系统中标准的通信协议，为实现不同厂家的设备之间实现良好的交互性提供了有力的保障。IEC61850标准主要是由以下几个部分组成：

a.信息模型：它采用面向对象的统一建模技术，为了描述对象的特征，实现对象功能的具体划分，而建立的相应模型。

b.抽象通信服务接口(ACSI)：它仅是一个虚拟接口，抽象地描述了设备和系统之间信息交互的方式，但没论述具体如何实现。

c.特定通信服务映射(SCSM)：它通过通信网络的具体操作来实现ACSI所描述的服务。

d.变电站配置描述语言(SCL)：它把智能电子设备(IED)的配置信息发布给整个通信系统，同时把整个系统的配置信息告知IED的配置工具，整个配置过程涉及到ICD、SSD、SCD和CID四类文件。

目前，在配电自动化系统中，很多专家学者对IEC60870-5-104进行应用研究，IEC60870-5-104非常适合实时数据的传输但不支持模型信息的传输，进而提出扩展104协议使之能够传输模型信息，但是针对扩展IEC60870-5-104协议通信过多占用内存和带宽问题并没有提供解决方案，这是配电网自动化工作中亟待改进的环节。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于扩展IEC60870-5-104协议的配网通信优化方法，促使规约统一，减少规约转换工作，加强配电网建设。

为了实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：一种基于扩展IEC60870-5-104协议的配网通信优化方法，具体步骤如下：

步骤一、抽象通信服务接口ACSI客户端根据相应的需求建立抽象服务；

步骤二、特定通信服务映射SCSM根据ACSI描述的服务，自动生成以XML为基础的扩展104文件；

步骤三、判断104文件的大小，若文超过256个字节，则启用Huffman-LZMA压缩模块，反之，则正常通信。

步骤四、ACSI服务器端获取104文件，判断104文件是否经过压缩，是则启用Huffman-LZMA解压模块，反之，则正常通信；

步骤五、ACSI服务器端根据请求参数执行相关服务操作。

进一步的，步骤三中，所述Huffman-LZMA压缩模块具体如下：首先提取104文件的XML文档，接着将XML文档进行划分成元素集合，然后依据字符频率建立对应的字典；对元素编码，形成码表，按照码表字符换成相应的编码，从而得到字节组文件；最后启动LZMA压缩模块对编码后的文件压缩，将压缩文件存入待传输的数据库中，之后发送给服务器端。

进一步的，步骤四中，所述Huffman-LZMA解压模块具体如下：从104文件中提取XML压缩文档，启动LZMA解压缩模块，解压的字节组文件根据已知的码表将编码译成对应的字符，按照<字符，频率>字典建立XML元素集合,还原XML文档。

进一步的，步骤一中，配电网中抽象通信服务接口ACSI是一个概念性的接口，因此ACSI客户端在相应的需求下建立的是抽象服务，包括数据的更新和遥控操作。

进一步的，步骤二中，特定通信服务映射SCSM根据抽象通信服务接口ACSI所描述的服务，利用具体的通信网络，自动生成扩展的以XML为基础的104文件。

进一步的，步骤五中，ACSI服务器端的SCSM会根据104文件中具体的请求参数通过具体的通信网络，调用相关应用程序执行服务操作。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：本发明提供配网通信优化的方法，实现了配电网中的经扩展的104文件能够以适当的大小进行信息交互，不过多的占用通信网络的带宽和内存，提高配电终端信息模型的传输效率。将Huffman-LZMA算法即Huffman编码和LZMA压缩对104文件的选择性处理，实现了节省网络带宽和内存的节省，利于设备的即插即用和配网的正常通信。

附图说明

图1为Huffman-LZMA压缩/解压缩过程；

图2为自适应Huffman-LZMA压缩。

具体实施方式

下面结合附图对本方案的实施方式做进一步详细说说明。

本发明提出一种基于扩展IEC60870-5-104标准的配网通信优化方法。ACSI客户端根据相应的需求建立抽象服务，包括数据更新和遥控操作等。SCSM是特定通信服务映射，根据抽象通信服务接口(ACSI)所描述的服务，利用具体的通信网络，自动生成以XML为基础的扩展104文件。对产生的104文件进行预处理即扫描104文件的大小，如果发现104文档携带信息量过大，启用Huffman-LZMA压缩机制，降低104文件在网络带宽和内存的占用。反之，则正常通信。ACSI服务器端获取104文件，同时对收到的104文件进行检测，如果发现此消息是经过压缩的，则启用Huffman-LZMA解压模块，反之，正常通信。ACSI服务器端的SCSM会根据104文件中具体的请求参数通过具体的通信网络，调用相关的应用程序执行服务操作。

为了增强配电网中的功能，应采用Huffman-LZMA算法对104文件选择性压缩处理。下面对Huffman-LZMA应用于104文件压缩展开详细具体的说明。

(1)在实际配电网中，抽象通信服务接口(ACSI)是一个概念性的接口，它会根据相应的需求建立抽象服务，譬如当数据定时更新或者主动更新以及遥控操作时，无法具体去完成它所描述的服务。

(2)抽象通信服务接口(ACSI)所描述的服务是由特定通信服务映射(SCSM)利用具体的网络去实现，SCSM通过具体的网络调用相关的应用程序，生成104文件。该消息包含关于服务的请求参数。

(3)由于104文件以XML文档为基础通信，实际上可能产生较大的数据传输量造成网络带宽和内存被过多的占用，在其传输前对104文件进行预处理，检测104文件是否超过256个字节，若过大则启用压缩机制，首先提取104文件的XML文档，接着将XML文档进行划分成元素集合，然后依据字符频率建立对应的字典。对元素编码，形成码表，按照码表字符换成相应的编码，从而得到字节组文件。最后启动LZMA压缩模块对编码后的文件压缩，将压缩文件存入待传输的数据库中，之后发送给服务器端。

(4)ACSI服务器端收到请求后获取104文件。从104文件中提取XML压缩文档，启动LZMA解压缩模块，解压的字节组文件根据已知的码表将编码译成对应的字符，按照<字符，频率>字典建立XML元素集合,还原XML文档。

(5)ACSI服务器端的SCSM会根据104文件中具体的请求参数通过具体的通信网络，调用相关应用程序执行服务操作。

综上所述，本发明利用Huffman-LZMA压缩/解压缩算法，将配网扩展的104文件的XML文档进行压缩/解压缩，并发明了在配电网中选择性地压缩/解压缩XML文件，利于设备的即插即用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。