DL Z 790.55-2004 采用配电线载波的配电自动化.第5-5部分 低层协议集.快速跳频扩频通信(SS-FFH)协议.pdf

1、ICS 27.100 F 21 备案号：14609-2004中华人民共和国电力行业标准化指导性技术文件DL I Z 790.55 - 2004 /IEC TS 61334-5-5 : 2001 采用配电线载波的配电自动化第5-5部分：低层协议集快速跳频扩频通信（SS-FFH）协议Distribution automation using distribution line carrier system Part 5-5: Lower layer profilers-Spread spectrum-fast frequency hopping (SS-FFH) profile ( IEC TS

2、61334-5-5: 2001, IDT) 2004-10-20发布2005-04-01实施中华人民共和国国家发展和改革委员会发布DL/Z 790.55一2004 目次前言.II 引言.111 1 范围.2 规范性引用文件.3 缩略语和定义.4物理层25 介质访问控制CMAC）子层. 8 DL I Z 790.55 - 2004 目lj亩随着我国城乡电网改造事业的发展，对配电自动化的要求巳日益迫切。与传输配电自动化信息的其他通信方式相比，配电线载波可以降低建设投资和运行费用，便于管理，是一种经济实用的通信方式。但配电网结构复杂，信号传输衰减大，采用配电线载波在技术上有一定难度。国外在20世纪7

3、0年代开展了这方面的研究工作，有相关产品问世。我国在20世纪90年代也开展了这方面工作，在一些城市进行了试点。从1995年起，国际电工委员会陆续发布了IEC61334系列的国际标准、技术报告或技术规范，对我国这方面工作的开展有很好的指导作用。我们将这些文件采用为我国电力行业标准DL790采用配电线载波的配电自动化，以便和国际接轨。DL790是一个标准文件系列，包括标准和标准化指导性技术文件，共有以下20部分：第1-1部分：总则配电自动化系统的体系结构第1-2部分：总则制订规范的导则第1-4部分：总则中低压配电线载波传输参数第3-1部分：配电线载波信号传输要求频带和输出电平第3-21部分：配电线

4、载波信号传输要求中压绝缘电容型相相结合设备第3-22部分：配电线载波信号传输要求中压相地和注入式屏蔽地结合设备第4-1部分：数据通信协议通信系统参考模型第4-32部分：数据通信协议数据链路层逻辑链路控制CLLC）无连接协议第4-33部分：数据通信协议数据链路层逻辑链路控制CLLC）面向连接的协议第4-41部分：数据通信协议应用协议配电线报文规范第4-42部分：数据通信协议应用协议应用层第4-511部分：数据通信协议系统管理CIASE协议第4-512部分：数据通信协议采用61334-5-1协议集的系统管理信息库MIB第4-61部分：数据通信协议网络层无连接协议第51部分：低层协议集扩频型移频键控

5、CS-FSK）协议第5-2部分：低层协议集移频键控CFSK）协议第5-3部分z低层协议集自适应宽带扩频CSS-AW）协议第5-4部分：低层协议集多载波调制CMCM）协议第5-5部分z低层协议集快速跳频扩频通信CSS-FFH）协议第6部分：A-XDR编码规则本部分等同采用技术规范IECTS 61334-5-5 : 2001采用配电线载波的配电自动化第5-5部分：快速跳频扩频通信CSS-FFH）协议（英文版）。n 本部分由中国电力企业联合会提出。本部分由全国电力系统控制及其通信标准化技术委员会归口并负责解释。本部分起草单位：中国电力科学研究院。本部分参加起草单位：国电自动化研究院。本部分主要起草人

6、：周昭茂、邵源、陈道元、许勇刚、江晓岩。本指导性技术文件仅供参考，有关对本指导性技术文件的建议和意见向标准化行政主管部门反映。DL/Z 790.55一一2004引DL790的本部分描述了一种物理层调制方式。相对于DUZ790.51和DUZ790.52中定义的S-FSK与FSK调制方式说来，它是一种新的技术。本部分叙述的SS-FFH协议基本上体现了扩频调制技术。它的主要优点是可靠性很高及电磁兼容性有改进，且没有原来扩频技术的频带过宽和难于实现的缺点。本协议对物理层的规定包括传输方式以及物理层与介质访问子层实体提供的服务。III 采用配电线载波的配电自动化第5-5部分：低层协议集DL/ Z 790

7、.55一2004 快速跳频扩频通信CSS-FFH）协议1 范围本部分规定了用于配MAC子层实体提供的原、本部分适用于配参考模型CidtDL厅790.43逻辑链路控制itlfH）的要求，包括物理层和条款。凡是驻日期的引用文件，其随用于本部分，然而，假励根据本部分达不注日期的引朝文帖，其最新版本适1篇：通信系统协议数据链路层发射电平，频带飞E采用异步F步转换方法的差错过程3 缩略语和定义下列缩略语和定义3.1 缩略语DA DLC FFH LV Low Voltage MAC,M,MA Medium Access Control 岛fPOU MAC Layer Protocol Data Unit

8、MAC子层协议数据单元M SOU MAC Layer Service Data Unit MAC子层服务数据单元MV Medium Voltage 中压P POU Physical Layer Protocol Data Unit 物理层协议数据单元p sou Physical Layer Service Data Unit 物理层服务数据单元SC Service_class 服务类型sou Service Data Unit 服务数据单元SS Spread Spectrum 扩频1 DL I Z 790.55 - 2004 3.2 定义3.2.1 码片chip有限时段内的正弦载波信号。本协议

9、以四个码片的序列组成一个符号。3.2.2 域domain一个配电线载波CDLC）通信网的逻辑段。3.2.3 跳数hops主站和一个特定站间通信所需的中继转发数目。3.2.4 前导码preamble 为实现同步而加在数据帧之前的调制信号序列。3.2.5 中继转发routing repetition 由于源站不能与目的站直接联系，重新发送一个己修改地址域的PDU。中继转发过程只与协议信息域有关，由MAC子层控制。3.2.6 符号symbol在本协议中，符号为以2个传输比特编码的调制信号。4 物理层4.1 目的本章详述了MAC子层通过低压配电网与对等的MAC子层实体之间数据帧的传输方法，也规定了物理

10、层和MAC子层间逻辑接口的要求。4.2 电特性物理层和作为传输介质的低压配电线直接接口。配电网的电特性是交流220/230V,50/60Hz。与配电网的祸合可通过单相或三相实现。4.3 调制原理调制方式采用快速跳频的扩频通信CSS-FFH）方式。SS-FFH的调制信号由持续时间旦有限及频率不同（元，i=l,. M）的正弦载波信号组成。每种载波频率的信号称为码片。孔的倒数称为码片速率Rco一个信息符号由码片序列编码构成，见图1。时间图1SS-FFH符号的码片序列CM=3)每种频率在每个序列中仅使用一次，因此按这方式编码的符号有M种。图2是M=4的示例，也表示了符号如何映射为两个比特的码型。2 D

11、L I Z 790.55 - 2004 符号比特映射码片l码片2码片3码片4S1 。f1 f3 S2 01 f2 t句 f1 S3 10 f f1 S4 11 f4 f1 f2 图2用码片序列表示的信息符号编码如对应于M种不同符号编码的最大比特数为lct(M），则数据速率儿，码片速率Re和比特数（M)的关系是：R0=RclM lct (M) 这种将信息通过多载波加以扩展的方法优点比较突出。首先，符号检测仅用一个载波进行，使SSFFH具有很强的抗扰能力。其次，信号能量不限定在窄频段里，使有关电磁干扰EMI的规定容易达到。SS-FFH是一种独特的扩频系统，没有同步系统复杂和实现成本高等缺点。4.4

12、 接收原理解调和符号检测采用软判决算法。这意味着一个符号的每个码片的存在或不存在的准模拟值都被用于检测。接收的解调符号由4个不同频率（j址，的的序列码片组成，对连续的码片（k=l. 4）进行检测，接收器对被检测信号4求和，存在四种可能：DS I =d, I +d22+d33+d44 DS2=d21+d32+d43+d14 DS3=d31 +d42+d13+d24 DS4=d41+d12+d23+d34 最后，选择最大的求和值DS，作为符号i。注：接收器的实际实现方法对相互操作能力没有影响。4.5 同步4.5.1 比特定时基本定时单元是：!B=l/ （协）式中：A表示电源频率，例如50Hz或60

13、Hz。短间隔的比特定时可以通过基本单元分隔产生。而基本定时单元本身是将某一相的两个电压过零点之间的时间周期一分为二产生的。基本定时单元的起始点由基本定时标志界定。采用这种方法可以保证使一个三相低压配电网上任一发送站和接收站的基本定时单元实现同步。注1:对于本部分考虑的数据速率和传输距离说来，信号传输时延可以忽略。注2：过零点和引入的基本定时标志间的固定相移不影响同步。该相移不应随时间改变，在整个系统中应为常量。4.5.2 码片同步码片序列的起始点由上述比特定时区分。符号速率凡是给定码片速率Re的整数倍：4.5.3 帧同步Rs=K Re 帧同步通过位于数据帧前面的前导码实现。前导码由预定义的8个

14、符号组成。精确检测前导码对于一个性能好的系统是必需的，应符合以下两原则：a）前导码的码片速率较数据的码片速率低很多：b）前导码的检测采用软判决算法。注：前导码的实际检测算法不影响兼容性。3 DL I Z 790.55 - 2004 下列二进制序列用作前导码：句，bn3 nu- nu- -93 llEd且特一号比一符S2 S4 S1 。Io I o S4 。o I o 前导码的码片速率建议为数据的码片速率的一半，使每个前导码符号的传输能量达到数据符号的两倍。4.5.4 增强型比特同步通过增加适合码片定时细调的前导码序列来增强同步能力。4.6 频率选择在9kHz到95.kHz频段内，2.4kHz任

15、何倍数的频率都可以选用。由于低频段有较强的干扰，最好使用该频段的上端。建议使用52.8世Iz、62.4旺Iz、72.kHz和86.4挝Iz等频率。4.7 物理层帧封装每个物理层数据帧CP_PDU）由物理层数据单元CP_SDU）和一个前导码（见4.5.3）组成。表1P_PDU域和速率巳SDU26个8位位组Re 为使前导码检测算法易于进行，将数据单元P_SDU的第一个符号的时间间隔延长到和前导码符号相等。这样，P_SDU的结构如下（见图3): 固3实际P_PDU示意图4.8 符号、比特和字节的编码一个字节由4个符号的序列组成，每个符号包含2个比特。一个字节最低端（最右侧）的双比特(dibit）先发

16、送。4.9 主要参数为达到兼容性要求，物理层参数值应一致，建议如下：信号频率：52.8.kHz, 62.4.kHz, 72.kHz和86.4.kHz前导码符号数：8个前导码码片速率：1200 chip/s 前导码序列：1001011101100011 数据符号数：13个数据码片速率：2400 chip/s 总比特传输速率：1200 bit/s 过零点与基本定时标记间的相移：90。发送信号电压的幅值应符合IEC6100。一3-8的规定。配电网在信号频率点的输入阻抗对信号的实际发送功率有很大影响。对于典型的系统，在小于10-10Q的阻抗范围内，电压幅值应保持稳定。4.10 物理层数据服务物理层数据

17、服务原语用于MAC子层与对等MAC子层之间M_PDU的发送和接收。下面是三个基本服务原语：a) P _Data_request （数据请求）：4 DL I Z 790.55 - 2004 b) P _Data.confirm （数据确认）：c) P _Data.indication （数据指示）。4.10.1 接口的数据单元物理层的数据单元原语是P_SDU。每个P_SDU的长度固定为26个字节。4.10. 2 P _Data.request 4.10.2.1 功能本原语用于请求从本地物理层实体向一个或几个对等物理层实体发送P_SDU。4.10.2.2 结构本原语的语义如下：P _Data.re

18、quest( p sou ts cl P_SDU是传递到物理层接口的数据单元。ts cl定义了三种不同类型的同步传输：s_sync: 自基本定时标记开始物理帧传输z_sync: 自过零点开始物理帧传输no_sync: 立即发送物理帧4.10.2.3使用本原语由MAC子层实体产生。收到P_Data.request原语后，物理层实体等待tscl中定义的同步时刻，然后发送前导码和巳sou。4. 10. 3 P Data.confirm 4.10.3.1 功能P _Df1rm原语是对P_Data.request原语的响应，表示P_SDU通过物理层实体的传输状况。4.10.3.2 结构本鼠语的语义如下：

19、P _Data.confirm(Transmission_Status) Transmission_Status表示先前发出的P_Data.request原语是否被成功执行。可能的返回值如下：P一OK:P_PDU己成功传输P_TU: 物理层资源暂时不能使用，传输失败P_HF: 物理层硬件故障P_SE: 语法错误4.10.3.3使用本原语在响应先前发出的P_Data.ruquest屎语时产生。使用本原语时假定MAC子层己收到确认相应请求的足够信息。4.10. 4 P Data.indication 4.10.4.1 功能本原语定义了从物理层实体到MAC子层实体的数据传输。4.10.4.2 结构本

20、原语的语义如下：P _Data.indication( p sou 5 DL I Z 790.55 - 2004 4.10.4.3使用本原语表示一个有效帧报文在物理层实体到MAC子层实体的接收和发送。4.11 物理层管理接口物理层管理接口给出了访问和修改物理子层到一个本地管理实体的变量的方法。4.11.1 物理层管理变量以下物理层管理变量用来控制和监视物理层的功能。本地管理实体能读写它们。4.11.1.1 deltaelectrical_phase 本变量为对等的物理子层实体提供配电网电压过零点的相位差。4.11.1.2 preamble_threshold 本变量控制前导码检测算法的殉度。4

21、.11 .1.3 max receiving_gain 本变量设置接收器前端d动F增豆豆控制的最大增益值。4.11. 2 物理层管理服务提供以下物理层管理服务：a）管理变量的读写：b）进程的开始和停止；STARTUP: PAQ: SNDF E: SNDF X: RCVF: 初始状态飞v入STARTUP Initializ咐做、，吃二.，.、. PAQ 事件L PAQ Ip D叫“t(P艾）ana飞Dreq（良SDU)OK PAQ PMwrite(PM_ Variable, PM_ Value) and check _Prnr巳q()OK IDL MA_Data. r吨uest(DA,M“ SD

22、U,SC) C一MPCI.SFC=calc_sfnum (M-SDU)-1 and check_REQ()=OK C_MPCI. HC=initialreps() build_MPDU() MADR, MPCI. HC=C MPCI.HC MPCI. FSF=l MPCI. SFC=C MPCI. SFC MPCI. SLEN = MsduLen (M晴SDU)M-SDU=MsduSF (M-SDU, C_MPCI. SFC) P_Data. r，叫uest(M_PDU) IDL MA_Data.r，巳quest(DA, M-SDU, SC) MA_Data_statls.indication

23、= check_REQ() and check_Mreq()-0 MADR, MPCI. HC=C_MPCI. HC, MPCI, FSF=l, MPCI. SFC = C MPCI. SFC MPCI. SLEN=MsduLen (M-SDU) M-SDU=MsduSF (M-SDU, C_MPCI. SFC) P_Data. r，叫uest(M_PDU) SND P Data. confirrn=OK C MPCI. SFC=C MSFC. HC-1 SND C MPCI. SFCO c_MPCI. HC = initialreps() build_MPDU( C MPCI.HC=O MA

24、DR, MPCI. HC =C MPCI. HC MPCI. FSF=l MPCI. SFC=C一MPCI.SFC, MPCI. SLEN=Msdulen (M_SDU) M-SDU=MsduSF (M-SDU, C_MPCI. SFC) P _Data. request (M_PDU) RCV addressmatch (MADR)=TRUE WaitRepeats (C_MPCI. HC) RCV P AppendSF(M-SDU) RCV addressmatch (MADR)=FALSE and IDL c M陀LHC=O RCV addressmatch (MADR)=FALSE D

25、oRepeats (C_MPCI. HC) IDL and C MPCI. HCO RCV P C MPCI. SFC=O MA Data. indication IDL C MPCI. SFCO AppendSF(M-SDU) IDL 5.6.1 事件5. 6.1. 1 check_FCS (P _SDU) 本事件执行CRC校验。返回值为：TRUE: CRC OK, 帧已无误接收FALSE: CRC校验失败，帧己损坏5. 6. 1. 2 check_REQ (P _SDU) 本事件的结果表示先前发出的MA_Data.request原语是否已成功执行。可能的返回值如下：MA_OK: M_PDU

26、传输成功MA_TU: MAC子层资源被占用，传输失败MA_HF: MAC子层硬件故障MA_SE: MAC子层语法错误16 DL I Z 790.55 - 2004 5. 6. 1. 3 addressmatch (MADR) 当前接收的域地址CMADR.D）等于该节点的域地址或该域组的一个成员地址，并且当前接收的节点地址等于该节点地址CMADR.N）或该节点组的成员地址时，结果为TRUE。5.6.1.4岛1Aevent() 表示在MAC子层有事件发生。5. 6.1. 5 checkMReq ( . ) 当发出的管理服务请求能被执行，即返回OK。5.6.2 动作5. 6. 2.1 extract

27、 (P _SDU) 返回P_SDU的所有的域。5.6.2.2 incCRCerr () 将本地接收损坏帧计数器的计数加1。5. 6. 2. 3 calc_sfnum (M-SDU) 返回需要传输的M-SDU的子帧数。5. 6. 2. 4 initialreqs仙1ADR)返回每个用本地数据库编址的节点的初始中继转发数。5. 6. 2. 5 build岛1PDU（岛1ADR，岛1PCI，脚1-SDU)通过MADR,MPCI, M-SDU的链接建立M_PDU，计算帧校验序列并添加到帧中。5.6.2.6岛lsduLen（岛1-SDU)返回M-SDU有效数据部分的长度（以八位位组为单位）。5. 6.

28、2. 7 MsduSF (M-SDU, SFC) 返回按SFC设定的M-SDU有效数据的宇段。SFC=O返回M-SDU有效数据的第一个八位位组。图7给出了分段示例。1 I 2 I 3 I 4 I s I 6 I 7 I s I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 14 I 1s I 16 I l7 I 1s I 19 I 20 I 21 I 22 I 23 I M_snu 句39缸。wq& ，且q句“ 。“ny 唱AOO l 吁，1 SFC=2 A斗1 句3A 7- l l l l ou - - M-SDU有效数据的段SFC=l 15 I 16 9 SFC=O 7 6 5 4 3

29、2 M-SDU分段示例5. 6. 2. 8 DoRepeats (MPCI, HC) 送出M_PDU井递减中继计数器的计数，等待P_Data. confirm确认。重复进行直到中继计数器的计数为零。5. 6. 2. 9 WaitRepeats (MPCI. HC) 等待直到对等的MAC子层的所有中继转发都被执行。5. 6. 2. 10 AppendSF （岛SDU)将接收到的M_PDU有效数据添加到M_SDU有效数据中。5. 6. 2.11 writeclass ( . ) 将参数类型写到MAC子层的管理信息库中。5. 6. 2.12 readclass (class) 17 图7DL I Z

30、 790.55 - 2004 读由class（类型）定义的MAC子层信息库中的参数集。5.6.3 MAC状态变量18 C MPCI. SFC：子帧计数器MPCI.SFC的当前值C_MPCI. HC: MPCI. HC域的当前值1CONmmOh N、间。中华人民共和国电力行业标准化指导性技术文件采用配电线载波的配电自动化第5-5部分：低层协议集快速跳频扩频通信（SS-FFH）协议DL I Z 790.55 - 2004 * 中国电力出版社出版、发行http:/) （北京之熙河路6号100044 航远印刷厂印刷2005年1月北京第一次印刷1.5印张39千字2005年1月第一版880毫米1230毫米印数0001-2500册* 16开本* 定价7.00元版权专有翻印必究（本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换）统一书号155083 825