1、ICS 17.220.20 N 22 B 中华人民共和国国家标准GB/T 19882.1-2005 自动抄表系统总则Automatic meter reading system-General principles 2005-09-09发布中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局中国国家标准化管理委员会2006-04-01实施发布GB/T 19882.1-2005 闺次前言.川.1 I 施自自. 2 规范性引用文件3 7拉谐和义.川.24 商动抄表系统体系然构.，.5 4. 1 自动抄表系统结构示意图- 4.2 自动抄袭系统结构说明4.3 自动抄袭系统逻辑络构2注意图.刷刷5 4.4 臼动抄淡系
2、统销成方式.，.、.6 5 商动抄表系统的慕本概念.8 5. 1 虚拟设备(VDE). . . . . 8 5.2 COSEM服务器筷裂.8 5.3 对象你识系统I草C文工立三D图6COSEM服务黯模型示意图一个物理设备可包含有若干逻辑设备，而每个逻辑设备是由一组COSEM对象构成，在这些逻辑设备中包含一个管理逻辑设备。通过对管理逻辑设备的访问，可以r解该物理设备的所有逻辑设备及COSEM对象。5.3 对象标iR系统(OBIS)表计设备中OBIS对象(标识)识别系统为能量计量中的每一项数据提供了唯一的标识码。它不仅包括了测量值，而且还包括了与计量设备配置以及所获得的行为信息有关的抽象数据。OB
3、IS码是由6个数值码组合构成，标识码结构如图7所示，并以分层的形式叙述了每个数据项目的准确含义。A B C D E F 国7OBIS标识码结构数值组A定义了所要标识的数据项(抽象数据，电、气、热、7(相关数据)的特性e数值组B用于定义通道号，当计量设备具有多个测量相同或不同类型能量的输入通道时，用于标识计量设备的输入编号。数值组C定义了与信息来源有关的抽象对象和物理数据。例如:电流、电压、功率、体积、温度。这些定义取决于数值组A，数值组D用于定义类型或由数值组A和C所标识的物理量处理的结果，这些算法可给出能量、需量、以及其他物理量。数值组E定义了由数值组A到D标识的测量结果按使用的费率所做的进
4、一步处理。B GB/T 19882.1-2005 数值组F定义了按不同计费周期由数值组A到E标识的数据存储。5.4 数据交换协议本系统标准是以计量仪表数据采集为基础，以COSEM数据交换为核心的自动抄表规范。在自动抄表系统中，数据交换传输协议采用的是开放系统互联(OS)框架的紧缩式结构，即将整个数据交换传输协议层分为物理层、数据链路层和应用层。在物理层和链路层协议中，主要描述各种不同的数据交换信道的电气特性和数据帧格式，主要解决不同设备之间进行数据交换传输的互联性。在应用层协议中主要描述了基于COSEM的数据交换方法，在这部分内容中，主要包括交换数据项的分类和编码方式oms、COSEM接口类的
5、模型，描述、基于COSEM的数据交换传输流程等，主要解决设备之间的互操作性。在整个自动抄农系统中，重点描述了CSEM的使用方法。对于I量数据的定义，主要在IEC 62056-61中介绍，对于仪表对象模型及通信接口的描述主要是在IEC62056-62中完成。有关数据传输规范则是通过IEC62056-53进行详细描述的。用户可以应用这些基卒协议建立自动抄表系统，以适用不同的应用场合。5.4. 1 物理层物理层主要描述系统中个节点与另一个节点之间的比特传输、与介质的物理接口、数据信号编(译)码，并定义电气参数、连接器尺寸、形状、输出管脚等。在自动抄表系统中的物理层定义了直接本地接口(固定或者隔离的光
6、学、电气连接)、对有源或无源的站点进行本地总线数据交换的接口(双绞线或载波连接)、公共广域电话网(PSTN)接口等内容。5.4.2 链路层链路层主要描述系统中依据链路协议，执行并控制规定的传输服务的功能。它主要给出通过不同的物理层进行数据交换传输的数据帧格式以及数据编码检错纠错的格式等内容5.4.3 应用层应用层主要描述系统中诸如文件传输、电子信息和远程数据库访问等终端用户服务的功能，是自动抄表系统中极为重要的组成部分。5.4.3. 1 用于建立和释放应用连接的服务COSE肌1-0PENCOSEM-RELEASE COSEM-ABORT COSEM-OPEN服务用于建立连接，它依赖于ACSE的
7、连接请求/响应服务。COSEM-RELEASE 和COSEM-ABORT服务用于断开连接。在COSEM环境中，通常使用标准的ACSE连接请求/响应服务米建立应用连接。但对于一些简单的设备，可以采用预先建立应用连接方式。在这种方式下，通信可以只包括数据通信阶段。5.4.3.2 用于数据通信的服务在数据通信服务中，具有两组不同定义方法的数据通信服务。一组是基于LN(逻辑名)引用的服务，其中包括(GET ,SET, ACTI00i and EventNotificationJ。另一组是基于短名引用的服务，其中包括2(Read, Write , Unconfirmed Write , Informat
8、ionReport)。在建立应用连接阶段，COSEM服务器应用层只能选择其中一组服务。为了透明地处理COSEM客户机应用进程的不同引用，客户机需要将LN服务映射到SN服务。5.5 数据交换协议之间的关系如图8所示，数据交换协议按照在数据交换过程中的不同作用可以划分为以下4层.9 GB/T 19882.1-2005 第一层为用户数据接口类，主要制定自动抄表系统中数据交换的类型和交换方式。第二层为COSEM应用层.主要用来规范计量仪表之间以及计量仪表与通信设备之间数据交换的规范。第二层为高级数据链路层HDL口，用来规范计量仪表应用层与通讯信道物理层之间的连接。高级数据链路层可以支持多种常规的物理层
9、传输协议，如光Ll、电话线、双绞线等，电力线载波和TCP/IP传输方式需要有各自独立的物理层和链路层数据传输协议。第四层为通讯协议层，用来描述各种通讯信道的低层通讯协议，可以根据通讯信道的发展不断补充。以上所定义的自动抄表系统中的几个基本概念，不仅适合于电力计量仪表的自动抄表系统，同样也适合于水表、气表以及热力表的自动抄表系统。计量仪表住在对靠模牙U.盘据标识COSEM阻用层报主服务高级量据链晦层(HDLC)用户固B数据交换协议关系示意图6 自动抄表系统的基本功能和性能指标6. 1 自动抄表系统的基本功能所有的自动抄表系统都需要具备定的功能。种功能对应着自动抄表系统所能进行操作中的一种具体行为
10、。不同的自动抄表系统应有一些共同的功能要求，下面将规定自动抄表系统中的基本功能。需要特别指出的是，在实际的自动抄表系统中用户可以根据实际需要增加新的功能。以下功能不是抄表系统必须具备的，可以根据需要进行取舍。6. 1. 1 抄表功能自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网路读取用户计量仪表中计量数据的功能，计量数据包括实时计量数据和历史计量数据。6. 1. 2 监测l功能自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网路读取用户计量仪表或设备运行状态，根据运行状态给予报警提示的功能。10 GBjT 19882.1-2005 6. 1. 3 参数设置功能自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网路对(用户
11、计量仪表中)运行设备的参数进行修改和更新的功能。6. 1. 4 负荷管理功能自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网路对接人系统中的负荷控制设备进行状态切换的功能。可以作为自动抄表系统的扩充功能使用。6. 1. 5 其他增值服务功能根据需要在自动抄表系统中添加其他的增值服务功能。可以根据需要自行定义。6.2 自动抄表系统的性能指标不同的自动抄表系统可以有不同的性能指标，并且同一个性能指标在各种具体的自动抄表系统中由于环境的不同也可以具有不同的等级，在总则中只提出各种性能指标的项目，性能指标值在各种具体的自动抄表系统中加以制定说明(例如:电磁兼容指标概念、应用环境指标:恒温，室内，室外等)。6.
12、2. 1 比特差错率BER比特差错率是规定时间内接收的有差错的比特数和发送的比特总数的比值。传统通信方式的比特差错率一般较低，但中压和低压配电线的传输参数(阻抗、衰减、信噪比等)随着时间和网络结构的变化很大，配电线载波的比特差错率较高。根据通讯信道和设备不同可以允许有不同的比特差错率考虑到比特差错率是很多因素形成的结果，如:调制方式、差错的纠错方式(如卷积码前向纠错)、通信中继方式，应提出最佳方法使通信在较高比特差错率情况下仍能得到满意结果。6.2.2 残留差错率RER自动抄表系统中的残留差错率是规定时间内被错误接收且未被检出的数据块(帧、信息包、报文等)的数量和发送的数据块的数量的比值。6.
13、2.3 数据完整性自动抄表系统的数据完整性可因它能避免或检测出数据在传输过程中的错误而提高。提高数据完整性的基本方法是在发送数据中附加信息，以便接收机检测纠错。6.2.4 响应时间响应时间是自动抄表系统中要求执行命令时刻和命令执行完毕时刻之间的时间。6.2.5 系统平均无故障时间MTBFMTBF指标是指系统从开始运行到故障发生时的平均间隔时间(见公式(l), 1 T(t) MTBF -;-二一一A r ) 1 ( . . . . . . . . . . . . . . . . . 式中: 表示失效率，%;T(t)一系统工作时间，h;一一故障数，次。该项指标用于考核可修复系统的可靠性。6.2.6
14、 数据抄收成功率数据抄收成功率可以表现为两种情况，在特定时刻对特定的计量仪表的一次抄收成功率，或在某一固定时间段内对特定的计量仪表的多次抄收成功率。一次抄收成功率主要用来考核具体的通讯物理信道的数据传输情况，多次抄收成功率主要用来考核自动抄表系统数据通讯的稳定性。6.2.7 电磁兼容性(EMC)自动抄表系统中的计量仪表和本地终端设备应进行电磁兼容试验，应满足IEC61000-4中的规定，11 GB!T 19882.1-2005 其中浪涌抗扰度试验应满足GH/T17626.5-1999的规定。特殊终端设备的电磁兼容性测试也可以参照相关的行业标准进行。6.2.8 气候条件自动抄表系统中的计量仪表和
15、本地终端设备应满足GB/T18039或GB/Z18039中的规定。6.2.9 信息交换的安全性自动抄表系统中信息交换的安全性是指所有数据必须保证是在合法的设备和计量仪表之间进行数据交换，并且交换的数据不能够被非法破译、修改和重放。包括如下两方面的内容客户机和服务器的身份验证:身份验证使服务器能够对客户机的身份进行控制，以便向客户机提供适当的访问权限。如果身份验证是双向的，客户机也能对服务器进行控制，以便检测设备是否被替换。身份验证可以是密码(口令)验证，也可以是密钥认证。交互数据的保密性.数据的保密性用于保护交互的数据，以防可能的非授权访问和修改。它还可以划分为两种方式交瓦数据的机密性保护通过
16、对交互数据进行加密来完成，保证传输的数据是密文。交互数据的完整性保护对传输的数据附加校验码，只有校验码正确的数据才能够被接受。自动抄表系统可以根据实际需要，设置不同的安全级别。6.2.9. 1 客户机和服务器的身份认证在客户机发出应用激活请求的阶段，通过加密报文实现客户机和服务器的相互身份验证。密码(口令)验证:客户机向服务器发送密码(口令)，服务器验证正确后向客户机返回可以建立连接的响应。密钥认证要求每台设备中都事先安装相对应的密钥，并且每台设备都应具有产生8个八位随机数的功能。客户机向服务器发送取随机数指令，服务器产生一个随机数返回客户机，客户机用密钥对随机数进行加密运算，将计算后的加密结
17、果发送到服务器;服务器也同样用相对应的密钥对自己产生的随机数进行加密运算，并比较加密结果与客户机返回的是否一致，如果结果比较相同，服务器向客户机返回可以建立连接的响应。进行加密运算的算法以及使用的8字节密钥(Ki)是客户机和服务器双方都认同的。所有的客户机及对应的服务器设备中，都有一张把私有密钥与客户机类型的每一个可能值相对应的表，因此电在通信过程中不需要再进行密钥交换。6.2.9.2 交互数据的保密性交互数据的保密性通过对每个要保护的报文进行加密。应用子层协议为了数据交换所使用的加密算法与身份验证算法可以是不同的，其主要特点如下.代码简单易行，执行起来比身份验证的代码快s加密功能是伪随机的，
18、也是长期的:加密和解密算法是对等的(为互逆操作); 该算法的唯一参数是一个n位的密钥，这个密钥可以是事先设定的，也可以是服务器为每个应用组自动计算导出的。6.3 自动抄表系统数据操作流程自动抄表系统在建立完毕后，设备如果要与计量仪表之间实现正常的数据抄收和数据交换，必须遵循以下操作流程。以下流程不是所有系统必须的，可以根据实际情况进行取舍。6.3. 1 建立连接(请求，确认)由设备发起建立连接请求，计量仪表在接收到连接命令后，首先对设备的合法性进行身份认证，在正确确认设备合法身份后，向设备回复信息，可以建立连接。J2 GB/T 19882. 1-2005 6.3.2 功能查询(请求，确认)建立
19、连接后，由设备发送数据请求命令，计量仪表在接收到数据请求命令后，按照统一的数据项编码格式向设备回送计量仪表功能说明，告诉设备计量仪表所具备的功能以及相关数据项组成。6.3.3 数据通讯(请求，确认)设备根据计量仪表回送的功能信息，调用不同的功能模块与计量仪表进行数据交换和传输。6.3.4 断开连接(请求，确认)设备与计量仪表数据交换完毕后，由设备发起向计量仪表发送断开连接命令请求，计量仪表在接收到命令后，完成通讯断开操作，抄表过程结束。7 自动抄表系统标准的组成框架7. 1 自动抄表系统标准体系框圄(见图9)自动抄袭Ji统总则低层通信协说典型抄衰草统H 使用HDLC的量据链酶层H叫力线载放阳革
20、统Jl 一寸异步量据交换的物理层圈务寸.IP抄袭翩寸直接本地寸n无线摊革统-才基于绞线连接的局域网rl 卜一卜一卡一-i 说明:带有善的部分正在进行起草。带有轩的部分仅为计划，待条件成熟时另行起草。图9自动抄表系统标准体系框圈7.2 自动抄表系统标准体系说明| 应用层瞌据蜡协说时草标识革统卜一接口类卜一应用层COSEM应用层自动抄表系统是一个系列标准，它由系列相关的标准组成，对电能仪表的读表、费率和负荷控制的数据交换所需要的协议进行了规范，为保证系统的开放性和今后的发展，将自动抄表系统标准划分为4个组成部分:7.2.1 总则规定了自动抄表系统的体系结构、核心内容以及标准的体系结构。描述了计量仪
21、表自动抄表系统的术语定义、基本概念、基本功能和性能指标。7.2.2 抄表系统根据实际需要，在总则框架下起草的不同的具体自动抄表系统，包括电力线载波自动抄表系统、无线自动抄表系统等，同时起草典型抄表系统导则，以便今后按照导则的要求增加新的典型自动抄表系统。13 GBjT 19882.1-2005 7.2.3 自动抄表系统应用层数据交换协议应用层协议包括IEC62056-53、IEC62056-61、IEC62056-62中COSEM应用层、对象标识系统、接口类等内容，是迄今为止仪表领域关于计量仪表通信最全面的管理规范。其宗旨是力求达到各种不同计量仪表实现统一的通信管理。7.2.4 自动抄表系统低
22、层通信协议低层接口通信协议包括多种介质接入方法，其中包括GB/T19897. 1、GB/T19897. 2、GB/T 19897. 3, GB/T 19897.4中光口、双绞线、电话线等通信协议。这些协议是一个完整的三层结构，既可独立使用，也可以与高级数据链路协议(HDLC)共同使用。目前，这些低层通信协议可以满足一定通信的需要，并会随着通讯信道的发展得到不断的补充和完善。以上4个部分，总则是整个自动抄表系统中的纲领性文件，概括了数据交换协议选择的原则和自动抄表系统的建立原则。在总则的指导下，可以进一步细化起草各种典型的自动抄表系统标准。自动抄表系统低层接口通信协议部分主要侧重于数据通信信道的描述，而自动抄表系统应用层数据交换接口协议主要侧重于对自动抄表系统数据交换操作和流程的描述。除总则外，其他三个组成部分都立足于建立开放式的框架性结构，可以根据实际需要，不断地加以补充和完善。14
