關于用電信息采集系統的通信協議研究

石磊

（阜新市北控水務有限公司，遼寧阜新，123099）

0 引言

《電力用戶用電信息采集系統通信協議》中提到的一致性測試是指Implementationg Under Test（以下簡稱IUT），IUT由信息采集終端和信息采集系統主站兩部分構成，對其進行測試，是為了保證采集終端產品與主站之間通信協議具備一致性，保證不同廠商、不同批次生產的采集終端供貨在使用后都能與主站正常通信。

1 多源異構通信協議總體設計

1.1 多源異構通信協議基本概念

多源異構通信協議按照屬性劃分可以歸類到應用層，設計該通信協議的初衷也是為了提升用電信息采集系統的業務能力。該通信協議在開發過程中應用的是面向對象的方法，并遵守互操作性數據交換原則，對已有的面向對象協議進行增容，在保障業務需求被滿足的前提下，對業務執行效率進行提升。

1.2 多源異構通信協議適用范圍

該通信協議可用于模組化終端中的功能模塊中，可確保各模塊能夠正常通信，模組化終端中包含信息交互采集、RS 485和通信模塊等。信息交互采集模塊為系統提供原始數據，包括電壓、電流和功率等。RS 485和載波模塊則是通過連接接口、介質抄取并記錄電表數據[1]。通信模塊則是作為連接端口，確保主站和集中器可以正常通信。

1.3 多源異構通信協議的對象擴展

多元易購通心協議在進行功能擴展時，擴展屬性和方法如表1所示。

表1 對象擴展

屬性2開關量單元：狀態ST、變位CD屬性4開關量接入標志、開關量屬性標志F203開關量輸入

拿遙信脈沖模塊舉例，從表1中我們可以得知，該模塊包含2路遙信輸入接口和電能表脈沖輸入接口，所有接口均處于0-1狀態。遙信脈沖模塊需要從F222和F20A兩方面進行擴容，再借助F20A當中的屬性3為用電量計算提供參考數據。通信模塊則涉及遠程和本地通信，其中遠程通信模塊通過GSM、GPRS、CDMA等通信形式完成主站和終端之間的相互通信，需要對F221對象進行擴展，才能確保相互通信。本地通信模塊在通信方式的選擇上更具廣泛性，分比為民用無線電專用頻段和電力線載波，再應用時需要對F209進行擴展。控制模塊則是用來控制用電用戶跳閘、合閘的功能模塊，需要進行擴展的對象較多，分別為F220，F205和F203。

2 測試用例設計

2.1 靜態一致性測試

對于用電信息采集系統主站來說，受多源異構通信協議功能需求的不同，協議集合也相應的存在差異，各功能模塊可以根據多源異構通信協議劃分成不同的子集。多源異構通信協議的擴展信息是創建靜態一致性測試用例的基礎。用電信息采集系統主站的擴展信息由用電用戶提供，系統終端的數據則是通過用電信息直接提取出來的，但是需要更具客戶的實際需求進行適當調整。其測試方法時通過讀取多源異構通信協議的擴展配置信息，記錄其響應速度，若響應速度在合理范圍值，響應報文結果為正確[2]。1)終端版本信息。包含終端版本的發布日期和版本型號。2)硬件配置。包含用電信息采集系統終端支持的脈沖量輸入路徑、MAC地址、端口數量和最大值波特率等多項參數。3）遠程通信模塊版本信息。涉及生產通信模塊的廠商代號、模塊型號和批次、軟件型號和發布日期，SIM卡和IDDID。4）本地通信模塊版本信息。

2.2 動態一致性測試

動態一致性測試，具體來講就是對多源異構通信協議進行激勵和響應測試，被測對象囊括了用電信息采集終端和主站。在進行測試用例設計時分為肯定、否定測試兩種。進行肯定測試時，測試設備會向多源異構通信協議發送契合協議的正確數據幀，得到的反饋結果應該是肯定的；否定測試則是由測試設備箱多源異構通信協議發送不符合標準的錯誤數據幀，得到的反饋結果應該是否定的。具體測試流程為。①確認鏈路接口狀態，確保報文格式正確。②復位、中繼命令。無論是終端或主站，報文格式都應正確。③控制命令及以下的報文應用和數據結構的測試結果也是按照測試數據值來判斷，與上述判斷方法相同，當參數數據值為一般或上下限參數時，數據格式正確，若參數數據值為非法參數，則代表數據格式不正確。④被級聯終端主動上報。⑤終端配置及信息。需要注意的是該功能模塊只能用于用電信息采集系統主站。⑥請求1類、2類數據。在進行請求之前，需要對激勵方式進行確定，一般分為無激勵、一般激勵、上下限激勵和清空激勵四種。當數值不符合要求時，無激勵，當數值在Q/GDW 1376.1-2013之間時進行一般激勵，當數值在Q/GDW 1376.1-2013上下浮動時，則進行上下限激勵，需要注意的是，進行清空激勵時，數據區的數據會隨之清空[3]。

3 測試軟件設計

多源異構通信協議一致性測試軟件系統功能包括：被檢測對象管理、測試數據管理、測試配置管理、測試過程管理和使用權限管理等方面。

3.1 測試過程

測試過程如圖1所示。

圖1 協議一致性測試流程

3.2 采集終端測試模塊

該測試模塊的主要工作內容是對采集終端進行測試，并根據測試數值判斷其是否具備協議一致性。該測試軟件充當的是采集主站系統的作用，借助遠程通信的方式將采集主站和被測終端連接起來，其拓撲圖如圖2所示。

圖2 采集終端協議一致性測試拓撲

3.3 主站測試模塊

該測試模塊的主要工作內容是對用電信息采集系統運營主站進行測試，判斷其在應用多源異構通信協議的情況下是否具備協議一致性。在測試過程中，測試模塊充當著多個標準采集終端的角色，利用遠程通信的方式將二者聯系起來，其拓撲圖如圖3所示。

圖3 采集系統主站協議一致性測試拓撲

4 多源異構通信協議仿真測試

本文提到的多源異構通信協議已經應用于用電信息采集系統當中，在功能性上，該通信協議不僅具備原有的面向對象協議擁有的數據收集和面向對象功能以外，還具備支持模組化功能，在功能性上更加全面。多源異構通信協議在設計時也是以原有的對象協議為基礎，在其原有功能上進行擴展，而模組化功能也是多源異構通信協議的核心功能模塊。與用電信息采集系供統一的數據處理平臺，對數據進行統一處理時更便利，既避免工作人員進行重復工作，又降低了出錯率[4-5]。

以下會以兩個已經使用多源異構通信協議的臺區為例，臺區1中電表數量為132，臺區2中電表數量為138.，在2020年8月1日到7日的一周時間內對其進行測試，測試的內容時使用不同通信協議的采集終端與臺區進行用電信息采集和交互時耗費的時間。結果表明無論是臺區1或是臺區2，應用面向對象協議的終端所用的數據采集耗時要遠高于使用多源異構協議的終端。另一方面應用多源異構通信協議的用電信息采集系統終端在不同臺區之間的采集時間波動要遠遠小于使用面向對象協議的終端。以此我們可以得知于用電信息采集系統中應用多源異構通信協議技能確保數據采集的穩定性還能縮短數據采集時間。

5 結束語

用電信息采集系統在進行數據傳輸時，不同子模塊中所需要處理的數據存在較大的屬性差異，原有的面向對象協議難以滿足使用需求。因此提出了多源異構通信協議的研發構想，在面向對象通信DLT698.45協議的基礎上進行功能擴展，通過增設屬性的方式使完善后的通信協議具備處理多源異構數據的能力。并于實驗測試中證明了其在功能和性能等方面都比原有的面向對象通信協議優秀，可以進行進一步研發，并用于今后的用電信息采集系統當中。