远动使用南网104规约通信时主备机在遥信信号发生雪崩状态下的切换实验现象分析

周运卓 陈泰峰

（1.南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏南京210000；2.南方电网海南数字电网研究院有限公司，海南海口570100）

0 引言

本文以远动机使用南网104规约通信时，在遥信信号发生雪崩状态下的主备机切换实验中发生的现象作为研究对象，结合南网104规约实施细节，分析实验现象产生的原因。雪崩状态是指信号在短时间内（如1 min）大量聚集骤增，发生雪崩一样的现象。

1 南网104规约实施细节的相关要求

1.1 南网104规约报文基本格式

此类报文的基本格式主要有3种：U格式、S格式、I格式。I格式报文的主要功能是输出编号信息；S格式报文的主要功能是监视编号；U格式报文的主要功能是控制编号。

1.1.1 I格式

I格式报文控制域标志：八位位组中的第1个，0是其第一位比特；八位位组中的第3个，0是其第一位比特。根据特殊规定，在此格式中，应用服务数据单元结构APDU一定要含有一个或一个以上的ASDU。

1.1.2 S格式

S格式报文控制域标志：第1个八位位组的第一位比特等于1且第二位比特等于0，第3个八位位组第一位比特等于0。其中还特别规定S格式的APDU只包括APCI。

1.1.3 U格式

U格式报文控制域标志：八位位组中的第1个，1是其第一位和第二位比特；八位位组中的第3个，0是其第一位比特。根据特殊规定，在此格式中，应用服务数据单元结构APDU中只能有APCI存在。STARTD或STOPDT或TESTFR在同一时刻内仅仅可以激活一个功能。

1.2 报文的丢失预防和重复发送控制

对于每一个APDU以及各个方向，N（S）发送序列号以及N（R）接收序列号的顺序都需加1。发送序列号增加在发送方，接收序列号增加在接收方。如果接收站接连实现APDU数字的正确接收，并将接收序列号返回，这说明接收站对这些APDU认可。如果发送站在同一个缓冲区域内保存了一个或是多个APDU，一直到其发送序列号被用作接收序列号而收回为止，该序列号可有效确认所有小于或者是等于这个序列号的数字，以此来将缓冲区域内已经被正确发送的APDU删除。如果需要在一个方向上传输更长的数据，就应该在另一方向进行S格式报文的发送，并在超时之前或者是溢出缓冲区域之前对APDU予以认可。因此，在创建一个TCP连接后，发送和接收序列号都被设置为0。

1.3 通过启停命令控制传输

在控制站通过数据传输启动以及停止对被动站内所传输数据进行控制时，如果站间有多个链接打开并且可以利用时，每次只有一个链接可用于数据传输。启动和停止功能的作用在于由一个链接向另一个链接切换过程中防止丢失数据。当建立好连接之后，被控站不可以对连接上正在传输的用户数据激活，也就是在建立好一个连接之后，停止功能将缺省。此时，被控站不会在该连接上进行任何数据的发送，除了未编号的控制功能以及确认这些功能之外，控制站一定要借助于该连接进行一个启动命令的发送，以此来实现用户在这一连接中的数据传输，被控站需要借助于启动功能来实现这一命令的响应。若未确认启动功能，该连接将关闭被控站，即初始化被控站以后，其中的所有待发数据都仅在确认了启动功能之后才可以发送。

1.4 端口号

在任何一个TCP地址中，其组成都包括一个端口号和一个IP地址。任何一个和TCP-LAN进行连接的设备的IP地址都是特定的，但是系统整体的端口号定义则相同。其中，南网104规约中所规定的端口号是2404。

1.5 I格式发送方报文保存和接收方报文确认

在某特定时间段没有实现DTE确认的最大I格式连续编号APDU数目为k。各个I格式帧需要按照0-n-1模数顺序进行编号，此处的模数指的是序列号对于n这一参数的模数。在将n作为模数进行操作时，k始终小于n-1。

根据特殊规定：

如果I格式中的APDU没有确定是否达到k值，发送方需要停止发送。

接收方对没有确认I格式报文的最大接收数量是w。通常情况下，接收方接收I格式报文的数量不超过w个，接收方就给发送方确认。k的最大推荐范围是1～32 767，推荐值为12，精确到一个APDU。w的最大推荐范围是1～32 767，推荐值为8，精确到一个APDU。k值比w值大。

2 实验过程中的现象分析

2.1 遥信信号分类

遥信信号主要分成两个大类：COS和SOE。COS是指不带时标的变化遥信信号；SOE是指带有时标的事件顺序记录，即把信号发生的时间按先后顺序逐个记录下来。

2.2 实验现象分析

（1）k=12，w=8，主备机104参数里配置了链路重建时清除COS的信号。1 min内发出1 200个遥信信号，在信号上送过程中做主备机切换实验。其结果为主站收到SOE事件信息多达22条记录，截取一部分传送报文帧进行分析，如图1所示。

图1 信号开始接收（k=12，w=8）

图1接收报文帧中“28 00”为接收序列号，每次递增2；发送报文帧中“2a 00”为发送序列号，是对接收帧的确认，“2a 00”是对“28 00”之前8包数据的确认。因为规约中k值是12，w值是8，因此调度收到不大于12包的数据会回复一个确认帧或者数据上送完成回复一个确认帧，因此“2a 00”是对“28 00”之前8包数据的确认。信号接收过程如图2所示。

图2 信号接收过程（k=12，w=8）

13：20：00，主备机切换，即关掉主机，备机升为主机。从图2报文中可以看出标注为CF1、CF2、CF3这三帧报文还未被主站确认，因此远动机的缓存里这3帧未被确认的报文未被清除。13：21：31，备机升为主机后的通信报文如图3所示。

图3 备机升为主机后的通信报文

图3中的接收报文为重复上送的信号，与图2中接收报文CF3数据内容（第13个字节开始）相同。当备机升为主机且与主站建立连接后，由于104规约配置中设置了链路重建时清除COS，因此将CF1、CF2这两帧COS报文清除，CF3这一帧未被确认的SOE报文再次送给主站，经分析这帧报文的信号数量是22个，均为SOE信号。

（2）k=1，w=1，主备机104参数里配置了链路重建时清除COS信号。1 min内发出1 200个遥信信号，在信号上送过程中做主备机切换实验，主站收到SOE事件信息不多不少，截取一部分传送报文帧进行分析，如图4所示。

图4 信号接收过程（k=1，w=1）

图4的接收报文帧中，“02 00”为接收序列号，每次递增2；而发送报文帧中“04 00”为发送序列号，是对接收帧的确认，“04 00”是对“02 00”1包数据的确认。因为规约中k值是1，w值是1，所以调度收到不大于1包的数据会回复一个确认帧或者数据上送完成回复一个确认帧，也就说主备机切换时，未出现未被确认的报文帧。

3 结语

根据上述分析，主机复位，主机已发送数据给主站，但没收到主站的确认报文，造成备机升为主机后，将未收到确认的这一部分数据重新上送给主站，导致主站收到信号个数多于实际发生的信号数量。其实验结果与南网104规约实施细节中“防止报文丢失和报文重复传送控制”这一节描述一致，符合南网104规约实施细节的要求。

在雪崩状态下的远动机主备机切换实验中，若要主站收到的信号不多不少，需要修改南网104规约中的k值和w值，使其均为1。