一種電力智能設備通信規約腳本解析方法
2023-05-12 00:23:36 2
專利名稱：一種電力智能設備通信規約腳本解析方法
技術領域：
:本發明屬於電力系統和廠礦企業自動化通信管理機領域，具體涉及一種電力智能設備通信規約腳本解析方法。
背景技術：
:隨著電力系統和廠礦企業自動化水平的不斷提高，越來越多的電力智能設備，如直流屏、小電流接地、消弧、消諧系統、光伏逆變器等，需要通過本地通信管理機接入到當地監控系統中。儘管MODBUS、IEC103、IEC61850等標準規約已經被廣泛應用，然而，由於各智能設備廠家技術實力不一，使用的通信規約仍然有很多是自定義或者在標準通信規約基礎上的擴展，即使有些廠家使用了標準通信規約，各廠家對標準通信規約的理解和實現也都存在不一致性。這樣的情況在電力系統和廠礦企業自動化系統項目中普遍存在。通過多年的實踐和分析發現大多數電力智能設備的通信規約並不複雜，通信規約的內容也沒有太大的差異，有的僅僅是在標準通信協議的基礎上進行了微小的改動。然而，儘管這樣，為了使這些電力智能設備能夠接入到監控系統中，通信管理機仍然需要針對每一個電力智能設備的通信規約編寫一個相應的規約解析程序或腳本以實現和它們的互聯。現有的通信規約解析方法通常有兩種，一種是通過C/C++之類的高級語言在已有通信管理機框架基礎上開發規約解析模塊，絕大數自動化廠商都採用了這種方式。另一種是利用通信管理機對高級腳本語言的支持，使用VB Script等腳本語言編寫腳本，使用這種方法通常是因為使用了第三方的通信軟體而沒有獲得原始碼，需要自己通過編寫腳本實現電力智能設備的接入。這兩種方式沒有本質的區別，C/C++之類的高級語言需要編譯後執行，執行效率比較高，但是一旦需要移植到新的平臺，通信規約解析模塊的可移植性就相對較低。VB Script等腳本語言是解釋性語言，執行效率相對較低，由於高級腳本語言本身由於平臺的限制，其可移植性也很難恭維。無論是上述哪種方法，都需要編寫複雜的代碼或腳本來解析通信規約。由此，長期以來形成了:一旦出現新的通信規約或者在原有通信規約基礎上的擴展，就需要修改或新開發通信規約解析程序，這導致了大量低層次的軟體重複開發，可移植性較差，同時頻繁的軟體升級也給監控系統的穩定性埋下一定的隱患。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是:在將一個電力智能設備接入到自動化系統時，避免重複開發通信解析程序。為解決上述技術問題，本發明提供一種電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於，包括以下步驟:I)根據規約描述語言的語法，將通信規約文本轉換為規約腳本；2)在運行時，通信管理機的規約腳本解析模塊按照規約腳本控制和解析通信過程，實現和電力智能設備的數據交換。規約描述語言在語法上接近於通信規約文本的描述形式，這樣使得描述一個通信規約變得簡單和直觀，並且不需要考慮和通信底層環境相關的事項，例如通信管理機如何操作通信介質，如何發送報文，如何接收報文以及操作資料庫等。通信規約描述語言和VB Script等傳統的高級腳本語言有著本質的區別，規約描述語言直接面向通信規約，在語法和關鍵字的設計上以通信規約的報文域為基礎，而傳統的高級腳本語言基於虛擬的機器指令，先將腳本編譯成中間代碼，再通過虛擬機解釋中間代碼完成腳本的功能，它為了實現某個功能所編寫的腳本和傳統的C/C++語言所編寫的代碼除了因語法和關鍵字不同外，沒有本質區別。所述通信規約描述語言的關鍵字和語法分別為:A.關鍵字的定義以報文域和字節為基本單位，根據功能劃分，關鍵分為6類:常數類、校驗碼類、報文長度類、應用數據類、標記類、邏輯算術類；B.語法接近於通信規約文本的描述形式，並且便於通信管理機解析，將每個報文幀的內容按照通信規約的描述劃分為「報文域」，根據每個報文域的作用，它由關鍵字或常數組成，其所關聯的實際內容是報文中的某一個字節或者多個字節，每個報文域之間通過「/」符號隔開，並以「/」結束。每個報文域有相應的屬性以進一步對該域進行描述，報文域的屬性通過字符「[」和「]」中的腳本描述，屬性的屬性使用和中的腳本描述，報文域的多個屬性之間通過「:」符號分隔。腳本中最左邊的常數或關鍵字先獲得解析或者其關聯的實際報文內容先發送。在所述步驟I)中，使用規約描述語言描述通信規約，一個通信規約由若干個通信過程組成，每個通信過程由多個通信活動組成，若干個通信活動完整地描述了一個通信規約，使用規約描述語言描述通信規約，包括以下步驟:
11)將一個通信過程劃分為「報文標識」、「發送選項」、「發送報文」、「接收選項」、「接收報文」五個規約描述腳本，「報文標識」是一個數值，唯一地標識通信上下文中的一個通信過程；「發送選項」標識發送報文時通信上下文環境，包括:標識發送報文定時發送時間(tmr)、標識發送報文不需要對方回復(nack)、標識發送頻率(frq)、標識發送報文後等待接收的超時時間(801:)、標識發送報文不參與輪詢(1^01)、標識該報文是初始化報文(init)、標識發送報文是遙控報文(rcso, rcsc,rceo, rcec, rcexe)、標識發送報文是否是遙調報文(rsexe )、是否和其他通信過程具有相同的發送報文(same )；「發送報文」描述具體的報文發送內容； 「接收選項」標識接收報文時的上下文環境,包括:遙信存放起始地址(yxs)、遙測存放起始地址(yes )、遙脈存放起始地址(yms )、遙測係數(ycxs )、遙脈係數(ymxs )、事件消除方式(cle, else, clrev)、是否只有接收報文(nsnd)、標識遙控選擇成功或失敗(rcsls,rcslf)、標識遙控執行成功或失敗(rces，reef)、標識接收報文後的跳轉狀態(goto)、標識接收報文有多種解析方式(mre)；「接收報文」標識該通信過程應該接收到的報文格式，將實際接收到的報文和「接收報文」腳本進行匹配，如果匹配成功，則按照「接收報文」腳本解析實際接收報文中的應用數據；12)將所要解析的通信規約分解為若干個通信過程，每個通信過程是「一問一答」的通信過程、只有「發送報文」的過程或只有等待「接收報文」的過程；13)根據所述步驟11)和步驟12)，將每個通信過程通過「報文標識」、「發送選項」、「發送報文」、「接收選項」、「接收報文」描述，對於只有發送報文的通信過程，在「發送選項」中使用「nack/」關鍵字，標識該發送報文不需要對方回復，同時「接收報文」中使用「nul/」標識「空」，對於只有接收報文的通信過程，在「接收選項」中使用「nsnd/」關鍵字標識「沒有發送報文」，同時「發送報文」中使用「nul/」關鍵字標識「空」；14)根據所述步驟13)完成所有通信過程的腳本化，將腳本提交給通信管理機的規約腳本解析模塊；所述步驟2)中，對生成的規約腳本使用規約腳本解析模塊進行解析，包括以下步驟:21)通信管理機規約腳本解析模塊讀取所有通信過程的規約腳本，並判別語法是否正確；22)掃描各通信過程的所有腳本配置項，根據語法規則，將規約腳本中的報文域存儲為二叉樹的根節點，報文域的屬性存儲為該根節點的葉節點，並根據通信過程中的「報文標識」將這些腳本信息存儲到相應的通信過程控制結構中；23)創建「接收報文」腳本項的報文匹配模式，包括:231)在接收報文腳本中找出常數域或者在實際通信之前可以轉換為常數的報文域(例如描述設備地址的關鍵字「addr」)，通過常數域快速識別報文頭或者結束符以初步判定該報文是否符合規約規定；232)預先識別將要接收到的報文長度，如果規約中沒有「長度」域，那麼規約規定的接收報文一定是定長的，如果規約中有長度域，根據長度域所表述的長度範圍，在實際接收時，判定是否接收到完整的報文；233)如果規約中有校驗碼域，那麼在接收到完整報文後，通過校驗碼關鍵字描述的校驗算法和校驗範圍計算校驗碼，以評估報文在傳輸過程中是否丟失或受到幹擾，以確定是否信任該報文為有效報文；24)找到「發送選項」中標識了「init/」關鍵字的通信過程，如果找到，把該通信過程設為當前通信過程，否則，預設情況下，選取第一個通信過程為當前通信過程；25)根據當前通信過程的「發送選項」和「接收選項」的「nack/」、「nsnd/」判定該通信過程是只有發送報文，還是只有接收報文，還是先發送報文，再等待接收報文；26)根據所述步驟25)，選擇發送報文或者等待接收報文，發送報文時先獲取該通信過程控制信息結構，並實時將發送報文的規約腳本轉換為實際需要發送報文，並將報文從通信管理機指定的通信埠發送出去；27)判斷是否接收到報文，如果沒有接收到，判斷是否接收超時，如果接收超時，根據「發送選項」選擇下一個通信過程；28)如果接收到報文，根據所述步驟23)的報文匹配方法進行匹配，如果匹配成功，再根據「接收報文」腳本項對應用數據的描述提取應用數據，如果匹配不成功，則不解析應用數據，進行報文匹配後，根據「接收選項」選擇下一個通信過程作為當前通信過程，如果沒有接收到報文，根據「發送選項」選擇繼續等待接收報文，還是已經接收超時從而選擇下一個通信過程作為當前通信過程；
29)重複所述步驟25)至步驟28)，完成對通信規約的解析。與現有方法相比較，本發明的有益效果是根據規約描述語言將通信規約腳本化，在運行時，解析模塊根據規約腳本解析發送和接收報文，實現和電力智能設備的數據交換，規約腳本的語法和關鍵字直接面向通信規約，簡單直觀，具有很強的可移植性，避免了使用高級編譯語言或高級腳本語言開發新的通信解析模塊，達到大幅減少軟體重複開發的目的。
圖1為使用規約描述語言描述通信規約和解析的總流程；圖2為規約解析模塊解析規約腳本的步驟；圖3為實際通信規約的規約腳本解析實施示例；圖4為圖3實施例中一個可能的通信報文；圖5為規約腳本的存儲結構。
具體實施例方式圖1為使用規約描述語言描述通信規約和解析的總流程，在獲得通信規約文本後，分析通信規約，將通信規約分解為若干個通信過程，每個通信過程分解為一個或多個通信活動，根據規約描述語法，將每個通信活動轉換為規約腳本，並將所有規約腳本提交給規約腳本解析模塊，通信管理機的規約解析模塊讀取所有通信過程的規約腳本，分析語法結構，創建規約腳本的匹配方法，根據規約腳本，控制和分析通信過程，完成和電力智能設備的數據交換，為使本發明的實施方案和優點更加清晰，下面將結合附圖實施例作進一步說明。I)通信規約描述語言的語法和關鍵字通信規約描述語言將報文內容劃分為各個「報文域」，在圖3的實施示例中10發送報文中「地址」、「功能碼」等為報文域，根據這些報文域的作用，它可以由關鍵字或常數來描述，其所表示的內容是實際報文中的某一個字節或者多個字節，圖3實施例中14為10和11的腳本描述，其中「地址」報文域使用「addr」關鍵字描述，在實際報文中它表示的報文長度是I個字節。每個報文域之間通過「/」符號隔開，並以「/」結束，圖3實施例中14規約腳本，報文域之間均通過「/」符號隔開，並以「/」符號結束。每個報文域根據其特點可以有相應的屬性對該域進行進一步的描述，報文域的屬性通過字符「[」和「]」中的腳本描述。屬性的屬性使用「(」和「中的腳本描述，報文域的多個屬性之間通過「:」符號分隔。腳本的順序從左至右為報文的發送或接收順序。圖3實施例中14規約腳本中描述CRC校驗碼的關鍵字「crcl」和「crch」帶有屬性「 [O end-2] 」，校驗碼通常需要給定一個校驗的範圍,「 [O end_2] 」作為crcl和crch報文域的屬性描述了 CRC校驗碼的校驗範圍是從報文頭(0)，至報文倒數第3個字節(「end」關鍵字描述報文倒數第一個字節)。報文中每個字節的順序位置可以有兩種定位方式，一種是從報文頭開始定位，即數值O標識報文的第O個字節，也可以從報文末尾標識，即使用關鍵字「end」標識報文(不是指實際的報文，而是指規約規定的報文)的最後一個字節。
在通信規約中，通常一幀報文的某些內容是已知的，例如固定的報文頭等，而一些內容是未知的，例如報文長度、應用數據和校驗碼等，未知的內容只有在實際發送或者接收報文時根據參數設置或者實際接收到的報文或者計算才能獲得。對於已知的報文內容在通過通信規約描述語言描述時，可以通過常數表示，而未知內容則通過關鍵字表示。根據電力系統通信規約和應用數據的特徵，通信規約描述語言的關鍵字基本分為6類，分別為:常數類、校驗碼類、報文長度類、應用數據類、標記類、邏輯算術類。其特徵在於包括:A.常數類常數分為兩種，一種常數用於描述報文域，例如固定的報文頭，而另一種常數用於描述報文域的屬性，用於描述報文域的常數直接通過一個十六進位數值表示，把常數也歸於關鍵字，通常是指用於描述報文域的常數，這是由於已知報文內容在進行報文匹配時至關重要。在圖3的實施例中14規約腳本「addr/03/00/00/00/02/crcl
/crch [O end-2]/，其中/03/00/等直接通過一個十六進位數描述了已知的報文內容。而「 [O end-2] 」中 作為屬性的常數「O」則通過十進位數來描述，這一類常數不屬於關鍵字。常數報文域對報文匹配至關重要，在接收報文時，通過實際報文和常數報文域及校驗碼的比對，來確定實際接收到的報文是否符合通信規約的規定，以進一步決定是否解析報文所攜帶的應用數據。B.校驗碼類校驗碼通常用於檢測報文在傳輸過程中是否丟失或者受到幹擾，特別是基於串行通信的通信規約。和常數報文域一樣，校驗碼是報文匹配的判據之一。校驗碼類通常帶有屬性，用於描述校驗碼的校驗範圍，圖3實施例中14和15規約腳本「crcl [O end-2]/」描述了 CRC校驗的校驗範圍從報文頭到報文倒數第3個字節。校驗碼類定義了常見的校驗碼，這些關鍵字可以擴展。
權利要求
1.一種電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)根據規約描述語言的語法，將通信規約文本轉換為規約腳本； 2)在運行時，通信管理機的規約腳本解析模塊按照規約腳本控制和解析通信過程，實現和電力智能設備的數據交換。
2.根據權利要求1所述的電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於:所述通信規約描述語言的關鍵字和語法分別為: A.關鍵字的定義以報文域和字節為基本單位，根據功能劃分，關鍵分為6類:常數類、校驗碼類、報文長度類、應用數據類、標記類、邏輯算術類； B.語法接近於通信規約文本的描述形式，並且便於通信管理機解析，將每個報文幀的內容按照通信規約的描述劃分為「報文域」，根據每個報文域的作用，它由關鍵字或常數組成，其所關聯的實際內容是報文中的某一個字節或者多個字節，每個報文域之間通過「/」符號隔開，並以「/」結束。
3.根據權利要求2所述的電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於:每個報文域有相應的屬性以進一步對該域進行描述，報文域的屬性通過字符「[」和「]」中的腳本描述，屬性的屬性使用和中的腳本描述，報文域的多個屬性之間通過「:」符號分隔。
4.根據權利要求3所述的電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於:腳本中最左邊的常數或關鍵字先獲得解析或者其關聯的實際報文內容先發送。
5.根據權利要求1所述的電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於:在所述步驟I)中，使用規約描述語言描述通信規約，一個通信規約由若干個通信過程組成，每個通信過程由多個通信活動組成，若干個通信活動完整地描述了一個通信規約，使用規約描述語言描述通信規約，包括以下步驟: 11)將一個通信過程劃公為「報文標識」、「發送選項」、「發送報文」、「接收選項」、「接收報文」五個規約描述腳本， 「報文標識」是一個數值，唯一地標識通信上下文中的一個通信過程； 「發送選項」標識發送報文時通信上下文環境，包括:標識發送報文定時發送時間(tmr)、標識發送報文不需要對方回復(nack)、標識發送頻率(frq)、標識發送報文後等待接收的超時時間(aot)、標識發送報文不參與輪詢(npol)、標識該報文是初始化報文(init)、標識發送報文是遙控報文(rcso, rcsc,rceo, rcec, rcexe)、標識發送報文是否是遙調報文(rsexe )、是否和其他通信過程具有相同的發送報文(same )； 「發送報文」描述具體的報文發送內容； 「接收選項」標識接收報文時的上下文環境，包括:遙信存放起始地址(yxs)、遙測存放起始地址(yes)、遙脈存放起始地址(yms)、遙測係數(ycxs)、遙脈係數(ymxs)、事件消除方式(cle, else, clrev)、是否只有接收報文(nsnd)、標識遙控選擇成功或失敗(rcsls,rcslf)、標識遙控執行成功或失敗(rces，reef)、標識接收報文後的跳轉狀態(goto)、標識接收報文有多種解析方式(mre)； 「接收報文」標識該通信過程應該接收到的報文格式，將實際接收到的報文和「接收報文」腳本進行匹配，如果匹配成功，則按照「接收報文」腳本解析實際接收報文中的應用數據；12)將所要解析的通信規約分解為若干個通信過程，每個通信過程是「一問一答」的通信過程、只有「發送報文」的過程或只有等待「接收報文」的過程； 13)根據所述步驟11)和步驟12)，將每個通信過程通過「報文標識」、「發送選項」、「發送報文」、「接收選項」、「接收報文」描述，對於只有發送報文的通信過程，在「發送選項」中使用「nack/」關鍵字，標識該發送報文不需要對方回復，同時「接收報文」中使用「nul/」標識「空」，對於只有接收報文的通信過程，在「接收選項」中使用「nsnd/」關鍵字標識「沒有發送報文」，同時「發送報文」中使用「nul/」關鍵字標識「空」； 14)根據所述步驟13)完成所有通信過程的腳本化，將腳本提交給通信管理機的規約腳本解析模塊。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的電力智能設備通信規約腳本解析方法，其特徵在於:所述步驟2)中，對生成的規約腳本使用規約腳本解析模塊進行解析，包括以下步驟: 21)通信管理機規約腳本解析模塊讀取所有通信過程的規約腳本，並判別語法是否正確； 22)掃描各通信過程的所有腳本配置項，根據語法規則，將規約腳本中的報文域存儲為二叉樹的根節點，報文域的屬性存儲為該根節點的葉節點，並根據通信過程中的「報文標識」將這些腳本信息存儲到相應的通信過程控制結構中； 23)創建「接收報文」腳本項的報文匹配模式，包括: 231)在接收報文腳本中找出常數域或者在實際通信之前可以轉換為常數的報文域，通過常數域快速識別報文頭或者結束符以初步判定該報文是否符合規約規定； 232)預先識別將要接收到的報文長度，如果規約中沒有「長度」域，那麼規約規定的接收報文一定是定長的，如果規約中有長度域，根據長度域所表述的長度範圍，在實際接收時，判定是否接收到完整的報文； 233)如果規約中有校驗碼域，那麼在接收到完整報文後，通過校驗碼關鍵字描述的校驗算法和校驗範圍計算校驗碼，以評估報文在傳輸過程中是否丟失或受到幹擾，以確定是否信任該報文為有效報文； 24)找到「發送選項」中標識了「init/」關鍵字的通信過程，如果找到，把該通信過程設為當前通信過程，否則，預設情況下，選取第一個通信過程為當前通信過程； 25)根據當前通信過程的「發送選項」和「接收選項」的「nack/」、「nsnd/」判定該通信過程是只有發送報文，還是只有接收報文，還是先發送報文，再等待接收報文； 26)根據所述步驟25)，選擇發送報文或者等待接收報文，發送報文時先獲取該通信過程控制信息結構，並實時將發送報文的規約腳本轉換為實際需要發送報文，並將報文從通信管理機指定的通信埠發送出去； 27)判斷是否接收到報文，如果沒有接收到，判斷是否接收超時，如果接收超時，根據「發送選項」選擇下一個通信過程； 28)如果接收到報文，根據所述步驟23)的報文匹配方法進行匹配，如果匹配成功，再根據「接收報文」腳本項對應用數據的描述提取應用數據，如果匹配不成功，則不解析應用數據，進行報文匹配後，根據「接收選項」選擇下一個通信過程作為當前通信過程，如果沒有接收到報文，根據「發送選項」選擇繼續等待接收報文，還是已經接收超時從而選擇下一個通信過程作為當前通信過程；29)重複所述步驟2 5)至步驟28)，完成對通信規約的解析。
全文摘要
本發明公開了一種電力智能設備通信規約腳本解析方法，定義一種通信規約描述語言，並提供了相應的解析方法，在獲得通信規約後，首先將通信規約分解為若干通信過程，通信過程再分解為一個或多個通信活動，將通信活動根據通信規約描述語言轉換為規約腳本，規約腳本解析器分析規約腳本，按照腳本控制和解析通信過程，實現和電力智能設備的數據交換，避免通信規約解析模塊的重複開發。
文檔編號H04L12/70GK103197948SQ201310117240
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月3日 優先權日2013年4月3日
發明者嚴濤松, 張建周, 柏嵩, 劉雙, 李康明, 劉亮亮 申請人:國電南瑞南京控制系統有限公司