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1、第六章数据通信系统第一页，本课件共有45页第一节 数据通信系统构成 一、通信系统构成简单的数据通信系统由数据终端、调制解调器、通信线路、通信处理机和主计算机组成。数字信道 模拟信道 逻辑信道 模拟信道 数字信道 第二页，本课件共有45页二、信道1。电力线载波通信（Power Ling Carrier，简称为 PLC）第三页，本课件共有45页二、信道3工频控制技术在工频电源电压过零点附近用晶闸管控制电容放电或通过电感吸收电流产生脉冲波。第四页，本课件共有45页二、信道4电缆通信5光纤通信 第五页，本课件共有45页二、信道6现场总线和RS-485接口 7。无线电通信系统 调幅（AM）广播；调频（F
2、M）广播；无线寻呼网；甚高频通信；特高频通信。第六页，本课件共有45页二、信道9电话线10微波中继通信 11。卫星通信系统 第七页，本课件共有45页三 计算机网络一个网络由若干个节点和若干条路连接构成 主机通信处理机局域网监控设备第八页，本课件共有45页四信息调制振辐调制（AM）这是一种最简单的信号调制方式，以一个固定频率的载波交流信号用不同的振辐表示“l”和“0”，调制后载波的频率和相位都不变。最特殊的振辐调制表达是用无信号代表“0”，而以有信号表示“1”。第九页，本课件共有45页四信息调制频率调制（FM）利用载波信号的频率变化来传输数字信息即以两种不同的载频（1，2）来表示二进制信息的“l
3、”和“0”。由于传输的信息与已调波的振辐无关，其抗衰减性能比上述相位调制好。第十页，本课件共有45页相位调制（PM）利用载波信号的相位变化来表达数字信息的不同数值，载波的振辐和频率不变。例如以正弦波的正相位表示“1”，而反相位表示“0”（正弦波的正相位移相，所以又称移相调制），在每一“0”和“1“的转变处，相位变化1800。若有几种不同的相位移，以便可以在一次相位变化中传输几位信息。第十一页，本课件共有45页第二节 数据传输的差错控制常用的办法：在传输信息的同时通过编码器按照一定的规则增加若干校验码，这些校验码与有效的信息码间具有一定的关系。接收端收到信息后，由译码器检验它们之间的关系是否符合
4、原定的规则确认信息可靠无误后去除校验码并将其输出至数据库或控制电路。如果发现信息受到干扰而有错误时，则应作出必要的处理，拒绝接收、要求重新发送或设法纠正错误。第十二页，本课件共有45页第二节 数据传输的差错控制二、常用校验码(一)奇偶校验码（奇校验或偶校验）在被传输的信息上另加一位码使信息码和校验码中“1”的总个数保持为奇数（或偶数）。如果在信息码中有一位出错时（如“1”变为“0”，或“0”变为“l”），接收端就可判别出来。二进制信息码校验码0 0 1 0 0 0 1 101 0 1 1 0 0 1 011 0 0 0 0 1 0 100 0 0 0 1 0 1 011 1 1 0 0 1 0
5、 01码序列001000110101100101100001010000010101111001001奇校验第十三页，本课件共有45页二、常用校验码(二)线性分组码以（7，3）为例：3位信息码，4位监督码许用码字信息码监督码码字信息码监督码码字0000000000000010011101001110001110100111011010011101001101001110100111110100111010010111010011101011101001110100除此外的任意7位码字组合称为“禁用码字”第十四页，本课件共有45页二、常用校验码(二)线性分组码u 码重：码字中“1”的个数称为码重
6、信息码监督码码字信息码监督码码字0000000000000010011101001110001110100111011010011101001101001110100111110100111010010111010011101011101001110100（7，3）线性分组码的码重均为4（除全0码字外）第十五页，本课件共有45页(二)线性分组码u 模2运算规则0+0=00+1=11+0=11+1=0例：0 0 1 1 1 0 1 +1 0 1 0 0 1 1 =1 0 0 1 1 1 0第十六页，本课件共有45页(二)线性分组码u 码距：两个码字对应位的模2运算结果中“1”的个数称为码距；（7
7、，3）线性分组码的码距均为4（除全0码字外）u两个许用码字对应位的模2运算结果为另一个许用码字u（7，3）线性分组码具有循环性信息码监督码码字信息码监督码码字0000000000000010011101001110001110100111011010011101001101001110100111110100111010010111010011101011101001110100第十七页，本课件共有45页(三)线性分组码u 接受端对接受到的信息的判断与修正 判断方法：码重：1的个数；码距：与许用码字的码距；修正方法：最大似然译码原则 信息与许用码字的码距最小的，即修正为该许用码字。第十八页，本
8、课件共有45页第三节 通信方式一、串/并行转换计算机对数据的处理是采用并行数据处理的方式，而数据传输线（较远距离）只有两根，上面传输的数据采用串行数据传送方式。数据接受端必须将接收到的串行数据进行串/并转换，才能将数据送入数据库或进行处理。第十九页，本课件共有45页一、串/并行转换第二十页，本课件共有45页三、异步通信和同步通信 1异步通信帧格式：1）发送端：信道空闲时，无信息，高电平；先发1位“0”，为起始位；后发LSB-接收端地址、帧性质；数据位、校验位；1位停止位，高电平。第二十一页，本课件共有45页1异步通信2）接收端：连续以近似16倍频发送端发送频率的脉冲检测信道。空闲时，无信息，高
9、电平；当检测到8位“0”，确认为起始位；后每16个脉冲接收1位信息；接收完整1帧后，检测到1位“1”高电平，确认信息正确接收；固定帧长度。第二十二页，本课件共有45页2同步通信帧格式：1）同步方式：信道空闲时，总有同步标志码“01111110”，通信双方以此设定发送脉冲、接收脉冲频率。信道空闲时，无信息；发送端先发同步标志码，使接收端得以同步。第二十三页，本课件共有45页2同步通信2）同步方式国际标准化组织（ISOInternational Standard Organization）高层数据链控制（HDLC一Higher一Level Date Link Control）规约传送收信息的格式的
10、第一部分是8 位的帧头标志01111110；其后是 8位的目的站地址；再后面是8位控制区，用以定义功能；接着是以 8为倍数的信息区，可以任选长度；再后是16位的校验码最后还是帧头标志。第二十四页，本课件共有45页2同步通信2）同步方式在这种同步通信方式中，接收端凡接收到非01111110码，即认为是目的站地址，从而连续地接收数据，直到又收到01111110码，即认为该帧的结束。当发送端发送的数据中有01111110码时，为了区别于同步标志码，将在码中添加一个1，以011111110发送。而接收端在连续接收到7个1时，将自动从中除去一个1，而恢复其原来数据。第二十五页，本课件共有45页2同步通信
11、3）同步标志码同步方式我国近几年的电力系统远动装置中，普遍采用16进制的EB90H码作为同步码，因为EB90H具有较好的自相关性，而且采用三组EB90H共48位的码长，处理较为方便。信道空闲时为无信号状态。当发送端发送信息时，首先发送三组EB90H码，一个数据帧的若干个信息字组成，每个信息字长度为6个字节共48位。发送端在发送完一帧数据后，仍然发送三组EB90H码，结束。第二十六页，本课件共有45页2同步通信3）同步标志码同步方式接收端在检测到三组EB90H码后，即认可信息帧的开始，从EB90H码码元取得同步信号，借以取得与信息频率而调整形成同步的接收移位脉冲（数字锁相），并以每8位一个字节接
12、收数据。接收端在又接收到EB90H码后，即认为一帧数据的结束。第二十七页，本课件共有45页第四节 数据传输规约 在电力网通信系统中，调度端与厂站端之间为了有效地实现信息传输，收发两端需预先对数码传输速率、数据结构、同步方式等进行约定，两侧设备应符合和遵守这些约定，称为通信规约。通信规约可分为：循环传送式规约；应答式规约；对等式规约。第二十八页，本课件共有45页第四节 数据传输规约 电力系统调度自动化体系由三个层次组成，厂站内系统、主站与厂站之间、主站侧系统。厂站内的站级通信总线和间隔级通信总线都应采用基于以太网的IEC 61850系列标准；主站与厂站之间的数据通信可采用IEC 60870或扩展
13、的IEC 61850系列标准；主站侧各应用系统应遵从IEC 61970系列标准(CIMCIS)。第二十九页，本课件共有45页第四节 数据传输规约“四遥”等信息以数字形式传输。一个数据串表示一定的信息，称为信息字。一般形式下，由起始标志、地址字、控制字、若干信息字、监督字以及结束标志组成一个完整的信息结构，称为数据帧。数据帧的实际构成将随使用的通信规约而各有不同。在数据通信网络中，若干数据帧组成信息报文，在网络中传输时，一个报文又可以分割成若干个报文分组依此传送。第三十页，本课件共有45页第四节 数据传输规约一、循环传送式规约循环传送式规约是一种以厂站端RTU为主动端自发地不断循环向调度中心上报
14、现场数据的远动数据传输规约。在厂站端与调度中心的远动通信中，RTU周而复始地按一定规则向调度中心传送各种遥测、遥信、数字量、事件记录等信息。调度中心也可以向RTU传送遥控、遥调命令以及时钟对时等信息。第三十一页，本课件共有45页循环式规约的特点主要有：（l）数据传送以现场端为主，由于采用循环式规约的RTU不断循环上报现场数据给主站，而主站被动接收，即使发生暂时通信失败丢失一些数据，当通信恢复正常后，被丢失的信息仍有机会上报，而不致于造成显著危害，因此这种方式对通道的要求不高，适合于在质量比较差的通道环境下使用；第三十二页，本课件共有45页二应答式规约应答式规约适用于网络拓扑是点对点、多个点对多
15、、多点共线、多点环形或多点星形的远动通信系统，以及调度中心与一个或多个远动终端进行通信。在问答方式下，主站查询RTU是否有新的数据要报告，如果有，主站请求RTU发送更新的数据，RTU以新的数据应答。通常的RTU，对于数字量变化（遥信变位）优先传送，对于模拟量，采用变化量超过预定范围时传送。第三十三页，本课件共有45页二应答式规约应答过程第三十四页，本课件共有45页三、网络通信规约（一）计算机网络体系 ISO的OSI参考模型 国际标准组织（lnternational Standard Organization,ISO）开放系统互连参考模型（Open System Interconnection
16、Reference Model,OSI/RM）第三十五页，本课件共有45页 7层协议中，上4层为用户层，下3层为通信子网。在每一层中，传送的数据单位不相同。应用层 表示层用户层 对话层 数据单位为信息（Message）传输层 网络层，传送的数据单位为分组(Packet)通信子网 链路层，传送的数据单位为帧(Frame)物理层，传送的数据单位为比特(bit)第三十六页，本课件共有45页 7层协议中，上4层为用户层，下3层为通信子网。在每一层中，传送的数据单位不相同。上述各种数据单位之间的关系是：在物理层每个字符由比特组成；物理层传输的是代码序列，也就是比特流。在链路层每个帧由若干个字符组成；在网
17、络层则每个分组包含有若干个帧的内容。第三十七页，本课件共有45页四、电力系统数据通信协议体系及协议标准的应用1。厂站内系统协议标准的应用 厂站内的站级通信总线和间隔级通信总线采用基于以太网的IEC 61850系列标准。IEC61850将变电站通信体系分为3层：变电站层(第2层)；间隔层(第1层)；过程层(第0层)。第三十八页，本课件共有45页四、电力系统数据通信协议体系及协议标准的应用 IEC61850 在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议网际协议(TCPIP)以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站
18、内的智能电子设备(IED，测控单元和继电保护)均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。第三十九页，本课件共有45页四、电力系统数据通信协议体系及协议标准的应用2。主站与厂站之间协议标准的应用基本远动任务配套标准IEC 608705101一般用于变电站远动设备和调度计算机系统之间，能够传输遥测、遥信、遥调，保护事件信息、保护定值、录波等数据。其传输介质可为双绞线、电力线载波和光纤等，一般采用点对点方式传输。第四十页，本课件共有45页四、电力系统数据通信协议体系及协议标准的应用2。主站与厂站之间协议标准的应用 电能量传输配套标准IEC 608705102。主要应用于变电站电量采集终端和电量计费系统
19、之间传输实时或分时电能量数据。第四十一页，本课件共有45页四、电力系统数据通信协议体系及协议标准的应用2。主站与厂站之间协议标准的应用 继电保护设备信息接口配套标准IEC 608705103。是将变电站内的保护装置接入远动设备的协议，用以传输继电保护的所有信息。第四十二页，本课件共有45页四、电力系统数据通信协议体系及协议标准的应用2。主站与厂站之间协议标准的应用 IEC 608705104 是将IEC 608705一101以TCPIP的数据包格式在以太网上传输的扩展应用。第四十三页，本课件共有45页第六节 调度数据网络中国电力调度系统数据网络SPDnet分为三级：国家电力调度通信中心(简称国调)与各大区网调及独立省调之间的数据网络称为一级网络，利用电力系统的数字微波和卫星通道，构成其基本网架；大区网调与区内省调及直属地调之间的数据网络称为二级网络；省调与地调之间的数据网络称为三级网络。第四十四页，本课件共有45页第七节 数据网络的安全防护 调度专用数据网 在技术措施方面可采用的措施：防火墙、专用网关(单向门)、网段选择器；访问控制列表、用户授权管理、TCP同步攻击拦截、路由欺骗防范、实时入侵检测技术。加密通信技术主要用于防止重要或敏感信息被泄密或篡改，该项技术的核心是加密算法，身份认证技术。第四十五页，本课件共有45页