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DLMS/COSEM协议(一) ————信息交换模型(通信过程)

cosem

DLMS/COSEM协议

DLMS/COSEM信息交换模型

DLMS/COSEM的目标是为设备和系统指定一个面向业务领域的接口对象模型的标准,以及用来访问这些对象的服务的标准。还指定了通过各种通信媒体传输消息的通信配置文件。

术语“设备”是一种抽象;因此,“设备”可以是适合这种抽象适用的任何类型的设备。

使用DLMS/COSEM进行数据交换主要特点如下:

  • 设备可以由客户端和第三方等多方访问;
  • 提供了控制对设备资源访问的机制;这些机制由DLMS/COSEM AL(应用层)和COSEM对象(“关联SN/LN”对象、“安全设置”对象)提供;
  • 通过对xDLMS消息和COSEM数据应用加密保护,确保了安全和隐私性;
  • 通过选择性访问、紧凑编码和压缩等多种机制,保证了低开销和低效率;
  • 在一个站点上,可能有单个或多个设备。在一个站点上有多个设备的情况下,可以提供一个单一的接入点;
  • 数据交换可以在远程或本地进行。根据设备的能力,本地和远程数据交换可以同时执行,而不相互干扰;
  • 各种通信媒体可用于本地网络(LN)、邻域网络(NN)和广域网(WAN)上。

确保满足上述要求的关键因素是由DLMS/COSEM AL提供的应用程序关联(AA)–确定数据交换的上下文。

Communication model

DLMS/COSEM使用开放系统互连(OSI)模型的概念来模拟设备和数据收集系统之间的信息交换。

设备和数据收集系统的应用功能由应用过程(ap)建模。

ap之间的通信是通过应用程序实体之间的通信(AEs)来建模的。在一个AP中可能有多组OSI通信功能,因此单个AP可以由多个AEs表示。然而,每个AE代表一个AP。AE包含一组被称为应用程序服务元素(ase)的通信功能。ASE是一组相干的集成函数。这些AEs可以独立使用,也可以联合使用。

数据收集系统和设备之间的数据交换是基于客户机/服务器模型的,其中数据收集系统扮演客户机的角色,而设备扮演服务器的角色。客户端向发送服务响应的服务器发送服务请求。此外,服务器可以发起未经请求的服务请求,以通知客户端事件或发送预先配置条件的数据。

一般来说,客户端和服务器ap位于单独的设备中。因此,消息交换通过一个协议堆栈进行。

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命名和寻址

命名和寻址是通信系统中的重要方面。一个名称可标识一个通信实体一个地址标识了可以找到该实体的位置。名称被映射到地址;这被称为绑定过程。图中显示了DLMS/COSEM中的命名和寻址的主要元素。

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命名

DLMS/COSEM实体,包括客户端、服务器和第三方系统,应按其系统名称唯一命名。系统名称应被永久分配。

服务器物理设备可以承载一个或多个逻辑设备(LDs)。LD应通过其逻辑设备名称(LDN)进行唯一标识。由同一物理设备托管的ld共享系统标题。

寻址

每个物理设备都应该有一个适当的地址。它取决于通信配置文件,可以是电话号码、MAC地址、IP网络地址、CoAP URI或这些地址的组合。
例如,在3层的、面向连接的、基于HDLC的通信配置文件中,较低的HDLC地址是MAC地址

物理设备地址可以被预先配置,或可以在注册过程中被分配,这也涉及到地址和系统标题之间的绑定。

每个DLMS客户端和每个服务器——一个COSEM逻辑设备——都被绑定到一个服务接入点(SAP)。SAPs位于DLMS/COSEM AL的支撑层中。根据通信配置文件,SAP可能是一个TCP-UDP/IP包装地址,一个CoAP包装地址,一个上HDLC地址,有限LC地址等。在服务器端,此绑定由“SAP分配”IC建模。

表中指定了客户端端和服务器端的sap值。sap的长度取决于通信配置文件。

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系统标题

系统标题Sys-T应唯一地标识每个DLMS/COSEM实体。这可以是可以通过客户端访问服务器的服务器、客户端或第三方。

系统标题

  • 应为8 octets long;
  • 应该唯一标识。

前三个(最重要的)八进字制应该包含三个字母的制造商ID1。这与逻辑设备名称的前三个八进节数相同,其余5个八进制字母应确保其唯一性。

在消息和COSEM数据中,系统标题在xDLMS消息和加密保护中的使用。

在加密安全算法用于密码应用程序上下文之前,客户机和服务器需要彼此的系统标题信息。交换系统名称:

  • 在通信媒体特定的注册过程中。
    例如,当使用S-FSK PLC配置文件时,在注册过程中使用CIASE协议交换系统标题;
  • 在所有的通信配置文件中,在使用COSEM-OPEN服务建立AA期间,都携带了AARQ / AARE APDU。当AA建立过程中发送/接收的系统名称与注册过程中交换的系统名称不相同的,应拒绝AA;
  • 通过写入“客户端系统title”属性和读取“安全设置”对象的“服务器系统title”属性。

在广播通信的情况下,客户端可以将其系统标题发送给所有服务器,但它必须逐个检索每个服务器的系统标题。

面向连接的通信

一个通信会话由三个阶段组成。

(1)首先,在客户端和服务器AE之间建立一个应用程序级连接,称为应用程序关联(AA);在启动建立AA之前,必须连接客户端和服务器端协议堆栈的对等PHL(物理层)。需要连接的每一层都可以同时支持一个或多个连接;
(2)一旦AA建立起来,就可以进行消息交换了;
(3)在数据交换结束时,释放AA。
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为了实现非常简单的设备,也允许使用单向通信设备,以及对于可以进行多播和广播的预先建立的AAs。对于这样的AAs,完整的通信会话可能只包括消息交换阶段:可以认为连接建立阶段已经在过去的某个地方完成了。预先建立的AAs不能被释放。

应用程序关联

应用程序关联(AAs)是客户端和服务器AE之间的逻辑连接。AA可以根据客户使用AL的面向连接的ACSE的服务建立,也可以预先建立。他们可能会被确认或未被确认。
一个COSEM逻辑设备可能支持一个或多个AAs,每个AAs都有一个不同的客户端。每个AA决定了信息交换发生的上下文。

通信配置文件

通信概要文件指定了DLMS/COSEM AL和COSEM数据模型如何得到较低的通信媒体特定协议层的支持。

通信配置文件包括许多协议层。每个层都有一个不同的任务,并向其上层提供服务,并使用其支持协议层的服务。客户端和服务器COSEM AP使用最高协议层的服务,即DLMS/COSEM AL。这是唯一一个包含COSEM特定元素(s)的协议层:xDLMS ASE,它可以由任何能够提供DLMS/COSEM AL所需的服务的层所支持。较低层的数量和类型取决于所使用的通信媒体。

一组给定的协议层,上面由DLMS/COSEM AL和COSEM对象模型构成一个特定的DLMS/COSEM通信配置文件。每个配置文件都包含了协议层及其参数。

一个通用的DLMS/COSEM通信配置文件,包括:

  • 建模应用程序过程的COSEM对象模型。
    对于每个通信媒体,都指定了特定于媒体的设置接口类;
  • DLMS/COSEM应用层;
  • 基于DLMS/COSEM TCP/UDP的传输层,存在于具有互联网能力的配置文件中;
  • 基于DLMS/COSEM CoAP的传输层,存在于具有互联网能力的配置文件中;
  • 直接或通过基于DLMS/COSEM TCP-UDP的传输层或通过基于CoAP的DLMS/COSEM传输层将MAC层绑定到DLMS/COSEM AL的收敛层;
  • 介质特定的物理层和MAC层;
  • 连接管理器,如果适用的话。

单个物理设备可以支持多个通信配置文件,以允许使用各种通信媒体进行数据交换。在这种情况下,客户端AP的任务是决定应该使用哪个通信配置文件。

DLMS/COSEM通用通信配置文件如图:
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DLMS/COSEM系统模型

设备被建模为一组逻辑设备,托管在单个物理设备中。每个逻辑设备代表一个服务器AP,并通过其通信接口来建模设备的功能子集。各种函数都使用COSEM对象进行建模。

系统模型图:
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数据收集系统被建模为一组可能由一个或几个物理设备托管的客户端Aps。每个客户端AP可能具有由设备授予的不同的角色和访问权限。

公共客户端和管理逻辑设备ap具有特殊的角色,他们应始终存在。

DLMS服务器模型

下图以两个DLMS服务器的模型为例。其中一种使用基于3层、CO、HDLC的通信配置文件,另一种使用基于TCP-UDP/IP的通信配置文件。

左侧的设备包括“n”个逻辑设备,并支持基于3层、CO、HDLC的通信配置文件。

基于HDLC的数据链路层支持DLMS/COSEM AL。它的主要作用是在等层之间提供可靠的数据传输。它还以这样一种方式提供对逻辑设备的寻址,即每个逻辑设备都绑定到单个HDLC地址。管理逻辑设备总是绑定到地址0x01。为了允许创建一个本地网络,以便可以通过单个接入点、另一个地址到达给定站点上的多个设备,该物理地址也由数据链路层提供。逻辑设备地址被称为上HDLC地址,而物理设备地址被称为下HDLC地址。

支持数据链路层的PhL在承载客户端和服务器应用程序的物理设备之间提供串行位传输。这允许使用各种接口,如RS232,RS485,20 mA电流回路等。通过PSTN和GSM网络等在本地传输数据。

右边的设备由“m”个逻辑设备组成。

DLMS/COSEM AL由DLMS/COSEM TL支持。这包括interTCP或UDP层或复合层、UDP层和包装器。包装器有两种选择,一种是直接通过为DLMS/COSEM AL分配的专用TCP或UDP端口号支持TCP/IP,另一种是支持通过CoAP端口通过CoAP通过UDP使用CoAP。

DLMS/COSEM AL由DLMS/COSEM TL支持,包括互联网TCP或UDP层和一个包装器。包装器的主要作用是调整由DLMS/COSEM TL提供的开源软件风格的服务集,其调用于TCP和UDP函数调用。它还为逻辑设备提供了寻址,并将它们绑定到一个称为包装器端口的SAP上。管理逻辑设备总是绑定到包装器端口0x01。最后,包装器提供了有关传输的APDU长度的信息,以帮助对等端识别APDU的末端。由于TCP的流媒体特性,这是必要的。

在基于TCP-UDP/IP的概要文件中,DLMS/COSEM AL通过用于DLMS/COSEM应用程序的包装器绑定到TCP或UDP端口号。TCP层和UDP层的存在允许合并其他互联网应用程序,如FTP或HTTP,分别绑定到它们的标准端口。

TCP和UDP层由IP层支持,而IP层又可以由任何一组较低的层支持,这取决于要使用的通信媒体(例如以太网、PPP、IEEE 802或具有IP能力的PLC较低层等)。

DLMS服务器模型图:
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DLMS客户端模型

可以在单个服务器中实现多个协议堆栈,而公共的DLMS/COSEM AL则由不同的底层集所支持。这允许服务器通过不同的通信媒体与不同AAs中的客户端交换数据。这样的结构将类似于下图所示的DLMS客户端的结构。
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客户端的模型与服务器的模型非常相似:

  • 在这个特定的模型中,DLMS/COSEM AL由基于HDLC的数据链路层或基于ip的DLMS/COSEM TL支持,这意味着AL使用由AP确定的一个或另一个的服务。换句话说,从适当的支持协议层接收或发送,该支持协议层分别使用其支持协议层的服务;
  • 与服务器端不同,HDLC层提供的寻址只有一个级别,即每个应用程序进程(AP)的服务接入点(SAP)的级别。

客户端AP和服务器AP由它们的SAP识别,因此,客户端和服务器端AP之间的AA可以由一对客户端和服务器SAP识别。

DLMS/COSEM AL可以同时支持一个或多个AAs。同样地,较低的层可能能够支持与其对等层之间的多个连接。这允许在客户端和服务器之间通过不同的端口和通信媒体同时进行数据交换。

系统集成与安装

DLMS/COSEM以多种方式支持系统集成。

这里描述了一个可能的过程:

如系统模型图所示,在每个客户端系统中,必须存在一个公共客户端(绑定到任何配置文件中的地址为0x10)。它的主要作用是揭示一个未知设备的结构,例如新安装的设备。这发生在公共客户端和管理逻辑设备之间的强制AA内,没有安全预防措施。一旦知道了该结构,就可以使用适当的身份验证机制和对xDLMS消息和COSEM数据的加密保护来访问数据。

当在系统中安装了一个新的设备时,它可能会向客户端生成一个事件报告。一旦检测到这一点,客户端就可以检索设备的内部结构,然后将必要的配置信息(例如关税计划和安装特定参数)发送到设备。有了这个,这个设备就可以准备使用了。

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