CN105389166A - 一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，包括标准配置过程、自动登陆及安全验证过程和配电终端CID文件获取过程。标准配置过程，采用IEC61850配置技术，实例化CID文件并下载安全证书文件；自动登陆及安全验证过程，读取CID文件并生成登陆报文，在上电后自动发起登陆过程，完成到配电主站的自动登录；配电主站通过检查证书、更新证书和验签，对配电终端进行安全验证；配电终端CID文件获取过程，对比CRC32校验码，按需要更新配电终端CID文件，实现配电终端自动接入。本发明提供了一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，能够实现配电终端自动化快速接入配电网络，降低了运维成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力***领域，具体涉及一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法。
背景技术
随着经济水平的不断发展，配电自动化在国内进入高速建设时期。目前随着公众对电网的依存度越来越高，城市安全运行、生产生活对电网的可靠性要求也越来越高，其对应的配电自动化监测、执行设备的配电终端，分布广、数量庞大，运行环境恶劣，运维困难、失效风险大，不同厂商生产的配电终端在实际应用中设备无法互换、信息无法互联互通，需要复杂的配置、多次核对也无法保证信息的完整及正确，变动设备（如软件升级）需要重新调试，配电终端异常后和投运测试需要专用维护调试工具等等导致维护时间长、运维困难，这些直接影响到了配电自动化的实用化推广。因此配电终端如何满足配电自动化快速建设和降低运维人力、物力、财力是目前配电终端面临的挑战。
目前国内已有部分厂家开始研究基于IEC61850的即插即用技术在配网中的应用，以解决在配电自动化实施过程遇到的困难，但通过分析其实现方式，主要存在以下问题：
1)一般采用配电主站循环发送广播“发现”报文用以发现网络中的配电终端，此种方式存在以下问题：
1.一个大规模配网***中，存在成千上万的配电终端，发送大量的广播报文容易引起网络风暴，可能会导致整个配电自动化功能丧失；
2.在配网通信***中，目前交换机为了保证网络安全，需要抑制网络风暴，一般配置成抑制广播报文，如果采用广播报文，需要更改配网通信架构，同时也带来安全隐患，难以实用化；
3.配电主站为了保证配电终端上线的实时性，必然要缩短发送周期，这会加重配电主站处理负担，为了保证配电主站***的整体性能，“发现”报文发送周期一般为分钟级别，因此采用此种方式将降低配电终端上线的实时性；
2)通用性差，一般“发现”和“注册”报文均采用厂家自定义格式，不同厂家的配电终端难以接入同一个配电主站***；
3)一般无安全验证机制，容易遭受非法攻击。
综上所述，配电终端即插即用技术并未在工程项目中实施。如何满足配电终端自动化快速接入和降低运维成本仍是目前配电自动化面临的挑战。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，能够实现配电终端自动化快速接入配电网络，大大降低运维成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)标准配置过程：根据配电自动化实施规划，将配电终端ICD文件实例化成CID文件，同时规划并分配配电终端安全证书文件，通过工具软件将CID文件和安全证书文件下载到配电终端；
2)自动登录及安全验证过程：
2.1登陆信息获取与验证信息保存，配电终端上电，读取CID文件和安全证书文件，并通过读取CID文件解析出自动登陆信息，同时根据CID文件中的点表信息按照信息点号计算出CID文件对外CRC32校验码，配电主站保存配电终端CRC32校验码；
2.2登陆报文发送，配电终端生成登陆报文并周期性发送登陆报文，直到收到配电主站登陆确认报文为止；
2.3登陆报文确认，配电主站收到配电终端登陆报文后，对登陆报文进行解析，提取验证信息并对验证信息进行验证，如果验证信息验证通过，则配电主站回复登陆确认报文并执行步骤2.4，如果验证不通过，则配电主站不回复登陆确认报文；
2.4安全验签，配电主站利用安全证书内容作为密钥，对配电终端进行验签，如果验签通过，则执行步骤3）,如果验签不通过，则不执行步骤3）；
3)配电终端CID文件获取过程：判断保存的配电终端CRC32校验码是否与登陆报文上送的一致，如果不一致，则说明配电终端CID文件已更新，启动配电终端CID文件获取过程，完成CID文件的获取，然后对CID文件进行解析，更新配电主站信息，完成配电终端自动接入；如果一致，则直接完成配电终端自动接入。
进一步，所述步骤1）中，利用标准IEC61850配置工具软件完成配电终端ICD文件实例化成CID文件。
进一步，所述步骤2.1中，所述自动登陆信息包括唯一标识码UID、制造厂商、配电终端名称、型号、硬件版本号、软件版本号和/或安装位置。
进一步，在步骤2.2中，所述周期性发送登陆报文的周期范围为10秒到15秒。
进一步，在步骤2.3中，所述验证信息包括唯一标识码UID和CRC32校验码。
进一步，在步骤2.4安全验签中，所述验签步骤之前还包括证书检查步骤和证书更新步骤。
进一步，在步骤2.4安全验签中，所述验签步骤和/或证书检查步骤和/或证书更新步骤采用非对称SM2加密算法进行处理。
进一步，配电终端通过特定的通信端口8090与配电主站建立通信连接。
进一步，所述步骤2.2中，登陆报文采用标准的WebService格式生成。
本发明的有益效果是：一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，只需要一次配置、一次实施就能实现配电终端自动接入，极大的提高配电自动化工程实施效率，有利于配电自动化的大规模实施；采用配电终端上电主动发起登陆方式，可以将配电终端自动登陆时间缩短到秒级，加快配电终端接入速度，同时也极大减轻配电主站的负担，有利于整个配电自动化***的性能提升；采用基于自描述的WebService通信报文，有利于不同厂家不同终端实现互操作。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明标准配置过程示意图；
图3为本发明自动登陆及安全验证过程示意图；
图4为本发明配电终端CID文件获取过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
参照附图，本发明提出一种自描述即插即用配电终端自动接入方法，本方法主要包含标准配置过程、自动登陆及安全验证过程和配电终端CID文件获取过程。
标准配置过程：根据配电自动化实施规划，把ICD文件和SSD文件通过***配置，生成SCD文件；再把SCD文件通过IED配置，实例化成符合IEC61850标准的CID文件；同时，配电主站规划并分配配电终端安全证书文件，通过工具软件将CID文件和安全证书文件下载到配电终端。
自动登陆及安全验证过程：配电终端上电，读取CID文件和安全证书文件；配电终端通过读取CID文件，解析出自动登陆信息，包括唯一标识码UID、制造厂商、配电终端名称、型号、硬件版本号、软件版本号和安装位置等信息。自动登陆信息不仅限于上述信息。同时根据CID文件中的点表信息按照信息点号计算出CID文件对外CRC32校验码。唯一标识码UID信息用于配电主站识别配电终端，CRC32校验码用于配电主站判定是否更新CID文件。配电主站保存配电终端CRC32校验码。完成登陆信息获取后，配电终端按照标准的WebService格式生成自描述登陆报文，通过特定的通信端口8090与配电主站建立通信连接，并周期性发送登陆请求报文，例如每间隔10秒发送一次，直到收到配电主站登陆响应报文为止。其发送登陆请求报文的周期不仅限于10秒，也可以为10秒到15秒。配电主站收到配电终端发送的登陆报文后，对登陆报文进行解析，提取唯一标识码UID和CRC32校验码等验证信息，对配电终端进行验证，如果验证通过，配电主站回复登陆确认报文，如果验证不通过，配电主站不回复登陆确认报文。
登陆成功后，配电主站采用非对称SM2加密算法，向配电终端发送检查证书请求，配电终端解析并响应配电主站的检查证书请求；当配电主站发现配电终端的安全证书文件已过期时，配电主站发送更新证书请求，配电终端解析并响应配电主站的更新证书报文，更新安全证书文件；然后，配电主站向配电终端发出验签请求，配电终端解析并响应配电主站的验签请求。登陆、检查证书、更新证书和验签过程，配电终端采用安全证书文件内容作为密钥。如果验签通过，则转到配电终端CID获取过程。
配电终端CID文件获取过程：配电主站对配电终端验签成功后，判断保存的配电终端CRC32校验码是否与登陆报文上送的一致，如果不一致，则说明配电终端CID文件已更新，启动配电终端CID文件获取过程，完成CID文件的获取，然后对CID文件进行解析，更新配电主站信息，完成配电终端自动接入；如果一致，则直接完成配电终端自动接入。
一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法的自动登陆及安全验证过程的数据模型包括登陆请求模块、登陆响应模块、检查证书请求模块、检查证书响应模块、更新证书请求模块、更新证书响应模块、验签请求模块和验签响应模块；各个模块的功能如下：
登陆请求模块，配电终端把登陆报文发送至配电主站，请求登陆；
登陆响应模块，配电主站解析登陆报文，提取配电终端登陆报文中的唯一标识码UID，对配电终端进行检验，如果通过检验，则回复登陆响应报文；
检查证书请求模块，配电主站发送请求检查证书报文；
检查证书响应模块，配电终端解析并响应配电主站的检查证书请求；
更新证书请求模块，当发现配电终端的安全证书文件已过期时，配电主站发送更新证书报文；
更新证书响应模块，配电终端解析并响应配电主站的更新证书报文，更新安全证书文件；
验签请求模块，配电主站向配电终端发出验签请求；
验签响应模块，配电终端解析并响应配电主站的验签请求。
各模块包含的XML代码如下所示，
登陆请求模块XMLSchema描述：
<s:elementname="LoginRequest">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="UID"type="ews:tstring"/>//UID
<s:elementname="CidCrc"type="s:unsignedInt"/>//CID文件CRC32校验码
<s:elementname="ConfigVersion"type="s:unsignedByte"/>//配置版本号
<s:elementname="ConfigRevision"type="s:unsignedByte"/>//配置修订版本号
</s:sequence>
<s:choice>
<s:attributename="Manufacturer"type="ews:tstring"use="optional"/>//制造厂商
<s:attributename="DeviceName"type="ews:tstring"use="optional"/>//设备名称
<s:attributename="DeviceType"type="ews:tstring"use="optional"/>//设备型号
<s:attributename="hwRev"type="ews:tstring"use="required"/>//硬件版本号
<s:attributename="swRev"type="ews:tstring"use="required"/>//软件版本号
<s:attributename="Location"type="ews:tstring"use="optional"/>//设备安装描述
</s:choice>
</s:complexType>
</s:element>
登陆响应模块XMLSchema描述：
<s:elementname="LoginResponse">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="UID"type="ews:tstring"/>//UID
</s:sequence>
<s:choice>
<s:elementname="ServiceError"type="ews:tServiceError"minOccurs="0"maxOccurs="1"/>
</s:choice>
</s:complexType>
</s:element>
检查证书请求模块XMLSchema描述：
<s:elementname="CheckKeyRequest">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="CheckKey"type="ews:tstring"/>//密钥
</s:sequence>
</s:complexType>
</s:element>
检查证书响应模块XMLSchema描述：
<s:elementname="CheckKeyResponse">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="CheckResult"type="ews:tstring"/>//UID
</s:sequence>
<s:choice>
<s:elementname="ServiceError"type="ews:tServiceError"minOccurs="0"maxOccurs="1"/>
</s:choice>
</s:complexType>
</s:element>
更新证书请求模块XMLSchema描述：
<s:elementname="UpdateKeyRequest">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="CheckKey"type="ews:tstring"/>//密钥
</s:sequence>
</s:complexType>
</s:element>
更新证书响应模块XMLSchema描述：
<s:elementname="UpdateKeyResponse">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="CheckResult"type="ews:tstring"/>//UID
</s:sequence>
<s:choice>
<s:elementname="ServiceError"type="ews:tServiceError"minOccurs="0"maxOccurs="1"/>
</s:choice>
</s:complexType>
</s:element>
验签请求模块XMLSchema描述：
<s:elementname="VerifyRequest">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="CheckKey"type="ews:tstring"/>//密钥
</s:sequence>
</s:complexType>
</s:element>
验签响应模块XMLSchema描述：
<s:elementname="VerifyResponse">
<s:complexType>
<s:sequence>
<s:elementname="CheckResult"type="ews:tstring"/>//UID
</s:sequence>
<s:choice>
<s:elementname="ServiceError"type="ews:tServiceError"minOccurs="0"maxOccurs="1"/>
</s:choice>
</s:complexType>
</s:element>
以登陆请求XMLSchema描述为例：element定义一个元素，elementname是对应的元素名，登陆请求模块对应的元素名为loginRequest；comlexType定义复杂类型的元素，是包括其他元素的XML元素，本登陆请求模块中包括唯一标识码UID和CRC32校验码等；sequence要求组内的元素以指定顺序出现在包含元素中；attribute定义一个属性，attributename是对应的属性名；choice选择组内的属性，本登陆请求模块中的属性包括制造厂商、设备名称、设备型号、硬件版本号、软件版本号和设备安装描述，其中硬件版本号和软件版本号为必需的，其他为可选的；
配电终端按照标准的WebService格式生成自描述登陆报文，通过特定的通信端口8090与配电主站建立通信连接，并周期性自动发送登陆报文；配电主站解析配电终端发送的登陆报文，提取登陆报文中的唯一标识码UID，对配电终端进行检验，如果通过检验，则回复登陆响应报文。
以上是对发明的较佳实施进行了具体说明，但发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于包括以下步骤：
标准配置过程：根据配电自动化实施规划，将配电终端ICD文件实例化成CID文件，同时规划并分配配电终端安全证书文件，通过工具软件将CID文件和安全证书文件下载到配电终端；
自动登录及安全验证过程：
2.1登陆信息获取与验证信息保存，配电终端上电，读取CID文件和安全证书文件，并通过读取CID文件解析出自动登陆信息，同时根据CID文件中的点表信息按照信息点号计算出CID文件对外CRC32校验码，配电主站保存配电终端CRC32校验码；
2.2登陆报文发送，配电终端生成登陆报文并周期性发送登陆报文，直到收到配电主站登陆确认报文为止；
2.3登陆报文确认，配电主站收到配电终端登陆报文后，对登陆报文进行解析，提取验证信息并对验证信息进行验证，如果验证信息验证通过，则配电主站回复登陆确认报文并执行步骤2.4，如果验证不通过，则配电主站不回复登陆确认报文；
2.4安全验签，配电主站利用安全证书内容作为密钥，对配电终端进行验签，如果验签通过，则执行步骤3）,如果验签不通过，则不执行步骤3）；
配电终端CID文件获取过程：判断保存的配电终端CRC32校验码是否与登陆报文上送的一致，如果不一致，则说明配电终端CID文件已更新，启动配电终端CID文件获取过程，完成CID文件的获取，然后对CID文件进行解析，更新配电主站信息，完成配电终端自动接入；如果一致，则直接完成配电终端自动接入。
2.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，所述步骤1）中，利用标准IEC61850配置工具软件完成配电终端ICD文件实例化成CID文件。
3.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，所述步骤2.1中，所述自动登陆信息包括唯一标识码UID、制造厂商、配电终端名称、型号、硬件版本号、软件版本号和/或安装位置。
4.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，在步骤2.2中，所述周期性发送登陆报文的周期范围为10秒到15秒。
5.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，在步骤2.3中，所述验证信息包括唯一标识码UID和CRC32校验码。
6.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，在步骤2.4安全验签中，所述验签步骤之前还包括证书检查步骤和证书更新步骤。
7.根据权利要求6所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，在步骤2.4安全验签中，所述验签步骤和/或证书检查步骤和/或证书更新步骤采用非对称SM2加密算法进行处理。
8.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，配电终端通过特定的通信端口8090与配电主站建立通信连接。
9.根据权利要求1所述的一种自描述即插即用配电终端自动接入的方法，其特征在于，所述步骤2.2中，登陆报文采用标准的WebService格式生成。
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