智能电能表通信协议（TCP）及功能一致性测试（ETS）与协议标准的探讨

智能电能表通信协议（TCP）及功能一致性测试（ETS）与协议标准的探讨

刘永杰

公诚管理咨询有限公司520000

摘要：开放式综合设备网络可以满足建筑节能、引进设备控制网络、连接现有的各种电气设备网络协议、通过扩展因特网的方式构建广域建筑设备控制网络等要求。

关键词：通信协议；标准规格；一次性测试；互操作性

引言：

随着人们对通信要求的增加和通信技术自身的发展，通信网的建构日益成为一个庞大的系统工程。协议在通信网中占有绝对重要的地位，ISO开发的OSI七层协议参考模型为推动通信网的发展作出了很大贡献。但仅仅制定了协议还不够，协议工程概念的提出使得协议的制定、验证实现与测试紧密结合在一起，保证了通信网得以正确有效的运行。在整个协议工程过程中，协议的测试居于最后的阶段，测试的结果表明通信产品可否满足最初的协议要求，直接影响到产品能否投入使用。因此，协议测试是协议工程的重要组成部分。图1示出协议工程总体概览以及协议测试所处的地位。正是鉴于协议测试的重要性，ISO和IEC共同制定了关于一致性测试方法学和框架的国际标准，这就是IS0/IEC9646系列标准。所谓一致性测试，简言之就是测试协议实现与协议规范标准的符合程度。

1.一致性测试的意图、能力和类型

一致性测试包括测试一个协议实现（protocolimplementation）的能力和行为两个方面，同时检查是否有与相关国际标准或CCITT建议中的一致性要求以及实现者所声明的实现能力相违背的地方。一致性测试的意图在于增加不同的OSI协议实现在相互联接时的成功率。但是，从技术和经济上双重考虑，对协议实现进行穷尽测试是不现实的。一个正确的协议实现应该具备协议要求的能力并且行为上与协议表现一致，一致性测试要做的仅在于提高这一可信度。正如前面所言，一致性测试的目的在于判断协议实现是否与协议规范相一致。根据对一致性不同的指示程度，可以将一致性测试分为四种：

1.1基本互联测试，这类测试目的在于检测严重的不一致情况是否存在，即IUT甚至不能与测试器相联或者没能实现协议的主要特征。

1.2能力测试，静态一致性要求定义了协议实现所要具备的核心能力集合能力测试按照静态一致性要求进行测试，判断IUT的哪些能力可被观察到并检查这些可观察能力的有效性。

1.3行为测试，行为测试是标准化的抽象测试集（ATS-AbstraetTestSuite）中的主要组成部分。它覆盖了动态一致性要求的全部，旨在确定协议实现的动态一致性。

1.4一致性决定测试，这类测试提供尽可能明确的诊断性回答，以断定协议实现是否满足特定要求。一般认为，基本互联测试和能力测试可以作为行为测试的先行，而一致性决定测试是非标准化的，可以作为行为测试的后继补充。

2.抽象测试方法及其比较选择

2.1在本地测试法中，测试器位于测试系统内部，要求IUT的上层服务边界是标准化的硬件接口，测试协调规程在测试系统中予以完全的实现。该方法仅适于有两个硬件接口的SUT。在这里，测试系统是指包括下测试器实现的一个真实系统。

2.2分布式方法中，上测试器位于SUT中，上层服务边界应该是人工用户接口或者标准编程语言接口。适用于该法的IUT应该有一个上层接口，该接口能够为人工用户或含标准编程语言接口的软件化上测试器所访问。

2.3在协调法中，测试协调规程由标准的测试管理协议（TMP-TestManagementProtoco1）来实现。上测试器实质上是相应TMP的一个实现该法适用于TMP能够在上测试器中得以实现的情况。

2.4在远程法中，对测试协调规程的要隐含于或非形式化地表述于抽象测试集（ATS—AbstractTestSuite，见下节）中，一般没有上测试器，但某些上测试器的功能需由SUT来执行，适用于可以利用SUT的某些功能来控制IUT而无须上测试器的情况。这四种测试方法见图2。

3.一致性评估过程及结果的分析

一致性评估过程涉及到三个阶段。这三个阶段是：（1）测试准备；（2）测试操作；（3）测试报告生成。

3.1测试的准备阶段包括：（1）系统一致性声明PICS和PIXIT的生成；（2）基于各个文档，选择抽象测试方法和抽象测试集；（3）SUT和测试手段的准备。

3.2测试操作阶段涉及如下内容：（1）通过分析PICS和相关的静态一致性要求，得出静态一致性评价；（2）基于PICS和PIXIT的测试选择和参数化；（3）一个或几个测试行动（testcampaigns）。所谓测试行动是指对某个ITU执行参数化的可执行测试集，并生成一致性记录（conformancelog）的过程。测试行动包括基本互联测试、能力测试和行为测试。测试操作之后生成测试报告，以供测试结果分析。一致性评估过程见图4。

3.3对测试结果的分析是一致性测试最后要做的工作。一致性测试的结果包含在一套一致性测试报告中。一致性测试报告分两类：系统一致性测试报告（SCTRSystemConformanceTestingReport）和协议一致性测试报告（PCTRProtocolConformanceTestingReport）。SCTR对SUT的一致性状况给出一个总结，包括对在一致性评估过程中所赋值的断言的总结。SCTR是必须提供的。PCTR可以只针对SUT中的每个协议，作为一致性记录的参照资料，它包括了观察到的测试输出结果（testoutcomes），记下了该协议的每个测试实例的所有结果。测试断言（testverdict）的取值可以是：通过，失败，无结论。通过意味着符合测试实例的测试意图，并且观察到的测试结果对于相关的国际标准或CCITT建议是有效的。失败是指观察的测试结果与测试意图的要求不一致，或者包含了至少一个无效的测试事件。无结论是指观察到的测试结果既不是通过也不是失败。出于对测试结果的可信程度的考虑，测试结果应该具备如下特性：可重复性（repeatabiilty），比较性（comparability）和可检查性（auditabillty）无论何时，在IUT上执行测试实例的结果应该是一样的，这就是可重复性的要求。不论是由提供者，用户还是第三者测试实验室进行测试，一致性测试的结果应该具有可比较性，即由IUT产生的测试报告应可相互比较。可检查性要求目的在于确保所有的测试过程是正确进行的，在每个测试实例运行过程中，是否记录下所有的输入、输出和其它测试事件是很关键的。

4.一次性测试的认证

一致性测试认证是对电能表的具体实现是否符合DLMS/COSEM通信协议标准的规范要求所进行的验证，其主要目的是增加不同产品真正实现互操作性的可能性。一致性测试认证包括5部分内容：（1）基于DLMS/COSEM标准体系的一致性测试计划；（2）一致性测试工具；（3）标有“DLMSUACompliant”的测试报告；（4）兼容电能表目录；（5）一致性测试维护方法。进行一致性测试认证时，首先由DLMSUA授权的检测机构使用一致性测试工具对电能表进行测试，测试完毕后将测试报告送交DLMSUA，经过DLMSUA认可后发给用户。

5.DLMS/COSEM与其他通信协议标准的区别

目前常用的电能表通信协议标准有：（1）国内多功能电能表普遍使用的DL/T645-1997《多功能电能表通信规约》；（2）读表、费率和负荷控制的数据交换一直接本地数据交换IEC1107：1996；（3）基于双绞线的Euridis通信协议IEC6205631：1999；（4）用于变电站站内和站间通信标准IEC608705-102：1996；（5）在北美使用的通信协议ANSIC12.18（光口）、C12.19（公用表）和C12.21（电话通信）。与这些通信协议标准相比，DLMS/COSEM由于采用了前面介绍的关键技术从而能够支持各种各样的商业活动、支持变革与竞争，并显著降低系统生存周期费用，这是DLMS/COSEM与其他电能表通信协议的本质区别。正是由于DLMS/COSEM所具有的这些特征，决定了只有DLMS/COSEM才是真正具有互操作性的电能表通信协议标准。

6.应用举例

6.1电能表的安装，安装传统电能表并将它们集成到计量计费系统中

是一个冗长乏味的过程，尤其是在包含不同厂家电能表的情况下更是如此。而对于采用DLMS/COSEM通信协议的任何厂家的电能表，整个安装过程可以自动完成，这样既提高工作效率，又将安装错误的主要来源（人员影响）降到最低限度。在建立通信连接之前首先在本地配置电能表的通信参数：

（1）使用“Modem配置”对象，设置Modem通信参数；（2）使用“自动拨号”对象，设置自动拨号参数（如拨号时间窗口、拨号次数等）；（3）使用“自动应答”对象，设置自动应答参数（如应答时间窗口、连接前振铃次数）。在电能表与主站建立好通信连接之后（或反之，取决于是选择自动拨号模式还是自动应答模式），主站必须通过对电能表的身份验证，然后电能表将其可访问的对象列表上传至主站，主站根据实际需要决定对电能表的哪些对象进行访问，例如读取电能表的测量数据（即“寄存器”对象）或设置TOU（timeofuse）表（即“活动日历”对象）等。

6.2费率TOU设置，电能表的费率结构可以通过“活动日历”接口对象使用标准化的方法进行设置。由于DLMS/COSEM提供了完善的安全机制，费率既可在本地直接设置，也可在远方设置。费率设置同样做到了与制造厂家无关，体现了互操作性的优越性。

6.3时钟同步，DLMS/COSEM采用面向对象设计方法的好处，在“时钟”对象的处理上表现得尤为突出。该对象包括时间、日期、状态等“属性”，以及调整时间的各种“方法”，因此只要制造厂家提供了“时钟”对象，也就明确了时间和日期是如何表示的，夏令时是如何处理的，时间是如何调整等。对于主站来说，只需一个简单模块就能处理所有电能表与时间相关的问题，而与电能表的制造厂家无关。

结束语：

实现电能表通信的互操作性，将会给电能表的各种应用带来巨大的好处：方便计量计费系统集成、方便系统和电能表维护管理、方便通信信道更新换代、保护系统和电能表投资、计量部门可自由选购电能表而不受通信协议的限制、电能表制造厂家可专注于电能表计量性能的提高而不必过多考虑通信协议的制定、集成商可以充分完善系统功能而不再受通信协议制约等，因此实现电能表通信的互操作性势在必行。实现电能表通信的互操作性，关键在于制定具有互操作性的通信协议标准，所有厂家只要共同遵循DLMS/COSEM通信协议标准，最终就能实现电能表通信的互操作性。

参考文献：

[1]潘新民.计算机通信技术{J}.北京电子工业出版社，2002.

[2]王坤杰.杨家玮.郭梯云.野战分组交换阿的路由算法探讨{J}.通信技术与发展，1993.

[3]冉隆科.美陆军移动用户设备的技术改进{J}.通信技术与发展，1992.

[4]严尉敏.吴伟民.数据结构{J}.清华大学出版社，1992.