ГОСТ Р МЭК 870-5-1-95 Устройства и системы телемеханики. Часть 5. Протоколы передачи. Раздел 1. Форматы передаваемых кадров.

ГОСТ Р МЭК 870-5-1-95

Группа П77

 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Часть 5. Протоколы передачи

Раздел 1. Форматы передаваемых кадров

Telecontrol equipment and systems.

Part 5. Transmission protoсols.

Section 1. Transmission frame formats

ОКП 42 3200

ОКС 33.260*

__________________

* В Указателе "Государственные стандарты

Дата введения 1996-01-01

 Предисловие

1 РАЗРАБОТАН АО "Научно-исследовательский институт электроэнергетики" (ВНИИЭ)

ВНЕСЕН Министерством топлива и энергетики Российской Федерации

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России N 153 от 23 марта 1995 г.

Настоящий стандарт содержит полный аутентичный текст международного стандарта МЭК 870-5-1-90 "Устройства и системы телемеханики. Часть 5. Протоколы передачи. Раздел 1. Форматы передаваемых кадров"

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

 ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

В настоящем стандарте установлены конкретные требования и условия передачи данных в системах телемеханики, указаны пути выполнения этих требований. Требования существующих стандартов на протоколы передачи данных учитываются, если они подходят к устройствам и системам телемеханики конкретного вида (типа).

По терминологии ВОС (OSI)* модель МОС - МККТТ (ISO-CCITT)** делит связь на семь уровней. Настоящий стандарт устанавливает требования для двух низших уровней, а именно физического и канального. В частности, стандарт определяет форматы для последовательной двоичной передачи кадров при определенных классах достоверности данных.

________________

* ВОС - Взаимодействие открытых систем.

OSI - Open System Interconnection.

** МОС - Международная организация по стандартизации.

МККТТ - Международный консультационный комитет по телеграфии и телефонии.

ISO - International Organisation for Standartisation.

CCITT - International Telegraph and Telehone Consultative Committee.

ГОСТ Р МЭК 870-5-2, раздел 2 "Процедуры передачи", является следующим стандартом для канального уровня и более высоких уровней. Настоящий стандарт рассматривает расположение данных внутри кадров при различных видах трафика и для различных конфигураций каналов связи и сетей.

Основная цель функции связи в процессе управления и контроля - достижение максимальной системной достоверности, обеспечивающей идентичность между физическим состоянием переменных процесса и их представлением в базе данных систем телемеханики. Эта конечная цель не может быть достигнута полностью, поскольку информация о состоянии процесса запаздывает, а внешние помехи или повреждения элементов могут ее искажать. Система связи должна обеспечивать высокую степень согласованности всей системы. Поэтому метод передачи данных должен обладать высокой надежностью и эффективностью, особенно для коротких и срочных сообщений. Поскольку допустимая ширина полосы частот в канале связи ограничена, то использование этой полосы является основным критерием протокола передачи в системах телемеханики с учетом надежности и эффективности передачи.

При наличии помех требования высокой достоверности данных и эффективности передачи данных являются противоречивыми: возрастающие требования к достоверности данных могут обеспечиваться за счет уменьшения скорости передачи информации. Поэтому необходимо найти приемлемый компромисс между этими двумя характеристиками, основываясь на анализе требований. Для выбора решения необходимо объективное измерение требуемых характеристик.

Передача данных - это только одна из функций всей системы телемеханики. Требования к скорости и достоверности передачи данных должны быть выбраны согласующимися с точностью всей системы, то есть все параметры должны быть согласованы. Кроме требуемого компромисса, между скоростью и достоверностью передачи имеются дополнительные условия, которые влияют на выбор протокола передачи в системе телемеханики, как показано на диаграмме.

 1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на устройства и системы телемеханики с передачей информации кодированной последовательностью битов для контроля и управления территориально распределенными процессами. В стандарте рассматриваются асинхронная передача данных, использующая полудуплексные и дуплексные протоколы связи, работающие с размером окна, равным единице.

 2 ОБЪЕКТ

В настоящем стандарте устанавливаются основные требования к функциям, выполняемым на канальном и физическом уровнях в системах телемеханики. В частности, устанавливаются требования по кодированию, форматам и синхронизации кадров данных переменной и фиксированной длины, отвечающие заданным требованиям по достоверности данных.

Рассматриваемые блочные коды пригодны для передачи последовательными кадрами по двоичным симметричным каналам передачи с использованием метода декодирования бита "без памяти". Это значит, что сигнал, определяемый каждым передаваемым битом, не должен зависеть от сигналов, передаваемых до этого бита.

Примечание - В процессе рассмотрения находятся рекомендации для условий передачи данных, использующих методы, отличные от метода декодирования без памяти, например, дискретная время-импульсная модуляция (ДВИМ), HDLC и дуплексный канальный протокол с размерами окна большими единицы.

 2а. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р МЭК 870-1-1-93 Устройства и системы телемеханики. Часть 1. Основные положения. Раздел 1. Общие принципы

ГОСТ Р МЭК 870-5-2-95 Устройства и системы телемеханики. Часть 5. Протоколы передачи. Раздел 2. Процедуры в каналах передачи

 3 ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

В соответствии с основными целями систем телемеханики и специфическими условиями окружающей среды необходимо, чтобы передача данных соответствовала требованиям, приведенным ниже.

3.1 Высокая достоверность и совместимость данных

При тяжелых условиях окружающей среды, таких как электромагнитные помехи, разность потенциалов земли, старение элементов и наличие других источников возмущений и случайных помех в канале передачи, требуется правильная передача данных. При этих условиях необходимо предусмотреть эффективную защиту сообщений от:

- необнаруживаемых ошибочных битов;

- необнаруживаемых ошибочных кадров, вызванных ошибками синхронизации;

- необнаруживаемых потерь информации;

- появления непредусмотренной информации (то есть образование сообщений из помех);

- разрывов или перестановок в связанных элементах информации.

3.2 Короткое время передачи в телемеханике

Обеспечение короткого времени передачи информации осуществляют путем применения эффективных протоколов передачи по каналу связи с ограниченной полосой пропускания и неизвестными точно характеристиками помех, особенно для спорадических сообщений.

3.3 Обеспечение побитной передачи данных (кодово-прозрачной)

На передаваемые данные нет никаких ограничений по видам кодов. Протокол канала передачи данных определяет прием и передачу произвольных последовательностей битов от источника данных.

 4 КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ДАННЫХ

Количественная оценка достоверности данных в системах передачи информации характеризуется соотношением достоверно и недостоверно принятых данных. Нарушение достоверности данных на приемной стороне вызывают:

i) частота появления необнаруженных ошибок, равная

ii) частота необнаруженных потерь сообщений, равная

Только частота появления необнаруженных ошибок или потерь сообщений вызывает нарушение достоверности передаваемой информации. В случае обнаруженных ошибок и потерь сообщений они исправляются или выявляются (автоматическая повторная передача или оповещение пользователя). Обнаруживаемые ошибки и потери сообщений могут влиять на готовность системы в целом. При выявлении таких ошибок протокол передачи данных завершает свои функции.

4.1 Количественные требования к достоверности данных в системах телемеханики

Для передачи данных в системах телемеханики установлены три различных класса достоверности данных: I1, I2, I3. Использование того или иного класса зависит от характера данных. На рисунке 1 приведено графическое представление верхних пределов частоты появления необнаруженных ошибок

в зависимости от частоты искажений бита для трех указанных классов достоверности данных. Конец графика при частоте искажений бита

=0,5 соответствует случаю произвольного приема бита, то есть сигнал отсутствует, а принимаются только помехи. Наклон кривых для

соответствует кодовому расстоянию

для применяемого метода кодирования. Так получается благодаря введению двойной логарифмической шкалы на рисунке 1 и того факта, что сообщения с

инвертированными битами вносят наиболее значительный вклад в число необнаруженных ошибок при

.

Рисунок 1 - Классы достоверности данных

Качество каналов передачи должно непрерывно контролироваться. Средняя вероятность ошибки на бит должна быть меньше 10

, чтобы получить требуемую общую достоверность данных и общее время передачи информации.

Для низшего класса достоверности данных I1 требуется минимальное кодовое расстояние

=2, в то время, как для классов I2 и I3 требуются коды с минимальным кодовым расстоянием

=4. Кроме того, существует требование, что в классе I3 частота появления необнаруженных ошибок не должна превышать

10

для любой частоты искажений бита. Для иллюстрации смысла этих трех классов достоверности данных предположим, что имеется канал телемеханики с белым шумом, вызывающим частоту появления искажений бита

, что определяет низкое, но не самое худшее качество передачи.

В системе телемеханики с непрерывной передачей по этому каналу блоков сообщений по 100 бит со скоростью 1200 бит/с ожидаемая вероятность появления необнаруженных ошибок в сообщении (

) и среднее время между необнаруженными ошибками (

) будут иметь значения, приведенные в таблице.

Таблица - Вероятность появления необнаруженных ошибок в сообщении

и среднее время между необнаруженными ошибками

Значение достоверности для =100 бит при =1200 бит/с и
Класс достоверности данных	Вероятность появления необнаруженных ошибок	Среднее время между необнаруженными ошибками , с	Типовое применение
I1	10	1 день	Циклические системы; телеизмерение
I2	10	26 лет	Передача при возникновении переключения (события); телесигнализация; телесчет
I3	10	260000 лет	Передача важной и аварийной информации; телеуправление

Зависимость ожидаемого среднего времени между необнаруженными ошибками

, с, и вероятностью появления необнаруженных ошибок задается следующим соотношением:     

где

- длина сообщения, биты;

- скорость передачи, бит/с;

- вероятность появления необнаруженных ошибок.

 5 КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ

Эффективность передачи информации определяется как отношение числа информационных битов в сообщении, переданном от источника и правильно принятым приемником, к общему числу битов в передаваемом сообщении. Это означает, что эффективность передачи информации одного индивидуального кадра есть отношение числа правильно переданных информационных битов и общего числа битов в кадре

.

Эффективность передачи кадра равна     

где

- число информационных битов в кадре;

- вероятность правильного приема бита;

- общее число битов в кадре, включая маркер и биты контроля ошибок.

Величина

выражается через частоту искажения бита

(отношение числа принятых искажений битов к общему числу пepeданных битов) как

в случае передачи по двоичному симметричному каналу без контроля качества сигнала.

Для канала с контролем качества сигнала (двоичный симметричный канал со "стиранием") частота приема правильных битов уменьшится до

, где

- частота стирания бита, см. приложение А.

Скорость передачи информации в битах в секунду определяется как среднее число информационных битов в секунду, передаваемых от источника данных и принятых как правильные приемником: СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ КАДРА= (ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ КАДРА)

, где

- скорость передачи сигнала по линии связи, бит/с.

При расчете общей эффективности передачи информации должны учитываться задержки, вызываемые передачей кадров опроса, квитирования и обратной передачей.

 6 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОТОКОЛОВ ПЕРЕДАЧИ

В ГОСТ Р МЭК 870-1-1 функции системы телемеханики подразделены на определенные уровни по модели, рекомендуемой ВОС (OSI).

В настоящем разделе определяются только стандарты систем телемеханики для физического уровня и стандарт на форматы передаваемых кадров для уровня канала.

Физическая передающая среда, несущая данные в виде серии битов, связывает физические части систем и устройств телемеханики. Существуют следующие виды каналов передачи: частные или государственные телефонные кабели, радиоканалы, высоковольтные линии, оптические линии связи и т.п. Защита потока данных от искажений реализуется с помощью достаточной энергии сигнала, экранирования от влияния помех, контроля качества сигнала.

Параметры системы для различных физических сред передачи устанавливаются в стандартах МККТТ.

6.1 Физический уровень (оконечное устройство канала передачи данных) - DCE

Блок сопряжения с линией преобразует последовательность информационных битов из формы, требуемой на канальном уровне устройства телемеханики, в форму, необходимую для тракта передачи.

Блок сопряжения с линией обычно выполняет следующие функции:

- преобразование сигнала;

- обеспечение гальванического разделения между аппаратурой телемеханики и каналом связи;

- контроль качества сигнала;

- обеспечение побитной синхронизации;

- добавление или устранение признаков синхронизации кадра, если эта функция не выполняется на канальном уровне;

- определение состояний занятости канала связи, ожидания и повреждения.

МККТТ рекомендует для цепей обмена между устройством телемеханики и модемом стандарты серии "V" и "X" для цепей обмена между DCE и DTE.

Характеристиками физического уровня, относящимися к достоверности данных и эффективности передачи, являются: скорость передачи сигнала, помехоустойчивость, отношение сигнал - помеха, вероятность искажений бита, вероятность стирания бита (см. Приложение А).

6.2 Канальный уровень

Канальный уровень передачи данных обеспечивает прием, преобразование и управление обслуживающими функциями передачи, необходимыми для более высоких уровней.

Непрерываемая процедура передачи кадра контролируется своевременно. Сообщение об успешной передаче или ошибках передается на более высокий уровень вместе с сообщением о состоянии каналов связи и аппаратуры. В частности, выполняются следующие функции:

- обеспечение доступа к тракту передачи;

- задание последовательности кадрам сообщений и расшифровка этой последовательности;

- добавление или устранение маркеров кадра, если эта функция не выполняется в блоке сопряжения с линией;

- обнаружение ошибок синхронизации кадра;

- обнаружение ошибок размера кадра;

- контроль искажений сигнала, если эта функция не выполняется в блоке сопряжения с линией;

- определение кадров, адресованных вызываемой станции;

- предупреждение передачи со станции без необходимых интервалов;

- защита сообщений от потерь и ошибок в пределах заданной достоверности данных путем формирования кадров с обнаружением ошибки, указанием обнаруженных ошибок и управлением соответствующими процедурами исправления ошибок;

- сообщение об устойчивых ошибках передачи;

- сообщение о состоянии конфигурации линии связи;

Примечание - Информационные поля в телемеханических кадрах обычно содержат от одного до нескольких сотен байтов;

- переключение на резервный канал, при необходимости;

- поддержание функций запуска и эксплуатации.

6.2.1 Классы организации передачи

Для выполнения непрерываемых процедур используются следующие три класса организации передачи, приведенные в таблице:

Таблица - Классы организации передачи

Класс S1, ПОСЫЛКА/БЕЗ ОТВЕТА, используется в циклических системах с опросом или в симплексных системах передачи без обратного канала. Ошибки в кадре, обнаруженные при приеме, вызывают потери сообщений.

Класс S2, ПОСЫЛКА/ПОДТВЕРЖДЕНИЕ, используется при передаче информации, вызванной случайным событием, или при спорадической передаче. На уровне канала на приемной стороне проверяются принимаемые сообщения: если не обнаружатся ошибки и свободен приемный буфер, то на передающую сторону будет передано подтверждение приема (положительная квитанция). Если приемный буфер занят - передается отказ в приеме (отрицательная квитанция). При обнаружении ошибок в кадре ответ не выдается, и сообщение сбрасывается.

На передающей стороне может быть принят другой запрос после получения подтверждения приема. Имеется также возможность сообщать о получении подтверждения приема на высший уровень. Если подтверждение приема не получено, передача сообщения повторяется. Особое внимание надо обратить на информацию приращения, так как в этом случае неполучение подтверждения приема не вызывает повторения выходной информации на приемной стороне. Нарушения такого рода можно избежать, например, последовательной нумерацией кадров или предварительным заданием того, что буфер приемной станции правильно принимает сообщения до тех пор, пока не получит кадр, показывающий, что передающая станция не повторяет предыдущий кадр. Если определенный номер повторяемого сообщения остается без подтверждения (положительной квитанции), то передается информация "ошибка передачи" на более высокий уровень на передающей станции, и сообщение в канале сбрасывается.