IEC 104规约报文格式

　　IEC 104是基于TCP/IP网络传输的电力自动化核心通信协议，定义了主站与子站之间进行实时数据监控与控制的标准。其报文格式严谨、结构清晰，是理解和实现该协议的基础。

　　一、 IEC 104报文的总体结构

　　IEC 104的报文基于应用规约数据单元(APDU)进行组织。一个完整的APDU通常包含两个核心部分：应用规约控制信息(APCI)和应用服务数据单元(ASDU)。

　　APCI (Application Protocol Control Information) ：负责传输控制信息，如报文类型、序列号等。所有类型的APDU都包含APCI。

　　ASDU (Application Service Data Unit) ：承载实际的遥测、遥信、遥控等应用数据。只有信息传输帧(I帧)才会包含ASDU。

　　APDU的通用封装格式以起始字符 0x68 开头，后跟一个字节的APDU长度域(该长度指从控制域开始到报文结束的字节数)，接着是控制域和数据域。

　　IEC 104规约定义了三种报文格式，它们由控制域的第一个字节的低2比特位来区分。这三种格式分别是：I格式(信息传输帧)、S格式(监视帧)和U格式(未编号的控制帧)。

　　下表对三种格式的关键特性进行了总结：

报文格式	控制域标识（首字节低2位）	包含ASDU	主要用途	帧长度
I格式	`00`	是	传输带编号的遥测、遥信、遥控等应用数据	可变（>6字节）
S格式	`01`	否	对接收到的I帧进行编号确认	固定（6字节）
U格式	`11`	否	用于建立、维护和终止数据连接的控制命令	固定（6字节）

　　1. I格式 (Information Transfer Format) 报文

　　I格式是承载实际数据的核心帧，用于传输遥测、遥信、遥控命令、事件记录等信息。

　　帧结构：起始字符(0x68) + APDU长度 + 控制域(4字节) + ASDU(可变长度)。

　　控制域详解：I格式的控制域长度为4个字节，主要用于实现可靠的、按序传输。

　　发送序列号 N(S) ：由控制域的第1、2字节组成(最低位为0)，表示当前发送的I帧的序号。用于检测报文丢失或重复。

　　接收序列号 N(R) ：由控制域的第3、4字节组成(最低位为0)，表示期望接收的下一个I帧的序号。用于向对端确认已成功接收了序号小于N(R)的所有I帧。

　　核心作用：这种带编号的机制实现了TCP之上的可靠数据传输，确保主站与子站间的数据交换是完整和有序的。

　　2. S格式 (Supervisory Format) 报文

　　S格式不包含任何应用数据，其唯一的功能是进行流量控制和确认。

　　帧结构：起始字符(0x68) + APDU长度(0x04) + 控制域(4字节)。由于没有ASDU，其APDU长度固定为4.

　　控制域详解：S格式的控制域也为4个字节。

　　第1、2字节用于标识S格式(1000 0001 0000 0000)，不包含N(S)。

　　接收序列号 N(R) ：由控制域的第3、4字节组成(最低位为0)，其功能与I格式中的N(R)完全相同，用于确认已收到的I帧。

　　典型应用：当设备收到I帧但暂时没有数据需要发送时，会回复S帧，告知对方“我收到了你的第N个包之前的所有数据”。

　　3. U格式 (Unnumbered Format) 报文

　　U格式用于在两个通信站之间执行控制功能，而不传输数据或进行顺序确认。

　　帧结构：起始字符(0x68) + APDU长度(0x04) + 控制域(4字节)。与S帧相同，长度固定为6字节。

　　控制域详解：U格式的控制域结构相对简单，主要用来标识具体的控制命令。

　　通过第1、2字节中的特定比特位来区分三种命令，这三种命令互斥，只能同时激活一个：

　　TESTFR (测试帧) ：用于测试链路是否通畅。包含 TESTFR act (激活) 和 TESTFR con (确认)。

　　STOPDT (停止数据传输) ：用于停止对方的数据传输。包含 STOPDT act (激活) 和 STOPDT con (确认)。

　　STARTDT (启动数据传输) ：用于启动对方的数据传输，是建立数据连接的关键步骤。包含 STARTDT act (激活) 和 STARTDT con (确认)。

　　核心作用：U帧是控制整个通信会话生命周期的关键。

　　只有I帧才会包含ASDU。ASDU的结构是标准化的，包含了所有需要传输的远动信息。

　　一个ASDU主要由两部分构成：

　　数据单元标识符：固定长度为6个字节，提供ASDU的通用描述信息。

　　一个或多个信息对象：承载实际数据。一个ASDU可以包含一个或多个同类信息对象，最多可达127个。

　　1. 数据单元标识符结构

字节偏移	字段名称	长度（字节）	描述
0	类型标识 (TypeID)	1	标识ASDU的类型，例如单点遥信（`0x01`）、遥测（`0x0D`）、SOE事件（`0x1E`）等。
1	可变结构限定词 (VSQ)	1	指示信息对象的排列方式。最高位(SQ)表示地址是连续的(0)还是单个的(1)；低7位表示本ASDU中信息对象的个数。
2-3	传送原因 (COT)	2	说明数据传输的原因，如周期、总召唤、突发、响应站命令等。
4-5	公共地址 (Common Address)	2	标识数据源站的地址。通常一个ASDU对应一个物理设备或逻辑站点。

　　2. 信息对象 (Information Object) 结构

　　每个信息对象都包含唯一的地址和具体的数据值及品质。

字段名称	长度（字节）	描述
信息对象地址 (IOA)	3	在特定站内唯一标识一个数据点。例如，第一个遥测点地址为 `0x000001`。
信息元素 (Information Element)	可变	包含实际的数据值。例如，遥测可以是规约值或工程值；遥信可以是单点或双点状态。
品质描述词 (QDS)	1 (可选)	描述数据的品质，如是否有效、是否被取代、是否溢出等。
时标 (Time Tag)	3或7 (可选)	为带时标的事件记录（如SOE）提供精确的时间戳。