0引言

　　IEC61850，变电站内的通讯网络和系统（Communicationnetworksandsystemsinsubstations）是实施数字化变电站的唯一国际标准，它定义了变电站内智能电子设备IED（IntelligentElectricDevice）之间信息交换的数据模型和互操作规范。在具体的通讯过程中，IEC61850标准所要求遵循的编解码规范就是ASN。1。

　　ASN。1是抽象语法标记（ASN。1：AbstractSyntaxNotationOne）的英文缩写，是一种ISO/ITU-T标准，描述了一种对结构化信息对象进行表示、编码、传输和解码的数据格式。它提供了一整套正规的格式用于描述信息对象的结构，而不管机器语言上如何执行及这些数据的具体指代，不用去管到底是什么样的应用程序，或者采用什么规范的接口或通信介质。作为一种异构计算机系统之间的信息交换的国际标准，它已经被广泛应用在各种各样的计算机通信协议中。

　　由于ASN。1规范了结构化信息对象的描述和解码过程，使得在通信协议中传递带有语义的信息对象成为可能，程序设计者所关注的目标，已不再是繁琐的编解码流程，而是如何定义和描述异构系统之间通信过程中的信息对象，至于具体的编解。

　　码过程，则有统一的ASN。1编码器和解码器来实现。

　　1关于ASN。1规范

　　ASN。1规范位于ISO/OSI七层开放互连模型的第六层--表示层，包括以下国际标准：

　　ISO/IEC8824-1：1999，Informationtechnology-AbstractSyntaxNotationOne(ASN。1)：Specificationofbasicnotation基本标记规范。

　　ISO/IEC8824-2：1999，Informationtechnology-AbstractSyntaxNotationOne(ASN。1)：Informationobjectspecification信息对象规范。

　　ISO/IEC8824-3：1999，Informationtechnology-AbstractSyntaxNotationOne(ASN。1)：Constraintspecification规范约束。

　　ISO/IEC8824-4：1999，Informationtechnology-AbstractSyntaxNotationOne(ASN。1)：ParameterizationofASN。1ASN。1参数化。

　　ISO/IEC8825-l：2000，Informationtechnology-ASN。1encodingrules：SpecificationofBasicEncodingRules(BER)，CanonicalEncodingRules(CER)andDistinguishedEncodingRules(DER)ASN。1编码规则：基本编码规则BER，典型编码规则CER，区分编码规则DER。

　　ISO/IEC8825-2：2000，Informationtechnology-ASN。1encodingrules：SpecificationofPackedEncodingRules(PER)ASN。1编码规则：压缩编码规则PER。

　　ISO/OSI七层互连模型中的应用层协议大量使用了ASN。1来描述它们所传输的协议数据单元PDU，这些协议包括：用于传输电子邮件的X。400、用于目录服务的X。500、用于VoIP的H。323和用于网络管理的SNMP；用于实时通讯的制造报文规范MMS等等。

　　2ASN。1的标记与语法

　　ASN。1的标记和语法，如同程序开发人员所熟悉的高级语言一样，在理解和掌握上是很容易的。

　　（1）标记类型

　　ASN。1定义了许多的通用的数据标记类型，比如像整型、字符串、实型等原子级的数据类型。这些类型是不可再分的。

　　除了简单类型，ASN。1也规范了一些结构化标记类型，例如：

　　结构（SEQUENCE）：由不同的变量类型组成的有序的结构。这个就如同“C”语言中的结构类型（struct）。

　　结构列表（SEQUENCEOF）：同一个结构类型构成的有序的结构列表。

　　集合（SET）：由不同的变量类型组成的无序的结构，用来描述复杂的信息对象。

　　类型选择（CHOICE）：在不同的变量类型中选择之一。

　　表1列举了一些ASN。1的数据类型，每个数据类型都有唯一的标记值与之对应，这个标记值将是编解码过程中的类型识别码，它将决定具体的编解码规则。更详细的标记类型，请参考ASN。1的有关规范。

　　表1ASN。1标记的数据类型

　　类型 关键字 标记值（十进制表示）

　　布尔 BOOLEAN 1

　　整形 INTEGER 2

　　位串 BITSTRING 3

　　八进制字符串 OCTETSTRING 4

　　空类型 NULL 5

　　对象标识符 OBJECTIDENTIFIER 6

　　对象描述符 OBJECTDESCRPTOR 7

　　引用的外部类型 EXTERNAL 8

　　实形 REAL 9

　　枚举 ENUMERATED 10

　　结构和结构列表 SEQUENCE，SEQUENCEOF 16

　　集合和集合列表 SET，SETOF 17

　　可打印字符串 PrintableString 19

　　ASCII码字符串 IA5String 22

　　统一时间 UTCTime 23

　　（2）ASN。1模块描述文件

　　ASN。1规范中的基本构造模块Module，是指采用ASN。1的标记语法，对应用信息模型进行定义和标记的模块称之为ASN。1模块。用来存储ASN。1模块的文件称之为ASN。1模块描述文件。

　　一个模块的典型格式如下：

　　<ModuleReference>DEFINITIONS：：=

　　BEGIN

　　EXPORTS

　　IMPORTS

　　AssignmentList

　　END

　　其中：

　　：：=为赋值符号；

　　具体的描述和标记信息就是由位于BEGIN和END之间的语句所构成；

　　EXPORTS这个模块中的定义可能被其他模块引入；

　　IMPORTS定义由其他模块引入；

　　AssignmentList这个模块中将定义类型分配、值分配及宏定义。

　　3ASN。1的基本编码规则

　　从标准中我们就可以看到，ASN。1主要有以下几种编码规则：基本编码规（BER，BasicEncodingRules），规范编码规则（CER，CanonicalEncodingRules），区分编码规（DER，DistinguishedEncodingRules），压缩编码规（PER，PackedEncodingRules）和XML编码规（XER，XMLEncodingRules）等。

　　每种编码规则各有特点，可以应用不同的场合。BER编码规则的每个标记符号都有特定格式，编码简单，但较占字节；CER和DER是从BER派生出来的，CER针对不定长格式，常应用在需要传输大量数据的应用，DER针对定长格式，适合安全数据传输，特别是数字签名；PER可大大缩短编码后的字节数，常应用在视频电话、多媒体、3G等需要高速数据传输的领域。

　　ASN。1的传输，是基于八位位组的字节序列来进行的，因此，它的编码规则遵循着标记TAG、长度LENGTH、值VALUE的格式，简称TLV，示意图如图1。

　　图1ASN。1编码的格式（3。jpg）

　　其中：TAG：标记，是该段编码的头字节，描述该段编码所代表的信息类型，通常占据1～2个字节。当标记值小于32时，占据一个字节；当标记值大于等于32时，则TAG字段的第一个字节被置为16进制的1F，第二个字节则是实际的标记值。

　　为了保证数据在传送时被接收方正确解码，ASN。1对标记TAG定义了4种类型：UNIVERSAL、ContextSpecific、APPLICATION、PRIVATE）。UNIVERAL表示ASN。1定义的标准数据类型，APPLICATION为显式（EXPLICIT）定义，而隐式（IMPLICIT）后面紧接着的类型TAG将不进行编码。若未注明TAG类型即为ContextSpecific类型。

　　当TAG小于31时：

　　表2TAG≤31，TAG的编码方式

　　字节1

　　Bit7 Bit6 Bit5 Bit4～0

　　00：UNIVERSAL通用

　　01：APPLICATION应用

　　10：ContextSpecific上下文相关

　　11：PRIVATE私有

　　0：PRITITIVE

　　1：Constructed TAG

　　当TAG大于等于31时：

　　表3AG>31，TAG的编码方式

　　字节1 字节2

　　Bit7 Bit6 Bit5 Bit4～0 Bit7 Bit6～0

　　00：UNIVERSAL通用

　　01：APPLICATION应用

　　10：ContextSpecific上下文相关

　　11：PRIVATE私有 0：PRITITIVE

　　l：Constructed 11111 1 

　　LENGTH：长度。描述在后续的VALUE值是由多少个字节数所构成，根据VALUE的长度不同，LENGTH所占据的字节也不同。一般，小于等于127个字节的VALUE时，LENGTH占据一个字节；大于127时，则LENGTH的第一个字节表示LENGTH字段占据的实际字节数，并且第7位置位，后续的字节则表示实际的VALUE长度。

　　表4LENGTH的编码方式

　　 字节1 字节2～字节n+1

　　 Bit7 Bit6～0 

　　LENGTH≤127 0 LENGTH LENGTH

　　LENGTH>127 1 LENGTH的字节长度n 

　　VALUE：值。实际所要传递的编码内容，具体的编码规则，则根据不同的标记类型，采用不同的编码规范。

　　4ASN。1Compiler

　　（1）ASN。1标记语法与高级语言之间的对应关系

　　正如上个章节中我们介绍的那样，要理解ASN。1的标记与语法，就如同我们理解高级编程语言当中的语法或者类型声明一样，ASN。1中规范的编辑和类型，我们很容易的就可以在高级语言中找到与它相对应的类型和语法。下面就是一个简单的例子（以C语言为例）：

　　PersonName是一个用ASN。1规范来标记的数据结构，来记录有关人名的信息，一共有3个元素来描述这个人名：分别是本名（givenName）、原名（initial）、家族名（familyName）。以下是其用ASN。1规范的描述：

　　PersonName：：=[APPLICATION1]IMPLICIT

　　SEQUENCE

　　{

　　givenNameIA5String；

　　initialIA5String；

　　familyNameIA5String

　　}

　　相对应的，我们可以用“C”语言来描述这个PersonName：

　　typedefstructPersonName

　　{

　　IA5StringgivenName；

　　IA5Stringinitial；

　　IA5StringfamilyName

　　}PersonName

　　通过这个例子，给我们深刻的印象是在ASN。1标记语法之间和高级语言之间，有一个明确而且唯一的映射关系，那么，只要知道了这个唯一的对应关系，我们是否可以采用一个自动化编码的处理流程，来自动生成ASN。1规范所对应的高级语言的编解码过程呢？

　　答案是肯定的，这就是目前在通讯领域广泛应用的ASN。1代码翻译工具--ASN。1Compiler。

　　（2）ASN。1Compiler自动翻译器

　　一个典型的ASN。1Compiler的输入输出如图2。。

　　图2ASN。1Compiler工作流程（4。jpg）

　　图中的ASN。1Compiler在输入需要翻译的ASN。1模块文件之后，根据对应和翻译规则，生成了描述和定义类型、变量及函数原型的。h文件，以及具体的编码、解码函数代码的。c文件，经过C语言编译链接程序的编译链接，生成了可执行代码供实际的应用通讯调用。

　　以下为应用ASN。1Compiler翻译成的C语言代码：

　　PersonNameh

　　表5ASN。1Compiler生成的C代码头文件

　　typedefstructPersonName

　　{

　　IA5StringgivenName；

　　IA5Stringinitial；

　　IA5StringfamilyName；

　　}Name；

　　AsnLenBEncPersonNameContentPROTO((BUF_TYPEb，PersonName*v))；

　　voidBDecPersonNameContentPROTO((BUF_TYPEb，AsnTagtagId0，AsnLenelmtLen0，PersonName*v，AsnLen*bytesDecoded，ENV_TYPEenV))；

　　PersonName。c

　　表6ASN。1Compiler生成的C文件

　　#include“asn-incl。h”

　　#include“PersonName。h”

　　AsnLen

　　BEncNameContentPARAMS((b，v)，BUF_TYPEb_AND_PersonName*V)

　　{

　　……

　　returntotalLen；

　　}

　　VoidBDecNameContentPARAMS((b，tagId0，elmtLen0，v，bytesDecoded，env)，

　　BUF_TYPEb_AND_AsnTagtagId0_AND_AsnLenelmtLen0_AND_PersonName*v_AND_AsnLen*bytesDecoded_AND_ENV_TYPEenv)

　　{

　　……

　　}

　　很显然，只要在应用中调用相应的编码函数，所要传送的信息内容就被编成字节流的形式；或者在网络通讯中接收到一串字节流后，调用相应的解码函数，就会得到一个具体的信息内容，至于具体的编解码过程，则是我们不再需要考虑的了。

　　（3）应用ASN。1Compiler的优势

　　由于采用了机器的自动识别和翻译，不仅缩短了编程时间，而且生成的代码在可读性、效率和准确性都有大幅度的提高，减少了人为的错误，使得实际通讯变得简单高效起来。

　　目前，已经有众多的ASN。1Compiler的成熟产品可供选择，用户可以根据不同的需求选择不同的工具生成如C/C++/JAVA/XML等语言的源代码，从而缩短开发周期。可以说，ASN。1Compiler的出现，使得程序开发人员不再担心通讯过程中的编码、解码流程，而把更多的精力投放到通讯应用的本身，ASN。1Compiler无疑是一个针对开发者的高效的辅助工具。

　　5ASN。1在数字化变电站系统中的应用

　　数字化变电站的研究和实施在国内正方兴未艾，IEC61850作为其唯一的国际通讯标准，克服了在传统的自动化设备问互联时封闭的、针对特定应用、语义简单的通讯模式，而是建立在开放式互联模型ISO/OSI7层规范的应用层协议上，丰富的而又规范的语义表达，统一的编解码规则，使得更多的传输信息成为可能。应用配电载波线路的配电自动化的国际标准IEC61334（DistributionAutomationusingDistributionlinecarriersystems）等也都采用了ASN。1规范作为其标记和编码规则。

　　以IEC61850标准为例，IEC61850-8-1、IEC61850-9-1和IEC61850-9-2是规范其通讯协议栈的部分。在IEC61850-8-1中，通讯协议栈映射到制造报文规范MMS，而MMS是建立在ISO/OSI7层互联模型的应用层的协议，让我们看一下采用ASN。1规范书写的MMS的模块文件内容：

　　MMSDEFINITIONS：：=BEGIN

　　MMSpdu：：=CHOICE{

　　confirmed-RequestPDU[0]

　　IMPLICITConfirmed-RequestPDU，

　　confirmed-ResponsePDU[1]

　　IMPLICITConfirmed-ResponsePDU，

　　confirmed-ErrorPDU[2]

　　IMPLICITConfirmed-ErrorPDU，

　　unconfirmed-PDU[3]

　　IMPLICIT

　　……

　　Initiate-RequestPDU，

　　initiate-ResponsePDU[9]

　　IMPLICITInitiate-ResponsePDU，

　　initiate-ErrorPDU[10]

　　IMPLICITInitiate-ErrorPDU，

　　conclude-RequestPDU[11]

　　IMPLICITConclude-RequestPDU，

　　conclude-ResponsePDU[12]

　　IMPLICITConclude-ResponsePDU，

　　conclude-ErrorPDU[13]

　　IMPLICITConclude-ErrorPDU}

　　Confirmed-RequestPDU：：=SEQUENCE{

　　invokeIDUnsigned32，

　　ConfirmedServiceRequest}

　　……

　　END

　　根据ASN。1的标记及语法不难理解，上面所定义的MMS协议数据单元PDU共有confirmed-RequestPDU、Confirmed-ResponsePDU等多个可选项，具体到confirmed-RequestPDU，它是一个结构化的信息体，包括一个32位的无符号整数和结构体ConfirmedServiceRequest组成，至于ConfirmedServiceRequest还会在上面的模块文件中得到标记和描述。

　　同样的，在IEC61850-9-1和IEC61850-9-2中，也采用ASN。1的标记语法对其协议数据单元进行了定义：

　　IEC61850DEFINITIONS：：=BEGIN

　　IMPORTSDataFROMISO-IEC-9506-2

　　IEC61850-9-2SpecificProtocol：：=CHOICE{

　　9-1-Pdu[0]IMPLICITOCTETSTRING，

　　savPdu[APPLICATION0]IMPLICITSavPdu，

　　}

　　END

　　6结束语

　　ASN。1是一个开放性的异构系统之间的编码规范。采用一个高效的代码生成工具--ASN。1Compiler，就可以很容易地生成基于ASN。1规范的编码/解码流程的源代码（例如最常见的C/C++语言），经过编译链接后变成可执行代码。

　　ASN。1规范的应用，对计算机通讯来说，是一个具有里程碑意义的变革，它使得通讯双方关注信息交换的内容，而非具体的编解码过程。这也是新一代的自动化通讯标准IEC61850在实用性、规范性、灵活性和易扩展上都强于传统的远动归约的原因之一。

　　正是采用了ASN。1的编码规范，IEC61850标准己不再关心具体的通讯过程，而是大量的研究和规范了数字化变电站内IED设备间的数据交换模型和互操作规范，因此，要实现和实施好数字化变电站系统，研究透彻ASN。1规范就是非常重要的了，这也是实现IEC61850的核心技术之一。