基于IPv6的电力线载波和微功率无线技术要求.docx

ICS点击此处添加ICS号点击此处添加中国标准文献分类号T/CEC中国电力企业联合会标准T/CECXXXXX-XXXX基于IPv6的电力线载波和微功率无线技术要求TechnicalrequirementsforPLCandRFbasedonIPv6点击此处添加与国际标准一致性程度的标识（征求意见稿）XXXX -XX-XX 实施XXXX-XX-XX发布中国电力企业联合会目次1范围12规范性引用文件13术语和定义14缩略语15基本要求16基于IPv6的HPLC技术要求17基于IPv6的RF通信技术要求18基于IPv6的HPLC&RF双模技术要求1本文件按照GBZT1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中国电力企业联合会提出。本文件由电力行业信息标准化技术委员会（DL/TC27）归口。本文件起草单位：本文件主要起草人：本文件20XX年XX月首次发布。本文件在执行过程中的意见或建议请反馈至XXXX。基于IPv6的电力线载波和微功率无线技术要求1范围本文件规定了基于IPv6的电力线载波和微功率无线的主要技术要求。本文件适用于配电物联网中的边设备和端设备之间的电力线载波和微功率无线通信网络。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注期的版本适用于本文件。凡是不注口期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。DUT698.44-2016电能信息采集与管理系统第44部分：通信协议微功率无线通信协议RFC768UserDatagramProtocolRFC793TransmissionControlProtocolRFC2460InternetProtocolVersion6(IPv6)SpecificationRFC4944TransmissionofIPv6PacketsoverIEEE802.15.4NetworksRFC6282CompressionFormatforIPv6DatagramsoverIEEE802.15.4-BasedNetworksRFC6347DatagramTransportLayerSecurityVersion1.2RFC7252TheConstrainedApplicationProtocol(CoAP)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1电力线载波powerlinecommunication以电力线作为媒介，传输数据信息的一种通信方式。3.2微功率无线micro-powerwirelesscommunication以辐射到空间的微功率电磁波为媒介，传输数据信息的一种通信方式。3.3电力线载波和微功率无线双模powerlineandmicro-powerwirelessdualmodecommunication在电力线和微功率无线两种媒介上传输数据信息的通信方式。4缩略语下列缩略语适用于本文件。6LoWPAN：承载于低功耗无线个域网(IPv6overLow-PowerWirelessPersonalAreaNetworks)AES：高级力密标准(AdvancedEncryptionScheme)CBC-MAC：密码块链接消息鉴权编码(CiPherBlockChainingMessageAuthenticationCode)CoAP：受限应用协议(ConStrainedAPPliCationProlOCoI)CTR：计数器模式(CoUnterMode)DLLSec：链路层安全(DalaLinkLayerSeCUriIy)DTLS：数据包传输层安全性协议(DatagramTransportLayerSecurity)ECC:椭圆曲线加密算法(EniPIiCCUrVeCryPIography)ECDHE:椭圆曲线迪菲-赫尔曼密钥交换(EllipticCurveDiffie-HellmanExchange)ECDSA：椭圆曲线数字签名算法(E出PtiCCUrVeDigitalSigllatUreAIgorithm)HPLC：高速电力线载波(High-SPeedPOWerLineCommUniCatiOn)ICMP：控制报文协议(IntemetContrOlMeSSagePrOtOCOlInternet)IPHC：IPv6报头压缩(IPV6HeaderCompression)MAC：媒质接入控制(MediUmACCeSSCOntroI)NA：邻居通告(NeighbOrAdVertiSement)NS：邻居请求(NeighborSolicitation)IPv6NHC：下一个头部压缩(IPv6NextHeaderCompression)PHY：物理层(PhySiCaI)RF：射频(RadioFrequency)SLAAC：无状态地址自动配置(StatelessAddressAutoConfiguration)5基本要求5.1 物理层和链路层技术5.1.1 电力线载波技术PLC物理层应遵从Q/GDW11612.41-2016规范；数据链路层遵从Q/GDW11612.42-2016规范。物理层基本频段为0.7MHZ12MHz,应支持频率分段使用，电力行业默认频段为073MHz05.1.2 微功率无线技术RF物理层和链路层应遵从Q/GDW11Ol6-2013规范。其中物理层在兼容原技术规范IOkbPS通信速率的基础上，可支持10/10OkbPS通信速率自适应。物理层基本频段为470MHZ510MHz,应支持频率分段使用，应符合中国无线电管理委员会微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求公告的相关规定。5.1.3 电力线载波与微功率无线双模技术双模设备应同时支持PLC和RF两种技术，其中PLC物理层应遵从Q/GDW11612.41-2016规范;数据链路层遵从Q/GDW11612.42-2016规范。RF物理层和链路层应遵从Q/GDW11016-2013规范，其中物理层在兼容原技术规范IOkbps通信速率的基础上，可支持10/10OkbPS通信速率自适应。PLC和RF的工作频段应遵循中国政府和企业的相关规范。5. 2网络层技术5.2 .1IPv6技术边设备和所有端设备应支持128比特IPv6地址，如表错误!文档中没有指定样式的文字。-1所示,具体包括：a）应支持链路本地地址（前缀：FE80:/64）,用于边设备和端设备自动配置地址和邻居端设备通信；b）应支持唯一本地地址（前缀：FCOO:"）,用于端设备内部及端设备与边设备通信。c）宜支持可聚集全球单播地址（前缀：2000:/3）,用于端设备和边设备与全球范围内其他设备通信；d）应支持节点本地范围内所有节点组播地址（前缀：FFOI:1）、链路本地范围内所有节点组播地址（前缀：FF02:l）,宜支持被请求节点组播地址（前缀：FF02:l:FF00:/104）,可选支持其他组播地址。IPv6地址由IPv6前缀和接口ID组成，对于唯一本地地址和全球单播地址，前缀应在端设备入网过程中，通过网络层消息公告；接口ID宜通过MAC地址转换生成。表错误!文档中没有指定样式的文字。-IIPV6地址类型和要求地址类型前缀生成方法支持要求链路本地地址FE80:/64启动后自动生成应支持唯一本地地址FC00:/7可采用SLAAC应支持全球单播地址2000:/3可采用SLAAC宜支持所有节点组播地址FF01:l/FF02:l固定地址应支持被请求节点组播地址FF02:l:FF00:/104遵循IPv6相关标准宜支持边设备和所有端设备应支持ICMPv6Echo消息、Error消息和NS/NA消息。5.2.26LoWPAN技术应采用6LoWPAN提供的报文压缩技术，减少IPv6报头开销，增加带宽利用率。报文压缩应采用RFC6282定义的IPHC和NHC报头压缩技术。应采用6LoWPAN提供的报文分片技术，将IPv6长报文分成多片承载在PLC/RF链路上。报文分片应采用RFC4944定义的报文分片技术。5.3传输层技术传输层应支持UDP协议（RFC768）,可选支持TCP（RFC793）协议。5.4应用层技术应用层应支持基于UDP的CoAP(RFC7252)协议。5.5安全技术5.5.1网络层认证技术应支持基于数字证书的接入认证，认证交互协议宜采用DTLSo为使数字证书轻量化，宜采用ECC证书，密钥交换算法宜采用ECDHE,数字签名算法宜采用ECDSAo5.5.2链路层安全技术宜支持链路层安全机制，通过数据加密保证数据机密性，通过完整性校验保证数据防篡改，通过序列号校验防止重放冲击，增强链路安全性，防止网络攻击。链路层安全首部由安全控制字、帧计数、密钥标识组成；链路层安全尾部作为报文的完整性校验字段。字节数：1安全控制0/4帧计数0/1密钥标识字节数：16可变016安全首部数据安全尾部比特：23456-7安全级别保留帧计数压缩保留图错误!文档中没有指定样式的文字。-1链路层安全报文格式链路层安全级别应支持8种安全等级，默认宜使用等级5。表错误!文档中没有指定样式的文字。-2链路层安全等级定义安全等级是否加密完整性校验字段长度0否01否42否83否164保留保留5是46是87是16加密算法宜采用128位AES-CTR模式，完整性校验算法宜采用128位AES-CBC-MAC模式。6基于IPv6的HPLC技术要求6.1 通信功能6.1.1 协议栈架构基于IPv6的电力线宽带载波通信(HPLC)的网络协议栈，应支持下图所定义的物理层、数据链路层、网络层、传输层以及应用层5层协议栈架构。其中,DLLSec为链路层安全(DataLinkLayerSecurity),由O节规定。应用层数据业务和管理服务CoAP(RFC7252)/DTLS(RFC6347)传输层UDP/TCP(RFC768/793)网络层IPv6(RFC2460)6LoWPAN(RFC6282)链路层DLLSec(本文档O定义)HPLCMAC(Q/GDW11612.42-2016)物理层HPLCPHY(Q/GDW11612.41-2016)图错误!文档中没有指定样式的文字。-2基于IPv6的HPLC协议栈架构6.1.2 1.2报文格式基于IPv6的HPLC帧应符合下图所示的格式。应用层传输层网络层| CoAP首部I应用消息体I UDP首部I CoAP首都|应用消息体| 6LoWPAN首g I UDP首部 CoAP首部|应用消息植链路层HPLe首部|报文类型|安全首都|6LOWPAN首部|UDP首都ICOAP首部|应用消息体|安全尾部IHPLC谑丽图错误!文档中没有指定样式的文字。3基于IPv6的HPLC帧格式其中，报文类型等同于HPLC应用层报文端口号，OxObOxlO分配给IP化的PLC使用，Oxll以后继续由非IP化PLC使用。6.1.3 数据转发应支持边设备根据IPv6地址访问本地网络的端设备。应支持通过HPLC协议建立的链路层路径转发报文。可选支持通过三层Mesh协议建立的路径转发报文。6. 2组网功能基于IPv6的HPLC组网流程为，首先基于HPLC规范进行链路层组网，其次进行网络层认证，最后由边设备下发IPv6前缀和链路层密钥。其中：a）链路层组网应支持HPLC规范定义的组网流程，满足链路层互联互通；b）链路层组网应支持自动建立路由关系，并实时优化网络的功能；c）网络层认证应支持基于数字证书的身份认证，宜采用DTLS认证协议；d）IPv6前缀和链路层密钥宜基于DTLS安全通道下发到端设备，IPv6前缀可为唯一本地地址前缀,也可为全球单播地址前缀。7. 3网络管理基于IPv6的HPLC网络应支持如下网络管理功能：a）Q/GDW16112-2016定义的HPLC网络管理功能；b）获取PLC端设备的在线列表和通信网络拓扑；c）查询和清空端设备IPv6报文收发包统计信息；d）应支持PLC端设备的软件升级；e）应支持通过PLC链路上报停电事件；D应支持台区通信网络归属关系管理，宜支持白名单管理机制。此外，宜支持分属于多个领域的端设备在同一区域共存，可分别组网并互不干扰，也可组建单一网络。7基于IPv6的RF通信技术要求7.1 通信功能7.1.1 协议栈架构基于IPv6的RF通信网络协议栈自下而上包括RFPHY、RFMAC.链路安全、6LoWPAN.IPv6.UDP、CoAP/DTLSs数据业务和管理服务，基本结构如下图所示。其中，DLLSeC为链路层安全（DataLinkLayerSecurity）,由0节规定。应用层数据业务和管理服务CoAP(RFC7252)/DTLS(RFC6347)传输层UDP/TCP(RFC768/793)网络层IPv6(RFC2460)6LoWPAN(RFC6282)链路层DLLSec（本文档0定义）RFMAC(Q/GDW11016-2013)物理层RFPHY(Q/GDW11016-2013)图错误!文档中没有指定样式的文字。-4基于IPv6的RF协议栈架构7.1.2 报文格式基于IPv6的RF帧应符合下图所示的格式。应用层ICOAP首部I应用消息体传输层IUDP苜部ICoAP首部I应用消息体网络层I6Lt>WPAN部IUDP首也CoAP首部|应用消息体链路层RF首部:报文类型I安全首部I6LoWPAN首部IUDPtifflJICoAP苜部|应用消息体|安全尾部RF尾部图错误!文档中没有指定样式的文字。-5基于IPv6的RF帧结构7.1.3 数据转发应支持边设备根据IPv6地址访问本地网络的端设备；应支持通过RF协议建立的链路层路径转发报文。可支持通过三层Mesh协议建立的路径转发报文。7. 2组网功能基于IPv6的RF端设备组网流程为，首先基于Q/GDW11016-2013规范完成链路层组网，其次进行网络层认证，最后由边设备下发IPv6前缀和链路层密钥。其中：a）链路层组网应支持基于Q/GDW11016-2013定义的组网流程，满足链路层互联互通；b）链路层组网应支持自动建立路由关系，并实时优化网络的功能；c）网络层认证应支持基于数字证书的身份认证，宜采用DTLS认证协议；d）IPv6前缀和链路层密钥宜基于DTLS安全通道下发到端设备，IPv6前缀可为本地唯一地址前缀,也可为全球单播地址前缀。8. 3网络管理基于IPv6的RF网络应支持如下网络管理功能：a）QGDW110162013定义的RF网络管理功能；b）获取RF端设备的在线列表和网络拓扑；c）查询和清空端设备IPv6报文收发包统计信息；d）RF端设备的软件升级；e）端设备通过RF链路上报停电事件；f）台区通信网络归属关系管理，宜支持白名单管理机制。此外，宜支持分属于多个领域的端设备在同一区域共存，可分别组网并互不干扰，也可组建单一网络。8基于IPv6的HPLC&RF双模技术要求8.1 通信功能8.1.1 协议栈架构基于IPv6的PLC和RF双模网络协议栈自下而上包括PLC/RFPHY、PLC/RFMAC、链路安全、6LoWPANIPV6、UDP、COAP/DTLS、数据业务和管理服务，基本结构如下图所示。应用层数据业务和管理服务CoAP(RFC7252)/DTLS(RFC6347)传输层UDP/TCP(RFC768/793)网络层统一组网协议IPv6(RFC2460)6LoWPAN(RFC6282)链路层DLLSec（本文档0定义）HPLCMAC(Q/GDW11612.42-2016)RFMAC(Q/GDW11016-2013)物理层HPLCPHY(Q/GDW11612.41-2016)RFPHY(Q/GDW11016-2013)图错误!文档中没有指定样式的文字。-6基于IPv6的PLC和RF协议栈架构其中，统一组网协议是基于IPv6的支持PLC和RF两种接口混合组网的路由协议，可实现PLC和RF深度融合组网。双模技术应至少支持PLC和RF各自链路层组网协议，宜支持上述统一组网协议。8.1.2 报文格式PLC和RF帧格式应分别符合。和0定义。8.1.3 数据转发双模设备应对用户呈现本地网络内唯一的IPv6地址，应用层报文可通过该地址访问端设备，端设备与边设备之间宜具有至少2条数据转发路径，报文自动选择最优路径转发，应用层无需感知链路切换过程。9. 2组网功能应支持PLC和RF通过各自链路层协议分别组网，宜支持通过统一的网络层组网协议混合组网。a）对于链路层组网的方式，首先基于HPLC或RF协议进行链路层组网，其次端设备在完成链路层入网后开始进行网络层认证，最后认证成功后由边设备下发IPv6前缀和链路层密钥。b）对于网络层组网的方式，首先基于HPLC或RF协议进行链路层发现，其次进行网络层认证，再次由边设备下发IPv6前缀和链路层密钥，最后进行网络层组网即路由建立。c）链路层组网或网络层组网，均应支持自动建立路由关系，并实时优化网络的功能。d）网络层认证应支持基于数字证书的身份认证，宜采用DTLS认证协议；认证过程宜支持针对端设备本身统一认证，无需针对每个单模接口分别认证。e）双模端设备的PLC接口和RF接口必须加入到相同的边设备。DIPv6前缀和链路层密钥宜基于DTLS安全通道由边设备下发到端设备，IPv6前缀可为本地唯一地址前缀，也可为全球单播地址前缀。IPv6前缀和链路层密钥针对端设备本身，与具体链路无关。10. 网络管理基于IPv6的双模网络应支持如下网络管理功能：a） Q/GDW16112-2016定义的HPLC网络管理功能；b） Q/GDW11016-2013定义的RF网络管理功能；c）获取双模端设备的在线列表和通信网络拓扑；d）查询和清空端设备IPv6报文收发包统计信息；e）双模端设备的软件升级；f）台区通信网络归属关系管理，宜支持白名单管理机制；g）停电事件通过PLC和RF双通道同时上报。此外，宜支持分属于多个领域的端设备在同一区域共存，可分别组网并互不干扰，也可组建单一网络。