IEC 61850 GOOSE 功能支持

版本：未发布 | 日期：2026-05-03

概述

本次修改为 EMS 仿真平台新增了 IEC 61850 GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) 功能，支持 GOOSE 报文的发布（Publisher）和订阅（Receiver/Subscriber），实现变电站快速事件信号的仿真收发。

GOOSE 是 IEC 61850 标准中用于快速可靠地传输变电站事件的二层组播协议，主要用于跳闸/告警等实时信号传输，传输延迟要求在 4ms 以内。本次实现覆盖完整的 GOOSE 生命周期管理，包括创建、配置、启停控制、数据集管理、订阅管理、状态监控等。

功能特性

GOOSE Publisher（发布端）

创建 GOOSE 控制块 (GoCB) 并在指定网络接口上发布 GOOSE 组播报文
数据集动态管理：添加、修改、删除数据集条目
支持 6 种 IEC 数据类型：boolean、integer、float、string、bitstring、timestamp
stNum/sqNum 自动管理：数据变化时自动递增 stNum 并重置 sqNum
定时重发（TAL）：按照 IEC 61850 规范周期性重发 GOOSE 报文
手动触发发布：支持立即发布单次 GOOSE 报文
仿真模式标记：支持 simulation=True 标记测试报文
VLAN 标签支持：可配置 VLAN ID 和优先级
自动组播 MAC 地址：根据 APPID 自动生成 IEC 61850 规定的组播 MAC 地址

GOOSE Receiver/Subscriber（订阅端）

在指定网络接口上监听 GOOSE 组播报文
每个 Receiver 支持多个 Subscription 订阅
按 GoCBRef、APPID、目标 MAC 过滤报文
报文接收回调通知
订阅状态实时监控：init → connected → lost → error
超时检测：当超过 timeAllowedToLive 未收到报文时标记为 lost
数据集值解析：自动解析 MMS 数据类型（Boolean、Integer、Float、String、BitString、Timestamp）

架构设计

整体架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      Frontend (Vue 3)                    │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │              GooseManager.vue                    │    │
│  │  ┌──────────────┐    ┌──────────────────────┐   │    │
│  │  │ Publisher Tab │    │   Receiver Tab       │   │    │
│  │  └──────────────┘    └──────────────────────┘   │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────┘    │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │              gooseApi.ts (API 层)                │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────┘    │
└──────────────────────────┬──────────────────────────────┘
                           │ HTTP JSON
┌──────────────────────────▼──────────────────────────────┐
│                   Backend (FastAPI)                       │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │          channel/goose.py (路由层)               │    │
│  │          schemas/goose.py (Pydantic 模型)        │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────┘    │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │         GooseManager (资源管理器 Singleton)       │    │
│  │  ┌────────────────┐    ┌────────────────────┐   │    │
│  │  │ GoosePublisher  │    │   GooseReceiver    │   │    │
│  │  │  (发布端实例)   │    │   (接收端实例)     │   │    │
│  │  └────────────────┘    └────────────────────┘   │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────┘    │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │        pyiec61850 (libiec61850 Python 绑定)      │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

设计模式

后端设计模式

Singleton + Manager 模式：GooseManager 作为全局单例，统一管理所有 GOOSE Publisher 和 Receiver 实例的完整生命周期，通过 app.state.goose_manager 挂载到 FastAPI 应用
Pydantic V2 验证模式：所有 Web API 请求/响应均通过 Pydantic 模型进行 JSON 序列化和字段校验
线程安全：Publisher 和 Receiver 均使用 threading.Lock 保护共享状态，底层重发/接收运行在独立守护线程
优雅降级：pyiec61850 未安装时 GOOSE 功能自动降级，不影响其他模块运行

前端设计模式

Composables 模式：通过 API 层封装所有后端调用
自动刷新：GOOSE 管理页面每 5 秒自动轮询更新状态
响应式状态：订阅状态通过颜色编码实时展示

核心类设计

GoosePublisher

python

class GoosePublisher:
    """GOOSE 发布者
    
    核心属性:
    - interface: 网络接口名称 (如 "eth0")
    - go_cb_ref: GOOSE 控制块引用 (MMS 格式, 如 "LD0/LLN0$GO$gcb1")
    - go_id: GOOSE 标识符
    - data_set_ref: 数据集引用
    - app_id: APPID (0x0001 ~ 0xFFFF)
    - conf_rev: 配置修订号
    - time_allowed_to_live: 报文存活时间 (ms)
    - dst_mac: 目标组播 MAC 地址
    - vlan_id/vlan_prio: VLAN 标签
    - simulation: 仿真模式标记
    
    核心方法:
    - start() / stop(): 启停 Publisher 和定时重发线程
    - publish(): 立即发布 GOOSE 报文
    - add_entry() / remove_entry() / update_entry(): 数据集条目管理
    - get_status(): 获取完整状态信息
    """

stNum/sqNum 管理策略

事件	stNum	sqNum	说明
初始创建	1	0	默认值
数据集值变化	+1	0	状态变化时递增 stNum，重置 sqNum
定时重发	不变	+1	每次重发递增 sqNum
手动发布	不变	+1	手动触发发布递增 sqNum

定时重发策略

重发间隔 = time_allowed_to_live / 2000 (秒)

按照 IEC 61850 规范，GOOSE 报文应在 TAL/2 时间内重发，确保接收端在超时前至少收到一次重发。

组播 MAC 地址生成

默认 MAC = 01:0C:CD:01:XX:YY
其中 XX = (app_id >> 8) & 0xFF
     YY = app_id & 0xFF

符合 IEC 61850 规定的 GOOSE 组播 MAC 地址范围 01-0C-CD-01-00-00 ~ 01-0C-CD-01-01-FF。

GooseReceiver / GooseSubscription

python

class GooseReceiver:
    """GOOSE 接收器
    
    核心属性:
    - interface: 网络接口名称
    - _subscriptions: 订阅字典 (go_cb_ref -> GooseSubscription)
    
    核心方法:
    - add_subscription() / remove_subscription(): 订阅管理
    - set_callback(): 设置报文接收回调
    - start() / stop(): 启停 Receiver 和监控线程
    - get_status(): 获取完整状态信息
    """

class GooseSubscription:
    """GOOSE 订阅信息
    
    核心属性:
    - go_cb_ref: 控制块引用
    - app_id: APPID 过滤
    - state: 订阅状态 (init/connected/lost/error)
    - st_num / sq_num: 最新序号
    - data_values: 数据集值列表
    - last_update: 最后更新时间
    """

订阅状态机

         启动接收
 init ──────────→ connected
                     │
                     │ 超时 (TAL)
                     ↓
                   lost ←──────┐
                     │         │
                     │ 收到报文 │ 超时
                     ↓         │
                  connected ───┘
                     │
                     │ 解析错误
                     ↓
                   error

状态	含义	颜色
`init`	初始化，尚未收到报文	灰色 (#909399)
`connected`	已收到有效 GOOSE 报文	绿色 (#67C23A)
`lost`	超时未收到报文 (超过 TAL)	橙色 (#E6A23C)
`error`	报文解析错误	红色 (#F56C6C)

MMS 数据类型解析映射

MMS 类型常量	类型值	解析类型	Python 类型
MMS_BOOLEAN	0	boolean	bool
MMS_BIT_STRING	1	bitstring	int
MMS_INTEGER	2	integer	int32
MMS_UNSIGNED	3	unsigned	uint32
MMS_FLOAT	4	float	float
MMS_VISIBLE_STRING	10	string	str
MMS_UTC_TIME	17	timestamp	int (ms)

GooseManager

python

class GooseManager:
    """GOOSE 资源管理器 (Singleton)
    
    管理:
    - _publishers: Dict[str, GoosePublisher]   # id -> publisher
    - _receivers: Dict[str, GooseReceiver]     # id -> receiver
    - _gocbref_to_pid: Dict[str, str]          # go_cb_ref -> publisher_id
    - _interface_to_rid: Dict[str, str]        # interface -> receiver_id
    
    提供方法:
    - create_publisher / list_publishers / get_publisher_status
    - update_publisher / delete_publisher
    - start_publisher / stop_publisher / publish_now
    - add_publisher_entry / update_publisher_entry / remove_publisher_entry
    - create_receiver / list_receivers / get_receiver_status
    - delete_receiver / start_receiver / stop_receiver
    - add_subscription / remove_subscription
    - stop_all / get_all_status
    """

Publisher ID 策略：优先使用 go_cb_ref 作为 Publisher ID，若为空则使用 UUID。相同 go_cb_ref 不会重复创建。

Receiver ID 策略：使用网络接口名作为 Receiver ID。同一接口只允许一个 Receiver。

API 设计

所有 GOOSE API 挂载在 /api/channels/goose/ 前缀下，采用 RESTful 风格设计，请求参数使用 JSON body 传递，通过 Pydantic V2 模型进行验证。

Publisher 端点

方法	路径	说明	请求体
POST	`/goose/publishers`	创建 Publisher	`GoosePublisherCreate`
GET	`/goose/publishers`	列出所有 Publisher	-
GET	`/goose/publishers/{id}`	获取 Publisher 状态	-
PUT	`/goose/publishers/{id}`	更新 Publisher 配置	`GoosePublisherUpdate`
DELETE	`/goose/publishers/{id}`	删除 Publisher	-
POST	`/goose/publishers/{id}/start`	启动 Publisher	-
POST	`/goose/publishers/{id}/stop`	停止 Publisher	-
POST	`/goose/publishers/{id}/publish`	立即发布 GOOSE 报文	-
POST	`/goose/publishers/{id}/entries`	添加数据集条目	`GoosePublisherEntryAdd`
PUT	`/goose/publishers/{id}/entries/{index}`	更新数据集条目值	`GoosePublisherEntryUpdate`
DELETE	`/goose/publishers/{id}/entries/{index}`	移除数据集条目	-

Receiver 端点

方法	路径	说明	请求体
POST	`/goose/receivers`	创建 Receiver	`GooseReceiverCreate`
GET	`/goose/receivers`	列出所有 Receiver	-
GET	`/goose/receivers/{id}`	获取 Receiver 状态	-
DELETE	`/goose/receivers/{id}`	删除 Receiver	-
POST	`/goose/receivers/{id}/start`	启动 Receiver	-
POST	`/goose/receivers/{id}/stop`	停止 Receiver	-
POST	`/goose/receivers/{id}/subscriptions`	添加订阅	`GooseSubscriptionCreate`
DELETE	`/goose/receivers/{id}/subscriptions`	移除订阅	`GooseSubscriptionRemove`

Pydantic Schema 设计

GoosePublisherCreate

字段	类型	必填	默认值	校验规则
interface	str	否	"eth0"	min_length=1
go_cb_ref	str	是	-	min_length=1
go_id	str	否	""	-
data_set_ref	str	否	""	-
app_id	int	否	0x0001	ge=0, le=0xFFFF
conf_rev	int	否	1	ge=1
time_allowed_to_live	int	否	1000	ge=100, le=60000
dst_mac	List[int] \| None	否	None	长度=6, 每字节 0-255
vlan_id	int	否	0	ge=0, le=4095
vlan_prio	int	否	4	ge=0, le=7
simulation	bool	否	True	-
entries	List[GooseDataSetEntryCreate]	否	[]	-

GooseDataSetEntryCreate

字段	类型	必填	默认值	校验规则
name	str	是	-	min_length=1, max_length=128
value	bool \| int \| float \| str	否	False	-
iec_type	str	否	"boolean"	枚举: boolean/integer/float/string/bitstring/timestamp

GooseReceiverCreate

字段	类型	必填	默认值	校验规则
interface	str	否	"eth0"	min_length=1
subscriptions	List[GooseSubscriptionCreate]	否	[]	-

GooseSubscriptionCreate

字段	类型	必填	默认值	校验规则
go_cb_ref	str	是	-	min_length=1
app_id	int \| None	否	None	ge=0, le=0xFFFF
dst_mac	List[int] \| None	否	None	长度=6, 每字节 0-255
description	str	否	""	-

请求示例

创建 GOOSE Publisher：

json

POST /api/channels/goose/publishers
{
  "interface": "eth0",
  "go_cb_ref": "LD0/LLN0$GO$gcb1",
  "go_id": "gcb1",
  "data_set_ref": "LD0/LLN0$dsGOOSE1",
  "app_id": 1,
  "conf_rev": 1,
  "time_allowed_to_live": 1000,
  "simulation": true,
  "entries": [
    { "name": "stVal", "value": true, "iec_type": "boolean" },
    { "name": "q", "value": 0, "iec_type": "integer" },
    { "name": "t", "value": 0, "iec_type": "timestamp" }
  ]
}

创建 GOOSE Receiver 并添加订阅：

json

POST /api/channels/goose/receivers
{
  "interface": "eth0",
  "subscriptions": [
    {
      "go_cb_ref": "LD0/LLN0$GO$gcb1",
      "app_id": 1,
      "description": "断路器跳闸信号"
    }
  ]
}

文件清单

后端 — 新增文件

文件	说明
`src/proto/iec61850/goose_publisher.py`	GOOSE Publisher 核心封装，支持数据集管理、序号管理、定时重发
`src/proto/iec61850/goose_subscriber.py`	GOOSE Subscriber/Receiver 封装，支持多订阅、回调通知、超时检测、数据集解析
`src/proto/iec61850/goose_manager.py`	GOOSE 资源管理器 (Singleton)，统一管理 Publisher/Receiver 生命周期
`src/web/api/schemas/goose.py`	GOOSE Pydantic V2 数据模型，所有请求/响应 Schema
`src/web/api/channel/goose.py`	GOOSE Web API 路由 (17 个端点)

后端 — 修改文件

文件	修改内容
`src/web/api/channel/__init__.py`	注册 `goose_router`
`src/web/api/schemas/__init__.py`	导出 GOOSE Schema
`src/web/app.py`	startup 时初始化 `GooseManager` 并挂载到 `app.state.goose_manager`
`src/web/api/channel/iec61850.py`	`iec61850-structure` 端点返回 GOOSE Publisher/Receiver 信息

前端 — 新增文件

文件	说明
`front/src/api/gooseApi.ts`	GOOSE API 调用层，完整 TypeScript 类型定义 + 17 个 API 函数
`front/src/components/goose/GooseManager.vue`	GOOSE 管理主组件 (双 Tab: Publisher/Receiver)，含创建/编辑/启停/数据集/订阅对话框
`front/src/views/GooseView.vue`	GOOSE 页面视图

前端 — 修改文件

文件	修改内容
`front/src/constants/api.ts`	新增 `GOOSE_API` 常量 (17 个 API 路径)
`front/src/constants/protocol.ts`	新增 `GOOSE_SUB_STATE`、`GOOSE_STATE_COLOR`、`GOOSE_STATE_LABEL`、`GOOSE_IEC_TYPE_OPTIONS`
`front/src/router/index.ts`	新增 `/goose` 路由指向 `GooseView.vue`
`front/src/composables/useIec61850Tree.ts`	GOOSE 分类项支持 `linkTo` 导航；`TreeNode` 类型新增 `linkTo` 字段
`front/src/views/SideBar.vue`	处理 GOOSE 节点 `linkTo` 导航到 `/goose` 页面
`front/src/components/header/AppHeader.vue`	新增 GOOSE 管理导航按钮 + Connection 图标；面包屑支持 GOOSE 路由

线程模型

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    主线程 (FastAPI)                       │
│  - HTTP 请求处理                                         │
│  - GooseManager CRUD 操作                                │
│  - app.state.goose_manager 状态管理                      │
└──────────┬──────────────────────────┬───────────────────┘
           │                          │
    ┌──────▼──────┐           ┌──────▼──────┐
    │ Publisher   │           │ Receiver    │
    │ 重发线程     │           │ 接收线程     │
    │ (daemon)    │           │ (C 线程)    │
    │             │           │             │
    │ 定时调用     │           │ 回调触发     │
    │ publish()   │           │ _on_goose   │
    │             │           │ _message()  │
    └─────────────┘           └──────┬──────┘
                                    │
                             ┌──────▼──────┐
                             │ 状态监控线程  │
                             │ (daemon)    │
                             │             │
                             │ 1秒轮询     │
                             │ 检测超时     │
                             └─────────────┘

线程安全保证

GoosePublisher：使用 threading.Lock 保护 _entries、_st_num、_sq_num 等共享状态
GooseReceiver：使用 threading.Lock 保护 _subscriptions 字典
GooseManager：所有操作委托给 Publisher/Receiver，不维护独立可变状态
重发线程和监控线程均为 daemon 线程，随主进程退出

IEC 61850 侧边栏集成

GOOSE 功能集成到现有 IEC61850 设备的侧边栏树结构中：

后端 iec61850-structure 端点返回的 GOOSE 分类列表中，填充当前 GooseManager 中的 Publisher 和 Receiver 信息
前端 useIec61850Tree 中，GOOSE 分类条目携带 linkTo: '/goose' 属性
用户点击 GOOSE 树节点时，通过 router.push('/goose') 导航到 GOOSE 管理页面

导航入口

入口	位置	说明
顶部导航栏	AppHeader Connection 图标	全局 GOOSE 管理入口
侧边栏	IEC61850 设备 → GOOSE 节点	设备级 GOOSE 入口
URL	`/goose`	直接访问

依赖要求

Python 依赖

包	版本要求	说明
pyiec61850	可选	libiec61850 Python 绑定，提供 GOOSE Publisher/Receiver 底层实现
pydantic	≥2.0	数据模型验证
fastapi	-	Web 框架

注意：pyiec61850 为可选依赖，未安装时 GOOSE 功能自动降级为不可用状态，不影响其他功能。

前端依赖

无新增依赖，使用项目已有的 Vue 3 + Element Plus + TypeScript。

配置参数说明

GOOSE Publisher 关键参数

参数	默认值	说明
interface	eth0	发送 GOOSE 报文的网络接口
go_cb_ref	(必填)	GOOSE 控制块引用，MMS 格式如 `LD0/LLN0$GO$gcb1`
go_id	""	GOOSE 标识符，用于接收端识别
data_set_ref	""	数据集引用，如 `LD0/LLN0$dsGOOSE1`
app_id	0x0001	APPID，用于 GOOSE 报文标识和组播 MAC 生成
conf_rev	1	配置修订号，配置变更时递增
time_allowed_to_live	1000	报文存活时间 (ms)，接收端据此判断超时
simulation	true	仿真模式标记，测试时设为 true
vlan_id	0	VLAN ID，0 表示不带 VLAN 标签
vlan_prio	4	VLAN 优先级 (0-7)，GOOSE 通常使用 4-7

GOOSE Receiver 关键参数

参数	默认值	说明
interface	eth0	监听 GOOSE 报文的网络接口
go_cb_ref	(必填)	要订阅的 GOOSE 控制块引用
app_id	null	APPID 过滤，null 表示不过滤
dst_mac	null	目标 MAC 过滤，null 表示不过滤

操作约束

操作	约束条件	原因
更新 Publisher 配置	Publisher 未运行	运行中配置可能导致报文不一致
添加/移除 Receiver 订阅	Receiver 未运行	底层 C 库需要重启才能更新订阅列表
同一 go_cb_ref 创建 Publisher	不允许重复	避免同一 GoCB 发布冲突
同一 interface 创建 Receiver	不允许重复	避免网络接口抢占
启动 Publisher	pyiec61850 已安装	依赖底层 C 库
启动 Receiver	pyiec61850 已安装	依赖底层 C 库

未来扩展

持久化：将 GOOSE 配置保存到数据库，重启后自动恢复
GOOSE 与测点联动：将 GOOSE 数据集条目与 EMS 测点绑定，实现测点值变化自动触发 GOOSE 发布
GOOSE 报文抓包：集成报文捕获和解析功能
GOOSE SCL 导入：支持从 SCL/ICD 文件自动创建 GOOSE 配置
GOOSE 仿真场景：预定义 GOOSE 事件序列（如断路器跳闸 → 重合闸），一键执行
WebSocket 实时推送：通过 WebSocket 将 GOOSE 状态变化实时推送到前端，替代轮询

IEC 61850 GOOSE 功能支持 ​

概述 ​

功能特性 ​

GOOSE Publisher（发布端） ​

GOOSE Receiver/Subscriber（订阅端） ​

架构设计 ​

整体架构 ​

设计模式 ​

后端设计模式 ​

前端设计模式 ​

核心类设计 ​

GoosePublisher ​

stNum/sqNum 管理策略 ​

定时重发策略 ​

组播 MAC 地址生成 ​

GooseReceiver / GooseSubscription ​

订阅状态机 ​

MMS 数据类型解析映射 ​

GooseManager ​

API 设计 ​

Publisher 端点 ​

Receiver 端点 ​

Pydantic Schema 设计 ​

GoosePublisherCreate ​

GooseDataSetEntryCreate ​

GooseReceiverCreate ​

GooseSubscriptionCreate ​

请求示例 ​

文件清单 ​

后端 — 新增文件 ​

后端 — 修改文件 ​

前端 — 新增文件 ​

前端 — 修改文件 ​

线程模型 ​

线程安全保证 ​

IEC 61850 侧边栏集成 ​

导航入口 ​

依赖要求 ​

Python 依赖 ​

前端依赖 ​

配置参数说明 ​

GOOSE Publisher 关键参数 ​

GOOSE Receiver 关键参数 ​

操作约束 ​

未来扩展 ​

IEC 61850 GOOSE 功能支持

概述

功能特性

GOOSE Publisher（发布端）

GOOSE Receiver/Subscriber（订阅端）

架构设计

整体架构

设计模式

后端设计模式

前端设计模式

核心类设计

GoosePublisher

stNum/sqNum 管理策略

定时重发策略

组播 MAC 地址生成

GooseReceiver / GooseSubscription

订阅状态机

MMS 数据类型解析映射

GooseManager

API 设计

Publisher 端点

Receiver 端点

Pydantic Schema 设计

GoosePublisherCreate

GooseDataSetEntryCreate

GooseReceiverCreate

GooseSubscriptionCreate

请求示例

文件清单

后端 — 新增文件

后端 — 修改文件

前端 — 新增文件

前端 — 修改文件

线程模型

线程安全保证

IEC 61850 侧边栏集成

导航入口

依赖要求

Python 依赖

前端依赖

配置参数说明

GOOSE Publisher 关键参数

GOOSE Receiver 关键参数

操作约束

未来扩展