1)IEC-60870-5-104的規約結構
IEC-60870-5-104遠動規約使用的參考模型源出於開放式系統互聯的ISO-OSI參考模型，但它只採用其中的5層，其結構如圖所示：
IEC60870-5-104實際上是將IEC60870-5-101與TCP／IP（Transmission Control Protocol／Internet Protocol）提供的網絡傳輸功能相組合，使得IEC60870-5-101在TCP／IP內各種網絡類型都可使用，在上圖的5層參考模型中，IEC60870-5-104實際上處於應用層協議的位置；基於TCP/IP的應用層協議很多，每一種應用層協議都對應着一個網絡端口號，根據其在傳輸層上使用的是TCP協議（傳輸控制協議）還是UDP協議（用戶數據報文協議），端口號又分爲TCP端口號和UDP端口號，其中TCP協議是一種面向連接的協議，爲用戶提供可靠的、全雙工的字節流服務，具有確認、流控制、多路複用和同步等功能，適用於數據傳輸，而UDP協議則是無連接的，每個分組都攜帶完整的目的地址，各分組在系統中獨立地從數據源走到終點，它不保證數據的可靠傳輸，也不提供重新排列次序或重新請求功能，爲了保證可靠地傳輸遠動數據，IEC60870-5-104規定傳輸層使用的是TCP協議，因此其對應的端口號是TCP端口。IEC60870-5-104規定本標準使用的端口號爲2404，並且此端口號已經得到IANA（互聯網地址分配機構，Internet Assigned Numbers Authority）的確認。對於基於TCP的應用程序來說，存在兩種工作模式，即服務器模式和客戶機模式。服務器模式和客戶機模式的區別是，在建立TCP連接時，服務器從不主動發起連接請求，它一直處於偵聽狀態，當偵聽到來自客戶機的連接請求後，則接受此請求，由此建立一個TCP連接，服務器和客戶機就可以通過這個虛擬的通信鏈路進行數據的收發。IEC60870-5-104規定控制站（即調度系統）作爲客戶機，而被控站（即站端RTU）作爲服務器。
2）IEC-60870-5-104的應用規約數據單元的結構
IEC-60870-5-104的應用規約數據單元（APDU）的結構如圖所示，
它由應用規約控制信息（APCI）和應用服務數據單元（ASDU）組成，和IEC-60870-5-101的幀結構相比，其中應用服務數據單元是相同的，相異之處在於，IEC-60870-5-104使用應用規約控制信息（APCI），而IEC-60870-5-101使用鏈路規約控制信息（LPCI）。在APDU中，啓動字符68H定義了數據流內的起始點，應用規約數據單元的長度定義了APDU主體的長度；需要注意的是，IEC 60870-5-104規定一個APDU報文（包括啓動字符和長度標識）不能超過255個字節，因此APDU最大長度爲253（等於255減去啓動和長度標識共兩個8位位組），ASDU的最大長度爲249，這個要求限制了一個APDU報文最多能發送121個不帶品質描述的歸一化測量值或243個不帶時標的單點遙信信息，若RTU採集的信息量超過此數目，則必須分成多個APDU進行發送。
3）IEC-60870-5-104的數據幀類型
APDU控制域包括4個8位位組，根據其定義，可以將APDU分成3種報文格式，即I格式、S格式和U格式。
①I格式用於編號的信息傳輸，包含ASDU。
②S格式用於編號的監視功能，用於確認I格式的數據幀。
③U格式未編號的控制功能，用於啓動數據傳輸,停止數據傳輸,測試鏈路。
控制域的第一個8位位組的第1比特=0定義了I格式，它表明APDU中包含應用服務數據單元ASDU；控制域的第一個8位位組的第1比特爲1，第2比特爲0定義了S格式，此種格式的APDU不包含ASDU，當報文接收方收到發送方的I格式報文後，如果沒有I格式報文需要發送給對方，可以向對方發送S格式報文以對所接收到的報文進行確認；控制域的第一個8位位組的第1比特=1，第2比特=1定義了U格式，此種格式的APDU也不含ASDU，其作用主要在於實現3種控制功能，即啓動子站進行數據傳輸（STARTDT）、停止子站的數據傳輸（STOPDT）和TCP鏈路測試（TESTFR）。
4）應用規約數據單元（APDU）的發送和接收序號的維護
IEC 60870-5-104採用RFC 793／RFC791（即TCP／IP）協議。IP協議負責將數據從一處傳往另一處，TCP負責控制數據流量，並保證傳輸的正確性。由於在最底層的計算機通信網絡提供的服務是不可靠的分組傳送，所以當傳送過程中出現錯誤以及在網絡硬件失效或網絡負荷太重時，數據包有可能丟失、延遲、重複和亂序，因此應用層協議必須使用超時和重傳機構。爲了防止I格式報文在傳送過程中丟失或重複傳送，IEC 60870-5-104的I格式報文的控制域定義了發送序號N(S)和接收序號R(S)，發送方每發送一個I格式報文，其發送序號應加1，接收方每接收到一個與其接收序號相等的I格式報文後，其接收序號也應加1。需要注意的是，每次重新建立TCP連接後，調度主站和子站RTU的接收序號和發送序號都應清零，因此在雙方開始數據傳送後，接收方若收到一個I格式報文，應判斷此I格式報文的發送序號是否等於自己的接收序號。若相等則應將自己接收序號加1，若此I格式報文的發送序號大於自己的接收序號，這說明發送方發送的一些報文出現了丟失；若此I格式報文的發送序號小於自己的接收序號，這意味着發送方出現了重複傳送。此外，I格式和S格式報文的接收序號表明了發送該報文的一方對已接收到的I格式報文的確認，若發送方發送的某一I格式報文後長時間無法在對方的接收序號中得到確認，這就意味着發生了報文丟失。當出現上述這些報文丟失、錯序的情況時，通常意味着TCP連接出現了問題，發送方或接收方應關閉現在的TCP連接然後再重新建立新的TCP連接，並在新的TCP連接上重新開始會話過程。
在主站端和子站RTU端進行通信時，接收方可以使用S格式報文（當有應用服務單元需要發送給對方時，可使用I格式報文）對已接收到的I格式報文進行確認，以免發送方超時收不到確認信息而重新建立TCP連接。這就存在一個接收方收到多少個I格式報文進行一次確認的問題，以及發送方應在多少個I格式報文未得到確認時停止發送數據。IEC 60870-5-104規定了兩個參數k和w，其取值範圍爲1到32767（注：當溢出時重新計數），其中k表示發送方在有k個I格式報文未得到對方的確認時，將停止數據傳送，w表示接收方最遲在接收了w個I格式報文後應發出認可；IEC 60870-5-104規定k和w的默認值分別爲12個APDU和8個APDU。在實際中，k和w的具體取值可以根據TCP連接雙方的數據通信量來加以確定，對於子站RTU端來說，每收到一個調度端的I格式報文都應立即進行響應，其w的取值實際上爲1，由於RTU端可以循環向調度端發送遙信、遙測等信息，因此k的取值與其循環發送的定時週期有關，通常12到20個APDU就足夠了；對於主站端，由於不停接收到RTU的數據，因此應及時地給以確認，通常w取小於8個APDU的值。
在主站端和子站RTU端進行通信時，接收方可以使用S格式報文（當有應用服務單元需要發送給對方時，可使用I格式報文）對已接收到的I格式報文進行確認，以免發送方超時收不到確認信息而重新建立TCP連接。這就存在一個接收方收到多少個I格式報文進行一次確認的問題，以及發送方應在多少個I格式報文未得到確認時停止發送數據。IEC 60870-5-104規定了兩個參數k和w，其取值範圍爲1到32767（注：當溢出時重新計數），其中k表示發送方在有k個I格式報文未得到對方的確認時，將停止數據傳送，w表示接收方最遲在接收了w個I格式報文後應發出認可；IEC 60870-5-104規定k和w的默認值分別爲12個APDU和8個APDU。在實際中，k和w的具體取值可以根據TCP連接雙方的數據通信量來加以確定，對於子站RTU端來說，每收到一個調度端的I格式報文都應立即進行響應，其w的取值實際上爲1，由於RTU端可以循環向調度端發送遙信、遙測等信息，因此k的取值與其循環發送的定時週期有關，通常12到20個APDU就足夠了；對於主站端，由於不停接收到RTU的數據，因此應及時地給以確認，通常w取小於8個APDU的值。
5）關於超時時間的理解
爲了能對TCP連接進行檢查和維護，IEC 60870-5-104規定了幾個超時時間，即t0、t1、t2、t3，它們的取值範圍爲1~255s，準確度爲1s，其缺省定義如圖所示：
t0規定了主站端和子站RTU端建立一次TCP連接的最大允許時間，主站端和子站RTU端之間的TCP連接在實際運行中可能經常進行關閉和重建，這發生在4種情況下： ① 主站端和子站RTU端之間的I格式報文傳送出現丟失、錯序或者發送U格式報文得不到應答時，雙方均可主動關閉TCP連接，然後進行重建； ② 主站系統重新啓動後將與各個子站重新建立TCP連接； ③ 子站RTU合上電源或由於自恢復而重新啓動後，將重建連接； ④ 子站RTU收到主站端的RESET_PROCESS（復位遠方終端）信號後，將關閉連接並重新初始化，然後重建連接。每次建立連接時，RTU都調用socket的listen( )函數進行偵聽，主站端調用socket的connect( )函數進行連接，如果在t0時間內未能成功建立連接，可能網絡發生了故障，主站端應該向運行人員給出警告信息。t1規定發送方發送一個I格式報文或U格式報文後，必須在t1的時間內得到接收方的認可，否則發送方認爲TCP連接出現問題並應重新建立連接。t2規定接收方在接收到I格式報文後，若經過t2時間未再收到新的I格式報文，則必須向發送方發送S格式幀對已經接收到的I格式報文進行認可，顯然t2必須小於t1。t3規定調度端或子站RTU端每接收一幀I幀、S幀或者U幀將重新觸發計時器t3，若在t3內未接收到任何報文，將向對方發送測試鏈路幀TESTFR。
6）IEC-60870-5-104的實施過程
①TCP連接的建立過程。站端RTU作爲服務器，在建立TCP連接前，應一直處於偵聽狀態並等待調度端的連接請求，當TCP連接已經建立，則應持續地監測TCP連接的狀態，以便TCP連接被關閉後能重新進入偵聽狀態並初始化一些與TCP連接狀態有關的程序變量；調度端作爲客戶機，在建立TCP連接前，應不斷地向站端RTU發出連接請求，一旦連接請求被接收，則應監測TCP連接的狀態，以便TCP連接被關閉後重新發出連接請求。需要注意的是，每次連接被建立後，調度端和站端RTU應將發送和接收序號清零，並且子站只有在收到了調度系統的STARTDT後，才能響應數據召喚以及循環上送數據，但在收到STARTDT之前，子站對於遙控、設點等命令仍然應進行響應。
②循環遙測數據傳送。對於遙測量，可以使用類型標識爲9（歸一化值）、11（標度化值）和13（短浮點數）的ASDU定時循環向調度端發送。
③總召喚過程。調度主站向子站發送總召喚命令幀（類型標識爲100，傳輸原因爲6），子站向主站發送總召喚命令確認幀（類型標識爲100，傳輸原因爲7），然後子站向主站發送單點遙信幀（類型標識爲1）和雙點遙信幀（類型標識爲3），最後向主站發送總召喚命令結束幀（類型標識爲100，傳輸原因爲10）。
④校時過程。調度主站向子站發送時間同步幀（類型標識爲104，傳輸原因6），子站收到後立即更新系統時鐘並向主站發送時間同步確認幀（類型標識爲104，傳輸原因7）。需要注意的是，在以太網上進行時鐘同步，要求最大的網絡延時小於接收站時鐘所要求的準確度，即如果網絡提供者保證在網絡中的延時不會超過400ms（典型的X.25 WAN值），在子站所要求的準確度爲1s，這樣時鐘同步纔有效。使用這個校時過程可以避免成百上千地在子站安裝GPS衛星定位系統，但如果網絡延時很大或者子站所要求的準確度很高（例如1ms），則變電站綜合自動化系統必須安裝精確度很高的全球定位系統（GPS），而以上的時鐘同步過程實際上就沒有意義了。
⑤子站事件主動上傳。以太網對於調度端和子站端都是一個全雙工高速網絡，因此IEC6080-5-104必然使用平衡式傳輸。當子站發生了突發事件，子站將根據具體情況主動向主站發送下述報文：遙信變位幀（單點遙信類型標識爲1, 雙點遙信類型標識爲3，傳輸原因爲3）、遙信SOE幀（單點遙信類型標識爲30, 雙點遙信類型標識爲31，傳輸原因爲3）、調壓變分接頭狀態變化幀（類型標識爲32，傳輸原因爲3）、繼電保護裝置事件（類型標識爲38）、繼電保護裝置成組啓動事件（類型標識爲39）、繼電保護裝置成組輸出電路信息（類型標識爲40）。
⑥遙控/遙調過程。主站發送遙控/遙調選擇命令（類型標識爲46/47，傳輸原因爲6，S/E=1），子站返回遙控/遙調返校（類型標識爲46/47，傳輸原因爲7，S/E=1），主站下發遙控/遙調執行命令（類型標識爲46/47，傳輸原因爲6，S/E=0）,子站返回遙控/遙調執行確認（類型標識爲46/47，傳輸原因爲7，S/E=0），當遙控/遙調操作執行完畢後，子站返回遙控/遙調操作結束命令（類型標識爲46/47，傳輸原因爲10，S/E=0）。
⑦召喚電度過程。主站發送電度量凍結命令（類型標識爲101，傳輸原因爲6），子站返回電度量凍結確認（類型標識爲101，傳輸原因爲7），然後子站發送電度量數據（類型標識爲15，傳輸原因爲37），最後子站發送電度量召喚結束命令（類型標識爲101，傳輸原因爲10）。
①TCP連接的建立過程。站端RTU作爲服務器，在建立TCP連接前，應一直處於偵聽狀態並等待調度端的連接請求，當TCP連接已經建立，則應持續地監測TCP連接的狀態，以便TCP連接被關閉後能重新進入偵聽狀態並初始化一些與TCP連接狀態有關的程序變量；調度端作爲客戶機，在建立TCP連接前，應不斷地向站端RTU發出連接請求，一旦連接請求被接收，則應監測TCP連接的狀態，以便TCP連接被關閉後重新發出連接請求。需要注意的是，每次連接被建立後，調度端和站端RTU應將發送和接收序號清零，並且子站只有在收到了調度系統的STARTDT後，才能響應數據召喚以及循環上送數據，但在收到STARTDT之前，子站對於遙控、設點等命令仍然應進行響應。
②循環遙測數據傳送。對於遙測量，可以使用類型標識爲9（歸一化值）、11（標度化值）和13（短浮點數）的ASDU定時循環向調度端發送。
③總召喚過程。調度主站向子站發送總召喚命令幀（類型標識爲100，傳輸原因爲6），子站向主站發送總召喚命令確認幀（類型標識爲100，傳輸原因爲7），然後子站向主站發送單點遙信幀（類型標識爲1）和雙點遙信幀（類型標識爲3），最後向主站發送總召喚命令結束幀（類型標識爲100，傳輸原因爲10）。
④校時過程。調度主站向子站發送時間同步幀（類型標識爲104，傳輸原因6），子站收到後立即更新系統時鐘並向主站發送時間同步確認幀（類型標識爲104，傳輸原因7）。需要注意的是，在以太網上進行時鐘同步，要求最大的網絡延時小於接收站時鐘所要求的準確度，即如果網絡提供者保證在網絡中的延時不會超過400ms（典型的X.25 WAN值），在子站所要求的準確度爲1s，這樣時鐘同步纔有效。使用這個校時過程可以避免成百上千地在子站安裝GPS衛星定位系統，但如果網絡延時很大或者子站所要求的準確度很高（例如1ms），則變電站綜合自動化系統必須安裝精確度很高的全球定位系統（GPS），而以上的時鐘同步過程實際上就沒有意義了。
⑤子站事件主動上傳。以太網對於調度端和子站端都是一個全雙工高速網絡，因此IEC6080-5-104必然使用平衡式傳輸。當子站發生了突發事件，子站將根據具體情況主動向主站發送下述報文：遙信變位幀（單點遙信類型標識爲1, 雙點遙信類型標識爲3，傳輸原因爲3）、遙信SOE幀（單點遙信類型標識爲30, 雙點遙信類型標識爲31，傳輸原因爲3）、調壓變分接頭狀態變化幀（類型標識爲32，傳輸原因爲3）、繼電保護裝置事件（類型標識爲38）、繼電保護裝置成組啓動事件（類型標識爲39）、繼電保護裝置成組輸出電路信息（類型標識爲40）。
⑥遙控/遙調過程。主站發送遙控/遙調選擇命令（類型標識爲46/47，傳輸原因爲6，S/E=1），子站返回遙控/遙調返校（類型標識爲46/47，傳輸原因爲7，S/E=1），主站下發遙控/遙調執行命令（類型標識爲46/47，傳輸原因爲6，S/E=0）,子站返回遙控/遙調執行確認（類型標識爲46/47，傳輸原因爲7，S/E=0），當遙控/遙調操作執行完畢後，子站返回遙控/遙調操作結束命令（類型標識爲46/47，傳輸原因爲10，S/E=0）。
⑦召喚電度過程。主站發送電度量凍結命令（類型標識爲101，傳輸原因爲6），子站返回電度量凍結確認（類型標識爲101，傳輸原因爲7），然後子站發送電度量數據（類型標識爲15，傳輸原因爲37），最後子站發送電度量召喚結束命令（類型標識爲101，傳輸原因爲10）。
7）其它
104規約中應用服務數據單元結構（ASDU）的結構如圖：
注1：應用服務數據單元結構（ASDU）結構如下：
①一個8位位組表示類型標識；
②一個8位位組表示可變結構限定詞；
③兩個8位位組表示傳送原因；
④兩個8位位組表示應用服務數據單元公共地址；
⑤三個8位位組表示信息體地址。
注2：104規約中，應用規約數據單元（APDU）沒有校驗、沒有結束字符 （由於底層有TCP/IP,所以不需要額外判斷一幀的正確與完整性）。
參考文獻：
【1】趙淵 沈智健. 基於TCP/IP的IEC60870-5-104遠動規約在電力系統中的應用.