一种用于数控系统中双环现场总线的安全通信方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法：确定主站和从站，将传输通路分为环路1和环路2，确定所有从站的站点编号；将主站中的原始有效数据和用于恢复的关联数据分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路2发送给所有从站进行CRC校验；如校验正确，则从中取出有用数据，并将校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，沿环路2继续传送直至主站，同时该从站沿环路1继续传送原始消息安全报文直至最后一个从站；主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则结束此次通信。本发明专利技术具有实时性强、冗余度高、重传概率低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，具体的说是一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法。
技术介绍
随着制造业的不断发展，数控系统的复杂程度正在不断提高，也增加了意外事故发生的概率。目前，数控系统通过各种消息安全报文对设备加以控制，以保证安全。然而， 报文在传输过程中难以避免的会因为系统故障、电磁干扰等问题而发生错误，这给安全控制带来了极大的隐患。因此消息安全报文的传输安全已成为数控领域中通信安全性研究的^^点ο目前国内外相关研究领域对消息安全报文的传输安全主要采用两种方法一种方法是对数据链路层的循环冗余校验方法进行研究和改进，以期获得更强的错误检测能力， 这种方法没有进行数据冗余，不具备数据恢复的能力，因此如果通信过程中发生传输错误， 只能通过重传解决问题，增加了通信负担与通信时延。另一种方法使用双通道机制，使消息安全报文在两条通道中进行传输，保证了数据的冗余，具有一定的数据恢复能力，但这种方法将消息安全报文的发送和应答放在了两个通信周期中，实时性有待加强。数控系统中现场总线作为一种面向特殊领域应用的控制总线，要求总线系统满足对实时性、安全性及开放性的要求。数控系统中包含有急停按钮、安全开关、安全门等各种与安全性相关的设备，它们同人身生命财产安全戚戚相关，对消息安全报文的传输质量和传输实时性提出了更高的要求，因此现存的针对消息安全报文的几种消息传输方法存在缺陷，其安全性和实时性有待提高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够增强数控总线系统中通信实时性和传输数据冗余度的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是本专利技术一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法包括以下步骤将消息安全报文发送方作为主站，将消息安全报文接收方作为从站，将传输通路按照传输的方向分为环路1和环路2，将所有从站按照其在环路1中的顺序作为从站的站点编号；将在主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1按从站的站点编号顺序依次发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路2按从站的站点编号顺序逆向依次发送给所有从站；任何一个从站对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行CRC校验；如果CRC校验正确，则该从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中， 然后该从站沿着环路2继续传送关联消息安全报文，直至传送给主站，同时该从站沿着环路1继续传送原始消息安全报文，直至传送给最后一个从站(m)；主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则判断通信是否结束，如结束，则此次通信完成；如果通信没有结束，则返回到将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤；如果主站对接收到的应答信息进行CRC校验不正确，则主站请求从站重新发送应答信息至主站；接续主站对接收到的应答信息进行CRC校验步骤；如果任何一个从站对接收到的消息安全报文进行CRC校验不正确，则请求主站重新发送该消息安全报文至当前从站，接续将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤。在主站中产生用于恢复的关联数据包括以下过程将站点编号相邻的从站所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第 1 (m-1)个关联数据；将第一个从站(1)和最后一个从站(m)所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第m个关联数据。所述消息安全报文包括有效数据位、状态位、会话号位、序列号位、网口号位、站点号位以及CRC位，其中，有效数据位存放从站执行操作的命令；状态位用于识别通信状态；会话号位用于区分不同会话的通信；序列号位用于识别消息安全报文顺序；网口号位用于区分两条传输环路；站点号位用于从站识别自身所需数据；CRC位用于进行CRC校验。从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据包括以下步骤在环路1所传输的原始消息安全报文中，根据消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的有效数据、等于上一从站站点编号的有效数据和等于下一从站站点编号的有效数据；在环路2所传输的关联消息安全报文中，根据关联消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的关联数据和等于上一从站站点编号的关联数据。从站对提取出的自身所需数据进行计算包括以下步骤原始消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的原始有效数据即为有用数据；原始消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据；原始消息安全报文中提取出的站点号位等于下一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据。从站将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文步骤如下最后一个从站(m)将应答信息封装入关联消息安全报文的尾端，不替换关联消息安全报文中的任何关联数据；其它从站在封装应答信息时，使用应答信息替换掉关联消息安全报文中站点号位等于自身站点编号的关联数据；第一个从站(1)在封装应答信息后，将关联消息安全报文中最后一个从站(m)站点编号所对应的关联数据删除，并将应答信息所组成的消息安全报文发送给主站。本专利技术具有以下有益效果及优点1.有效增强实时性。由于本专利技术方法采用了双环现场总线进行消息安全报文的传输，传输通路是环形通路，当从站接收到主站发送的消息安全报文时，从中提取出自身需要的数据，并在消息安全报文中封装应答信息，发送出去；最终，封装有各从站应答信息的消息安全报文通过环路传输回主站，因此本专利技术方法将消息安全报文的发送与应答集中在了一个通信周期内，所以有效增强了实时性。2.冗余度高，重传概率低。由于本专利技术方法中，主站同时在两条环路中传输消息安全报文，第一条环路中传输原始消息安全报文，第二条环路中传输用于恢复的关联消息安全报文，并且第二条环路中传输的关联消息安全报文是由第一条环路中传输的原始消息安全报文进行内部循环异或所得，所以从站可通过第一条环路中传输的原始消息安全报文得到自身所需的有用数据，也可通过原始消息安全报文中上一从站站点编号所对应有效数据和关联消息安全报文中上一从站站点编号所对应关联数据进行异或运算得到，还可通过原始消息安全报文中下一从站站点编号所对应有效数据和关联消息安全报文中当前从站站点编号所对应关联数据进行异或运算得到，所以共有三种运算方法得到自身所需要的有用数据，因此提高了冗余度，降低了重传概率。附图说明图1为本专利技术方法应用的双环现场总线系统结构图；图2为本专利技术方法流程图；图3为本专利技术方法中双环现场总线消息安全报文内容示意图；图4A(1)为本专利技术方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图(一)；图4AQ)为本专利技术方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图(二)；图4A(3)为本专利技术方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图(三)；图4B为本专利技术方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于包括以下步骤：将消息安全报文发送方作为主站，将消息安全报文接收方作为从站，将传输通路按照传输的方向分为环路１和环路２，将所有从站按照其在环路１中的顺序作为从站的站点编号；将在主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路１按从站的站点编号顺序依次发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路２按从站的站点编号顺序逆向依次发送给所有从站；任何一个从站对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行ＣＲＣ校验；如果ＣＲＣ校验正确，则该从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将ＣＲＣ校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，然后该从站沿着环路２继续传送关联消息安全报文，直至传送给主站，同时该从站沿着环路１继续传送原始消息安全报文，直至传送给最后一个从站（ｍ）；主站对接收到的应答信息进行ＣＲＣ校验；如果正确，则判断通信是否结束，如结束，则此次通信完成。

【技术特征摘要】
1.一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于包括以下步骤将消息安全报文发送方作为主站，将消息安全报文接收方作为从站，将传输通路按照传输的方向分为环路ι和环路2，将所有从站按照其在环路1中的顺序作为从站的站点编号；将在主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1按从站的站点编号顺序依次发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路2按从站的站点编号顺序逆向依次发送给所有从站；任何一个从站对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行CRC校验；如果 CRC校验正确，则该从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，然后该从站沿着环路2继续传送关联消息安全报文，直至传送给主站，同时该从站沿着环路1继续传送原始消息安全报文，直至传送给最后一个从站(m)；主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则判断通信是否结束，如结束，则此次通信完成。2.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于如果通信没有结束，则返回到将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤。3.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于如果主站对接收到的应答信息进行CRC校验不正确，则主站请求从站重新发送应答信息至主站；接续主站对接收到的应答信息进行CRC校验步骤。4.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于如果任何一个从站对接收到的消息安全报文进行CRC校验不正确，则请求主站重新发送该消息安全报文至当前从站，接续将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤。5.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于在主站中产生用于恢复的关联数据包括以下过程将站点编号相邻的从站所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第1 (m-Ι)个关联数据；将第一个从站(1)和最后一个从站(m)所需的原始有效数据进行异或...

【专利技术属性】
技术研发人员：于东，岳东峰，高甜容，尹震宇，
申请(专利权)人：沈阳高精数控技术有限公司，中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：89