[发明专利]一种可自动识别扩展设备数量、加密的动态地址通讯方法

说明书

技术领域

本发明属于工业控制设备的技术领域，具体涉及一种可自动识别扩展设备数量、加密的动态地址通讯方法。

背景技术

在工业控制设备中，一个高度抵抗干扰、具有保密特征同时能够动态识别设备负载的总线是目前应用中所急需的。

一般的工业控制设备中都包含以下组成模块：CPU(中央处理单元)模块，各类输入输出模块，数据上传下载模块。而CPU与各类输入输出、数据上传下载模块之间都是通过总线以某种通讯协议相互连接。目前市场上已有的通讯协议存在的问题如下：

一，缺乏必要的保密特征。在CPU模块和其他模块通讯时，数据通过明文进行传递或者通过很弱的加密方式进行传递。在计算能力高度发达的今天，破解这样一套通讯协议只需要若干天的时间。对于控制着昂贵工业设备的工业控制系统而言，这样的保密程度显然难以满足市场、应用的需要。此外，各个通讯协议的保密特征是保持不变的。同一个厂家往往使用同一套加密的方法。在实际应用中，只要破解了一个厂家的一套系统，其他系统的安全性也无法得到保证。对于生产大批量工业控制设备的制造商而言，这也降低了其设备的安全性。

二，无法对干扰情况进行动态监测与预防。工业控制系统对于数据的准确性要求极高。然而在工业环境中，常常存在着多种复杂的电磁、机械干扰，使得系统中总线上传递的数据可能发生错误。一个错误的数据可能使得整套工业设备进入错误的工作状态，产生不可预料的危险与经济损失。在一些设备中，确实应用了一些针对干扰情况的预防手段，但是他们并不能动态地对干扰情况进行预测。一旦整套控制系统的工作环境发生变化，就有可能带来整套系统错误率的上升，引发一系列严重的后果。

三、对负载无法进行动态识别。与CPU相连的模块通常有非常多种，一个CPU与各种模块构成的整体与其连接关系称为一个“组态”。目前市场上已有的控制系统必须在出厂前或者运行前输入“组态”的详细信息以建立合理的通讯连接。而一旦“组态”发生变化，控制系统则需重启或中断当前运行以进行重新配置。这也就意味着一旦控制系统中的某些连接关系改变时，整套工业设备必须进入停产或者低产能状态，对于企业而言，这会带来巨大的经济损失。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种可自动识别扩展设备数量、加密的动态地址通讯方法，所提出的可以自动识别扩展设备数量、具有高度工业安全性的、自适应通讯环境的动态地址多机通讯协议解决了以上问题，具有广阔的市场前景与应用空间，有助于使用这一通讯协议的从事工业生产的企业降低生产、维护成本，也有助于这些企业在更加复杂的环境中使用工业控制设备，扩大工业控制设备的应用场景。

一种可自动识别扩展设备数量、加密的动态地址通讯方法，包括如下步骤：

S1，主设备通过侦测总线电荷与从设备建立通讯连接；

S2，对建立通讯连接关系的主设备与从设备进行信源的加密/解密；

S3，在主设备与从设备之间进行数据包的传输；

S4，采用PRBS码对信道进行动态估计，使主设备与从设备在通讯过程中动态地获得了一对一的信道，实现动态地址的通讯。

优选的，S1中，主设备通过侦测总线电荷与从设备建立通讯连接的方法具体为：

S2.1，主设备向负载侦测线注入频率为f_inj,i的恒定幅度正弦电压信号；f_inj,i为任意频率；若负载侦测线上电流的变化显示某一个频率的正弦电压信号注入总线后，则根据负载侦测线上的电流计算出等效电容；

S2.2，将所述等效电容除以C_slave，即得到总的从设备个数：C_slave为从设备的引脚有等效电容；

公式中N为总的被测试频率的数量，N_slave为得到的从设备个数，V_in是输入电压幅度，I(f_inj,i)是负载侦测线上的电流幅度；

S2.3，主设备向负载侦测线发送一个的探测指令，并根据从设备与主设备的距离远近对从设备进行序号标号，作为从设备的地址；从设备给予主设备答复的时间戳作为该从设备的密钥；所述探测指令包含已经应答从设备数量和发送当前命令时间；

S2.4，负载侦测线上的所有从设备被分配唯一的地址和密钥；主设备根据唯一的地址与从设备建立通讯连接。

优选的，S2，对建立通讯连接关系的主设备与从设备进行信源的加密与解密的过程相同，具体实现方法为，

从设备的密钥是由主设备发送时间决定的；密钥的最大值为: