专利名称：一种公用事业仪表远程抄表方法
技术领域：
本发明涉及一种现场总线通信方式，尤其涉及一种公用事业仪表远程抄表方法。
背景技术：
M-BUS是一种专门用于各类仪表或装置的远程收发信息的网络系统结构，将 M-BUS和TSS721芯片应用在各类消费仪表(如水表、电表、气表和烟雾报警装置等)上，可实现远程实时数据采集、巡检和监控等功能。如将该系统应用于居民小区，则可实现远程抄表、报警、智能控制和管理等，这对与住宅小区智能化建设和公共事业管理部门的现代化管理具有重要的意义。现有技术中也有《M-Bus仪表总线原理研究》一文，详细的介绍了 M-Bus 总线的网络层次结构、数据传送工作原理及网络协议等重要内容，并对M-Bus系统的总线收发器TSS721作了详尽的阐述。在应用方面，公共事业仪表通过扩展M-Bus总线，使其具有与M-Bus仪表总线通讯的功能，从而实现远程抄表。可以说，M-BUS已经是在发达国家中非常成熟地应用的产品。但是在我国现实的国情中，对于通信有着不同的制式和对应的保护模式，因此无法简单应用到实际中来，我们需要一种改进型的M-BUS仪表总线，来适应本国的实际情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种公用事业仪表远程抄表方法，采用改良加密的M-Bus传输方式，并且简化了传输方式，能低成本高效率地达到远程抄表的目的。同时确保传输的信
息安全。为了达到所述效果，一种公用事业仪表远程抄表方法，包括主机和从机，主机和从机之间通过总线加以通信连接并为从机提供工作电源，所述主机和从机之间进行包括通讯配置步骤，加密步骤和通讯步骤，通讯配置步骤包括初始化总线步骤，确认设备步骤，加密步骤后进行通讯步骤，通讯步骤包括数据读取步骤和完成通讯后的发送中断步骤，数据读取步骤包括数据请求，从机回复数据，数据读出，然后从机接收处理，接收处理分为中断接收处理和链路层处理。优选的，所述初始化总线步骤为主机通过发送带0地址的短帧SND_NKE进行初始化总线，寻找总线上新的设备，总线上若有从机，则回复E5H。优选的，所述中断接收处理包括触发一个监控用的定时器，当间隔超限，或在规定的时间内没有数据回复，则放弃本次通讯，放弃通讯后进行最多为3次的重发尝试，中断接收处理对接收的数据，进行了简单的帧判断，只有帧格式正确才会触发任务，任务继续对数据进行分析处理。优选的，所述定时器仅在开启了通讯的情况才启动。优选的，所述链路层处理处理流程为从机根据发送的类型来判断接收到的数据帧类型，短帧或长帧；接着进行帧内容和格式的检测，错误则退出；正确则进行检测C控制域、 A控制域、CI控制域；再根据DIF进行判断数据类型，同时是否带DIFE ；接着判断VIF进行判断数据内容，同时是否带了 VIFE ；以上过程需要一步一步进行，只有满足了前面的条件才进行接下来的；如果一帧数据带了多个通讯内容，那么只要一个数据项错误/不支持，那么会放弃本次通讯，接着会重新触发一次通讯。优选的，所述确认设备步骤后还设有同步时间步骤，主机采用SND_UD发送数据， 从机采用RSP_UD回复给主机；时间同步的触发机制有两类①任意时刻主机时间改变；② 通讯重建时刻；并且预设有一个同步临限时间，若超出该临限时间则同步失败，所述同步时间步骤中的数据内容传输过程需要加密。优选的，所述确认设备步骤后主机进行操作控制阀步骤，确认从机的设备阀状态， 主机发送SND_UD，从机回复RSP_UD ；主机将进行确认当前控制阀位置和上次设置的位置是否相同，若不同则置位控制阀错误。 优选的，所述加密步骤包括建立加密机制组，加密过程和密钥管理过程，所述加密机制组包括AES-U8加密制在内的多种加密方式，加密过程包括从密码库中选取加密机制进行加密，加密的字节仅针对应用层数据内容，其中CRC校验字节不加密，如果应用层数据内容不是16字节的整数倍，那么需要采用0x2F进行填充；采用CI域两个标号5AH和5BH 表示主机到从机的数据是加密的。优选的，AES-U8加密制为初步加密机制，当主机接收到的数据读取步骤中发现有异常情况时，即信息有被截取迹象时，主机自动从密码库中更换加密机制，并且发出告警信息通知维护人员，当维护人员排除故障后主机加密机制自动调整回AES-U8加密制。由于采用了所述技术方案，M-Bus可以方便安全地实现户用电表、水表、热量表等仪表的联网和远程抄表功能。尤为重要的是，本发明对现有的M-Bus传输方式进行了适应性的改进，更为符合现有的网络。
下面结合附图对本发明作进一步说明图1为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法M-BUS结构示意图。图2为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的发送中断处理流程示意图。图3为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的中断接收处理流程示意图。图4为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的初始化操作主机发送数据帧。图5为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的链路处理流程中从机回复主机发送数据帧图6为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的从机地址确认帧。图7为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的时钟校对发送数据帧。图8为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的从机复位发送帧。图9为本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的控制阀操作发送帧
具体实施例方式如图1所示，本发明一种公用事业仪表远程抄表方法，包括主机和从机，主机和从机之间使用两条线连接，这两条线起到通信和提供电源两种作用，所述主机和从机之间进行包括通讯配置步骤，加密步骤和通讯步骤，通讯配置步骤包括初始化总线步骤，确认设备步骤，经过加密步骤后进行通讯步骤，通讯步骤包括数据读取步骤和完成通讯后的发送中断步骤，数据读取步骤包括数据请求，从机回复数据，数据读出，然后再从机接收处理，接收处理分为两个部分中断接收处理和链路层处理。本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的通讯配置在任何情况下，波特率固定为 M00，偶校验，8数据位，1停止位；在通讯前进行加密，提供5种加密机制，其中采用AES-U8加密是强制性初步加密。加密的字节仅仅针对应用层数据内容，其中CRC校验字节不加密，如果应用层数据内容不是16字节的整数倍，那么需要采用0x2F进行填充；采用CI域两个标号5AH和5BH表示主机到从机的数据是加密的；密钥管理每个M-BUS设备都有一个唯一的密钥，也就是设备的默认密钥，用于解密新的密钥，一旦新密钥获取了，那么之后的通讯需要采用新密钥进行通讯，之前的通讯可以不进行加密。加密方法为0420H(04表示加密方法，20表示加密数据长度，最小为10H)，初始化密钥为0，加密方法为0520H，那么需要根据数据头编辑出密钥(共16位)进行通讯连接前先进行数据加密，数据加密根据设备的不同有所不同，重点针对有无时钟的两类设备；其中无时钟的设备第一数据块的加密需要填充两个字节，填充内容为FFH ；M-BUS设备能够传输流量、实时值、每小时值，设备每小时会对数据进行保存，并不断的累积，主机可通过Morage Number来访问指定的小时数据。如图4-图8所示，本发明一种公用事业仪表远程抄表方法的通讯过程，包括初始化总线通过发送带0地址的短帧(SND_NKE)进行初始化总线，寻找总线上新的设备，总线上若有新设备，那么应该回复E5H ；确认设备—旦主机得到初始化总线的回复，说明总线上存在了新设备，那么这个时候主机需要获取该设备的信息，以便进行下一步处理。通过发送REQ_UD2访问该设备，设备采用 RSP_UD回复给主机；同步时间如果设备确认过程中发现当前设备是有内部时钟，那么需要进行时间同步，主机采用SND_UD发送数据，从机采用RSP_UD回复给主机；时间同步的触发机制有两类任何时候主机时间的改变；2、通讯重建的时候；并且要求每天的时间不能超过60 秒钟，否则将同步失败。该数据内容传输过程需要加密。对于带有控制阀的从机，如图9所示，包括控制阀操作，如果连接的设备有控制阀，那么主机可以发送进行操作控制阀，主机发送SND_UD， 从机回复RSP_UD;主机将进行确认当前控制阀位置和上次设置的位置是否相同，不同的话，将置位控制阀错误。数据读取主机需要对设备消耗的能量进行统计，采用轮询的方式获取各个设备的数据，主机采用SND_UD帧，设备采用RSP_UD回复，数据项主要有两类
1、结算数据(每小时数据)；2、即时数据；数据请求主机通过发送短帧进行数据请求操作，REQ_UD2 ；从机回复数据从机接收到主机REQ_UD2帧后，需要采用RSP_UD帧回复，并且需要带着12字节头；数据读出模式表计特定了一个数据块通讯，用于读出设备数据，主机采用REQ_UD2，采用RSP_UD 帧回复，接收处理接收处理分为两个部分中断接收处理和链路层处理；如图2所示，中断接收处理由于总线规定了字节之间的间隔时间，所以需要触发一个定时器来监控，当间隔超限，那么放弃本次通讯；同时对需要回复的帧，也要监控，如果在规定的时间内没有数据回复，那么可能上次发送未成功，所以需要触发重发机制，目前仅支持重发3次；中断接收处理对接收的数据，进行了简单的帧判断，只有帧格式正确才会触发任务，任务继续对数据进行分析处理，总线只支持半双工通讯，所以成功接收到一帧，需要关闭接收，在下个发送完毕后，再打开接收；为了节省表计功耗，所以定时器只有在开启了通讯的情况才启动，平时都关闭。2、链路层处理M-BUS任务触发之后，首先进入的工作就是数据分析，目的在于制定接下来的操作或获取重要的信息内容；处理流程根据发送的类型来判断接收到的数据帧类型，短帧或长帧；接着进行帧内容和格式的检测，错误则退出；正确则进行检测C控制域、A控制域、CI控制域(Cl控制域又分为带固定数据头和不带数据头的处理方式)；再根据DIF进行判断数据类型，同时是否带DIFE ； 接着判断VIF进行判断数据内容，同时是否带了 VIFE ；以上过程需要一步一步进行，只有满足了前面的条件才进行接下来的；如果一帧数据带了多个通讯内容，那么只要一个数据项错误/不支持，那么会放弃本次通讯，接着会重新触发一次通讯(每一类最多触发3次)；处理流程首先判断是否存在总线错误，如果存在那么复位通讯；接着进行状态判断，状态的触发由其他任务来完成，比如通讯，计时等只要置位对应的标志就可以完成状态切换，同一时间内只能处于一种状态下，所以状态改变必须在通讯状态处于空闲的时候，否则一直等待，直到处于空闲态；一旦状态判断好之后，那么进入对应的状态进行处理；每种状态的完成，都必须复位通讯状态，由于总线上会存在多个从机，那么一种状态下，需要对不同的从机进行操作；目前支持的操作1、复位从机(卸载)；2、安装从机；3、读从机数据；4、设置从机时间；5、远程控制从机；操作3和4需要对所有的从机都进行访问，所以由通讯程序来完成；操作1和5需要根据实际情况来进行操作从机，所以需要其他任务来指定需要操作的从机，标志位；操作2安装从机，同一时间内只能安装一个从机，也就是一台安装完了，再挂另外一台.如图3所示，发送中断处理处理根据状态管理给定的操作进行组帧，并将对应的内容发送到总线上，对于需要回复的操作，需要触发一个时钟监控，数据发送处理只负责将数据内容发送出去，不进行其他判断。一旦完成通讯之后发现数据异常，则主机根据从机目前的告警程度，决定是否进行下面的读取操作，如图5所示，主机自动从密码库中更换加密机制，并且发出告警信息通知维护人员，当维护人员排除故障后主机加密机制自动调整回AES-U8加密制。这样能避免信息被不良用心的人所盗用。此时从机必须具备一个默认密钥，该密钥与设备标志号一起注册，是唯一的，由主站统一规划；该默认密钥主要用于解密新的密钥，在设置新密钥之前，部分通讯都不加密，除非有着特殊要求加密的数据，才采用默认密钥进行解密；设置了新密钥之后，之后的通讯都采用新密钥进行通讯，之前的默认密钥一直保留着，以备下次解密新的密钥。
权利要求
1.一种公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于，包括主机和从机，主机和从机之间通过总线加以通信连接并为从机提供工作电源，所述主机和从机之间进行通讯配置步骤，加密步骤和通讯步骤，通讯配置步骤包括初始化总线步骤，确认设备步骤，加密步骤后进行通讯步骤，通讯步骤包括数据读取步骤和完成通讯后的发送中断步骤，数据读取步骤包括数据请求，从机回复数据，数据读出，然后从机接收处理，接收处理分为中断接收处理和链路层处理。
2.如权利要求1所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述初始化总线步骤为主机通过发送带0地址的短帧SND_NKE进行初始化总线，寻找总线上新的设备，总线上若有从机，则回复E5H。
3.如权利要求1所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述中断接收处理包括触发一个监控用的定时器，当间隔超限，或在规定的时间内没有数据回复，则放弃本次通讯，放弃通讯后进行最多为3次的重发尝试，中断接收处理对接收的数据，进行了简单的帧判断，只有帧格式正确才会触发任务，任务继续对数据进行分析处理。
4.如权利要求3所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述定时器仅在开启了通讯的情况才启动。
5.如权利要求1所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述链路层处理处理流程为从机根据发送的类型来判断接收到的数据帧类型，短帧或长帧；接着进行帧内容和格式的检测，错误则退出；正确则进行检测C控制域、A控制域、CI控制域；再根据DIF进行判断数据类型，同时是否带DIFE ；接着判断VIF进行判断数据内容，同时是否带了 VIFE ； 以上过程需要一步一步进行，只有满足了前面的条件才进行接下来的；如果一帧数据带了多个通讯内容，那么只要一个数据项错误/不支持，那么会放弃本次通讯，接着会重新触发一次通讯。
6.如权利要求1所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述确认设备步骤后还设有同步时间步骤，主机采用SND_UD发送数据，从机采用RSP_UD回复给主机；时间同步的触发机制有两类①任意时刻主机时间改变；②通讯重建时刻；并且预设有一个同步临限时间，若超出该临限时间则同步失败，所述同步时间步骤中的数据内容传输过程需要加密。
7.如权利要求1所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述确认设备步骤后主机进行操作控制阀步骤，确认从机的设备阀状态，主机发送SND_UD，从机回复RSP_UD ； 主机将进行确认当前控制阀位置和上次设置的位置是否相同，若不同则置位控制阀错误。
8.如权利要求1所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于所述加密步骤包括建立加密机制组，加密过程和密钥管理过程，所述加密机制组包括AES-U8加密制在内的多种加密方式，加密过程包括从密码库中选取加密机制进行加密，加密的字节仅针对应用层数据内容，其中CRC校验字节不加密，如果应用层数据内容不是16字节的整数倍，那么需要采用0x2F进行填充；采用CI域两个标号5AH和5BH表示主机到从机的数据是加密的。
9.如权利要求8所述的公用事业仪表远程抄表方法，其特征在于AES-U8加密制为初步加密机制，当主机接收到的数据读取步骤中发现有异常情况时，即信息有被截取迹象时， 主机自动从密码库中更换加密机制，并且发出告警信息通知维护人员，当维护人员排除故障后主机加密机制自动调整回AES-U8加密制。
全文摘要
本发明的目的是提供一种公用事业仪表远程抄表方法，采用改良加密的M-Bus传输方式，并且简化了传输方式，为了达到所述效果，一种公用事业仪表远程抄表方法，包括主机和从机，主机和从机之间通过总线加以通信连接并为从机提供工作电源，所述主机和从机之间进行包括通讯配置步骤，加密步骤和通讯步骤，通讯配置步骤包括初始化总线步骤，确认设备步骤，加密步骤后进行通讯步骤，通讯步骤包括数据读取步骤和完成通讯后的发送中断步骤，数据读取步骤包括数据请求，从机回复数据，数据读出，然后从机接收处理，接收处理分为中断接收处理和链路层处理。由于采用了所述技术方案，M-Bus可以方便安全地实现户用电表、水表、热量表等仪表的联网和远程抄表功能。
文档编号H04L12/40GK102231690SQ20111008206
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者李小辉, 胡灯柯, 陈凯, 龙瑞金 申请人:华立仪表集团股份有限公司