一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明适用于工业通信领域，应用于工业自动化设备中不同组件间的通信，尤其 设及一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法。
【背景技术】
[0002] 现有通信技术主要有两种：一是基于企业内部的自定义协议通信；二是基于国际 通用协议通信，如Mcxlbus, CAN总线等。前者原理简单，技术简单，但功能较少，仅仅是实现数 据传输;后者是工业发展的硕果，技术成熟，功能多，集成度高，但掌握难度大，对特定行业 不适用。分析现有通信技术的优缺点，结合行业自身特点，设计一种介于两者之间的通信方 法。
[0003] 工业自动化设备现场通信一般由串口和W太网组成，不同的通信方式会对数据服 务集成造成极大地困难，因而设计一种兼顾串口和W太网，或是无线通信的通信方法显得 十分必要。
[0004] 通信带宽和稳定是通信系统的重要指标，通过设置串口的高波特率，及W太网千 兆通信，可实现高带宽通信。通信稳定性一方面取决于收发端信号强度和通信线缆抗干扰 能力决定，另一方面取决于对通信链路稳定性的检测和及时修复。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，实现了兼容不同 自动化设备的数据通信，提高了数据稳定性、自检能力及安全等级。
[0006] 本发明的技术方案如下： 一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，该方法在通信过程中传输的数 据包中的数据文件包括数据头区、数据区和数据尾区；所述在数据头区用于数据文件开始 的标识并定于数据文件的特征信息；在所述数据头区中设置通信包标识、加密算法编码和 当次通信包长度统计字段;所述通信包标识字段用于检测差值是否稳定，测算出通信链路 的稳定性;所述加密算法编码字段对原始数据进行加密;所述当次通信包长度字段用于通 信长度的扩展;所述数据区细分功能模块，增加指令确认方式，确保数据包丢失的情况下指 令不会丢失。
[0007] 所述数据文件的物理结构为:开始于数据头区，其后是变长的数据区，数据区之后 是数据尾区，所述数据尾区用于校验。
[000引所述数据头区的格式定义至少包括:数据头、通信包长度、通信包标识、加密算法 编码、校验算法编码和头校验值。
[0009] 所述数据头的十六进制值为AA。
[0010] 所述数据尾区的格式定义至少包括:尾校验值和数据尾。
[0011] 所述数据尾的十六进制值为55。
[0012] 所述数据区中还包括指令的交互应答通信协议。
[0013] 所述数据区中还包括计算通信报丢失频率、自动检验通信链路硬件的字段。
[0014] 在数据头区设置数据包间校验字段，在数据尾区设置数据包内校验字段。
[0015] 本发明公开了一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，包括： 1、 自动化设备通信包括：串口和W太网，主要区别在于半双工、全双工模式，设计一种 指令式的交互应答通信协议，适用于不同的数据链路通信； 2、 解决通用协议全而雍、及自定义协议小而弱等缺点，为自定义协议添加通信格式，使 之成为企业版的通用协议，适用于不同自动化设备； 3、 优化串口不具有硬件自动校验通信包的功能，修改通信协议，使用数据统一自动校 验，兼容串口和W太网通信，设计一种位于应用层的协议；， 4、 检测通信收发终端及中间通信链路的状态，标识通信包，计算通信包丢失频率，自动 检验通f目链路硬件、提局自检能力； 5、 校验数据，包括包间校验、包内校验，前者检测链路稳定性，后者检测数据稳定性； 6、 保护设备间通信数据，加密数据，算法种类内嵌通信中，企业内部自定加密算法，提 高安全等级。
【具体实施方式】
[0016] 本发明提供了一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，为使本发明的目的、技术 方案及效果更加清楚、明确，W下举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述 的具体实施例仅用W解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017] 本方法使用在工控机与化C之间通信，串口和W太网是主要通信方式，其主要区别 在于通信模式的不同，前者半双工，后者全双工，具体在于通信节奏的控制，其余是一致的。
[0018] 使用TCP/IP在W太网上实现设备间通信，协议可自动对数据在传输过程中是否发 生错误进行检验，而串口不具有运种功能，本方法在通信数据中增加通信包标识，连续两帖 的标识差值是固定的，判断检测差值是否稳定，可测算出通信链路的稳定性。
[0019] 定长通信包实现起来容易，但在某些通信数据较少时，对带宽资源耗费大，不利于 系统优化。本方法增加当次通信包长度，有利于通信协议格式的扩展。
[0020] 传输未加任何处理的数据会使设备工作原理一览无余，对于核屯、技术的保密十分 不利，本方法增加加密算法编码，对原始数据进行加密，保护企业利益不受侵害。
[0021] 由于收发端器件损坏、通信延时或数据处理方法不当，往往会造成指令收发超时、 甚至丢失，本方法细分功能模块，增加指令确认方式，一方发出指令后，在未收到另一方确 认已收到指令时，持续发送指令。而接受方在第二次收到指令必须忽略此指令，确保指令 "一发一收"，避免错误指令造成损失，提高工业通信安全级别。
[0022] 本方法的自动化设备通信包括：串口和W太网，主要区别在于半双工、全双工模 式，设计一种指令式的交互应答通信协议，适用于不同的数据链路通信;解决通用协议全而 雍、及自定义协议小而弱等缺点，为自定义协议添加通信格式，使之成为企业版的通用协 议，适用于不同自动化设备;优化串口不具有硬件自动校验通信包的功能，修改通信协议， 使用数据统一自动校验，兼容串口和W太网通信，设计一种位于应用层的协议;检测通信收 发终端及中间通信链路的状态，标识通信包，计算通信包丢失频率，自动检验通信链路硬 件、提高自检能力;校验数据，包括包间校验、包内校验，前者检测链路稳定性，后者检测数 据稳定性;保护设备间通信数据，加密数据，算法种类内嵌通信中，企业内部自定加密算法， 提高安全等级。
[0023] 本方法的通信格式由3部分组成，包括:数据头区、数据区、数据尾区。
[0024] PLC命令工控机记录数据，同时显示化C的IO点状态，PLC发送内容如下：
1) 数据头和数据尾:〇xAA和0x55,运样数值用于检测通信终端高低电平连续发送的能 力，及时发现异常； 2) 通信包长度:23字节，通信包是变长的，可节约通信带宽资源； 3) 通信包标识：2,本实例中的标识每次自增1，前后两帖差值为1，可检测包间数据帖 是否丢失，计算丢包率，能够实时评估出通信链路的稳定性； 4) 加密算法编码:2,代表加密算法的一种，此实例中是将所有数据区的数值与0XDB6D 取"与'运算； 5) 校验算法编码：1，代表累加和校验法，第一部分中所有功能单元的数值和； 6) 头检验值:196，代表按校验算法计算出来的数值； 7) 功能码1:4,代表记录功能； 8) 指令码：l，bit0 = 1表示化C命令工控机记录数据； 9) 灌装重量:2680，代表当前灌装重量； 10) 功能码2:9，代表开盖工位IO点实时状态； 11) IO状态：15，bit0=l代表进口光电有信号，bitl=l代表开盖光电有信号，bit2=l代 表开盖接近有信号，bit3=l代表充氮光电有信号； 12) 尾校验值:2794,代表利用累加和算法计算出数据区和数据尾的值。
[0025] 通信流程是:PLC发送此通信包后，在工控机端没有确认"记录数据"指令时间内， PLC会持续发送该指令，直至工控机确认为止。而工控机收到化C发出的通信包后，回复的通 信包如下：
工控机回复的数据头区与化C的数据头区含义一致，第二部分具体内容如下： 1) 功能码1:4，代表确认记录功能； 2) 指令码：l，bit0 = 1表示确认指令:记录数据； 3) 尾校验值:90，数据区和数据尾区累加和校验值； PLC发出指令后，开始计数，如果超出某一设定值后，仍未收到另一端的确认指令，将提 示异常。
[0026] 此方法主要实现了 W下几点： 1) 通信数据的传输； 2) 监测通信链路的稳定性； 3) 加密通信数据； 4) 指令交互式； 5 )容忍丢失通f旨帧D
【主权项】
1. 一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，该方法在通信过程中传输的 数据包中的数据文件包括数据头区、数据区和数据尾区；所述在数据头区用于数据文件开 始的标识并定于数据文件的特征信息；在所述数据头区中设置通信包标识、加密算法编码 和当次通信包长度统计字段;所述通信包标识字段用于检测差值是否稳定，测算出通信链 路的稳定性;所述加密算法编码字段对原始数据进行加密;所述当次通信包长度字段用于 通信长度的扩展;所述数据区细分功能模块，增加指令确认方式，确保数据包丢失的情况下 指令不会丢失。2. 如权利要求1所述的一种一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述 数据文件的物理结构为:开始于数据头区，其后是变长的数据区，数据区之后是数据尾区， 所述数据尾区用于校验。3. 如权利要求1所述的一种一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述 数据头区的格式定义至少包括:数据头、通信包长度、通信包标识、加密算法编码、校验算法 编码和头校验值。4. 如权利要求3所述的一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述数据 头的十六进制值为AA。5. 如权利要求1所述的一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述数据 尾区的格式定义至少包括:尾校验值和数据尾。6. 如权利要求5所述的一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述数据 尾的十六进制值为55。7. 如权利要求1所述的一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述数据 区中还包括指令的交互应答通信协议。8. 如权利要求1所述的一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，所述数据 区中还包括计算通信包丢失频率、自动检验通信链路硬件的字段。9. 如权利要求1所述的一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，在数据头 区设置数据包间校验字段，在数据尾区设置数据包内校验字段。
【专利摘要】一种容忍丢包的高稳定度数据通信方法，其特征在于，该方法在通信过程中传输的数据包中的数据文件包括数据头区、数据区和数据尾区；所述在数据头区用于数据文件开始的标识并定于数据文件的特征信息；在所述数据头区中设置通信包标识、加密算法编码和当次通信包长度统计字段；所述通信包标识字段用于检测差值是否稳定，测算出通信链路的稳定性；所述加密算法编码字段对原始数据进行加密；所述当次通信包长度字段用于通信长度的扩展；所述数据区细分功能模块，增加指令确认方式，确保数据包丢失的情况下指令不会丢失。实现了兼容不同自动化设备的数据通信，提高了数据稳定性、自检能力及安全等级。
【IPC分类】H04L12/26, H04L1/00, H04L29/06
【公开号】CN105634673
【申请号】CN201511008030
【发明人】蒋世财, 邓坤, 李光远, 康振国, 张宇航, 王庆旭, 杨鹏凌, 潘乐智, 姜洪彬, 曹井龙, 李建民
【申请人】长春北方化工灌装设备有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月30日