一种工业测控终端加密环网系统及数据传输控制方法与流程

1.本发明涉及网络通信技术领域，更具体地说，它涉及一种工业测控终端加密环网系统及数据传输控制方法。


背景技术：

2.在高速隧道里，工业测控终端一般采用网口接入到工业以太网交换机组成的环网系统，然后在划定的vlan里通过tcp/ip协议与中心端通讯。
3.工业以太网交换机中的多个交换机构成环网，测控终端通过转换设备与一个交换机连接。工业以太网交换机相对传统以太网交换机在性能上提高了很多，但依然存在不确定性和不可靠性。一方面，由于环网里不仅存在基础的传输数据，还包含视频流和音频等混合数据，一旦发生堵塞测控终端与中心端的通讯就会失败；另一方面，工业以太网交换机中的网络始终是开放式的，很容易受到外面入侵，一旦网络被非法入侵测控终端的控制权也就完全暴露。
4.因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的工业测控终端加密环网系统及数据传输控制方法是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种工业测控终端加密环网系统及数据传输控制方法，采用光纤通讯，自成环网，完全独立于现有的工业以太网环网，当环网中任意一点断开后，由于该点数据同时在向上行链路和下行链路发送，只是导致上行或者下行某个链路发送失败，并不影响数据从另一个链路往中心端传输，因此不会影响通信。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：第一方面，提供了一种工业测控终端加密环网系统，包括多个测控终端节点以及至少一个中心端；相邻的所述测控终端节点和/或中心端之间通过光纤通道组连接以形成链式环网结构；所述光纤通道组中的一个光纤通道为上行链路，另一个光纤通道为下行链路；所述测控终端节点配置有第一fifo缓存器和第二fifo缓存器；其中，所述第一fifo缓存器与相邻测控终端节点中的第二fifo缓存器之间通过下行链路实现下行数据传输和通过上行链路实现上行数据传输；以及，同一所述测控终端节点中的第一fifo缓存器与第二fifo缓存器之间实现上行数据、下行数据内部交换。
7.进一步的，该系统还包括链路检测模块和ddm光模块。
8.进一步的，所述链路检测模块包括：sfp光模块插拔检测单元，用于在ddm光模块没插或拔出时发出告警；光信号锁定检测单元，用于在光纤断开或光衰减超过阈值时发出告警。
9.进一步的，所述ddm光模块包括温度预警监控单元、过电压预警监控单元、过电流预警监控单元、发射光功率监控单元和接收光功率监控单元。
10.第二方面，提供了一种数据传输控制方法，该数据传输控制方法应用于第一方面中任意一项所述的一种工业测控终端加密环网系统，包括以下步骤：采用m序列加解密方法对上行数据和下行数据进行加密处理；采用时分复用传输方法将各个测控终端节点加密处理后的数据传输至中心端。进一步的，所述m序列加解密方法采用11级移位寄存器以均衡序列生成速度和资源占用成本。
11.进一步的，所述序列生成速度与生成m序列的延迟和位数呈负相关；所述资源占用成本与生成m序列的资源消耗量呈正相关。
12.进一步的，所述采用时分复用传输方法的数据传输过程具体为：获取所有测控终端节点在上一时间帧所分配的历史时隙；依据历史时隙和调控系数之积确定对应的测控终端节点在当前时间帧分配的分配时隙。
13.进一步的，所述调控系数依据第t-1时间帧所对应的历史时隙与第t-2时间帧所对应的历史时隙的比值确定，且调控系数与测控终端节点一一对应设置。
14.进一步的，所述调控系数的计算公式具体为：其中，表示当前时间帧t中第n个分配时隙所对应的调控系数，；表示当前时间帧t中的第i个实时时隙；表示上一时间帧t-1中的第i个历史时隙。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明提供的一种工业测控终端加密环网系统，采用光纤通讯，自成环网，完全独立于现有的工业以太网环网；且每个测控终端节点均配置有上行链路和下行链路，每个测控终端节点采集的信源数据都会同时向上行链路和下行链路发送，同时从上行链路和下行链路接收的数据也会转发和分拣处理；当环网中任意一点断开后，由于该点数据同时在向上行链路和下行链路发送，只是导致上行或者下行某个链路发送失败，并不影响数据从另一个链路往中心端传输，因此不会影响通信；2、本发明采用m序列加解密方法对传输数据进行加密处理，有效提高了数据传输的安全性，且采用11级移位寄存器，有效均衡了序列生成速度和资源占用成本；3、本发明采用时分复用传输方法每个信源分配合理的时隙，大大提高了抗干扰能力，同时能实现信源在规划容量里可以随意增减或叠加使用，可以将光信号锁定时间缩小到us级，实现快速组网功能；4、本发明依据历史时隙的分配情况对当前时间帧的时隙进行动态分配，在均衡各个测控终端节点的数据传输效率的情况下，增强了各个时间帧中的信道资源利用率，从而降低了信道传输数据拥堵情况的发生概率。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1是本发明实施例中的系统框图。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
18.实施例：一种工业测控终端加密环网系统，如图1所示，包括多个测控终端节点和一个中心端，中心端可以是接收服务器。相邻的测控终端节点之间以及相邻的测控终端节点与中心端之间通过光纤通道组连接以形成链式环网结构。光纤通道组中的一个光纤通道为上行链路，另一个光纤通道为下行链路；测控终端节点配置有第一fifo缓存器和第二fifo缓存器。需要说明的是，图1中左侧的三点为省略的部分链式环网结构。
19.其中，第一fifo缓存器与相邻测控终端节点中的第二fifo缓存器之间通过下行链路实现下行数据传输和通过上行链路实现上行数据传输；以及，同一测控终端节点中的第一fifo缓存器与第二fifo缓存器之间实现上行数据、下行数据内部交换。
20.本发明光纤通讯，自成环网，完全独立于现有的工业以太网环网；且每个测控终端节点均配置有上行链路和下行链路，每个测控终端节点采集的信源数据都会同时向上行链路和下行链路发送，同时从上行链路和下行链路接收的数据也会转发和分拣处理；当环网中任意一点断开后，由于该点数据同时在向上行链路和下行链路发送，只是导致上行或者下行某个链路发送失败，并不影响数据从另一个链路往中心端传输，因此不会影响通信。
21.本发明中的工业测控终端加密环网系统还包括链路检测模块和ddm光模块，可以有效的给出告警信息。
22.链路检测模块包括sfp光模块插拔检测单元和光信号锁定检测单元。其中，sfp光模块插拔检测单元，用于在ddm光模块没插或拔出时发出告警；光信号锁定检测单元，用于在光纤断开或光衰减超过阈值时发出告警。
23.ddm光模块包括温度预警监控单元、过电压预警监控单元、过电流预警监控单元、发射光功率监控单元和接收光功率监控单元。
24.需要说明的是，考虑到成本和带宽，该系统可以较为容易的升级带宽，该系统不仅能传输数据，还能为将来预留视频、音频等多种混合数据流传输的资源。
25.上述一种工业测控终端加密环网系统的数据传输控制方法，包括以下步骤：s1：采用m序列加解密方法对上行数据和下行数据进行加密处理；s2：采用时分复用传输方法将各个测控终端节点加密处理后的数据传输至中心端。在本实施例中，考虑均衡序列生成速度和资源占用成本，m序列加解密方法采用11级移位寄存器。
26.其中，序列生成速度与生成m序列的延迟和位数呈负相关；资源占用成本与生成m序列的资源消耗量呈正相关。
27.时分复用（tdm，time division multiplexing）是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时隙，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。
28.采用时分复用传输方法的数据传输过程具体为：获取所有测控终端节点在上一时间帧所分配的历史时隙；依据历史时隙和调控系数之积确定对应的测控终端节点在当前时间帧分配的分配时隙。本发明采用时分复用传输方法每个信源分配合理的时隙，大大提高了抗干扰能力，同时能实现信源在规划容量里可以随意增减或叠加使用，可以将光信号锁定时间缩小到us级，实现快速组网功能。
29.作为一种可选的实施方式，调控系数依据第t-1时间帧所对应的历史时隙与第t-2时间帧所对应的历史时隙的比值确定，且调控系数与测控终端节点一一对应设置。
30.作为另一种可选的实施方式，调控系数的计算公式具体为：其中，表示当前时间帧t中第n个分配时隙所对应的调控系数，；表示当前时间帧t中的第i个实时时隙；表示上一时间帧t-1中的第i个历史时隙。
31.本发明依据历史时隙的分配情况对当前时间帧的时隙进行动态分配，在均衡各个测控终端节点的数据传输效率的情况下，增强了各个时间帧中的信道资源利用率，从而降低了信道传输数据拥堵情况的发生概率。
32.工作原理：本发明采用光纤通讯，自成环网，完全独立于现有的工业以太网环网；且每个测控终端节点均配置有上行链路和下行链路，每个测控终端节点采集的信源数据都会同时向上行链路和下行链路发送，同时从上行链路和下行链路接收的数据也会转发和分拣处理；当环网中任意一点断开后，由于该点数据同时在向上行链路和下行链路发送，只是导致上行或者下行某个链路发送失败，并不影响数据从另一个链路往中心端传输，因此不会影响通信。
33.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。