一种介于无人推耙机硬件之间的通信方法及系统与流程

本发明涉及工业通讯，具体涉及一种介于无人推耙机硬件之间的通信方法及系统。

背景技术：

1、在现代船舶环境中，无人推耙机作为一种关键的自动化设备，承担着疏浚、清洁以及其他底部处理工作，极大地提高了船舶作业的效率和安全性。这些机器通常在复杂多变的海洋环境下操作，面临着诸如水下信号干扰、硬件间同步难度以及数据传输不稳定的技术挑战。

2、传统的工业通信协议如modbus、profibus和can，虽然在早期的工业应用中表现良好，但在现代工业应用中，它们面临着多方面的挑战。首先，这些协议通常设计较为简单，缺乏处理高速、大数据量传输的能力。随着设备智能化程度的提升，传统协议难以满足更高的数据处理和传输效率需求，安全性问题也日益凸显。传统的通信协议往往难以满足无人推耙机在精确操作和实时数据传输方面的需求，尤其是在要求高度可靠性和实时反馈的船舶操作环境中。

3、此外，在无人推耙机内部的通信协议还需要能够处理和识别错误、避免数据丢失和重复，确保系统的稳定运行。在船舶、港口等环境下，任何数据的不准确或延迟都可能导致生产线停止，造成巨大的经济损失和安全风险。

4、例如，公开号为cn113489574a的中国专利公开了一种在嵌入式系统中用于双机的多组应用服务之间的通信协议，其在接收帧的接收和发送上，仍存在安全性与效率低的问题。

技术实现思路

1、本发明解决了传统的通信协议或通信方法难以满足无人推耙机在精确操作和实时数据传输方面的需求的问题，提出一种介于无人推耙机硬件之间的通信方法及系统，以满足在无人推耙机工作中，对高效、稳定和安全通信的需求。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种介于无人推耙机硬件之间的通信方法，包括以下步骤：

3、s1，采用顺序裁切识别算法对接收到的数据包进行校验，若校验通过则进入s2；

4、s2，根据加密存储与校验算法对数据包进行加密存储与校验，即数据进行奇偶交换与md5计算后放入数据库判断是否重复；判断数据包是否重复；若否，进入s3；

5、s3，根据数据加密解密算法来解密数据包中的数据内容；根据截取的功能码执行相应的功能处理；数据加密解密算法的加密过程为执行第一安全处理策略和数据对调；

6、s4，根据功能处理是否成功来拼接成功码或错误码，生成拼接好的完整报文并进行反馈。

7、本技术方案中，采用多级校验机制算法来保证数据的稳定和安全；首先通过顺序裁切识别算法来对来自上位机的数据包进行校验，具体包括头尾校验匹配、报文完整性校验以及数据校验，在校验通过后，利用加密存储与校验算法对数据包中的单帧报文进行校验判断，判断是否出现数据重复，若否，则利用数据加密解密算法来对接收的数据进解密，并对接收帧进行校验；随后根据数据帧中的功能码来执行对应的功能处理；最后，功能处理完毕后进行成功码或者错误码的拼接，最终生成完整报文进行处理和反馈，并完整报文反馈至上位机或者下位机。

8、本发明还进一步设置为：所述步骤s1包括：

9、s11，识别和检查接收到的数据包是否符合预设的帧结构，若是，则进入s12；

10、s12，对符合帧结构的数据进行完整性校验，若校验成功，则进入s13；

11、s13，将数据长度位显示的长度与接收的数据测算的长度进行比对，判断数据是否发送完整，若是，则进入s2。

12、本技术方案中，首先接收得到的数据包进行识别，识别完成后对数据包进行检验，判断其是否符合预设的帧结构，若符合，则进行完整性校验，确保数据在传输过程中没有发生错误或损坏；最后，将数据长度位显示的长度和发来的数据自己算的长度进行比对，确定数据是否发送完全。

13、本发明还进一步设置为：所述步骤s2包括：

14、s21，获取单帧完整的报文；对报文的序列号数据进行截取存留作为value，将数据的奇数位和偶数位进行互换以拼接生成新的数据帧；

15、s22，将数据帧进行两次md5算法加密，将加密后的数据帧放入数据库中进行key值查询；

16、s23，判断是否有与key值一样的value值，若是，则丢弃该报文；若否，则更新value值。

17、本技术方案中，该步骤为了防止数据重放攻击和重复处理，同时在应对网络环境不好时，也可以判断是否已经接收到数据，以此来提高系统的数据处理效率。

18、本发明还进一步设置为：所述数据加密解密算法包括：

19、s31，对单帧报文的字节进行拆分，根据第一安全处理策略对字节进行变换，将变换完成的字节内二进制数据的后四位偶数位与前四位奇数位进行对调以完成加密；

20、s32，获取单帧报文的数据部分，将数据进行单一字节处理，将单一字节的后四位偶数位与前四位奇数位进行对调，随后按照第一安全处理策略的逆过程进行变换以完成解密。

21、本技术方案中，数据加密解密算法确保可以正确识别到数据内容，同时保证在传输过程中不被外部攻击者随意读取或篡改。

22、本发明还进一步设置为：所述步骤s4包括：

23、判断功能处理是否成功；

24、若是，则拼接成功码，进行crc16计算生成拼接报文，将crc16值拼接至报文末尾，生成完整报文；

25、若否，则拼接错误码，进行crc16计算生成拼接报文，将crc16值拼接至报文末尾，生成完整报文。

26、本技术方案中，将生成的完整报文发送回上位机或者下位机，完成数据处理和反馈。

27、本发明还进一步设置为：所述第一安全处理策略为：

28、s311，对每个字节内的后四位二进制数进行1和0的转换；

29、s312，将字节内的后四位与前四位二进制数进行调换；

30、s313，在字节内的第四位二进制数加上1；

31、s314，判断加上1后字节整体是否会多进一位，若是，则将多出的一位数据加给第八位，随后结束；若否，则结束。

32、本技术方案中，第一安全处理策略执行完毕后，即将变换完成的字节内二进制数据的后四位偶数位与前四位奇数位进行对调以完成加密。

33、本发明还进一步设置为：所述功能码从数据包中提取，所述功能码对应相应的处理方法，根据功能码选择相应的处理方法来执行具体操作。

34、本技术方案中，从数据包中提取功能码，该功能码将决定如何进一步处理接收到的数据。

35、本发明还进一步设置为：所述完整性校验具体采用crc16算法校验。

36、本技术方案中，对数据进行crc16算法校验，确保数据在传输过程中没有发生错误或损坏。

37、一种介于无人推耙机硬件之间的通信系统，采用上述的一种介于无人推耙机硬件之间的通信方法，包括：

38、数据处理部分，对数据包进行多级校验，校验完成后进行相应的功能处理；

39、接收部分，包括接收模块，接收上位机的数据包；

40、发送部分，包括发送模块和tcp/modbus发送模块，分别与上位机和下位机连接。

41、本技术方案中，数据处理部分包括有多级校验部分、功能处理部分以及异常处理部分；多级校验部分能够对数据进行校验处理，确保数据的完整和安全；功能处理部分能够根据功能码来选择执行相对应的具体操作；异常处理部分能够对过程中的一些异常情况进行处理。

42、本发明还进一步设置为：所述数据处理部分包括：

43、截取报文模块，识别和截取数据包中的有效报文；

44、数据完整性检测模块，对有效报文进行完整性校验；

45、重复查验模块，检验接收到的数据帧是否重复与设备码校验；

46、数据处理模块，加密与解密数据以及确保数据帧的完整性与正确性；

47、功能处理模块，根据数据帧中的功能码，执行对应的数据处理命令。

48、本技术方案中，截取报文模块在识别和截取相应的有效报文后，数据完整性检测模块能够对该报文进行完整性校验，在完成完整性校验之后，重复查验模块能够对数据帧进行重复判断；随后对数据进行加密与解密并保证数据帧的完整性和正确性，最后在功能处理模块根据功能码进行相应的具体操作。

49、本发明能够带来如下的有益效果：

50、本发明涉及的一种介于无人推耙机硬件之间的通信方法，采用顺序裁切识别算法来确保数据的完整性和一致性；采用存储加密与校验算法，对接收到的数据帧是否重复进行判断，确保数据的唯一性和安全性；采用数据加密解密算法进一步确保数据的完整性和正确性。