CN102263683A - 一种用于数控系统中双环现场总线的安全通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法：确定主站和从站，将传输通路分为环路1和环路2，确定所有从站的站点编号；将主站中的原始有效数据和用于恢复的关联数据分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路2发送给所有从站进行CRC校验；如校验正确，则从中取出有用数据，并将校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，沿环路2继续传送直至主站，同时该从站沿环路1继续传送原始消息安全报文直至最后一个从站；主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则结束此次通信。本发明具有实时性强、冗余度高、重传概率低等特点。

Description

一种用于数控系统中双环现场总线的安全通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体的说是一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法。

背景技术

随着制造业的不断发展，数控系统的复杂程度正在不断提高，也增加了意外事故发生的概率。目前，数控系统通过各种消息安全报文对设备加以控制，以保证安全。然而，报文在传输过程中难以避免的会因为系统故障、电磁干扰等问题而发生错误，这给安全控制带来了极大的隐患。因此消息安全报文的传输安全已成为数控领域中通信安全性研究的重点。

目前国内外相关研究领域对消息安全报文的传输安全主要采用两种方法：一种方法是对数据链路层的循环冗余校验方法进行研究和改进，以期获得更强的错误检测能力，这种方法没有进行数据冗余，不具备数据恢复的能力，因此如果通信过程中发生传输错误，只能通过重传解决问题，增加了通信负担与通信时延。另一种方法使用双通道机制，使消息安全报文在两条通道中进行传输，保证了数据的冗余，具有一定的数据恢复能力，但这种方法将消息安全报文的发送和应答放在了两个通信周期中，实时性有待加强。

数控系统中现场总线作为一种面向特殊领域应用的控制总线，要求总线系统满足对实时性、安全性及开放性的要求。数控系统中包含有急停按钮、安全开关、安全门等各种与安全性相关的设备，它们同人身生命财产安全戚戚相关，对消息安全报文的传输质量和传输实时性提出了更高的要求，因此现存的针对消息安全报文的几种消息传输方法存在缺陷，其安全性和实时性有待提高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种能够增强数控总线系统中通信实时性和传输数据冗余度的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法包括以下步骤：

将消息安全报文发送方作为主站，将消息安全报文接收方作为从站，将传输通路按照传输的方向分为环路1和环路2，将所有从站按照其在环路1中的顺序作为从站的站点编号；

将在主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1按从站的站点编号顺序依次发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路2按从站的站点编号顺序逆向依次发送给所有从站；

任何一个从站对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行CRC校验；如果CRC校验正确，则该从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，然后该从站沿着环路2继续传送关联消息安全报文，直至传送给主站，同时该从站沿着环路1继续传送原始消息安全报文，直至传送给最后一个从站(m)；

主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则判断通信是否结束，如结束，则此次通信完成；

如果通信没有结束，则返回到将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤；如果主站对接收到的应答信息进行CRC校验不正确，则主站请求从站重新发送应答信息至主站；接续主站对接收到的应答信息进行CRC校验步骤；如果任何一个从站对接收到的消息安全报文进行CRC校验不正确，则请求主站重新发送该消息安全报文至当前从站，接续将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤。

在主站中产生用于恢复的关联数据包括以下过程：

将站点编号相邻的从站所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第1～(m-1)个关联数据；

将第一个从站(1)和最后一个从站(m)所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第m个关联数据。

所述消息安全报文包括：有效数据位、状态位、会话号位、序列号位、网口号位、站点号位以及CRC位，其中，有效数据位存放从站执行操作的命令；状态位用于识别通信状态；会话号位用于区分不同会话的通信；序列号位用于识别消息安全报文顺序；网口号位用于区分两条传输环路；站点号位用于从站识别自身所需数据；CRC位用于进行CRC校验。

从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据包括以下步骤：

在环路1所传输的原始消息安全报文中，根据消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的有效数据、等于上一从站站点编号的有效数据和等于下一从站站点编号的有效数据；

在环路2所传输的关联消息安全报文中，根据关联消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的关联数据和等于上一从站站点编号的关联数据。

从站对提取出的自身所需数据进行计算包括以下步骤：

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的原始有效数据即为有用数据；

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据；

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于下一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据。

从站将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文步骤如下：

最后一个从站(m)将应答信息封装入关联消息安全报文的尾端，不替换关联消息安全报文中的任何关联数据；

其它从站在封装应答信息时，使用应答信息替换掉关联消息安全报文中站点号位等于自身站点编号的关联数据；

第一个从站(1)在封装应答信息后，将关联消息安全报文中最后一个从站(m)站点编号所对应的关联数据删除，并将应答信息所组成的消息安全报文发送给主站。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.有效增强实时性。由于本发明方法采用了双环现场总线进行消息安全报文的传输，传输通路是环形通路，当从站接收到主站发送的消息安全报文时，从中提取出自身需要的数据，并在消息安全报文中封装应答信息，发送出去；最终，封装有各从站应答信息的消息安全报文通过环路传输回主站，因此本发明方法将消息安全报文的发送与应答集中在了一个通信周期内，所以有效增强了实时性。

2.冗余度高，重传概率低。由于本发明方法中，主站同时在两条环路中传输消息安全报文，第一条环路中传输原始消息安全报文，第二条环路中传输用于恢复的关联消息安全报文，并且第二条环路中传输的关联消息安全报文是由第一条环路中传输的原始消息安全报文进行内部循环异或所得，所以从站可通过第一条环路中传输的原始消息安全报文得到自身所需的有用数据，也可通过原始消息安全报文中上一从站站点编号所对应有效数据和关联消息安全报文中上一从站站点编号所对应关联数据进行异或运算得到，还可通过原始消息安全报文中下一从站站点编号所对应有效数据和关联消息安全报文中当前从站站点编号所对应关联数据进行异或运算得到，所以共有三种运算方法得到自身所需要的有用数据，因此提高了冗余度，降低了重传概率。

附图说明

图1为本发明方法应用的双环现场总线系统结构图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明方法中双环现场总线消息安全报文内容示意图；

图4A(1)为本发明方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图(一)；

图4A(2)为本发明方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图(二)；

图4A(3)为本发明方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图(三)；

图4B为本发明方法中主站生成消息安全报文过程示意图；

图4C为本发明方法中从站恢复自身所需有用数据过程示意图；

图5为使用本发明方法所得的重传概率比较图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明方法所涉及的双环现场总线系统结构图。该图中数控装置作为发送端，是数控系统的主站；急停装置、安全门、安全开关和伺服驱动装置等作为m个接收端分别是数控系统的m个从站；主站与m个从站之间通过双环现场总线进行消息安全报文的传输。

如图2所示，本发明方法用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法包括以下步骤：

将消息安全报文发送方作为主站，将消息安全报文接收方作为从站，传输通路只有一条，将该条传输通路按照传输的方向分为环路1和环路2，将所有从站按照其在环路1中的顺序作为从站的站点编号；

将在主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1发送给第一个从站(1)，将关联消息安全报文通过环路2发送给最后一个从站(m)；

第一个从站(1)对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行CRC校验；如果CRC校验正确，则第一个从站(1)从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，沿着环路2继续将关联消息安全报文发送至主站；第一个从站(1)沿着环路1将原始消息安全报文发送至第二个从站(2)，直至发送给最后一个从站(m)；

最后一个从站(m)对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行CRC校验；如果CRC校验正确，则最后一个从站(m)从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，沿着环路2继续发送至第m-1个从站(m-1)，直至经第一个从站(1)回到主站；

主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则判断通信是否结束，如结束，则此次通信完成；

如果通信没有结束，则返回到将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1发送给第一个从站(1)，将关联消息安全报文通过环路2发送给最后一个从站(m)步骤；

如果主站对接收到的应答信息进行CRC校验不正确，则主站请求从站重新发送应答信息至主站；接续主站对接收到的应答信息进行CRC校验步骤；

如果任何一个从站对接收到的消息安全报文进行CRC校验不正确，则要求主站重新发送该消息安全报文至当前从站，接续将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1发送给第一个从站(1)，将关联消息安全报文通过环路2发送给最后一个从站(m)步骤。

在主站中产生用于恢复的关联数据包括以下过程：

将站点编号相邻的从站所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第1～(m-1)个关联数据；

将第一个从站(1)和最后一个从站(m)所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第m个关联数据。

从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据包括以下步骤：

在环路1所传输的原始消息安全报文中，根据消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的有效数据、等于上一从站站点编号的有效数据和等于下一从站站点编号的有效数据；

在环路2所传输的关联消息安全报文中，根据关联消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的关联数据和等于上一从站站点编号的关联数据。

从站对提取出的自身所需数据进行计算包括以下步骤：

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的原始有效数据即为有用数据；

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据；

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于下一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据。

从站将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文包括以下步骤：

最后一个从站(m)将应答信息封装入关联消息安全报文的尾端，不替换关联消息安全报文中的任何关联数据；

其它从站在封装应答信息时，使用应答信息替换掉关联消息安全报文中站点号位等于自身编号的关联数据；

第一个从站(1)在封装应答信息后，将关联消息安全报文中最后一个从站(m)站点编号所对应的关联数据删除，并将应答信息所组成的消息安全报文发送给主站。

如图3所示，为本发明所设计的消息安全报文，其中有效数据位中存放的有效数据属于数据域，状态位、会话号位、序列号位、网口号位、站点号位以及CRC位中存放的控制数据属于控制域。有效数据来自用户的各种控制命令，是从站所需要的有用数据，将在环路1中进行传输；主站用两个相邻从站的有用数据进行异或运算，得到将在环路2中进行传输的关联数据；状态位用于存放所传输消息安全报文的状态；会话号位用于区别不同会话过程，保证即使在通信链路中断或重启后也不会出现重复的数据包；序列号位用于存放主站和从站在产生新消息安全报文的同时所产生的序列顺序号；网口号位用于区别不同的传输环路；站点号位用于各从站提取对自身有用的数据，在一次通信周期中，从站可以在两条环路所传输的消息安全报文中，根据当前从站站点编号同站点号的关系提取出五个对当前从站有用的数据，其中一个为原始数据，另外四个可用于计算得到原始数据；CRC位用于存放CRC校验值，可发现通信过程中的传输错误。

如图4A(1)、4A(2)、4A(3)、4B、4C所示，为本发明方法中双环现场总线消息安全报文传输示意图，主站生成消息安全报文过程示意图及从站恢复自身所需有用数据过程示意图。其中，m指从站的总数量，该值在整个系统开始启动时进行统计和初始化；u_i指原始消息安全报文中站点编号为i的从站所对应的有效数据；u’_i指关联消息安全报文中站点编号为i的从站所对应的关联数据；crc_i指原始消息安全报文中站点编号为i的从站所对应的有效数据u_i的CRC校验值；crc’_i指关联消息安全报文中站点编号为i的从站所对应的关联数据u’_i的CRC校验值；ack_i指在环路2中放入的第i个从站(i)的应答信息，如果该应答表示异常，则使用err_i进行代替。

通信开始时，首先进行初始化，主站确定从站的总数量m，从站确定自身在环路1中的顺序i。通信过程中，主站首先生成原始消息安全报文，并在环路1中进行传输，然后将相邻从站编号的有效数据进行异或运算，得到可用于恢复的关联消息安全报文，并在环路2中进行传输；从站对两个环路传输的消息安全报文中的数据进行选择性提取，获得自身所需的有用数据，并将应答信息通过环路2发送回主站。

如图4A(1)、4A(2)、4A(3)所示，主站首先发起连接，当主站与从站的连接建立后，主站开始统计从站数量m，从站则确定自身在环路1中的顺序i，并以之为自身站点编号。

第一轮通信过程中，主站首先通过各从站需要的原始数据形成原始消息安全报文，该消息安全报文依次封装有第一个从站(1)所需的有效数据u₁、表示数据状态为正常发送状态的状态位、表示本次会话的会话号、表示消息安全报文序列的序列号1、表示传输环路的网口号1、表示对应站点编号的站点号1、表示是否传输出错的校验值crc₁、第二个从站(2)所需的有效数据u₂、表示数据状态为正常发送状态的状态位、表示本次会话的会话号、表示消息安全报文序列的序列号1、表示传输环路的网口号1、表示对应站点编号的站点号2、表示是否传输出错的校验值crc₂、...、最后一个从站(m)所需的有效数据u_m、表示数据状态为正常发送状态的状态位、表示本次会话的会话号、表示消息安全报文序列的序列号1、表示传输环路的网口号1、表示对应站点编号的站点号m、表示是否传输出错的校验值crc_m；然后再根据原始消息安全报文生成用于恢复原始数据的关联消息安全报文，该消息安全报文依次封装有第一个从站(1)站点编号对应的关联数据u’₁、表示数据状态为正常发送状态的状态位、表示本次会话的会话号、表示消息安全报文序列的序列号1、表示传输环路的网口号2、表示对应站点编号的站点号1、表示是否传输出错的校验值crc’₁、第二个从站(2)站点编号对应的关联数据u’₂、表示数据状态为正常发送状态的状态位、表示本次会话的会话号、表示消息安全报文序列的序列号1、表示传输环路的网口号2、表示对应站点编号的站点号2、表示是否传输出错的校验值crc’₂、...、最后一个从站(m)站点编号对应的关联数据u’_m、表示数据状态为正常发送状态的状态位、表示本次会话的会话号、表示消息安全报文序列的序列号1、表示传输环路的网口号2、表示对应站点编号的站点号m、表示是否传输出错的校验值crc’_m；其中原始消息安全报文通过网口1发送出去，在环路1中进行传输，而关联消息安全报文通过网口2发送，在环路2中进行传输。

从站通过网口1发送原始消息安全报文和接收关联消息安全报文，通过网口2发送关联消息安全报文和接收原始消息安全报文。原始消息安全报文首先通过环路1传输给第一个从站(1)，该从站根据自身编号1，在原始消息安全报文中分别提取出站点号为1、2、m所对应的有效数据u₁，u₂和u_m；依此类推，当原始消息安全报文通过环路1传输给第i个从站(i)时，该从站根据自身编号i，在原始消息安全报文中分别提取出站点号为i-1、i、i+1所对应的有效数据u_i-1，u_i和u_i+1；而传输到最后一个从站(m)时，该从站则会提取出站点号为m-1、m、1所对应的有效数据u_m-1，u_m和u₁。关联消息安全报文首先通过环路2传输给最后一个从站(m)，该从站根据自身编号m，在关联消息安全报文中分别提取出站点号为m-1、m所对应的关联数据u’_m-1和u’_m；依此类推，当关联消息安全报文通过环路2传输给第i个从站(i)时，该从站根据自身编号i，在原始消息安全报文中分别提取出站点号为i-1、i所对应的关联数据u _i-1和u’_i；而传输到第一个从站(1)时，该从站则会提取出站点号为m、1所对应的关联数据u’_m和u’₁。

第一轮通信过程结束后可类推到第二轮通信过程。此时，主站产生原始消息安全报文和关联消息安全报文的过程类似于第一轮通信过程，只是其中表示消息安全报文序列的序列号均变为2。

如图4B所示，主站中关联消息安全报文的生成由原始消息安全报文进行内部运算所得，其中原始消息安全报文中的有效数据u₁和u₂进行异或运算得到关联消息安全报文中的u’₁，原始消息安全报文中的有效数据u₂和u₃进行异或运算得到关联消息安全报文中的u’₂，依此类推，原始消息安全报文中的有效数据u_i和u_i+1进行异或运算得到关联消息安全报文中的u’_i，且原始消息安全报文中的有效数据u_m和u₁进行异或运算得到关联消息安全报文中的u’_m。

如图4C所示，从站中有用数据的获得由原始消息安全报文和关联消息安全报文中的相关数据进行运算所得。以第i个从站(i)为例，其有用数据可通过原始消息安全报文中的有效数据u_i获得，也可通过原始消息安全报文中的有效数据u_i-1和关联消息安全报文中的关联数据u’_i-1进行异或运算获得，还可通过原始消息安全报文中的有效数据u_i+1和关联消息安全报文中的关联数据u’_i进行异或运算获得。而应答信息ack_i可替换掉关联消息安全报文中的关联数据u’_i，因为该关联数据不会再被以后的从站所使用。

第一个从站(1)和最后一个从站(m)因为位置顺序的特殊性，需要进行特别的说明。第一个从站(1)的有用数据可通过原始消息安全报文中的有效数据u₁获得，也可通过原始消息安全报文中的有效数据u_m和关联消息安全报文中的关联数据u’_m进行异或运算获得，还可通过原始消息安全报文中的有效数据u₂和关联消息安全报文中的关联数据u’₁进行异或运算获得，而应答信息ack₁可替换掉关联消息安全报文中的关联数据u’₁，并且在应答信息封装入关联消息安全报文中后，删除该消息安全报文中的关联数据u’_m，此时关联消息安全报文中仅包含有各从站的应答信息。最后一个从站(m)的有用数据可通过原始消息安全报文中的有效数据u_m获得，也可通过原始消息安全报文中的有效数据u_m-1和关联消息安全报文中的关联数据u’_m-1进行异或运算获得，还可通过原始消息安全报文中的有效数据u₁和关联消息安全报文中的关联数据u’_m进行异或运算获得，而应答信息ack_m不可替换掉关联消息安全报文中的任何关联数据，只能封装入关联消息安全报文中的尾端，这是因为关联数据u’_m还会被第一个从站(1)所使用，因此不可被替换。

为分析本发明方法的性能，通过理论分析对传统双通道通信方法和本发明所述双环通信方法进行了对比研究，统计重传概率，比较冗余度。其中重传概率是指消息发生错误且无法自行修复的概率，与消息长度n以及位错误率p有关。位错误率p表示通信过程中发生错误的位的数量与所有传输的位的数量的比值。

对于传统双通道通信方法，两条通道中传输的均为原始消息安全报文，因此第i个从站(i)所需的有用数据可通过一条通道中传输的原始消息安全报文中的有效数据u_i获得，也可通过另一条通道中传输的原始消息安全报文中的有效数据u’_i获得，因此，当两条通道中传输的有效数据u_i和u’_i均发生错误时，第i个从站(i)会要求重传，所以传统双通道通信方法的重传概率为(1-(1-p)ⁿ)²。

对于本发明所述双环通信方法，一条环路中传输的是原始消息安全报文，一条环路中传输的是关联消息安全报文。由于第i个从站(i)所需的有用数据可通过原始消息安全报文中的有效数据u_i获得，也可通过原始消息安全报文中的有效数据u_i-1和关联消息安全报文中的关联数据u’_i-1进行异或运算获得，还可通过原始消息安全报文中的有效数据u_i+1和关联消息安全报文中的关联数据u’_i进行异或运算获得，因此，当u_i、u_i-1(或u’_i-1)、u_i+1(或u’_i)均发生错误时，第i个从站(i)会要求重传，所以本发明所述双环通信方法的重传概率为(1-(1-p)ⁿ)³×(1+(1-p)ⁿ)²。

如图5所示，黑色实线和黑色虚线分别为对传统双通道通信方法和本发明方法进行重传概率测试的结果曲线。当位错误率p的取值在10^-4≤p≤10^-3情况下，传统方法造成的重传概率在2.6×10^-6到2.5×10^-4之间，而本方法得到的重传概率在1.6×10^-8到1.6×10^-5之间，性能有了大幅提高。这意味着本发明所述方法拥有更高的冗余度。因此，本发明方法能够保证数控现场总线消息传输中对实时性和安全性的要求。

Claims (9)

1.一种用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于包括以下步骤：

将消息安全报文发送方作为主站，将消息安全报文接收方作为从站，将传输通路按照传输的方向分为环路1和环路2，将所有从站按照其在环路1中的顺序作为从站的站点编号；

将在主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文中，并将原始消息安全报文通过环路1按从站的站点编号顺序依次发送给所有从站，将关联消息安全报文通过环路2按从站的站点编号顺序逆向依次发送给所有从站；

任何一个从站对接收到的原始消息安全报文和关联消息安全报文进行CRC校验；如果CRC校验正确，则该从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据进行计算，得到有用数据，并将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文中，然后该从站沿着环路2继续传送关联消息安全报文，直至传送给主站，同时该从站沿着环路1继续传送原始消息安全报文，直至传送给最后一个从站(m)；

主站对接收到的应答信息进行CRC校验；如果正确，则判断通信是否结束，如结束，则此次通信完成。

2.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：如果通信没有结束，则返回到将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤。

3.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：如果主站对接收到的应答信息进行CRC校验不正确，则主站请求从站重新发送应答信息至主站；接续主站对接收到的应答信息进行CRC校验步骤。

4.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：如果任何一个从站对接收到的消息安全报文进行CRC校验不正确，则请求主站重新发送该消息安全报文至当前从站，接续将主站中产生的原始有效数据和用于恢复的关联数据，分别封装入原始消息安全报文和关联消息安全报文步骤。

5.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：在主站中产生用于恢复的关联数据包括以下过程：

将站点编号相邻的从站所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第1～(m-1)个关联数据；

将第一个从站(1)和最后一个从站(m)所需的原始有效数据进行异或运算，得到用于恢复的第m个关联数据。

6.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：所述消息安全报文包括：有效数据位、状态位、会话号位、序列号位、网口号位、站点号位以及CRC位，其中，有效数据位存放从站执行操作的命令；状态位用于识别通信状态；会话号位用于区分不同会话的通信；序列号位用于识别消息安全报文顺序；网口号位用于区分两条传输环路；站点号位用于从站识别自身所需数据；CRC位用于进行CRC校验。

7.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：从站从原始消息安全报文和关联消息安全报文中提取出自身所需数据包括以下步骤：

在环路1所传输的原始消息安全报文中，根据消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的有效数据、等于上一从站站点编号的有效数据和等于下一从站站点编号的有效数据；

在环路2所传输的关联消息安全报文中，根据关联消息安全报文的站点号位，分别提取出等于当前从站站点编号的关联数据和等于上一从站站点编号的关联数据。

8.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：从站对提取出的自身所需数据进行计算包括以下步骤：

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的原始有效数据即为有用数据；

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于上一从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据；

原始消息安全报文中提取出的站点号位等于下一从站站点编号的有效数据，和关联消息安全报文中提取出的站点号位等于当前从站站点编号的关联数据进行异或运算得到的数据即为有用数据。

9.按权利要求1所述的用于数控系统中双环现场总线的消息安全传输方法，其特征在于：从站将CRC校验正确的应答信息封装入关联消息安全报文包括以下步骤：

最后一个从站(m)将应答信息封装入关联消息安全报文的尾端，不替换关联消息安全报文中的任何关联数据；

其它从站在封装应答信息时，使用应答信息替换掉关联消息安全报文中站点号位等于自身站点编号的关联数据；

第一个从站(1)在封装应答信息后，将关联消息安全报文中最后一个从站(m)站点编号所对应的关联数据删除，并将应答信息所组成的消息安全报文发送给主站。

Images