CN110730108B - 一种残余差错率的验证方法、装置及计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种残余差错率的验证方法、装置及计算机设备，包括：获取待传输报文和预设干扰范围；根据上述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格。
Description
技术领域
本发明涉及计算机通信协议技术领域，尤其是涉及一种残余差错率的验证方法、装置及计算机设备。
背景技术
目前大多数工业上现有的协议，例如modbus、profibus等工业通讯协议都为非安全型协议。其根本原因是因为常规通讯协议并无控制残余差错率的要求。而安全型协议要求从设计上保证整个协议网络内每小时产生的残余差错率控制在一个极低的水平范围之内，这样才能保证由于通讯引入的随机失效足够低，从而达到一个相对“安全”的范畴。衡量这种安全性的参数目前被称之为安全完整性等级(Safety Integrity Level)。本申请的目的旨在提出一种根据协议设计方案，先对协议采用的循环冗余校验CRC生成多项式进行海明距离验证寻优，再进一步对协议的残余差错率进行量化验证的方法，通过本方法及其形成的软件，对协议设计方案进行残余差错率量化分析与评估，以评价其是否满足对应的安全完整性等级对工业通讯协议提出的残差控制要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：如何提出一种根据协议设计方案，先对协议采用的CRC生成多项式进行海明距离验证寻优，再进一步对协议的残余差错率进行量化验证的方法。
针对现有技术存在的缺陷，第一方面，本发明提供了一种残余差错率的验证方法，包括：
获取待传输报文和预设干扰范围；
根据上述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；
从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；
将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；
根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格。
进一步，所述根据预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中，具体包括：
根据所述预设干扰范围，并利用穷举算法改变所述待传输报文，改变后的待传输报文作为所述干扰后的报文。
进一步，所述从链表中取出干扰后的报文，具体包括：
通过多线程并行，从链表中取出干扰后的报文。
进一步，所述将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值，具体包括：
将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，当确定出与所述当前循环冗余校验和相同的循环冗余校验和时，获得所述相同的循环冗余校验和对应的干扰值。
进一步，所述方法还包括：
根据所述残余差错率数值，获取残余差错率曲线；
所述根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格，包括：根据所述残余差错率曲线验证残余差错率是否合格。
进一步，所述获取待传输报文，包括：
根据指定报文长度随机生成所述待传输报文；或者，
获取用户指定的报文作为所述待传输报文。
进一步，所述方法用于残余差错率验证优化器中，所述残余差错率验证优化器包括：干扰器、链表、循环冗余校验计算器、残余差错率计算器和残余差错率验证器。
第二方面，本发明提供了一种残余差错率的验证装置，包括：
获取模块，用于获取待传输报文和预设干扰范围；
干扰模块，用于根据所述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；
计算模块，用于从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；
比较模块，用于将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；
判断验证模块，用于根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明的有益效果是：
通过本发明的方法及其形成的软件，能够对协议涉及方案进行参与差错率量化分析与评估，能够满足对应的安全完整性等级以及工业通讯协议提出的参与控制要求。
附图说明
图1是本发明的一种残余差错率的验证方法的流程示意图；
图2是本发明的一种残余差错率的验证装置的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装备结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
如图1所示，本发明提供了一种残余差错率的验证方法，包括：
S1：获取待传输报文和预设干扰范围；
S2：根据上述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；
S3：从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；
S4：将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；
S5：根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格。
所述干扰范围为待验证的海明距离范围值，对于一定长度的报文，所要验证的海明距离取值范围，验证后的海明距离值即为干扰值。
所述经典传输介质为同轴电缆、双绞线或光纤。
所述链表用于存放报文。
采用本发明的一种残余差错率的验证方法的残余差错率验证优化器包含一组干扰器Mn，一个链表L，一组CRC计算器Cn，一个残余差错率计算器R以及一个残余差错率验证器J。
在本发明的一种残余差错率的验证方法的使用过程中，首先，用户输入待验证的多项式，输入干扰范围的数值，以及输入安全通信报文的长度。
之后，所述残余差错率验证优化器根据用户输入的报文长度随机生成或者根据用户指定内容生成报文，生成的报文称为待传输报文。
再之后，所述干扰器Mn根据用户输入的干扰范围1-n，n为海明距离的范围值，通过穷举的方式动态改变待传输报文n位，直到覆盖所有的数据位，改变后的报文被存入链表L。
接下来，CRC计算器Cn通过多线程并行从链表L中取出被改变后的报文计算出其CRC校验和并与已经算出的CRC校验和进行比较，如果找到相同的校验和，则停止计算CRC，得到干扰值n。
最后，残余差错率计算器R根据上个步骤得到的干扰值n以及一组经典传输介质Pe传输移位故障概率，计算得到一组残余差错率数值，残余差错率检验器J根据得到的残余差错率数值组绘制出残余差错率曲线，并根据经典值判断是否为合格的残余差错率。
在一些说明性实施例中，所述根据预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中，具体包括：
根据所述预设干扰范围，并利用穷举算法改变所述待传输报文，改变后的待传输报文作为所述干扰后的报文。
下面举例具体说明本发明所使用的穷举算法：
假设报文的长度为10，当需要改变1位待传输报文作为干扰后的报文，那么需要从1一直到10位，进行10次穷举；
当需要改变2位待传输报文作为干扰后的报文，那么需要从1～10位报文中通过穷举将所有的组合都进行一次穷举运算，共需要穷举C10 2次；
当需要改变3位待传输报文作为干扰后的报文，则需要从1～10位报文中通过穷举将所有的组合都进行一次穷举运算，共需要穷举C10 3次；……以此类推直至穷举至改变10位待传输报文作为干扰后的报文，需要穷举1次。
那么本发明的穷举算法则总计进行了C10 1+C10 2+C10 3……+C10 10次计算。
上述报文长度的单位为海明距离的长度单位，每一位的报文长度为一单位的海明距离长度的报文。
在一些说明性实施例中，所述从链表中取出干扰后的报文，具体包括：
通过多线程并行，从链表中取出干扰后的报文。
由于本发明的方法需要通过穷举算法进行运算，具有较大的运算量，本发明的方法采用多线程并行从链表中取出干扰后的报文的方式，利用多个运算核心单元同时进行操作，提高了算法的综合运算效率。
在一些说明性实施例中，所述将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值，具体包括：
将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，当确定出与所述当前循环冗余校验和相同的循环冗余校验和时，获得所述相同的循环冗余校验和对应的干扰值。
在一些说明性实施例中，所述方法还包括：
根据所述残余差错率数值，获取残余差错率曲线；
所述根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格，包括：根据所述残余差错率曲线验证残余差错率是否合格。
在一些说明性实施例中，所述获取待传输报文，包括：
根据指定报文长度随机生成所述待传输报文；或者，
获取用户指定的报文作为所述待传输报文。
在一些说明性实施例中，所述方法用于残余差错率验证优化器中，所述残余差错率验证优化器包括：干扰器、链表、循环冗余校验计算器、残余差错率计算器和残余差错率验证器。
根据IEC61508和IEC61784-3，安全相关系统中的总线系统，其残余差错率ΛSL(Pe)(residual error rate)不应超过该系统要求的安全完整性等级(Safety IntegrityLevel)目标失效量的1％。对于一个SIL3的安全系统而言，其ΛSL(Pe)应小于等于1％*1.0E-9，单位为h-1。
残余差错率ΛSL(Pe)由附加在安全数据尾部的一致性校验机制和安全报文的传输速率共同决定，同时还要考虑单个安全功能所支持的最大信息接收端个数。
ΛSL(Pe)＝RSL(Pe)×v×m
上式中：
ΛSL(Pe)表示在一定的位传输差错率下的安全层残余差错率，单位h-1。
Pe表示传输介质位差错率，各种物理介质的取值可能有所不同，在没有更好的数据支撑的情况下，一般取10-2。
RSL(Pe)表示单个帧的残余差错率；
v表示每小时的最大安全报文个数；
m表示在单个安全功能中允许的最大报文接收端个数；
其中，单个安全帧的残余差错率RSL(Pe)是由所选用的CRC校验决定的，经过CRC校验的帧的残余差错率计算公式为：
上式中：
r为CRC校验字符串的长度；
n为待传输的数据块长度；
dmin为CRC生成多项式的最小海明距离。
以上计算残余差错率的公式均为现有技术，本领域技术人员可以知晓如何计算残余差错率。
通过本发明的方法及其形成的软件，能够对协议涉及方案进行参与差错率量化分析与评估，能够满足对应的安全完整性等级以及工业通讯协议提出的参与控制要求。
如图2所示，本发明提供了一种残余差错率的验证装置，包括：
获取模块，用于获取待传输报文和预设干扰范围；
干扰模块，用于根据所述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；
计算模块，用于从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；
比较模块，用于将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；
判断验证模块，用于根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，物流管理服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种残余差错率的验证方法，其特征在于，包括：
获取待传输报文和预设干扰范围；
根据上述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；
从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；
将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；
根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证按照传输协议传输所述报文的残余差错率是否合格；
其中，所述干扰范围为待验证的海明距离范围值，对于一定长度的报文，所要验证的海明距离取值范围，验证后的海明距离值即为干扰值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中，具体包括：
根据所述预设干扰范围，并利用穷举算法改变所述待传输报文，改变后的待传输报文作为所述干扰后的报文。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从链表中取出干扰后的报文，具体包括：
通过多线程并行，从链表中取出干扰后的报文。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值，具体包括：
将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，当确定出与所述当前循环冗余校验和相同的循环冗余校验和时，获得所述相同的循环冗余校验和对应的干扰值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述残余差错率数值，获取残余差错率曲线；
所述根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格，包括：根据所述残余差错率曲线验证残余差错率是否合格。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待传输报文，包括：
根据指定报文长度随机生成所述待传输报文；或者，
获取用户指定的报文作为所述待传输报文。
7.根据权利要求1～6任一项中所述的方法，其特征在于，所述方法用于残余差错率验证优化器中，所述残余差错率验证优化器包括：干扰器、链表、循环冗余校验计算器、残余差错率计算器和残余差错率验证器。
8.一种残余差错率的验证装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待传输报文和预设干扰范围；
干扰模块，用于根据所述预设干扰范围对所述待传输报文进行干扰，将干扰后的报文加入链表中；
计算模块，用于从链表中取出干扰后的报文，根据取出的报文计算当前循环冗余校验和；
比较模块，用于将所述当前循环冗余校验和与预先计算的循环冗余校验和进行比较，根据比较结果获得干扰值；
判断验证模块，用于根据所述干扰值以及经典传输介质计算残余差错率数值，根据所述残余差错率数值验证残余差错率是否合格；
其中，所述干扰范围为待验证的海明距离范围值，对于一定长度的报文，所要验证的海明距离取值范围，验证后的海明距离值即为干扰值。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一项中所述方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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