一种基于多频无线加密高通讯速率的RS-485总线收发装置的制作方法

一种基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置
技术领域
1.本发明涉及无线传输技术领域，尤其是涉及一种基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置。


背景技术：

2.当前无线传输领域，在智能家居、新兴智慧城市等较新的非工业领域应用较为广泛，工业领域中在过去以及当前，部署了非常多的基于rs-485总线传输的网络，这些网络当前和未来存在扩展的需要。
3.但现有的rs-485通讯技术无论是屏蔽双绞线，还是光纤，或是通过中继器，都需要物理层面的实物载体，必然会涉及到线缆的敷设问题，而有些场景，是无法敷设这些实物载体的；现有的rs-485通讯技术也有部分无线通讯方式解决较近距离无线收发的问题，但是属于开放单频网络，克服的障碍以及使用场景较少较为局限，且不安全；在rs-485通讯中存在多数据传输过程，如何针对不同数据传输过程制定对应的物理层安全方案，是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置，以解决现有技术中存在的rs-485通讯技术无论是屏蔽双绞线，还是光纤，或是通过中继器，都需要物理层面的实物载体，必然会涉及到线缆的敷设问题，而有些场景，是无法敷设这些实物载体的；现有的rs-485通讯技术也有部分无线通讯方式解决较近距离无线收发的问题，但是属于开放单频网络，克服的障碍以及使用场景较少较为局限，且不安全；在rs-485通讯中存在多数据传输过程，如何针对不同数据传输过程制定对应的物理层安全方案的上述问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明提供一种基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置，其特征在于，包括：无线rs-485设备、485接口、数据密级装置、无线发送装置、无线接收装置；所述无线rs-485设备通过485接口连接数据密级装置和无线发送装置和无线接收装置，所述数据密级装置连接所述无线发送装置；
7.所述无线接收装置接收数据，并将数据传输至无线rs-485设备和数据密级装置，所述数据密级装置根据连接的485接口顺序设定数据密级等级，所述无线发送装置根据数据密级装置提供的数据密级等级对数据进行加密，将加密后的数据向外发送。
8.其中，所述数据密级装置将密级等级划分为：超密级、验证型保护级、强制型保护级、自主型保护级、最低安全级和不安全级，所述485接口包括若干接口，根据485接口从左到右的顺序标记序号，每个密级等级对应485接口的序号范围，每个序号范围对应相应的接口数量，从485接口的最左接口开始算起，当计数达到超密级对应的接口数量后，该接口之后的为验证型保护级对应的接口。
9.其中，所述无线发送装置包括：rs-485数据集合模块、发送协议模块、数据加密模
块；
10.所述rs-485数据集合模块连接发送协议模块，所述rs-485数据集合模块将所述无线rs-485设备的待处理rs-485数据进行汇集后发送给所述发送协议模块；
11.所述发送协议模块连接所述数据加密模块，所述发送协议模块对接收到的待处理rs-485数据进行初步处理，提取有效寄存器地址数据，并将rs-485数据压缩转换，传输至所述数据加密模块；
12.所述数据加密模块将经过所述发送协议模块进行初步处理的数据进行加密，并将加密后的数据打包混淆成多份并通过所述数据密级装置进行等级分类，形成待发送包rs-485数据。
13.其中，所述无线发送装置还包括多频发送模块和天线；所述数据加密模块连接多频发送模块，所述多频发送模块连接天线；所述多频发送模块生成多种不同频率的无线电波，并叠加经过数据加密模块加密的待发送包rs-485数据，形成发送包rs-485数据，经由所述多频发送模块，通过所述天线发送至所述无线接收装置。
14.其中，所述无线接收装置包括rs-485数据还原模块、接收协议模块、数据解密模块、数据校验模块和多频接收模块；
15.所述多频接收模块连接所述数据校验模块，所述多频接收模块在设定的频段内，接收到通过无线方式传输的经加密的发送包rs-485数据，所述多频接收模块将接收到的所有rs-485数据信息打包发送至所述数据校验模块；
16.所述数据校验模块智能补足多个频段缺失的rs-485数据，通过各频段交叉部分的rs-485数据拼凑校验出一条完整的rs-485数据；
17.所述数据校验模块连接所述数据解密模块，所述数据解密模块将经过数据校验模块汇总出的加密rs-485数据进行解密；
18.所述数据解密模块连接所述接收协议模块，所述接收协议模块连接所述rs-485数据还原模块，所述接收协议模块将接收经所述解密模块解密后的rs-485数据整理成有效rs-485数据，并送至所述rs-485数据还原模块；
19.所述rs-485数据还原模块将有效rs-485数据整理为标准rs-485数据，并送至485接口。
20.其中，所述数据加密模块包括：rs-485设备id、数据库存储模块、rs-485设备密钥、gps模块；
21.所述数据库存储模块用于存储rs-485设备id、rs-485设备密钥和rs-485设备经纬度，rs-485设备id、rs-485设备密钥和rs-485设备经纬度简称无线三元组；将数据包按照所述发送协议模块中数据包大小进行分段形成分段数据包，将所述分段数据包加上加密文件、随机数，形成待发包；通过所述gps模块向所述数据库存储模块实时上传rs-485设备经纬度。
22.其中，所述数据加密模块还包括：
23.数据加密第一子模块,用于源无线rs-485设备向所述数据库存储模块获取目标无线rs-485设备的无线三元组；
24.数据加密第二子模块,用于源无线rs-485设备产生一个随机数和目标无线rs-485设备密钥经过md5运算得到加密文件；
25.数据加密第三子模块，用于源无线rs-485设备将分段数据包两端加上加密文件、随机数，形成待发包；
26.数据加密第四子模块，用于将待发包经过发送模块转换成无线电磁波，根据目标无线rs-485设备经纬度找到目标rs-485设备，并进行发送；
27.所述数据解密模块包括：
28.数据解密第一子模块,用于目标无线rs-485设备接收到待发包，形成待收包并解析出随机数，随机数与自己设备的密钥与随机数做md5运算得到解密文件；
29.数据解密第二子模块,用于待收包经过解密文件解析，得到原始数据。
30.其中，所述多频发送模块包括：短波传输和长波传输，并且各频段同时发送和接收，若所有频段没有丢失相同的信息，所述无线收发装置将获得完整的无线传输信息。
31.其中，所述数据校验模块在设定的多个频段内，判断验证接收到的各个频率下加密数据的完整性；
32.当多个频率内的数据均完整时，则比较加密数据是否一致；
33.当仅有一个频率内数据完整时，则用其他频率数据进行校验；
34.当所有频率内数据都不完整时，则通过不同频率内未缺失部分进行重叠，汇总出一条完整数据。
35.其中，所述无线rs-485设备包括监测模块，所述监测模块通过对rs-485数据包的载荷信息进行快速识别并进行特征提取操作，通过对rs-485数据包的头部信息进行分析之后可以对rs-485数据包进行判别，即分析rs-485数据句的载荷信息，由此生成了rs-485信息交换码，进而计算经过预处理之后的rs-485信息交换码出现频率，计算出该频率值的方差和均值，并作为数据分类的判定依据，基于决策树方法进一步判定某个数据流量是否为加密数据，实现对部分恶意攻击数据的判别。
36.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
37.本发明提供一种基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置，其特征在于，包括：无线rs-485设备、485接口、数据密级装置、无线发送装置、无线接收装置；所述无线rs-485设备通过485接口连接数据密级装置和无线发送装置和无线接收装置，所述数据密级装置连接所述无线发送装置，从而实现了将有线rs-485传输变成了无线rs-485传输，不再需要线缆载体就能够将rs-485通讯的试用场景从必须经电缆敷设变为可以无线传输；
38.所述无线接收装置接收所述无线发送装置传输的数据，所述无线发送装置并将数据传输至无线rs-485设备和数据密级装置，从而实现了无线传输；所述数据密级装置根据连接的485接口顺序设定数据密级等级，便于对传输数据做一个分类管理，避免传输过多对数据造成干扰导致数据丢失，提高数据传输的安全性；所述无线发送装置根据数据密级装置提供的数据密级等级对数据进行加密，将加密后的数据向外发送，通过加密传输防止了传输数据的信息泄露，提升了rs-485总线收发装置无线物理层通信的安全性。
39.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
40.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
41.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
42.图1为本发明实施例中基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置的示意图；
43.图2为本发明实施例中rs-485总线收发装置中无线传输装置的示意图；
44.图3为本发明实施例中rs-485总线收发装置中无线接收装置的示意图。
具体实施方式
45.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
46.本发明实施例提供了一种基于多频无线加密高通讯速率的rs-485总线收发装置，请参照图1至图3，该rs-485总线收发装置包括：无线rs-485设备、485接口、数据密级装置、无线发送装置、无线接收装置；所述无线rs-485设备通过485接口连接数据密级装置和无线发送装置和无线接收装置，所述数据密级装置连接所述无线发送装置；
47.所述无线rs-485设备将数据传输至数据密级装置和无线发送装置，所述无线接收装置接收数据；所述数据密级装置根据连接的485接口顺序设定数据密级等级，所述无线发送装置根据数据密级装置提供的数据密级等级对数据进行加密，将加密后的数据向外发送。
48.上述技术方案的工作原理为：无线rs-485设备通过485接口连接数据密级装置、无线发送装置和无线接收装置所述数据密级装置连接所述无线发送装置，从而实现了将有线rs-485传输变成了无线rs-485传输，不再需要线缆载体就能够将rs-485通讯的试用场景从必须经电缆敷设变为可以无线传输；无线rs-485设备将rs-485数据传输至数据密级装置，数据密级装置对传输的rs-485数据进行密级等级分类并将rs-485数据传输至无线发送装置，无线发送装置根据数据密级装置提供的数据密级等级对数据进行加密，将加密后的rs-485数据向外发送，无线接收装置接收加密后的rs-485数据并进行解密处理，从而实现了无线传输，并通过加密传输防止了传输数据的信息泄露，提高了rs-485总线收发装置数据传输的安全性。
49.上述技术方案的有益效果为：所述无线rs-485设备将数据传输至数据密级装置和无线发送装置，所述无线接收装置接收数据，从而实现了无线传输；所述数据密级装置根据连接的485接口顺序设定数据密级等级，便于对传输数据做一个分类管理，避免传输过多对数据造成干扰导致数据丢失，提高数据传输的安全性；所述无线发送装置根据数据密级装置提供的数据密级等级对数据进行加密，将加密后的数据向外发送，通过加密传输防止了传输数据的信息泄露，提升了rs-485总线收发装置无线物理层通信的安全性。
50.在另一实施例中，所述数据密级装置将密级等级划分为：超密级、验证型保护级、强制型保护级、自主型保护级、最低安全级和不安全级，所述485接口包括若干接口，根据485接口从左到右的顺序标记序号，每个密级等级对应485接口的序号范围，每个序号范围对应相应的接口数量，从485接口的最左接口开始算起，当计数达到超密级对应的接口数量后，该接口之后的为验证型保护级对应的接口。
51.上述技术方案的工作原理为：数据密级装置设置密级等级划分：超密级、验证型保护级、强制型保护级、自主型保护级、最低安全级和不安全级，485接口包括若干接口，根据485接口从左到右的顺序标记序号，每个密级等级对应485接口的序号范围，每个序号范围对应相应的接口数量，若干无线rs-485设备通过485接口连接数据密级装置，数据密级装置将若干无线rs-485设备传输的rs-485数据进行密级等级划分，从485接口的最左接口开始算起，当计数达到超密级对应的接口数量后，该接口之后的为验证型保护级对应的接口；通过数据密级装置对传输数据做一个等级划分，避免传输过程中多个传输数据因干扰导致数据丢失，提高数据传输的安全性。
52.上述技术方案的有益效果为：485接口包括若干接口，根据485接口从左到右的顺序标记序号，每个密级等级对应485接口的序号范围，每个序号范围对应相应的接口数量，若干无线rs-485设备通过485接口连接数据密级装置，数据密级装置将若干无线rs-485设备传输的rs-485数据进行密级等级划分，从485接口的最左接口开始算起，当计数达到超密级对应的接口数量后，该接口之后的为验证型保护级对应的接口；通过数据密级装置对传输数据做一个等级划分，实现了对传输数据进行等级划分的加密处理，避免传输过程中多个传输数据因干扰导致数据丢失，为数据的传输提供了安全的保障方式。
53.在另一实施例中，请参照图2，该无线发送装置包括：rs-485数据集合模块、发送协议模块、数据加密模块；所述rs-485数据集合模块连接发送协议模块，所述rs-485数据集合模块将所述无线rs-485设备的待处理rs-485数据进行汇集后发送给所述发送协议模块；所述发送协议模块连接所述数据加密模块，所述发送协议模块对接收到的待处理rs-485数据进行初步处理，提取有效寄存器地址数据，并将rs-485数据压缩转换，传输至所述数据加密模块；所述数据加密模块将经过所述发送协议模块进行初步处理的数据进行加密，并将加密后的数据打包混淆成多份并通过所述数据密级装置进行等级分类，形成待发送包rs-485数据。
54.上述技术方案的工作原理为：待处理rs-485数据通过rs-485数据集合模块进行汇集整合后发送给所述发送协议模块；发送协议模块对接收到的待处理rs-485数据提取有效寄存器地址数据，并将rs-485数据压缩转换，发送协议模块将压缩转换后的rs-485数据传输至数据加密模块；数据加密模块将经过初步处理的rs-485数据进行加密，加密过程中根据数据密级装置划分的密级等级包括不同等级的加密算法，其中超密级等级是最复杂的加密算法；将加密后的rs-485数据打包混淆成多份，形成待发送包rs-485数据，在无线发送装置处理rs-485数据过程中实现了对传输数据的加密，为数据的传输提供了安全的保障，通过无线发送装置，使数据传输不再需要线缆载体，将rs-485通讯的试用场景从必须经电缆敷设，变为可以无线传输的方式。
55.上述技术方案的有益效果为：通过rs-485数据集合模块将待处理rs-485数据进行汇集整合后发送给所述发送协议模块；通过发送协议模块对接收到的待处理rs-485数据提取有效寄存器地址数据并将rs-485数据压缩转换，将压缩转换后的rs-485数据传输至数据加密模块；通过数据加密模块对经过初步处理的rs-485数据进行加密并打包处理，通过无线发送装置的处理实现了无线传输，通过数据加密模块实现了对传输数据的加密，为数据的传输提供了安全的保障。
56.在另一实施例中，请参照图2，所述无线发送装置还包括多频发送模块和天线；所
485设备密钥、gps模块；所述数据库存储模块用于存储rs-485设备id、rs-485设备密钥和rs-485设备经纬度，rs-485设备id、rs-485设备密钥和rs-485设备经纬度简称无线三元组；将数据包按照所述发送协议模块中数据包大小进行分段形成分段数据包，将所述分段数据包加上加密文件、随机数，形成待发包；通过所述gps模块向所述数据库存储模块实时上传rs-485设备经纬度。
68.在数据进行无线传输过程中，会受到窃听者和环境噪声的影响，其中当无线发送装置已知衰落窃听信道时，安全容量c
x
公式为：
[0069][0070]cx
表示安全容量；p表示装置数据发送功率；hm表示传输信道状态信息；hw表示窃听信道状态信息；nm表示传输信道环境噪声；nw表示窃听信道环境噪声。
[0071]
上述技术方案的工作原理为：数据库存储模块存储rs-485设备id、rs-485设备密钥和rs-485设备经纬度，通过gps模块向所述数据库存储模块实时上传rs-485设备经纬度，从而能够实时确定rs-485设备的位置；将数据包按照发送协议模块中数据包大小进行分段形成分段数据包，将分段数据包加上加密文件、随机数，形成待发包，通过对数据的加密发送，实现了装置对数据传输安全性的保密设计，同时减少多数据传输过程的干扰。
[0072]
上述技术方案的有益效果为：利用gps模块向所述数据库存储模块实时上传rs-485设备经纬度，可以实时确定rs-485设备的位置；将数据包按照发送协议模块中数据包大小进行分段形成分段数据包，将分段数据包加上加密文件、随机数，形成待发包，通过对数据的加密发送，提升了装置对数据传输过程中的保密设计，同时减少多数据传输过程的干扰。
[0073]
在另一实施例中，所述数据加密模块还包括：数据加密第一子模块,用于源无线rs-485设备向所述数据库存储模块获取目标无线rs-485设备的无线三元组；数据加密第二子模块,用于源无线rs-485设备产生一个随机数和目标无线rs-485设备密钥经过md5运算得到加密文件；数据加密第三子模块，用于源无线rs-485设备将分段数据包两端加上加密文件、随机数，形成待发包；数据加密第四子模块，用于将待发包经过发送模块转换成无线电磁波，根据目标无线rs-485设备经纬度找到目标rs-485设备，并进行发送；
[0074]
所述数据解密模块包括：数据解密第一子模块,用于目标无线rs-485设备接收到待发包，形成待收包并解析出随机数，随机数与自己设备的密钥与随机数做md5运算得到解密文件；数据解密第二子模块,用于待收包经过解密文件解析，得到原始数据。
[0075]
上述技术方案的工作原理为：加密是保障传输数据完整性、机密性的一项重要手段，在无线传输过程中需要对数据信息进行加密。数据加密模块通过源无线rs-485设备向数据库存储模块获取目标无线rs-485设备的无线三元组；利用源无线rs-485设备产生一个随机数和目标无线rs-485设备密钥经过md5运算得到加密文件；然后经过源无线rs-485设备将分段数据包两端加上加密文件、随机数，形成待发包；最后将待发包经过发送模块转换成无线电磁波，根据目标无线rs-485设备经纬度找到目标rs-485设备，并进行发送，从而实现了数据加密模块的加密过程。数据解密模块通过目标无线rs-485设备接收到待发包，形成待收包并解析出随机数，随机数与自己设备的密钥与随机数做md5运算得到解密文件，最终待收包经过解密文件解析，得到原始数据，实现了数据解密模块的解密过程。
485数据包的头部信息进行分析，之后可以对rs-485数据包进行判别，生成了rs-485信息交换码，进而计算经过预处理之后的rs-485信息交换码出现频率，计算出该频率值的方差和均值，并作为数据分类的判定依据，基于决策树方法进一步判定某个数据流量是否为加密数据，利用监测模块对无线传输实现安全态势感知预警，从而提高无线通信的安全运行水平。
[0089]
上述技术方案的有益效果为：通过监测模块可以对rs-485总线收发装置进行实时监测，可以提高装置抵御黑客入侵以及恶意进攻的能力，从而提高无线通信的安全运行水平，保障无线通信传输的可靠性。
[0090]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。