一种工业蓝牙网络系统及组网方法技术方案

本发明专利技术公开了一种工业蓝牙网络系统及组网方法，其中一个蓝牙网络系统包括一个主站和多个从站，每个从站拥有一个网络密钥装置，用于存储加密的蓝牙安全组网过滤参数。组网前，蓝牙主站根据微微网ID设置搜索过滤参数，确保只有符合要求的从站才能被搜索到；蓝牙从站将微微网ID设置为自身的设备类型，并根据主站的蓝牙地址设置连接过滤参数，确保能被自己隶属的主站搜索到并只允许该主站与自己建立连接。组网中，蓝牙主从站根据设置的组网过滤参数建立ACL链路，防止未授权或非法的蓝牙设备加入网络。组网后，蓝牙微微网内的数据通信采用序列密码算法进行加密，防止非法设备的监听。本发明专利技术提高了网络的安全性、健壮性、可维护性及灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种工业蓝牙网络系统及组网方法
本专利技术涉及无线网络组网技术，具体涉及一种适用于工业环境的蓝牙网络系统及组网方法。
技术介绍
随着无线技术的飞速发展和日趋成熟，越来越多的工业场所采用无线技术作为有线技术的补充，特别在一些布线不方便的场合，如移动或旋转的设备之间的通信，河沟对面、公路或铁路对面的设备之间的通信等，无线技术得到了广泛的应用。采用无线技术有着如下的优点：布线简单、系统使用期长、可靠性高。目前应用于工业场合的无线技术有WIFI、蓝牙、ZigBee等等，WIFI适用于远距离高速率的数据传输，蓝牙适用于短距离中速率的可靠性要求较高的数据传输，而ZigBee则适用于低速率多节点的数据传输，工程师可以根据不同应用场景的需求采用不同的无线技术。蓝牙是一种全球通用的短距离无线通信技术，其设备类型按照通信距离分成两类：Class1以及Class2,分别对应100米和10米的通信距离，不同的应用场合采用不同类型的蓝牙设备。蓝牙工作在2.4GHz频段，该频段免费供工业、医学以及科研领域使用。一个蓝牙主站可以同时和七个活动的蓝牙从站之间保持异步无连接链路（AsynchronousConnectionlessLink,ACL），即蓝牙主站可以同与与七个从站进行通信，一个主站及多个从站构成了一个蓝牙微微网。对于ACL链路通信的可靠性，蓝牙物理层采用了跳频策略、前向纠错、编码优化等机制，使得蓝牙通信链路抗干扰性好、可靠性高。以上的机制保证了蓝牙技术能满足工业应用的集中式控制及可靠性要求。然而，将蓝牙应用于工业生产还需要解决以下问题：如何设计蓝牙设备组网机制以保证蓝牙通信的安全性，以及如何提高网络的健壮性和可维护性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种蓝牙网络的组网方法和系统，旨在满足工业生产的安全性、健壮性和可维护性的需求。按照本专利技术的一个方面，提供一种工业蓝牙网络系统，用于工业场所中的通信，其包括蓝牙主站和由其管理的多个蓝牙从站，并且每个蓝牙从站都具备一个相应的网络密钥装置(NETWORK_KEY，简称N_K)，其中，所述网络密钥装置用于实现所述蓝牙主站与其管理的多个蓝牙从站之间的组网过滤参数的交互；所述蓝牙主站、从站均包括：中央控制单元(MCU)，通过所述网络密钥装置中存储的过滤参数控制蓝牙模块进行网络管理和无线数据收发；以及蓝牙模块，用来运行蓝牙协议栈，并通过主机控制接口（HostControllerInterface,HCI）接受所述中央控制单元的控制命令以及接收其它蓝牙主站或从站发送过来的无线帧；并且，所述蓝牙主站还包括：网络配置接口电路，用来设置当前微微网ID、从站的逻辑地址以及主站管理的从站数目；以及RS485/CAN总线接口电路，用于该蓝牙主站与网络内的其他微微网主站组建成有线网络。作为本专利技术的改进，所述N_K为非易失存储器，通过总线与所述蓝牙主站或从站进行通信，其存储有加密后的组网过滤参数，包括当前微微网ID、主站蓝牙地址及从站逻辑地址。按照本专利技术的另一方面，提供一种应用上述的工业蓝牙网络系统进行组网的方法，其中，所述蓝牙主站执行如下步骤：1）配置与该蓝牙主站所管理的所有蓝牙从站相应的N_K，将主站蓝牙地址、当前微微网ID和从站逻辑地址加密写入各蓝牙从站对应的N_K；2）中央控制单元将蓝牙模块的搜索过滤参数设置为当前微微网ID，命令其执行搜索操作：若蓝牙模块搜索到的从站设备类型（CLASS_of_DEVICE）信息不符合搜索过滤参数，则不将该从站的蓝牙地址信息上传到中央控制单元；蓝牙模块搜索完毕后，若中央控制单元得到的从站蓝牙地址信息个数少于蓝牙主站应管理的从站数目，则命令蓝牙模块重新执行搜索操作，否则执行第3）步；3）所述蓝牙主站向搜索到的所有从站逐一发送ACL链路建立请求帧，等待所有从站接收该请求并建立与它之间的ACL链路，由此主站与从站组成一个微微网。作为本专利技术的改进，所述步骤1)具体为：1a）上电后，中央控制单元和蓝牙模块之间建立BCSP链路；1b）所述蓝牙主站检测其本身是否插入了N_K，若是，执行第1c）步，否则执行第2）步；1c）中央控制单元通过HCI指令读取蓝牙模块的主站蓝牙地址，并读取通过所述网络配置接口电路设置的当前微微网ID和为与所述插入的N_K相应的蓝牙从站设置的逻辑地址，将这些信息加密存储到所述插入的N_K，然后等待用户断电操作，拔下该插入的N_K，若该蓝牙主站应管理的其他蓝牙从站相应的N_K尚未配置完毕，则继续插入其他蓝牙从站相应的N_K，最后返回步骤1a）。作为本专利技术的改进，所述多个蓝牙从站中的每一个均执行如下步骤：1）将与该蓝牙从站相应的N_K插入该从站，上电初始化，中央控制单元检测是否有N_K插入，若无，则不执行任何操作，否则执行第2）步；2）中央控制单元与蓝牙模块建立BCSP链路，读取并解密所述插入的N_K中的组网过滤信息，并通过一系列的HCI指令对蓝牙模块执行参数配置，包括将该从站的设备类型（CLASS_of_DEVICE）设置为所述N_K中的当前微微网ID，将连接请求的过滤参数设置为所述插入的N_K中的主站蓝牙地址；3）所述蓝牙从站进入等待状态，响应主站的搜索操作和链路建立请求；若接收到链路建立请求帧，则判断该帧的来源地址与所述连接请求的过滤参数（即主站的蓝牙地址）是否一致，若一致，与主站建立ACL链路；否则丢弃该帧。作为本专利技术的改进，采用分组加密算法对所述N_K中存储的当前微微网ID、蓝牙从站的逻辑地址以及主站蓝牙地址进行加密；采用序列密码算法对所述ACL链路上的传输数据进行加密。作为本专利技术的改进，在所述蓝牙主站上设置ACL链路保障机制：蓝牙主站监测与从站的断链事件，启动设备搜索操作，当断链原因消除时，主站重新搜索到该从站并执行相应的重连操作，以恢复与其的ACL链路。作为本专利技术的改进，通过以下步骤实现从站更换的即插即用：将原从站上的N_K拔出并插入到更换后的新从站，新从站上电之后自动执行所述参数配置，使得自身能被所述蓝牙主站搜索到并与其建立ACL链路。作为本专利技术的改进，两个蓝牙从站在不断电的前提下，通过交换彼此相应的N_K实现微微网隶属关系的交换。作为本专利技术的改进，微微网隶属关系交换的具体步骤为：从站带电运行时，若更换N_K，该从站将来自于新的N_K中的信息与原先的信息相比较，若一致，不执行任何操作；若不一致，则该从站主动断开当前的链路，并根据新的N_K中的信息来进行初始化并设置设备类型（CLASS_of_DEVICE），随后等待来自主站的链路建立请求帧。本专利技术能够在同一工作区域内组建多个并存的主从微微网，各微微网从站具有明确的隶属关系，能够防止未授权或非法的蓝牙设备加入网络；对于N_K中重要信息及蓝牙微微网中传输的数据进行加密处理，预防外部设备的窃听和解读，满足工业通信的安全性要求；组建的网络具有的链路保障机制和即插即用特性，提高了网络的健壮性、可维护性及灵活性。附图说明图1显示了蓝牙主站的硬件结构图。图2显示了蓝牙主站及从站采用的协议栈。图3显示了蓝牙主站及从站的主程序流程图。图4显示了蓝牙主站及从站中特殊机制流程图。图5显示了多微微网并存的应用场景。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业蓝牙网络系统，用于工业场所中的网络通信，其包括蓝牙主站和由其管理的多个蓝牙从站，并且每个蓝牙从站都具备一个相应的网络密钥装置(NETWORK_KEY)，其中，所述网络密钥装置用于实现所述蓝牙主站与其管理的多个蓝牙从站之间的组网过滤参数的交互；所述蓝牙主站、从站均包括：中央控制单元(MCU)，通过所述网络密钥装置中存储的过滤参数控制蓝牙模块进行网络管理和无线数据收发；以及蓝牙模块，用来运行蓝牙协议栈，并通过主机控制接口（Host Controller Interface,HCI）接受所述中央控制单元的控制命令以及其它主站或从站发送过来的无线帧；并且，所述蓝牙主站还包括：网络配置接口电路，用来设置当前微微网ID、从站的逻辑地址以及主站管理的从站数目；以及RS485/CAN总线接口电路，用于该蓝牙主站与网络内的其他微微网主站组建成有线网络。

【技术特征摘要】
1.一种工业蓝牙网络系统，用于工业场所中的网络通信，其包括蓝牙主站和由其管理的多个蓝牙从站，并且每个蓝牙从站都具备一个相应的网络密钥装置(NETWORK_KEY)，其中，所述网络密钥装置为非易失存储器，通过总线与所述蓝牙主站或从站进行通信，其存储有加密后的组网过滤参数，包括当前微微网ID、主站蓝牙地址及从站逻辑地址,该网络密钥装置用于实现所述蓝牙主站与其管理的多个蓝牙从站之间的组网过滤参数的交互；所述蓝牙主站、从站均包括：中央控制单元(MCU)，通过所述网络密钥装置中存储的组网过滤参数控制蓝牙模块进行网络管理和无线数据收发，包括：蓝牙主站上的中央控制单元将搜索过滤参数设置为当前微微网ID，命令其执行搜索操作以及向搜索到的所有从站逐一发送ACL链路建立请求帧；蓝牙从站上的中央控制单元与蓝牙模块建立BCSP链路，读取并解密插入的网络密钥装置中的组网过滤信息，并通过一系列的HCI指令对蓝牙模块执行参数配置，包括将该从站的设备类型设置为所述网络密钥装置中的当前微微网ID，将连接请求的过滤参数设置为所述插入的网络密钥装置中的主站蓝牙地址；以及蓝牙模块，用来运行蓝牙协议栈，并通过主机控制接口(HostControllerInterface,HCI)接受所述中央控制单元的控制命令以及其它主站或从站发送过来的无线帧；并且，所述蓝牙主站还包括：网络配置接口电路，用来设置当前微微网ID、从站的逻辑地址以及主站管理的从站数目；以及RS485/CAN总线接口电路，用于该蓝牙主站与网络内的其他微微网主站组建成有线网络。2.一种应用于权利要求1所述的工业蓝牙网络系统的组网方法，其中，所述蓝牙主站执行如下步骤：1)配置与该蓝牙主站所管理的所有蓝牙从站相应的网络密钥装置，将主站蓝牙地址、当前微微网ID和从站逻辑地址加密写入各蓝牙从站对应的网络密钥装置；2)中央控制单元将蓝牙模块的搜索过滤参数设置为当前微微网ID，命令其执行搜索操作：若蓝牙模块搜索到的从站设备类型(CLASS_of_DEVICE)信息不符合搜索过滤参数，则不将该从站的蓝牙地址信息上传到中央控制单元；蓝牙模块搜索完毕后，若中央控制单元得到的从站蓝牙地址信息个数少于蓝牙主站应管理的从站数目，则命令蓝牙模块重新执行搜索操作，否则执行第3)步；3)所述蓝牙主站向搜索到的所有从站逐一发送ACL链路建立请求帧，等待所有从站接收该请求并建立与它之间的ACL链路，由此主站与从站组成一个微微网；其中，所述多个蓝牙从站中的每一个均执行如下步骤：A)将与该蓝牙从站相应的网络密钥装置插入该从站，上电初始化，中央控制单元检测是否有网络密钥装置插入，若无，则不执行任何操作，否则执行第B)...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦元庆，朱钱祥，周纯杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42