近日，賽遠自動化的基於S-Link和VLAN技術的遠程工業網絡監控的方法及係統(專利號：ZL 201110000683.7)正式獲得國家發明專利證書。
一種基於S-Link和VLAN技術的遠程工業網絡監控的方法及係統，方法包括S-Link協議和虛擬局域網VLAN，其中：A想把一段明文通過雙鑰加密的技術發送給B，B有一對公鑰和私鑰，那麼加密解密的過程如下：B將B的公開密鑰傳送給A；A用B的公開密鑰加密A的消息，然後傳送給B；B用B的私人密鑰解密A的消息；反之，B要將明文發送給A，過程如下：A收到B的明文；A的私鑰解密；A的公鑰加密；B收到的A明文。係統包括管理計算機、服務器、遠程安全通訊模塊、3G通訊模塊、PLC主站、PLC從站、攝像頭、變頻器、多功能麵板HMI、Internet互聯網。
1、通過S-Link 協議實現工業現場總線數據的安全性和完整性
在Internet的傳遞中，數據多采用標準的協議，互聯網協議(IP，Internet Protocol，網絡連接協議)是互聯網協議群（Internet Protocol Suite ，IPS）中眾多通信協議中的一個，也是其中最重要的一個。但是，IP協議是一個不可靠的傳輸機製，IP 協(xie)議(yi)不(bu)承(cheng)擔(dan)在(zai)數(shu)據(ju)源(yuan)主(zhu)機(ji)和(he)目(mu)的(de)主(zhu)機(ji)間(jian)建(jian)立(li)連(lian)接(jie)的(de)責(ze)任(ren)，隻(zhi)負(fu)責(ze)從(cong)數(shu)據(ju)源(yuan)主(zhu)機(ji)建(jian)立(li)數(shu)據(ju)報(bao)並(bing)發(fa)送(song)出(chu)去(qu)的(de)工(gong)作(zuo)，目(mu)標(biao)主(zhu)機(ji)收(shou)到(dao)數(shu)據(ju)報(bao)後(hou)不(bu)需(xu)要(yao)向(xiang)發(fa)送(song)源(yuan)主(zhu)機(ji)提(ti)交(jiao)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)， IP 協議會盡量確保目標主機能夠獲得發送給它的數據報，但是並不是絕對保證。
在Internet的通信協議中，可靠的數據傳輸是由TCP協議（Transfer Control Protocol，傳輸控製協議）來保證的。TCP(Transfer Control Protocol) 是專門設計用於在不可靠的 Internet 上提供可靠的、端到端的字節流通信的協議。 Internet 不同於一個單獨的網絡，不同部分可能具有不同的拓撲結構、帶寬、延遲、分組大小以及其它特性。 TCP 被設計成能動態滿足 Internet 的要求，並且足以健壯地麵對多種出錯。
TCP/IP技(ji)術(shu)是(shi)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)一(yi)種(zhong)麵(mian)向(xiang)連(lian)接(jie)的(de)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)，但(dan)是(shi)在(zai)安(an)全(quan)性(xing)方(fang)麵(mian)，由(you)於(yu)數(shu)據(ju)格(ge)式(shi)為(wei)標(biao)準(zhun)格(ge)式(shi)，所(suo)以(yi)無(wu)法(fa)保(bao)證(zheng)其(qi)安(an)全(quan)性(xing)，任(ren)何(he)在(zai)網(wang)絡(luo)上(shang)傳(chuan)輸(shu)的(de)數(shu)據(ju)均(jun)可(ke)以(yi)被(bei)攔(lan)截(jie)後(hou)解(jie)密(mi)並(bing)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)新(xin)的(de)偽(wei)數(shu)據(ju)繼(ji)續(xu)傳(chuan)遞(di)，從(cong)而(er)對(dui)工(gong)業(ye)網(wang)絡(luo)的(de)設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)器(qi)產(chan)生(sheng)錯(cuo)誤(wu)的(de)指(zhi)令(ling)。
在保證像信息的機密性、真實性、完整性這些必要的信息安全中，公鑰加密技術扮演著非常重要的角色。為了增強互聯網的安全機製，主要采用防火牆技術、公開密鑰加密技術、數據加密技術、數字簽名、數字時間戳技術、身份認證和安全協議等。
上shang述shu常chang用yong的de安an全quan技ji術shu，由you於yu和he工gong業ye現xian場chang總zong線xian的de機ji製zhi不bu同tong，對dui於yu現xian場chang總zong線xian的de實shi時shi性xing和he完wan整zheng性xing無wu法fa保bao證zheng，存cun在zai打da包bao和he解jie包bao的de協xie議yi差cha異yi，需xu要yao不bu斷duan重zhong新xin握wo手shou，容rong易yi造zao成cheng通tong訊xun丟diu包bao，容rong易yi造zao成cheng協xie議yi的de中zhong斷duan，不bu適shi合he采cai用yong標biao準zhun的de協xie議yi進jin行xing傳chuan輸shu。
S-Link協(xie)議(yi)正(zheng)是(shi)基(ji)於(yu)標(biao)準(zhun)協(xie)議(yi)的(de)不(bu)通(tong)用(yong)性(xing)，以(yi)及(ji)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)，以(yi)協(xie)議(yi)轉(zhuan)換(huan)準(zhun)確(que)和(he)安(an)全(quan)性(xing)為(wei)首(shou)要(yao)目(mu)標(biao)的(de)一(yi)種(zhong)非(fei)公(gong)開(kai)密(mi)鑰(yao)方(fang)式(shi)的(de)專(zhuan)用(yong)協(xie)議(yi)，除(chu)了(le)支(zhi)持(chi)標(biao)準(zhun)的(de)TCP/IP協議外，也支持工業實時以太網如西門子的PROFINET，EtherCAT等在互聯網上的傳輸。
如西門子的主要最新一代現場總線PROFINET，是由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基於工業以太網技術的自動化總線標準。作為一項戰略性的技術創新，PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控製、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，並且，作為跨供應商的技術，可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線（如PROFIBUS）技術，保護現有投資。作為國際標準 IEC61158 的重要組成部分， PROFINET 是完全開放的協議。
而 EtherCAT 是開放的實時以太網絡通訊協議，最初由德國倍福自動化有限公司 (Beckhoff Automation GmbH) 研發。 EtherCAT 為係統的實時性能和拓撲的靈活性樹立了新的標準，同時，它還符合甚至降低了現場總線的使用成本。 EtherCAT 的特點還包括高精度設備同步，可選線纜冗餘，和功能性安全協議 (SIL3) 。 EtherCAT 主張 " 以太網控製自動化技術 " 。 它是一個開放源代碼，高性能的係統，目的是利用以太網協議（最惠國待遇係統局域網），在一個工業環境，特別是對工廠和其他製造業的關注，其中利用機器人和其他裝備線上的技術。 EtherCAT 是 IEC 規範 (IEC/PAS 62407) 。
S-Link 協議基於應用層，是公鑰和私鑰結合使用的方式進行加密，實現工業以太網的安全加密傳輸，符合 IEC 61748-3 標準中的 FSCP 12 （功能安全通訊設備行規）。
加密和解密是采用不同的密鑰（公開密鑰），也ye就jiu是shi非fei對dui稱cheng密mi鑰yao密mi碼ma係xi統tong，每mei個ge通tong信xin方fang均jun需xu要yao兩liang個ge密mi鑰yao，即ji公gong鑰yao和he私si鑰yao，這zhe兩liang把ba密mi鑰yao可ke以yi互hu為wei加jia解jie密mi。公gong鑰yao是shi公gong開kai的de，不bu需xu要yao保bao密mi，而er私si鑰yao是shi由you雙shuang方fang通tong訊xun設she備bei持chi有you。 發fa送song方fang通tong過guo使shi用yong接jie收shou方fang的de公gong鑰yao對dui數shu據ju進jin行xing加jia密mi操cao作zuo，然ran後hou數shu據ju接jie收shou方fang使shi用yong自zi己ji的de私si鑰yao就jiu可ke以yi對dui數shu據ju進jin行xing解jie密mi。接jie收shou方fang通tong過guo解jie密mi操cao作zuo就jiu能neng知zhi道dao數shu據ju是shi否fou完wan整zheng傳chuan輸shu，如ru果guo能neng夠gou使shi用yong自zi己ji的de私si鑰yao解jie密mi數shu據ju，說shuo明ming數shu據ju是shi真zhen實shi的de，否fou則ze傳chuan輸shu的de數shu據ju可ke能neng在zai傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong被bei篡cuan改gai。
本質上私鑰加密體製和公鑰加密體製的沒有任何區別，定義了一個私鑰的加密體製以私鑰 E 加密，公鑰 D 解密。兩個定義的不同在於安全定義的建立中，在一個公鑰加密體製中，攻擊者或“攻擊算法”是給定 E ，作為附加的輸出；這裏攻擊者沒有私鑰體製 E 。
S-Link基於公開密鑰的加密過程，兩個站點A和B，A想把一段明文通過雙鑰加密的技術發送給B，B有一對公鑰和私鑰，那麼加密解密的過程如下：
B將B的公開密鑰傳送給A；
A用B的公開密鑰加密A的消息，然後傳送給B；
B用B的私人密鑰解密A的消息。
反之，B要將明文發送給A，過程如下：
S-Link采用的算法為RSA算法，密鑰為128位加密，保證了工業數據的安全。
為了保證數據的完整性，S-Linkcaiyonglexiaobaoshujufenfayijiyangedeshujuxiaoyanjizhi，gegeshujubaozaibeiquerenxiaoyanzhengquehou，jiangzuchengyigewanzhengdeshujubao，bingqieyijugongyeshishiyitaiwangdegeshi，chuandigeijuyoumubiaoIP地址的設備。
S-Link相對於無結構的數據流的TCP/IP 協議，S-Link區分了結構化的數據流，使用數據流符合工業以太網總線的格式，在傳輸之前就已經進行了規劃。
S-Link定義了一個重發機製，采用一種 “帶重傳功能的肯定確認”的技術作為提供可靠數據傳輸服務的方式。這項技術要求接收方收到數據之後向源站回送確認信息ACK。發(fa)送(song)方(fang)對(dui)發(fa)出(chu)的(de)每(mei)個(ge)分(fen)組(zu)都(dou)保(bao)存(cun)一(yi)份(fen)記(ji)錄(lu)，在(zai)發(fa)送(song)下(xia)一(yi)個(ge)分(fen)組(zu)之(zhi)前(qian)等(deng)待(dai)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)。發(fa)送(song)方(fang)還(hai)在(zai)送(song)出(chu)分(fen)組(zu)的(de)同(tong)時(shi)啟(qi)動(dong)一(yi)個(ge)定(ding)時(shi)器(qi)，並(bing)在(zai)定(ding)時(shi)器(qi)的(de)定(ding)時(shi)期(qi)滿(man)而(er)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)還(hai)沒(mei)有(you)到(dao)達(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，重(zhong)發(fa)剛(gang)才(cai)發(fa)出(chu)的(de)分(fen)組(zu)。
(此處省去數千字......)
本發明具有的優點是，通過基於S-Link和VLAN技術實現PLC程序級的遠程工業網絡監控係統，將現場控製器、人機界麵、變(bian)頻(pin)器(qi)等(deng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)設(she)備(bei)和(he)本(ben)地(di)的(de)管(guan)理(li)計(ji)算(suan)機(ji)實(shi)時(shi)互(hu)連(lian)，既(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)工(gong)業(ye)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)通(tong)訊(xun)，也(ye)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)對(dui)現(xian)場(chang)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)設(she)備(bei)程(cheng)序(xu)級(ji)的(de)控(kong)製(zhi)，通(tong)過(guo)最(zui)為(wei)便(bian)利(li)的(de)互(hu)聯(lian)網(wang)實(shi)現(xian)遠(yuan)程(cheng)診(zhen)斷(duan)和(he)遠(yuan)程(cheng)調(tiao)試(shi)，遠(yuan)程(cheng)監(jian)控(kong)，極(ji)大(da)地(di)降(jiang)低(di)了(le)設(she)備(bei)係(xi)統(tong)的(de)調(tiao)試(shi)、維護成本。並且通過S-Link和VLAN技術實現了工業數據的安全性、實時性和完整性，確保了通過公共網絡傳輸的可靠和穩定。
