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CN110300401A - 基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统 - Google Patents

基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统 Download PDF

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CN110300401A CN201910688451.1A CN201910688451A CN110300401A CN 110300401 A CN110300401 A CN 110300401A CN 201910688451 A CN201910688451 A CN 201910688451A CN 110300401 A CN110300401 A CN 110300401A
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张宁
唐晓柯
金鑫
冯文楠
冯曦
杨季
陈永利
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State Grid Information and Telecommunication Group Co Ltd
Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd
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State Grid Information and Telecommunication Group Co Ltd
Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明公开了一种基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其包括：智能计量表箱，其内设置有多个智能计量表，其中一个智能计量表为主智能计量表，其对应的节点类型为中继节点；而其余智能计量表对应的节点类型为普通节点，并将所述中继节点和普通节点进行蓝牙mesh组网，所有智能计量表的芯片中内置非公开加密算法的IP；以及网关，其负责通过蓝牙mesh对各个智能计量表的信息进行采集汇总，并通过远程传输手段传输到远端服务器；从远端服务器接收设置信息，再通过蓝牙mesh下发给各个智能计量表。该远程抄表系统引入非公开加密算法对传输中的核心的应用数据进行加密，保护了数据发送的安全性。

Description

基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统
技术领域
本发明是关于无线通信领域，特别是关于一种基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统。
背景技术
集中抄表历经很多年的演变，已经形成了比较成熟的通讯模式，基本是由三层通讯结构组成，第一层是集中器与控制终端之间的通讯，第二层是采集器与集中器之间的通讯，第三层是智能计量表与采集器之间的通讯。也存在两层结构的模式，两种结构可以分为两种情况，第一种是智能计量表直接到集中器，集中器到控制终端的通讯模式，第二种是智能计量表到采集器，采集器直接到控制终端的通信形式。
三层通信架构形式是目前最常见的集中抄表系统结构，同时这种模式也是这几种结构价格最低的一种结构形式。这种结构下，一个表箱里的所有智能计量表都下挂在一个采集器上，然后同属于一个变压器的全部居民单元配置一个集中器。
对于用户集中抄表来说，人力和物力成本最大的一个环节莫过于与表计相关的最末端通讯。倘若把这个问题处理好，那么就处理好了集中抄表中一半的问题，而最后想达到的效果就是在通讯末端不再布线，换句话说就是现装现用、可靠性高、性价比高。然而现阶段集中抄表系统末端，也就是用户智能计量表到采集器之间的通讯端，依然还有不少急需解决的问题，比如在设备安装时遇到的问题、设备的鲁棒性、通讯连接不连续以及设备之间的相互影响和总线的成本等问题。
当前比较流行的通讯技术按照价格由高到底依次是无线自组网、电力线载波、RS485通信、红外通信。目前的RS485通信方式在购买材料价格上具有一定的优势，然而在安装价格和运维价格上都比较高，并且这种方式受生产厂家产品方案的影响比较大，例如在对陈旧智能计量表升级改造时，需要对老旧智能计量表重新布置线路，然后再对其调试运营，一旦在布线的时候将RS485的A/B线接反，那么就会导致整个RS485网络都不能正常工作，其次就是实际操作中可能会出现RS485总线短路，或者其中一个设备的接口损坏也会造成短路状况的出现。除此之外，RS485的接线是否稳固，也将直接关系到通信的稳定性。如果从施工价格方面考虑的话，电力载波和红外是最为简单的，这两种技术不像RS485那样必须安装大量的线路，也不会像无线自组网必须添加天线。但如果将无线自组网应用在集中抄表的末端，把一个采集器下的全部智能计量表都安装在一个表箱里，无线自组网也没有必要安装天线。但红外技术有一个明显的缺陷就是在传输信息的时候，中间不能出现障碍物，具有明显的角度阻碍，它的的传输方向基本和可见光一样。如果打算采用红外技术和表箱里的通讯进行通讯，那么具有相应的难度，需要对智能计量表和表箱进行改造，具体操作起来具有一些难度。所以，在实际现场抄表的时候，虽然每个智能计量表都有红外接口，但是基本还是由现场抄表人员进行手工抄表，而不是真正的自动抄表。目前，红外抄表技术已成为智能计量表主流抄表手段的一种，但是伴随着智能计量表领域与用户的数据交流、需求交互的要求不断提高，红外抄表显现出来的一些弊端需要进一步研究解决。而载波通信方式的配置很方便，然而材料价格和运维价格都不低，并且数据传播速度非常低，300～500bps的通讯速率，还得借助于中继器，采集数据的成功率比较低，在现实工程应用中，真实的传播速度也只有标称速度的50％左右。这个技术才刚刚起步，暂时还没有大规模进行应用，应用成本也稍微高于原载波方式。至于无线自组网方式的优势是日常维护成本比较低，但是材料成本和施工成本都不低，特别是天线的安装，需要穿出表箱，在现实的应用中存在不小的困难。
另外，虽然现在还有很多其它方式的无线连接方式，如WiFi等，但是其缺陷是安全性比较低，虽然一般都是有密码保护的，但较容易通过技术手段被破解。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其引入非公开加密算法对传输中的核心的应用数据进行加密，保护了数据发送的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，包括：智能计量表箱，其内设置有多个智能计量表，其中一个智能计量表为主智能计量表，其对应的节点类型为中继节点；而其余智能计量表对应的节点类型为普通节点，并将所述中继节点和普通节点进行蓝牙mesh组网，所有智能计量表的芯片中内置非公开加密算法的IP；以及网关，其负责通过蓝牙mesh对各个智能计量表的信息进行采集汇总，并通过远程传输手段传输到远端服务器；从远端服务器接收设置信息，再通过蓝牙mesh下发给各个智能计量表。
在一优选的实施方式中，网关的芯片中内置非公开加密算法的IP，所有数据均采用非公开加密算法进行加密。
在一优选的实施方式中，远程抄表系统还包括：手持配置终端，其接入蓝牙mesh以实现对智能计量表信息进行统一的采集与设置。
在一优选的实施方式中，手持配置终端的芯片中内置非公开加密算法的IP，所有数据均采用非公开加密算法进行加密。
在一优选的实施方式中，远程抄表系统还包括：mesh楼宇中继设备，其节点类型为中继节点，用于转发网络层的数据包，以保证各个智能计量表箱之间正常传递信息。
在一优选的实施方式中，mesh楼宇中继设备只采用AES-CCM算法进行对应用数据进行加密。
在一优选的实施方式中，远程抄表系统还包括：手机，其接入蓝牙mesh，获取相应的用量信息。
与现有技术相比，根据本发明的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统将表箱中有一块智能计量表设置为主智能计量表，对应的节点类型设置为Relaynode，其余智能计量表对应的节点类型设置为Node，然后进行组网，同时减少了不必要的转发，降低了网络的负载，节省了带宽。表箱中不再需要集线器，减少了所需设备，节约了成本。另外，所有智能计量表的芯片中内置非公开加密算法的IP。智能计量表中的数据分为普通级、核心级两个安全级别。普通级的数据采用AES-CCM算法进行加密，核心级的数据采用非公开加密算法进行加密，其引入非公开加密算法对传输中的核心的应用数据进行加密，保护了数据发送的安全性。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明优选实施例的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统包括：智能计量表箱、网关、手持配置终端、mesh楼宇中继设备和手机。将智能计量表箱中有一块智能计量表设置为主智能计量表，对应的节点类型设置为Relay node，其余智能计量表对应的节点类型设置为Node，然后进行组网，同时减少了不必要的转发，降低了网络的负载，节省了带宽。并对普通级的数据采用AES-CCM算法进行加密，而对核心级的数据采用非公开加密算法进行加密，其引入非公开加密算法对传输中的核心的应用数据进行加密，保护了数据发送的安全性。
具体来讲，每栋楼宇中会有数个智能计量表箱，每个智能计量表箱中会有数个智能计量表。表箱中有一块智能计量表设置为主智能计量表，对应的节点类型为Relay node(中继节点)，其余智能计量表对应的节点类型为Node(节点)，这样做是因为智能计量表箱中各个智能计量表间的距离很近，频繁的转发不会达到增加覆盖范围的效果，同时会因为过多不必要的转发从而增加网络的负载，占用本不宽裕的带宽。所有智能计量表的芯片中内置非公开加密算法的IP。智能计量表中的数据分为普通级、核心级两个安全级别。普通级包含一般用量信息等数据，供用户查询，其中的数据采用AES-CCM算法进行加密，核心级可以对智能计量表进行计费信息收集设置(普通用量查询和用于计费的信息采集使用不同的加密方式)、功能调试(或维修信息采集)等操作，其中的数据采用非公开加密算法进行加密。
每栋楼宇中会有一个网关，网关负责通过mesh对各个智能计量表的信息进行采集汇总，通过远程传输手段(如PLC)传输到远端服务器；从远端服务器接收设置信息，并通过mesh下发给各个智能计量表。同时具备可以远程调试，定位故障的功能。网关的芯片中内置非公开加密算法的IP，所有数据均采用非公开加密算法进行加密。
手持配置终端是配发给工作人员的手持设备，可以在覆盖范围内接入mesh网络，实现对智能计量表信息进行统一的采集与设置、定位故障等功能(与上述网关类似)。手持配置终端的芯片中内置非公开加密算法的IP，所有数据均采用非公开加密算法进行加密。
由于现代建筑结构复杂，钢筋等金属材料应用广泛，很大程度上影响了信号的质量和传输距离，有可能造成各个智能计量表箱之间无法正常传递信息。这时可以引入mesh楼宇中继设备，mesh楼宇中继设备与抄表系统在一个mesh网络中，节点类型为Relay node可以转发网络层的数据包。mesh楼宇中继设备只采用AES-CCM算法进行对应用数据进行加密，这样在提高覆盖范围的同时并不影响核心数据的安全性。
目前的智能手机都支持BLE(低功耗蓝牙)，用户可以安装相应的软件通过GATTbearer接入mesh网络，获取相应的用量信息。一般用量信息通过AES-CCM算法进行加密。手机无法对智能计量表进行设置操作，如进行购买等操作是通过网购方式进行的，最终由远端服务器对智能计量表发起相关的设置操作。
综上，该基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统将表箱中有一块智能计量表设置为主智能计量表，对应的节点类型设置为Relay node，其余智能计量表对应的节点类型设置为Node，然后进行组网，同时减少了不必要的转发，降低了网络的负载，节省了带宽。表箱中不再需要集线器，减少了所需设备，节约了成本。另外，所有智能计量表的芯片中内置非公开加密算法的IP。智能计量表中的数据分为普通级、核心级两个安全级别。普通级的数据采用AES-CCM算法进行加密，核心级的数据采用非公开加密算法进行加密，其引入非公开加密算法对传输中的核心的应用数据进行加密，保护了数据发送的安全性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，包括：
智能计量表箱，其内设置有多个智能计量表，其中一个智能计量表为主智能计量表，其对应的节点类型为中继节点；而其余智能计量表对应的节点类型为普通节点，并将所述中继节点和普通节点进行蓝牙mesh组网，所有智能计量表的芯片中内置非公开加密算法的IP；以及
网关，其负责通过蓝牙mesh对各个智能计量表的信息进行采集汇总，并通过远程传输手段传输到远端服务器；从远端服务器接收设置信息，再通过蓝牙mesh下发给各个智能计量表。
2.如权利要求1所述的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，所述网关的芯片中内置非公开加密算法的IP，所有数据均采用非公开加密算法进行加密。
3.如权利要求2所述的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，所述远程抄表系统还包括：手持配置终端，其接入蓝牙mesh以实现对智能计量表信息进行统一的采集与设置。
4.如权利要求3所述的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，所述手持配置终端的芯片中内置非公开加密算法的IP，所有数据均采用非公开加密算法进行加密。
5.如权利要求4所述的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，所述远程抄表系统还包括：mesh楼宇中继设备，其节点类型为中继节点，用于转发网络层的数据包，以保证各个智能计量表箱之间正常传递信息。
6.如权利要求5所述的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，所述mesh楼宇中继设备只采用AES-CCM算法进行对应用数据进行加密。
7.如权利要求6所述的基于非公开加密算法加密的蓝牙mesh的远程抄表系统，其特征在于，所述远程抄表系统还包括：手机，其接入蓝牙mesh，获取相应的用量信息。
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