CN107425979A - 基于sts的预付费系统及信息传输方法 - Google Patents

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周剑波
陈国华
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Abstract

本发明公开了一种基于STS的预付费系统及信息传输方法，其中预付费系统包括：第一通信模块、第一处理模块、第一STS协议模块、第一加解密模块。通过STS协议反向将电表信息转化为令牌Token明文，并对令牌Token明文进行加密处理，以令牌Token输出。将令牌Token传输到STS售电系统，并经解密等处理，以获得预付费表数据信息。在售电系统需要获取预付费表数据时，本发明可省去售电系统员工人工抄表的步骤，也避免了人工抄表所带来的数据错误、篡改等风险。可通过令牌Token密文的形式将数据传输到售电系统管理平台中，数据传输效率高、传输准确。

Description

基于STS的预付费系统及信息传输方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，涉及预付费售电技术，特别涉及一种基于STS的预付费系统及信息传输方法。
背景技术
随着电力工业的变革，预付费售电系统逐步取代传统普通电表系统已成为发展趋势。预付费售电系统主要由管理侧、传输介质、用户侧三个部分组成。预付费售电系统需要用户先对账户缴费充值(有介质充值或无介质充值)，并将账户中信息传输给预付费表中，预付费表通过限量供电的方式对用户的用电量进行控制。当用户账户中电量使用完后，系统会自动对该用户拉闸断电。该系统可方便于用户的用电和缴费，以及极大地提升了电力部门的抄收效率。
标准传输规范(Standard Transfer Specification，简称STS)作为预付费售电系统中的重要技术，是全球唯一通用的电力预付费令牌Token传输规范。STS定义了从售电系统到预付费表的信息传输流，其过程包括：首先，往售电系统中输入操作参数；其次，售电系统根据STS将其组成最终的应用数据；之后，售电系统依据物理层协议和其传输方式将应用数据转化为令牌Token后传输；预付费表接收到售电系统的令牌Token后，基于相同的物理层协议得到Token数据；然后，预付费表根据STS解析Token得到售电系统的应用数据信息；最后，STS预付费表根据信息执行相应的充值、管理、测试或显示等操作。同时售电系统接入加密盒生成加密Token来保证Token所承载的信息的传输的安全可靠性。STS售电系统负责生成并加密Token，STS预付费表解密获取令牌Token信息并执行相应的操作，保证售电系统或消费者与预付费表之间的业务安全。然而在实际应用过程中，售电系统还需要根据某些业务场景从预付费表中获取指定信息，比如当消费者迁移并申请注销账户时，售电系统从预付费表中获取电表余额并返还相对应的现金给消费者等。而根据STS Token单向传输特点，该规范不能全面地涵盖此类相关业务需求。因此为了满足此类业务需求，售电系统需要员工进行相关信息的额外获取和载入，信息获取时间较长，运营成本较大，同时在操作中会存在载入数据错误等问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于STS的预付费系统及信息传输方法，可以应用到预付费售电系统设备上。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：
一种基于STS的信息传输方法，包括：
接收输入的指令；
根据输入的指令，获取电表中的电表数据；
基于STS协议，将电表数据转化为对应的令牌Token明文；
将令牌Token明文进行加密处理；
输出令牌Token。
可选地，加密处理的步骤包括通过生成树算法对令牌Token明文进行加密处理。
具体地，输出令牌Token后，还包括：
售电系统接收令牌Token；
对令牌Token进行对应的解密处理，获得令牌Token明文；
基于STS协议，将令牌Token明文转化为对应的电表数据；
获得电表数据，并进行数据处理。
本发明还提供一种基于STS的预付费系统，包括：第一通信模块(110)、第一处理模块(120)、第一STS协议模块(130)以及第一加解密模块(140)；
第一通信模块(110)用于接收输入的指令和输出令牌Token；
第一处理模块(120)用于根据输入的指令，获取电表中的电表数据；
第一STS协议模块(130)用于将电表数据转化为对应的令牌Token明文；
第一加解密模块(140)用于对令牌Token明文进行加密处理。
具体地，第一加解密模块(140)通过生成树算法进行加解密处理。
可选地，基于STS的预付费系统还包括：第二通信模块(210)、第二加解密模块(240)、第二STS协议模块(230)以及第二处理模块(220)；
第二通信模块(210)用于接收令牌Token；
第二加解密模块(240)用于将令牌Token进行解密，获得令牌Token明文；
第二STS协议模块(230)用于将令牌Token明文转化为对应的电表数据；
第二处理模块(220)用于获得电表数据，并进行数据处理。
可选地，基于STS的预付费系统还包括对令牌Token明文进行检验的验证模块。
具体地，第二处理模块(220)根据剩余电量或剩余金额以及计费方式，计算对应的剩余金额或剩余电量。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明提出基于STS的预付费系统及信息传输方法，通过STS协议反向将电表数据信息转化为令牌Token明文，并对令牌Token明文进行加密处理，以令牌Token输出。将令牌Token传输到STS售电系统，并经解密等处理，以获得电表数据信息。本发明实现了STS预付费表到售电系统的反向传输，扩展了STS的应用场景，并有效地利用了传统售电系统自带的加解密模块。本发明提出的预付费系统可实现预付费表和售电系统的双向信息传输。另外，由STS预付费表直接生成与电表数据相对应的令牌Token，可省去售电系统员工人工抄表的步骤，也避免了人工抄表所带来的数据错误、篡改等风险。同时，售电系统或用户可根据业务变更需求，获取电表的有关数据，并以令牌Token密文的形式将数据传输到售电系统管理平台中，数据传输效率高、传输准确。
附图说明
图1为本发明的一实施例的基于STS的预付费系统的结构示意图；
图2为本发明的另一实施例的基于STS的预付费系统的结构示意图；
图3为本发明的一实施例的基于STS的信息传输方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。以下规定本文中，所指令牌Token特指令牌Token密文，Token明文指代令牌Token明文。
本实施例提供了一种基于STS的预付费系统，如图1所示，为本发明一实施例的基于STS的预付费系统的结构示意图。该实施例所述基于STS的预付费系统对应于预付费表100。其中，预付费表100包括：第一通信模块110、第一处理模块120、第一STS协议模块130以及第一加解密模块140。
第一通信模块110用于接收输入的指令和输出令牌Token。第一处理模块120用于根据输入的指令，获取电表中的电表数据。第一STS协议模块130用于将电表数据转化为对应的令牌Token明文。第一加解密模块140用于对令牌Token明文进行加密处理。
具体地，第一通信模块110将外部输入的指令接收到预付费表内，也可以将经加密处理的令牌Token进行输出传送。指令的输入方式可以是用户按压预付费表指令按钮，或是售电系统发送指令信号。当售电系统发送的是令牌Token，则需要事先将令牌Token经STS协议的解密流程解密为令牌Token明文。令牌Token明文再经STS协议转化为对电表的输入指令。
第一处理模块120在获取电表中的电表数据时，所获得的电表数据可以是已使用电量、剩余电量、剩余金额或各时段使用电量等。
第一STS协议模块130可用于将电表数据转化为对应的令牌Token明文，也可用于将令牌Token明文转化为电表数据。具体地，令牌Token明文中可包含以下参数：预付费表的类型、表厂商、表充值金额、剩余金额、剩余电量、测试信息、新密钥等。其中，STS协议对Token格式和数据域的计算公式进行了定义。Token格式包括：Token类型(2bits)、Token子类型(4bits)、随机数域(4bits)、TID域(24bits)、Register/Amount域(16bits)以及循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check，简称CRC)校验域(16bits)。Register/Amount域如表1所示，由2bits的指数域和14bits的数据域组成。Register/Amount域的计算公式为：
Amount＝10e×m；e＝0
表1如下所示：
比特位 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
类型 e e m m m m m m m m m m m m m m
第一加解密模块140用于将所述令牌Token明文进行加密处理。也可根据需要，对输入的令牌Token进行解密处理。
优选地，第一加解密模块140的加解密算法可选择生成树算法(Spanning TreeAlgorithm，简称STA)。
具体地，第一通信模块110输出令牌Token的传输方式可以是纸质文本形式，也可以通过电表液晶屏显示、wifi传输、或者CIU显示方式返回给用户。
本实施例提供了另一种基于STS的预付费系统，如图2所示，为本发明的另一实施例的基于STS的预付费系统的结构示意图。该实施例所述基于STS的预付费系统对应于预付费表100和售电系统200。整个预付费系统包括：第一通信模块110、第一处理模块120、第一STS协议模块130、第一加解密模块140、第二通信模块210、第二加解密模块240、第二STS协议模块230以及第二处理模块220。
其中第一通信模块110用于接收输入的指令和输出令牌Token。第一处理模块120用于根据输入的指令，获取电表中的电表数据。第一STS协议模块130用于将电表数据转化为对应的令牌Token明文。第一加解密模块140用于将所述令牌Token明文进行加密处理。
其中第二通信模块210用于接收令牌Token；第二加解密模块240用于将令牌Token进行解密，获得令牌Token明文；第二STS协议模块230用于将令牌Token明文转化为对应的所述电表数据；第二处理模块220获得电表数据，并进行数据处理。
具体地，针对令牌Token加密算法，第二加解密模块240选择对应的解密算法对令牌Token进行解密处理。
第二处理模块220可根据剩余电量或剩余金额以及计费方式，计算对应的剩余金额或剩余电量。
验证模块对已解密的令牌Token明文进行验证，以确保数据传输、加解密过程准确无误。进一步地，验证模块对已解密已验证的令牌Token明文进行TID(TokenIdentifier)验证。
本实施例提供了一种基于STS的信息传输方法，如图3所示，为本发明的一实施例的基于STS的信息传输方法流程示意图。该实施例的基于STS的信息传输方法包括：
S301，接收输入的指令；
S303，根据输入的指令，获取电表中的电表数据；
S305，基于STS协议，将电表数据转化为对应的令牌Token明文；
S307，将令牌Token明文进行加密处理；
S309，输出令牌Token。
具体地，STA加密算法流程如下：
处理电表密钥DK。将8个字节的密钥先取反码，得到密钥DK1。
将密钥DK1向右旋转12个比特位得到密钥DK2。
将密钥DK2和应用数据Data各自分成16个的半个字节(简称nibble)，进入并执行替换过程，获得DataTempt。
完成替换操作后，结合置换表，对DataTempt进行置换操作。首先在置换表中找出DataTempt里的第i个比特位(i＝0,1,2......64)所对应的新位置；然后将DataTempt的第i个比特位的值作为新位置中的值。
示例性地，置换表如表2所示。例如：DataTempt中位7的值为1，对应置换表新位置为位2，因此全部置换后的应用数据(简称DataResultTempt)中位2的值也为1，DataResultTempt位2对应着DataTempt中位7的值。按此方式将DataTempt所有64bits全部置换得到DataResultTempt。
表2如下所示：
源位置 0 1 2 3 4 5 6 7
新位置 29 27 34 9 16 62 55 2
源位置 8 9 10 11 12 13 14 15
新位置 40 49 38 25 33 61 30 23
源位置 16 17 18 19 20 21 22 23
新位置 1 41 21 57 42 15 5 58
源位置 24 25 26 27 28 29 30 31
新位置 19 53 22 17 48 28 24 39
源位置 32 33 34 35 36 37 38 39
新位置 3 60 36 14 11 52 54 12
源位置 40 41 42 43 44 45 46 47
新位置 31 51 10 26 0 45 37 43
源位置 48 49 50 51 52 53 54 55
新位置 44 6 59 4 7 35 56 50
源位置 56 57 58 59 60 61 62 63
新位置 13 18 32 47 46 63 20 8
将64bits的DataResultTempt向左移动一位得到DataResult。之后再进行前述的替换、置换以及移位操作。如此循环，重复16次后结束STA加密算法流程，得到最后的密文数据。
具体地，将密钥DK2和应用数据Data进入和执行替换过程的操作如下：
初始nibble计数器i为零，替换过程开始后计数器i递增，i＝i+1。
判断第i个密钥DK2的nibble的第3个比特位的值；如果为0，则使用替换表1对第i个Data nibble进行替换；如果为1，则使用替换表2对第i个Data nibble进行替换。例如，当第1个密钥DK2的nibble的第3个比特位的值为0，第1个Data nibble的值为3(00112)，则使用如表3的替换表1中第3个的数字进行替换，将第1个Data nibble的值替换为4(01002)；当第1个密钥DK2的nibble的第3个比特位的值为1，第1个Data nibble的值为8(10002)，则使用如表3的替换表2中第8个的数字进行替换，将第1个Data nibble的值替换为2(00102)。
替换之后再进行计数器递增继续执行，直到Data的16个nibble全部替换，替换后的Data(简称DataTempt)作为参数进入置换操作。
表3如下所示：
本实施例提供了另一基于STS的信息传输方法，该实施例的基于STS的信息传输方法包括：
第一通信模块110接收输入的指令；
第一处理模块120根据输入的指令，获取电表中电表数据；
第一STS协议模块130将电表数据转化为对应的令牌Token明文；
第一加解密模块140将令牌Token明文进行加密处理；
第一通信模块110输出令牌Token；
第二通信模块210接收令牌Token；
第二加解密模块240对令牌Token进行对应的解密处理，获得令牌Token明文；
基于STS协议，将令牌Token明文转化为对应的电表数据；
第二处理模块220获得电表数据，并进行数据处理。
第二处理模块220可根据剩余电量或剩余金额以及计费方式，计算对应的剩余金额或剩余电量。
由预付费表到售电系统的信息传输方法如以下具体实施例：
用户因搬家等原因需要对当前电表进行销户，此时电表剩余电量为3kWh。电表根据来自用户或者售电系统的输入指令执行预付费表的用户销户操作。同时，依据“销户返余额”的业务要求，电表在销户后会生成一个对应于该电表的电表余额信息令牌Token。假定该令牌Token属于管理类(Class＝2)，其子类型为11。STS预付费表的参数设定为：STS预付费表类型为电表；STS预付费表电表的唯一编码为14；Token的加解密算法为STA加解密算法；算法元素表为标准替换表(参见表2)、标准置换表(参见表3)；令牌Token的传输媒介为20个数字的数值型令牌Token；令牌Token传输方式选择为以纸质文本形式传输。
第一通信模块110接收输入的指令，并将输入的指令传输给第一处理模块120。第一处理模块120根据输入的指令，获取电表中的电表数据剩余电量为3kWh。结合该数据，第一STS协议模块130将剩余电量、电表的唯一编码、加解密算法、算法元素表选择信息组织成未加密的令牌Token明文。根据STS协议中数据域的计算公式，得到数据域参数e＝0，m＝3，并根据STS Token格式定义生成一个电表余额为3kWh的令牌Token明文数据。
第一加解密模块140将2bits Class数据(简称Class)从明文数据中摘出，得到64bits的应用数据(以下简称Data)和Class两部分，之后进入STA加密算法对Data进行加密操作。
经过STA加密后的Data(简称DataResult)结合Class重新排列组合，将Class加在DataResult前面得到66bits长度数据，再将66bits数据中的27、28位与64、65位交换，得到最终的加密二进制Token。
接着，把二进制Token进行转换，变成以20个数字为表现形式的令牌Token。
第一通讯模块110根据Token传输方式以纸质文本形式传输。
售电系统的第二通讯模块210接收令牌Token，并经加第二解密模块240的STA解密处理，将令牌Token解密为令牌Token明文。第二STS协议模块230将令牌Token转化为电表的剩余电量。处理模块根据剩余电量数据以及该用户电表对应的电费计费方式，将剩余电量转化为余额，并输出结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于STS的信息传输方法，其特征在于，包括：
接收输入的指令；
根据所述输入的指令，获取电表中的电表数据；
基于STS协议，将所述电表数据转化为对应的令牌Token明文；
将所述令牌Token明文进行加密处理；
输出令牌Token。
2.根据权利要求1所述的基于STS的信息传输方法，其特征在于，所述加密处理的步骤包括通过生成树算法对所述令牌Token明文进行加密处理。
3.根据权利要求1所述的基于STS的信息传输方法，其特征在于，还包括：
售电系统接收所述令牌Token；
对所述令牌Token进行对应的解密处理，获得所述令牌Token明文；
基于STS协议，将所述令牌Token明文转化为对应的所述电表数据；
获得所述电表数据，并进行数据处理。
4.一种基于STS的预付费系统，其特征在于，包括：第一通信模块(110)、第一处理模块(120)、第一STS协议模块(130)以及第一加解密模块(140)；
所述第一通信模块(110)用于接收输入的指令和输出令牌Token；
所述第一处理模块(120)用于根据所述输入的指令，获取电表中的电表数据；
所述第一STS协议模块(130)用于将所述电表数据转化为对应的令牌Token明文；
所述第一加解密模块(140)用于对所述令牌Token明文进行加密处理。
5.根据权利要求4所述的基于STS的预付费系统，其特征在于，所述第一加解密模块(140)通过生成树算法进行加解密处理。
6.根据权利要求4所述的基于STS的预付费系统，其特征在于，还包括：第二通信模块(210)、第二加解密模块(240)、第二STS协议模块(230)以及第二处理模块(220)；
所述第二通信模块(210)用于接收所述令牌Token；
所述第二加解密模块(240)用于将所述令牌Token进行解密，获得所述令牌Token明文；
所述第二STS协议模块(230)用于将所述令牌Token明文转化为对应的所述电表数据；
所述第二处理模块(220)用于获得所述电表数据，并进行数据处理。
7.根据权利要求6所述的基于STS的预付费系统，其特征在于，还包括对所述令牌Token明文进行检验的验证模块。
8.根据权利要求6所述的基于STS的预付费系统，其特征在于，所述第二处理模块(220)根据剩余电量或剩余金额以及计费方式，计算对应的剩余金额或剩余电量。
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