CN107948302B - 一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法及系统 - Google Patents

一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法及系统，包括下述步骤：物联网嵌入式设备进入生产模式，对设备进行产品检测，产品通过检测则发送切换至运输模式的指令；收到模式切换指令，对物联网嵌入式设备进行加密认证后进入运输模式；对物联网嵌入式设备进行设备安装后进入待激活模式，启用备用电源并为设备配置设备ID信息；根据设备ID信息生成无线通讯证书并发送激活指令，物联网嵌入式设备进入激活模式，正式启用运行。其优点表现为：降低物联网嵌入式系统的运行功耗，保证设备电源的安全可靠性，提高系统信息安全，降低通讯资源成本。

Description

一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法及系统
技术领域
本发明涉及嵌入式物联网监管方法技术领域，具体地说，是一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法及系统。
背景技术
物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，将这些信息与互联网结合所形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，通过互联网的远程协助实现物品的识别、管理和控制变得更加便捷。物联网嵌入式系统可通过电流、电压采集传感器状态，输出电压、电流方式控制动作部件；或通过以太网、RS485总线、USB、I2C总线、CAN总线与其他设备连接来获取信息和控制物体。
现有物联网嵌入式系统在使用过程中，存在下述四方面的问题：
功耗：近十年来，随着通讯技术和半导体技术的发展，物联网嵌入式系统的功耗已经有了很大的改观，但是由于物联网嵌入式系统需要通过无线通讯方式和后台服务器连接，其功耗仍然在1W以上。对于农业、林业、交通等无人值守应用场景，为降低功耗往往使用电池或太阳能电源，而功耗越低意味着更长的生命维护周期，故嵌入式系统设备的生命周期管理至关重要。
备用电源：在物联网嵌入式系统的设备中，往往会内置备用电池，以便于当系统出现电源故障时能及时向后台服务器发出报警信息。由于物联网嵌入式系统在工厂生产完成到安装启用过程中，存在较长的仓储物流周期，为了避免备用电源这个过程中长时间放电失效，往往在物联网嵌入式系统使用现场进行安装时才将备用电源系统接入其中。对于在恶劣环境中使用的物联网嵌入式系统，如果采用这种现场安装备用电源的方式，则要求更加严格的可靠性，对于现场接入备用电源的工程技术要求也会相应提高。
信息安全：物联网嵌入式系统在运行过程中会采集大量的信息，这些数据信息具有很重要的商业价值。物联网嵌入式系统运行过程中，对物品实现的远程控制功能时，如果使用不当，容易造成生产数据信息泄漏等网络安全事故。因此，如何保障物联网中信息传输安全，是物联网领域面临的重大挑战。
电信运营商通讯资源：物联网嵌入式系统使用无线通讯技术，通过电信运营商接入因特网，高效的使用电信运营商通讯资源有助于减少整个物联网系统的运营成本。在一些通信可靠性环境要求比较高的行业中，由于传统的SIM Card方式无法满足，往往会使用贴片SIM IC的方式。这意味着物联网嵌入式系统在工厂生产阶段和运输阶段就已经启用了电信运营商通讯资源，每个月均需要按每台系统设备支付给运营商通讯月租费；在安装启用之前的仓储物流运输阶段，物联网嵌入式系统并不工作，但仍然需要向电信运营商支付相关月租费，这实际上是对电信运营商通讯资源的浪费，增加了物联网嵌入式系统的工作成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种能降低功耗、保证备用电源可靠性、保证物联网信息安全以及避免电信运营商资源浪费的物联网嵌入式设备的生命周期管理系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，包括下述步骤：
步骤01，物联网嵌入式设备进入生产模式，对设备进行产品检测，产品通过检测则发送切换至运输模式的指令；
步骤02，收到模式切换指令，对物联网嵌入式设备进行加密认证后进入运输模式；
步骤03，对物联网嵌入式设备进行设备安装后进入待激活模式，启用备用电源并为设备配置设备ID信息；
步骤04，根据设备ID信息生成无线通讯证书并发送激活指令，物联网嵌入式设备进入激活模式，正式启用运行。
进一步地，所述方法还包括步骤05，物联网嵌入式设备在激活模式后需要停止使用时，通过发送报废指令进入产品报废模式，此模式下设备的无线通讯功能完全关闭。
进一步地，步骤01所述的产品检测包括：检测无线通讯功能是否正常，检测设备电源是否安全可靠，检测生产模式下无线通讯功能处于未开启状态，检测生产模式下备用电源处于断开状态。
进一步地，步骤02所述的加密认证包括：为物联网嵌入式设备配置临时证书，使得物联网嵌入式设备和服务器之间进行数据交互时通过此临时证书进行加密认证。
进一步地，所述设备只有在激活模式下，其无线通讯功能处于启用状态，其它模式下无线通讯功能均处于关闭状态；所述设备在生产模式和运输模式下，其电源处于断开状态，在待激活模式和报废模式下，其电源处于断开状态。
进一步地，步骤04中，所述物联网嵌入式设备进入激活模式时包括运行状态、待机状态和静默状态三种工作状态。
进一步地，所述物联网嵌入式设备的三种工作状态变化过程包括：物联网嵌入式设备的所有业务完成后，将触发设备由运行状态进入待机状态；设备开启或出现异常事件，将触发设备直接进入运行状态；当设备收到远程控制指令时，将触发设备由待机状态进入运行状态；当设备的待机时间达到系统预设的待机时间时，将触发设备由待机状态进入静默状态。
与上述方法相应地，本发明采取的系统技术方案是：一种物联网嵌入式设备的生命周期管理系统，包括：
产品检测模块，当物联网嵌入式设备进入生产模式时，用于对设备进行产品检测；
发送指令模块，用于发送和接收模式切换指令；
电源管理模块，用于监控和管理主电源和备用电源的断开和启用状态；
无线通讯功能管理模块，用于监控和管理无线通讯功能的关闭和启用状态；
信息安全管理模块，用于配置临时证书进行加密认证，配置设备ID信息生成无线通讯证书；
工作状态管理模块，用于控制物联网嵌入式设备在激活模式下工作状态的迁移。
进一步地，所述产品检测模块包括综测仪设备，用于对无线通讯设备的功能和性能进行测试。
进一步地，所述工作状态管理模块包括：
状态变化触发单元，用于判断状态变化触发事件的类型；
状态迁移路径控制单元，用于根据状态变化触发事件的类型选择工作状态的迁移路径。
本发明优点在于：
1、本发明通过控制和管理设备在不同生命周期的工作模式，降低系统运行功耗，延长了设备的使用周期，保障了系统电源的可靠性、耐用性和安全性，保证备用电源电量充足，从而适应长时间的仓储运输过程。
2、本发明通过对设备不同模式下电源状态的管理，保证了电源使用的安全性，保证在未激活模式和激活模式下，当出现主电源异常时，备用电源可正常维持系统工作，并触发报警业务。
3、本发明的信息安全管理模块，通过临时加密和设备ID信息认证加密方式结合，保证了TLS证书和终端设备物理信息的绑定，保证了采集数据的准确性，在信息绑定之后，再生成证书，避免了证书资源的浪费，证书下载是直接由后台服务器下载至物联网嵌入式系统，相比较使用离线工具写入证书方式有更高的安全性。
4、本发明通过对系统设备在不同模式下无线通讯功能的控制，节约了通讯资源，节省系统整个生命周期的通信成本。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1为本发明生命周期管理方法过程中各模式之间切换流程示意图；
图2为本发明系统的框架结构示意图；
图3为物联网嵌入式设备在激活模式下的工作状态迁移示意图；
具体实施方式
参照附图1和附图2，在本实施例中，本发明的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理系统，包括：
产品检测模块，当物联网嵌入式设备进入生产模式时，用于对设备进行产品检测；
发送指令模块，用于发送和接收模式切换指令；
电源管理模块，用于监控和管理主电源和备用电源的断开和启用状态；
无线通讯功能管理模块，用于监控和管理无线通讯功能的关闭和启用状态；
信息安全管理模块，用于配置临时证书进行加密认证，配置设备ID信息生成无线通讯证书；
工作状态管理模块，用于控制物联网嵌入式设备在激活模式下工作状态的迁移。该模块包括：
状态变化触发单元，用于判断状态变化触发事件的类型；
状态迁移路径控制单元，用于根据状态变化触发事件的类型选择工作状态的迁移路径。
基于上述功能模块，本发明一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法包括下述步骤：
步骤01，物联网嵌入式设备进入生产模式，对设备进行产品检测，产品通过检测则发送切换至运输模式的指令；
生产模式是指在工厂大批量生产物联网嵌入式系统时所处的模式。在此模式下，产品检测模块对产品的所有功能和性能进行检测。对无线通讯功能使用专门仪器例如综测仪等设备进行性能检测；对含有备用电源的产品，检测其备用电源的状态。此模式下，物联网嵌入式系统的所有设备无任何业务功能。产品检测结果符合系统预设的产品合格标准：无线通讯功能可以正常使用，且当前模式下无线通讯功能处于未开启状态；设备主电源和备用电源均可安全使用，并且当前模式下电源处于断开状态。对于符合检测标准的产品，产线工具触发发送指令模块向下一个模式发送模式切换指令。
步骤02，收到模式切换指令，对物联网嵌入式设备进行加密认证后进入运输模式；
运输模式是指物联网嵌入式系统设备生产完成后，仓储物流所处的模式。此模式下，电源管理模块控制产品设备的所有电源处于断电状态，整个系统不运行，备用电源不启用。无线通讯功能管理模块控制产品设备的无线通讯功能处于关闭状态，无业务功能。设备在生产模式下，为便于生产，信息安全管理模块为所有产品设备均内置统一的临时证书，以保证生产的便利性。在激活动作完成前，信息安全管理模块将物理网嵌入式系统和后台服务器的此临时证书进行加密认证，保证数据交互的信息安全。
步骤03，对物联网嵌入式设备进行设备安装后进入待激活模式，电源管理模块启用备用电源，同时信息安全管理模块为设备配置设备ID信息；
设备运送到目的地以后，工程人员对物联网嵌入式系统进行安装上电，此时设备进入待激活模式。待激活模式下，工程人员可使用专有工具将传感器序列(SN:SerialNumber)或关联设备序列号写入至物理网嵌入式系统中，物联网嵌入式系统的信息安全管理模块将根据这些相关序列号和自身的序列号、SIM IC卡号(ICCID:Integrate circuitcard identity)、通讯设备身份码(IMEI:International Mobile Equipment Identity)等信息生产唯一的终端DeviceID信息，工程人员使用专有工具读取DeviceID信息，人工上传至后台服务器，完成安装配置工作。
步骤04，根据设备ID信息生成无线通讯证书并发送激活指令，物联网嵌入式设备收到激活指令进入激活模式，正式启用运行；
在激活动作过程中，信息安全管理模块将设备ID信息传至后台服务器，后台服务器根据设备ID信息生成对应的TLS证书，通过无线通讯方式下发到物联网嵌入式系统，通过发送指令模块发送激活指令完成设备激活动作。实现了TLS证书和终端设备物理信息的绑定，保证了数据采集的准确性。在此过程中，是在信息绑定之后，再生成证书，避免了证书资源的浪费；证书下载是直接由后台服务器下载至物联网嵌入式系统，相比较传统的使用离线工具写入证书方式有更高的安全性。
步骤05，物联网嵌入式设备在激活模式后需要停止使用时，通过发送报废指令进入产品报废模式，此模式下设备的无线通讯功能完全关闭。当某个激活模式下的设备需要报废时，后台服务器通过发送指令模块发出报废指令给对应的物联网嵌入式系统进入产品报废模式。设备进入产品报废模式后，电源管理模块断开所有电源，无线通讯功能管理模块关闭系统设备的无线通讯功能；同时后台服务器和电信运营商服务器交互，完成相关号码的资费结算。
在物联网嵌入式设备从生产模式到产品报废模式的过程中，大大节省了电信运营商通讯资源。
在生产模式下，生产过程中使用综测仪等设备对无线通讯模块的功能和性能进行测试，此测试方案物联网嵌入式系统设备无需连接到通讯运营商基站便可完成所有测试工作，所以生产模式下，不需要SIM IC启用，不会产生移动运营商的通讯费用和月租费用。
因SIM IC未启用，较长时间的仓储物流过程不会产生大量的电话号码月租费用。
在物联网嵌入式系统安装完成，进行激活动作时，首先需要后台服务器和电信运营商服务器交互，根据SIM IC卡号信息来激活对应物联网嵌入式系统中的SIM IC；SIM IC激活后，物联网嵌入式系统便可连接至通讯运营商基站，接入到因特网；此时后台服务器可通过运营商无线通讯网络和相应的物联网嵌入式系统进行交互，完成激活过程。
当某个设备需要报废时，后台服务器发出报废指令给对应的物联网嵌入式系统进入报废状态，关闭其无线通讯功能；同时后台服务器和电信运营商服务器交互，完成相关号码的资费结算。
如附图3所示，物联网嵌入式系统设备正在激活模式下，包括运行状态、待机状态和静默状态三种工作状态，系统根据不同业务的特点选择不同的工作状态，通过工作状态迁移综合实现系统的整体功耗的降低。
运行状态：该状态下，物联网嵌入式系统设备的所有功能模块正常运行，采集传感器和相关设备状态信息并上报至后台服务器；或接受后台服务器指令，远程控制相关设备。
待机状态：该状态下，物联网嵌入式系统设备的所有功能模块电源保持启用状态，各个模块休眠；系统可被无线通讯模块、传感器检测模块、总线通讯模块随时唤醒。
静默状态：该状态下，物理网嵌入式系统关闭无线通讯模块电源，传感器检测模块、总线通讯模块电源保持进入休眠模式。系统可被传感器检测模块、总线通讯模块唤醒。静默状态下，因无线通讯模块电源关闭，整体功耗比待机状态更低。
上述物联网嵌入式设备的三种工作状态变化迁移过程如下：
物联网嵌入式设备的所有业务完成，相关设备停止工作，物联网嵌入式系统无需采集相关信息，数据采集业务停止。状态变化触发单元判断此时系统处于业务完成状态，触发状态迁移路径控制单元选择设备由运行状态进入待机状态的迁移路径。
物联网嵌入式系统的相关设备开启工作或本地出现异常事件(传感器状态异常、电源异常等)，状态变化触发单元判断此时系统处于本地业务要求触发事件，触发状态迁移路径控制单元选择设备由待机状态或者静默状态进入运行状态的迁移路径，物联网嵌入式系统进入运行状态，执行数据采集业务或报警业务。
由相关人员操作，后台服务器通过无线通讯功能向物联网嵌入式系统发起远程控制指令。状态变化触发单元判断此时系统处于后台远程业务要求触发事件，触发状态迁移路径控制单元选择设备由待机状态进入运行状态的迁移路径，物联网嵌入式系统进入运行状态，执行远程控制业务。
物联网嵌入式设备在进入待机状态一段时间后(待机时间可根据实际情况由操作人员自定义合适的系统预设时间)，达到待机持续时间后，状态变化触发单元判断此时系统处于待机持续时间达到状态，触发状态迁移路径控制单元选择设备由待机状态进入静默状态的迁移路径。进入静默状态后的物联网嵌入式系统在业务上不再允许后台发起远程控制指令，静默状态下，物理网嵌入式系统的功耗将进一步降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤01，物联网嵌入式设备进入生产模式，对设备进行产品检测，产品通过检测则发送切换至运输模式的指令；所述生产模式是指在工厂大批量生产物联网嵌入式系统时所处的模式；
步骤02，收到模式切换指令，对物联网嵌入式设备进行加密认证后进入运输模式；
步骤03，对物联网嵌入式设备进行设备安装后进入待激活模式，启用备用电源并为设备配置设备ID信息；
步骤04，信息安全管理模块将设备ID信息传至后台服务器，后台服务器根据设备ID信息生成对应的TLS证书，通过无线通讯方式下发到物联网嵌入式系统，通过发送指令模块发送激活指令完成设备激活动作，物联网嵌入式设备进入激活模式，正式启用运行。
2.根据权利要求1所述的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，所述方法还包括步骤05，物联网嵌入式设备在激活模式后需要停止使用时，通过发送报废指令进入产品报废模式，此模式下设备的无线通讯功能完全关闭。
3.根据权利要求1所述的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，步骤01所述的产品检测包括：检测无线通讯功能是否正常，检测设备电源是否安全可靠，检测生产模式下无线通讯功能是否处于未开启状态，检测生产模式下备用电源是否处于断开状态。
4.根据权利要求1所述的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，步骤02所述的加密认证包括：为物联网嵌入式设备配置临时证书，使得物联网嵌入式设备和服务器之间进行数据交互时通过此临时证书进行加密认证。
5.根据权利要求2所述的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，所述物联网嵌入式设备在激活模式下，其无线通讯功能处于启用状态；在生产模式、运输模式、待激活模式和产品报废模式下无线通讯功能均处于关闭状态；所述物联网嵌入式设备在生产模式和运输模式下，其所有电源处于断开状态，在产品报废模式下，其所有电源处于断开状态。
6.根据权利要求1所述的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，步骤04中，所述物联网嵌入式设备进入激活模式时包括运行状态、待机状态和静默状态三种工作状态。
7.根据权利要求6所述的一种物联网嵌入式设备的生命周期管理方法，其特征在于，所述物联网嵌入式设备的三种工作状态变化过程包括：物联网嵌入式设备的所有业务完成后，将触发设备由运行状态进入待机状态；设备开启或出现异常事件，将触发设备直接进入运行状态；当设备收到远程控制指令时，将触发设备由待机状态进入运行状态；当设备的待机时间达到系统预设的待机时间时，将触发设备由待机状态进入静默状态。
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Denomination of invention: A Life Cycle Management Method and System for Embedded IoT Devices

Effective date of registration: 20231128

Granted publication date: 20200908

Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Shanghai Pudong Development Zone Sub-branch

Pledgor: SHANGHAI MAITENG IOT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023310000786

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