CN107995296B - 跨平台物联网嵌入式系统的通信方法及通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，针对复杂的跨平台物联网嵌入式系统之间的通信设计一种可满足兼容性提高复用性保证安全可靠性的通信方法及通信系统框架，其方法包括以下步骤：配置通信协议、制定自动分层次的加密策略、制定系统内分层次的组网策略、设计跨平台物联网嵌入式系统的通信线路。本发明优点在于：制定系统内分层次的组网策略以及不同的通信线路解决了多处理器的物联网嵌入式系统通信方式不兼容的问题，通过制定分层次的加密策略，改善了跨平台物联网嵌入式系统的可靠性和安全性。

Description

跨平台物联网嵌入式系统的通信方法及通信系统
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，具体地说，是一种跨平台物联网嵌入式系统的通信方法及通信系统。
背景技术
物联网正处于产业萌芽期，应用领域多元分散，导致业界对于相关通讯标准与协议尚难达成共识。如目前半导体IC智财授权业者、IC设计业者、终端设备品牌业者、及操作系统与网络服务业者等，试图透过垂直整合策略，加上积极研发与并购，以在移动设备产业既有的经济规模优势基础下，抢占正在起步的物联网服务商机。更有部份业者进一步推出可整合或广泛支持通讯标准与协议的物联网操作系统，借此打造完整的应用服务生态体系。由此观之，随技术的成熟，未来各品牌业者在终端或感测设备间提供的功能差异将缩小，相互替代性大幅提高，反之作为推动服务基础的联网操作系统平台将成为物联网真正的竞争核心之一。
在物联网尤其是在感知层，由于存在不同的传感器设备，物联网是跨领域、跨平台的，而且所使用的运行环境也会根据行业的不同，或者领域的不同有所变化。因此，跨平台物联网通信通常会存在以下问题：
复用性：随着跨平台系统复杂性的提高，多Processors的物联网嵌入式系统比比皆是，Processors之间的通信方式多种多样，目前系统设计大多是针对各自的应用和硬件配置单独实现通信，导致通信方式不兼容，其复用性差。
可靠性：Component之间、Processor之间、Device之间的通信要求通信可靠性要高，但在同一Device内，不同Processor之间的Component通信并不可靠，容易受到恶劣环境如电磁干扰、辐射、高低温等的影响。另外不同Device之间的通信也会出现通信错误的。
安全性：在同一Processor下Component之间的通信，一般可以不加安全措施。但是，如果此Processor是与物联网连接，即使内部通信也存在安全隐患。另外不同Device之间也存在通信安全问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种既能够满足复杂的跨平台物联网系统的复用性，同时又能保证系统通信的可靠性提高通信安全的跨平台物联网嵌入式系统的通信方法及通信系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，包括以下步骤：
S01.为跨平台嵌入式系统中各组成组件之间的数据传输配置MCI通信协议；
S02.在跨平台嵌入式系统中各组成组件之间的数据传输制定自动分层次的加密策略；
S03.制定系统内分层次的组网策略；
S04.设计跨平台物联网嵌入式系统的通信线路。
进一步地，步骤S01中所述的组成组件包括用于物联网控制、感知、检测、电源、传输、存储、电源、安全等的软件程序和硬件设备。
进一步地，步骤S01所述的数据传输的方式包括有线数据传输和/或无线数据传输。
进一步地，步骤S02所述的自动分层次的加密策略包括：同一处理器内的各组成组件间通信，采用不加密或者是弱加密的数据传输方式；同一系统内，不同处理器中的各组成组件间通信，采用不加密/弱加密或者是弱加密/强加密的数据传输方式；不同系统内的各组成组件间通信，可以是弱加密或者强加密的数据传输方式。
进一步地，步骤S03所述的分层次的组网策略包括：同一处理器内各组成组件间的组网，同一系统内不同处理器之间的组网和自组网，不同系统之间的组网和自组网。
进一步地，S04所述的通信线路的设计包括：同一处理器内部各组成组件之间的MCI通信协议通过IPC实现通信，不同系统和不同处理器的各组成组件之间的MCI通信协议通过跨平台传输通道实现通信。
基于上述方法，本发明相对应设计操作系统采取的技术方案是：一种跨平台物联网嵌入式系统的通信系统，包括至少一个处理器、组成组件管理模块、通信协议管理模块、系统安全管理模块、通信组网模块、跨平台传输通道，
所述的组成组件管理模块用于监控和管理系统内各组成组件及各组成组件之间的数据传输，
所述的通信协议管理模块用于实现嵌入式系统之间、处理器之间以及各组成组件之间的通信传输、分发和路由，
所述的系统安全管理模块用于实现嵌入式系统之间、处理器之间以及各组成组件之间的通信安全，
所述的通信组网模块用于制定系统内分层次的组网策略，
所述的跨平台传输通道是MCI通信协议的传输抽象层用于通过有线和/或无线传输通道实现MCI包的有效传输。
进一步地，所述的跨平台传输通道建立在标准通信协议或非标准通信协议之上。
本发明优点在于：
1、本发明通过制定系统内分层次的组网策略以及不同的通信线路解决了多处理器的物联网嵌入式系统通信方式不兼容的问题。
2、本发明通过制定分层次的加密策略，改善了跨平台物联网嵌入式系统的可靠性和安全性。
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为本发明方法流程图；
图2为本发明应用于跨平台物联网嵌入式系统通信框架图。
具体实施方式
参照附图1和附图2，本发明跨平台物联网嵌入式系统的通信系统由跨平台部分、非跨平台部分和应用程序管理部分组成。
应用程序管理部分包括接入本系统内的第三方应用系统，例如：用户应用程序和第三方应用软件等。
其中非跨平台部分由抽象层组成，包括：
与实际操作系统无关的、跨平台的操作系统抽象层，用于提供嵌入式系统所需要的Task、Message Queue、Semaphore、等简单的功能，可在所有的嵌入式实时操作系统(RTOS)、Linux、WinCE等上实现；
与实际硬件(Hardware)无关的、跨平台的硬件(Hardware)抽象层，用于提供对实际硬件接口的操作，如UART、I2C、SPI、I/O、PWM、Hardware Timer等。
跨平台部分包括：
组成组件管理模块用于监控和管理系统内各组成组件及各组成组件之间的数据传输，组成组件包括物联网控制、感知、检测、电源、传输、存储、电源、安全等组件单元的软硬件。该模块是本系统中的基本应用模块，通过跨平台通信环境，该模块实现对系统内各组成组件本身的软件或者硬件进行监控和管理、以及与其他组成组件之间的通信管理。例如通过系统配置的通信协议通道(包括IPC和跨平台传输通道等)，实现系统内不同处理器之间的组成组件的通信、同一处理器中各组成组件之间的通信。
通信协议管理模块用于实现嵌入式系统之间、处理器之间以及各组成组件之间的通信传输、分发和路由。该模块针对嵌入式系统之间、处理器之间的有线数据传输(如UART、SPI、Ethernet等)和无线数据传输(如WiFi、蓝牙、2G/3G/4G等)设计了MCI通信协议，及其通信传输通道。跨平台传输通道是MCI通信协议的传输抽象层用于通过有线和/或无线传输通道实现MCI包的有效传输。跨平台传输通道基本定义包含在MCI协议的基本定义中，具体的如下：
Transport Header：
Identifier：MCI包标志，根据不同传输形式来确定。
Length：MCI包长度。
Sequence：MCI包序号。
Control：MCI包ACK/NACK标记，重传机制等。
Error Code：Transport返回包错误码。
Transport Tail：
CRC：(设定校验码)
Protocol Header：
Encryption Type：加密方式。
Error Code：Protocol返回包错误码。
Component IDs：
Component ID定义：
DID–Device ID，
PID–Processor ID，
CID–Component ID，
TID：Target ID–包含完整的DID/PID/CID。
SID：Source ID–包含完整的DID/PID/CID。
Command：
Command With Ack：提高传输指令的可靠性。
Command Without Ack：
Data：实际数据。
通信加密模块遵循Component ID定义自定义加密方式，生成传输安全指令，实现嵌入式系统之间、处理器之间以及各组成组件之间的通信安全。同一处理器内的各组成组件间的通信，可靠性比较高，不存在外界干扰，故通常采用不加密的数据传输方式，对于安全性要求高的情况则采用弱加密的数据传输方式。同一个包含有多个处理器的系统内，不同处理器中的各组成组件间通信可靠性弱，在恶劣环境下，如电磁干扰、辐射、高低温等对系统内的处理器间通信都可能产生影响。虽然使用硬件设计、物理形式(如屏蔽罩)等可以解决大部分问题，但还是有可能出现通信错误。因此，针对不与外网连接的处理器之间的各组成组件的通信采用不加密/弱加密的数据传输方式，针对与外网连接的处理器之间各组成组件之间的通信，为减轻外界干扰采用弱加密/强加密的数据传输方式。不同系统之间的各组成组件间通信，通过有线数据传输时可以采用弱加密的数据传输方式(对于信息安全要求非常高的情形下，也可以采用强加密的数据传输方式)，对于无线数据传输的情况则采用强加密的数据传输方式。
通信组网模块用于制定系统之间、处理器之间以及各组成组件之间的分层次的组网策略，根据MCI协议中Component ID的定义实现系统之间、处理器之间以及各组成组件之间的组网和自组网框架，Component ID的定义：DID–Device ID，PID–Processor ID，CID–Component ID，TID：Target ID–包含完整的DID/PID/CID，SID：Source ID–包含完整的DID/PID/CID。
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 (5)

1.一种跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01.为跨平台嵌入式系统中各组成组件之间的数据传输配置MCI通信协议；
S02.在跨平台嵌入式系统中各组成组件之间的数据传输制定自动分层次的加密策略；所述自动分层次的加密策略包括，同一处理器内的各组成组件间通信，采用不加密或者是弱加密的数据传输方式；同一系统内，不同处理器中的各组成组件间通信，采用不加密/弱加密的数据传输方式；不同系统内的各组成组件间通信，可以是弱加密或者强加密的数据传输方式；
S03.制定系统内分层次的组网策略；所述分层次的组网策略包括同一处理器内各组成组件之间的组网策略，同一系统内不同处理器之间的组网策略，和不同系统之间的组网策略；
S04.设计跨平台物联网嵌入式系统的通信线路，所述跨平台物联网嵌入式系统的通信线路包括同一处理器内部各组成组件之间的通信线路，不同系统和不同处理器的各组成组件之间的通信线路,同一处理器内部各组成组件之间的MCI通信协议通过IPC实现通信，不同系统和不同处理器的各组成组件之间的MCI通信协议通过跨平台传输通道实现通信。
2.根据权利要求1所述的跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，其特征在于，步骤S01中所述的组成组件包括用于物联网控制、感知、检测、电源、传输、存储、电源、安全的软件程序和硬件设备。
3.根据权利要求1所述的跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，其特征在于，步骤S01所述的数据传输的方式包括有线数据传输和/或无线数据传输。
4.根据权利要求1所述的跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，其特征在于，步骤S03所述的分层次的组网策略包括：同一处理器内各组成组件间的组网，同一系统内不同处理器之间的组网和自组网，不同系统之间的组网和自组网。
5.根据权利要求1所述的跨平台物联网嵌入式系统的通信方法，其特征在于，所述跨平台传输通道是通过有线传输通道和/或无线传输通道实现MCI包的有效传输通道，所述跨平台传输通道包括如下：
Transport Header；
Identifier：MCI包标志；
Length：MCI包长度；
Sequence：MCI包序号；
Control：MCI包ACK/NACK标记；
Error Code：Transport返回包错误码；
Transport Tail：
CRC：设定校验码；
Protocol Header；
Encryption Type：加密方式；
Error Code：Protocol返回包错误码；
Component IDs；
Component ID定义；
DID–Device ID；
PID–Processor ID；
CID–Component ID；
TID：Target ID–包含完整的DID/PID/CID；
SID：Source ID–包含完整的DID/PID/CID；
Command；
Command With Ack：提高传输指令的可靠性；
Command Without Ack；
Data：实际数据。
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