CN109922068B - 安防巡逻机器人、安防系统及其保密通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了安防巡逻机器人、安防系统及其保密通信方法，该方法包括：发送端或接收端基于自身产生的时钟信号以及安防巡逻机器人的标识信息生成指针信号，并根据指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥，然后发送端基于密钥对明文信息加密并将得到的密文信息发送至接收端，或接收端接收发送端发来的密文信息，基于密钥对密文信息进行解密得到相应的明文信息。其中，发送端或接收端为安防巡逻机器人。该方法能够在安防巡逻机器人和控制中心互相通信前对通信数据进行加密，用加密数据进行通信，增加了控制中心与安防巡逻机器人之间通信的保密性，防止通信数据被恶意篡改或被破坏等情况发生。

Description

安防巡逻机器人、安防系统及其保密通信方法

技术领域

本发明涉及通信安全技术领域，特别涉及一种安防巡逻机器人，一种安防系统，以及一种应用于安防巡逻机器人的保密通信方法。

背景技术

安防巡逻机器人是一种半自主或自主协助人类完成安全防护工作的机器人，能够代替工作人员对私人会所、工厂、企业园区、粮库、银行等各类场所进行安全隐患排查、巡逻监控、事故报警，从而减少安全事故的发生和生命财产损失。

安防巡逻机器人通常配备有热像仪、摄像头等监控设备，还会配备有语音设备、报警设备等，在执行巡逻任务时，通过上述各类设备进行图像监控、导航定位、事故报警等工作。在工作过程中，安防巡逻机器人的正常运行需要与控制中心进行数据交互才能实现，例如监控设备将获取到的图像实时反馈给控制中心，语音设备建立控制中心与现场之间的实时语音通话，报警设备将发现的险情、事故紧急通知控制中心。

由于安防巡逻机器人用于安全防护，因此其本身的安全保密需求较高，只有在机器人自身处于安全的并且不被干扰的状态下，才能够正确地执行安防巡逻任务。因此在安防巡逻机器人与控制中心进行通信时，防止他人恶意篡改或破坏机器人与控制中心之间传输的数据，以避免机器人被恶意控制或无法正常运行，对于依赖机器人进行安防巡逻的场所来说是必须解决的一个问题。因此，目前亟需对安防巡逻机器人与控制中心通信的保密性和安全性进行加强。

发明内容

(一)发明目的

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，增加安防巡逻机器人和控制中心之间通信数据的保密性和安全性，本发明公开了以下技术方案。

(二)技术方案

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种安防巡逻机器人，包括：

明文信息采集模块，用于采集机载设备产生的明文信息；

第一时钟生成模块，用于产生时钟信号；

第一指针生成模块，用于基于所述安防巡逻机器人自身的标识信息和所述第一时钟生成模块产生的时钟信号生成指针信号；

第一密钥获取模块，用于根据所述第一指针生成模块生成的指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥；

第一加解密模块，用于基于所述密钥对所述明文信息加密，得到密文信息；

第一信息收发模块，用于将所述密文信息发送至控制中心，以及接收控制中心发来的密文信息；其中，

所述第一加解密模块还基于所述密钥对所述第一信息收发模块接收到的密文信息进行解密，得到相应的明文信息。

在一种可能的实施方式中，所述安防巡逻机器人的标识信息包括所述安防巡逻机器人的ID信息。

在一种可能的实施方式中，该机器人还包括：第一存储模块，用于存储所述密钥序列和/或所述标识信息。

在一种可能的实施方式中，所述机器人还包括：

第一信号同步模块，其中，所述第一信息收发模块还用于接收控制中心发来的同步指令，所述第一信号同步模块根据所述同步指令使所述第一指针生成模块产生的指针信号同步于所述控制中心产生的指针信号。

在一种可能的实施方式中，所述机器人还包括：

第一密钥更新模块，其中，所述第一信息收发模块接收控制中心发来的更新指令，所述第一密钥更新模块用于根据所述更新指令更新所述安防巡逻机器人的密钥序列。

在一种可能的实施方式中，所述更新指令包括新的密钥序列，所述第一密钥更新模块将所述新的密钥序列作为当前密钥序列。

作为本发明的第二方面，本发明还公开了一种安防系统，包括至少一台上述任一技术方案所述的安防巡逻机器人，以及与各所述安防巡逻机器人通信连接的控制中心；

所述控制中心包括：

第二时钟生成模块，用于产生时钟信号；

第二指针生成模块，用于基于相应所述安防巡逻机器人自身的标识信息和所述第二时钟生成模块产生的时钟信号生成指针信号；

第二密钥获取模块，用于根据所述第二指针生成模块生成的指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥；

第二加解密模块，用于基于所述密钥对待发送给所述安防巡逻机器人的明文信息加密，得到密文信息；

第二信息收发模块，用于将所述密文信息发送至所述安防巡逻机器人，以及接收所述安防巡逻机器人发来的密文信息；其中，

所述第二加解密模块还基于所述密钥对所述第二信息收发模块接收到的密文信息进行解密，得到相应的明文信息。

在一种可能的实施方式中，所述安防巡逻机器人的标识信息包括所述安防巡逻机器人的ID信息。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：第二存储模块，用于存储各所述安防巡逻机器人的所述密钥序列和/或所述标识信息。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：第二信号同步模块，用于向相应所述安防巡逻机器人发送同步指令；

所述安防巡逻机器人还包括：第一信号同步模块，用于根据所述同步指令使所述安防巡逻机器人的第一指针生成模块产生的指针信号同步于所述第二指针生成模块产生的指针信号。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：

安防巡逻统计模块，用于记录各所述安防巡逻机器人的安防巡逻次数和/或安防巡逻时间；

同步触发模块，用于在所述安防巡逻统计模块记录的安防巡逻次数超过设定次数或安防巡逻时间超过设定时长的情况下，触发所述第二信号同步模块进行指针信号同步。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：

同步条件判断模块，用于判断所述安防巡逻机器人是否位于信号同步区域内或是否通过设定的通信接口与所述第二信息收发模块建立通信连接，并在所述安防巡逻机器人位于信号同步区域内或通过设定的通信接口与所述第二信息收发模块建立通信连接的情况下，根据需要触发所述第二信号同步模块进行指针信号同步。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：

同步情况判断模块，用于在所述第二信号同步模块使所述安防巡逻机器人的指针信号同步于所述控制中心的指针信号之后，在设定时间内多次判断所述安防巡逻机器人的指针信号是否与所述第二指针生成模块的指针信号同步；

信号核验模块，用于在所述同步情况判断模块的多次判断的结果全部为所述安防巡逻机器人和所述控制中心的指针信号处于同步状态的情况下，判定所述安防巡逻机器人和所述控制中心的指针信号已同步；

同步重启模块，用于在所述同步情况判断模块的多次判断过程中出现所述安防巡逻机器人的指针信号与所述控制中心的指针信号未同步的情况时，使所述第二信号同步模块重新开始指针信号同步；其中，

所述同步指令规定了所述多次判断的判断次数以及所述多次判断所需的所述设定时间。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：第二密钥更新模块，用于判断相应所述安防巡逻机器人是否满足更新条件，并在满足更新条件的情况下，向相应所述安防巡逻机器人发送更新指令；

所述安防巡逻机器人还包括：第一密钥更新模块，用于根据所述更新指令更新所述安防巡逻机器人的密钥序列。

在一种可能的实施方式中，所述控制中心还包括：

更新条件判断模块，用于记录与各所述安防巡逻机器人的指针信号同步次数和/或安防巡逻次数和/或安防巡逻时间，并在指针信号同步次数超过设定值时，或安防巡逻次数超过设定值时，或安防巡逻时间超过设定时长时，触发所述第二密钥更新模块以更新相应所述安防巡逻机器人的密钥序列。

在一种可能的实施方式中，所述更新指令包括新的密钥序列，所述第一密钥更新模块将所述新的密钥序列作为当前密钥序列。

作为本发明的第三方面，本发明还公开了一种应用于安防巡逻机器人的保密通信方法，包括：

发送端或接收端基于自身产生的时钟信号以及安防巡逻机器人的标识信息生成指针信号，并根据所述指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥；

所述发送端基于所述密钥对明文信息加密并将得到的密文信息发送至接收端，或所述接收端接收所述发送端发来的密文信息，基于所述密钥对所述密文信息进行解密得到相应的明文信息；其中，

所述发送端或所述接收端为所述安防巡逻机器人。

在一种可能的实施方式中，所述安防巡逻机器人的标识信息包括所述安防巡逻机器人的ID信息。

在一种可能的实施方式中，该方法还包括：指针信号同步步骤，所述指针信号同步步骤包括：

同步端和被同步端分别生成各自的所述指针信号；

所述同步端向所述被同步端发送同步指令；

所述被同步端根据所述同步指令使所述被同步端的指针信号同步于所述同步端的指针信号；其中，

所述被同步端为所述安防巡逻机器人。

在一种可能的实施方式中，在满足同步时机时触发所述指针信号同步步骤，所述同步时机为：安防巡逻次数超过设定次数，或安防巡逻时间超过设定时长。

在一种可能的实施方式中，在所述指针信号同步步骤之前，还包括：同步条件判断步骤，所述同步条件判断步骤包括：

判断所述被同步端是否位于信号同步区域内或通过是否设定的通信接口与所述同步端建立通信连接，并在所述被同步端位于信号同步区域内或通过设定的通信接口与所述同步端建立通信连接的情况下，根据需要触发所述指针信号同步步骤。

在一种可能的实施方式中，该方法还包括：信号核验确认步骤，所述信号核验确认步骤包括：

在所述指针信号同步步骤之后，在设定时间内多次判断所述被同步端的指针信号是否与所述同步端的指针信号同步，并在所述多次判断的结果全部为所述被同步端和所述同步端的指针信号处于同步状态的情况下，判定所述被同步端和所述同步端的指针信号已同步；另外，

在所述多次判断过程中出现所述被同步端的指针信号与所述同步端的指针信号未同步的情况时，重新触发所述指针信号同步步骤；其中，

所述同步指令规定了所述多次判断的判断次数以及所述多次判断所需的所述设定时间。

在一种可能的实施方式中，该方法还包括：

密钥序列更新步骤，所述密钥序列更新步骤包括：

判断所述安防巡逻机器人是否满足更新条件，并在满足更新条件的情况下，更新所述安防巡逻机器人的密钥序列。

在一种可能的实施方式中，在指针信号同步次数超过设定值时，或安防巡逻次数超过设定值时，或安防巡逻时间超过设定时长时，触发所述密钥序列更新步骤。

在一种可能的实施方式中，所述更新所述安防巡逻机器人的密钥序列包括：

所述同步端将包含有新的密钥序列的更新指令发送至所述被同步端，所述被同步端将所述新的密钥序列作为当前密钥序列。

(三)有益效果

本发明公开的安防巡逻机器人、安防系统及其保密通信方法，具有如下有益效果：

1、能够在安防巡逻机器人和控制中心互相通信前对通信数据进行加密，用加密数据进行通信，增加了控制中心与安防巡逻机器人之间通信的保密性，防止通信数据被恶意篡改或被破坏等情况发生，以避免安防巡逻机器人被恶意控制或无法正常运行，保证安防巡逻机器人能够按照任务指示进行正常进行的安防巡逻。

2、利用自定义的时钟信号以及具有唯一性的标识信息作为指针信号的组成部分，使得指针信号难以被追踪和破解，增加了加密数据的安全性。

3、通过对安防巡逻机器人和控制中心的指针信号进行同步，避免了密文数据由于信号不同步的问题而无法被解密的现象。

4、定期使安防巡逻机器人和控制中心的指针信号进行同步，进一步避免了密文数据由于信号不同步的问题而无法被解密的现象。

5、在特定区域内或以特定连接方式进行指针信号同步，以使信号同步过程不受干扰并保证安全性。

6、通过在指针信号同步之后立即核验安防巡逻机器人和控制中心的指针信号是否同步成功，并在判定不成功时重新启动信号同步过程，保证了机器人在执行任务过程中的指针信号必定同步于控制中心。

7、通过更新安防巡逻机器人的密钥序列，增加了密钥的随机性，进一步降低了通信数据的可破解性。

8、对机器人的密钥序列更新时机进行限制，使其与指针信号同步或安防巡逻过程相关，使得更新时机符合机器人实际运行状态。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明公开的安防巡逻机器人第一实施例的结构框图。

图2是本发明公开的安防系统第一实施例的结构框图。

图3是本发明公开的应用于安防巡逻机器人的保密通信方法第一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

本文中的模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为模块显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的模块来实现实施例的方案。

下面参考图1详细描述本发明公开的安防巡逻机器人第一实施例。本实施例主要应用于场所内的安防巡逻，能够在安防巡逻机器人和控制中心互相通信前对通信数据进行加密，用加密数据进行通信，增加了控制中心与安防巡逻机器人之间通信的保密性，防止通信数据被恶意篡改或被破坏等情况发生，以避免安防巡逻机器人被恶意控制或无法正常运行，保证安防巡逻机器人能够按照任务指示进行正常进行的安防巡逻。

如图1所示，本实施例公开的安防巡逻机器人主要包括有：明文信息采集模块、第一时钟生成模块、第一指针生成模块、第一密钥获取模块、第一加解密模块和第一信息收发模块。

明文信息采集模块用于采集机载设备产生的明文信息。安防巡逻机器人为了能够实现安防巡逻功能，会配备有各种相应的机载设备，例如装载热像仪、摄像头、语音通话器、导航系统、报警器等。

其中，热像仪和摄像头分别用于在安防巡逻机器人在场所进行移动式巡逻时，实时拍摄场所环境的可见光图像和热图像并进行识别，若在晚间场所关闭后发现有人潜入或发现火源，则立即通过报警器联系控制中心、公安机关或消防队，也可以将拍摄的图像反馈给控制中心并由控制中心进行识别以及报警；语音通话器用于与控制中心进行实时语音通话，便于现场工作人员或群众与控制中心的人员直接通讯；导航系统用于机器人获取并实时向控制中心报告自身位置；报警器用于在发现警情或险情时向控制中心或向相应公安部门报警。

上述这些机载设备在作为发送端的机器人的在巡逻过程中产生相应的需要反馈给作为接收端的控制中心的信息，例如上述图像信息、语音信息、位置信息、报警信息等就是明文信息。

第一时钟生成模块用于产生时钟信号。时钟信号是具有机器人设定的特定时钟频率的信号，其随时间而变化并且能够用于计时。

为了增加通信保密性，需要将明文信息进行加密，防止信息被破解进而被篡改、破坏。因此，需要利用密钥对明文信息进行加密得到密文信息。第一时钟生成模块和第一时钟生成模块连接，得到密钥的方式，就是利用第一指针生成模块基于安防巡逻机器人自身的标识信息和第一时钟生成模块产生的时钟信号生成指针信号，指针信号能够指向密钥，利用指针信号可以得到能够对的信息进行加解密的密钥。需要说明的是，本申请中的时钟信号不一定是时钟发生器产生的作为各设备能够同步运作的信号，而可以是机器人自身规定的一种随时间而周期性变化的信号。

机器人的标识信息具有唯一性，例如在一种实施方式中，采用机器人的ID号码作为标识信息。标识信息也可以是机器人配备的机载设备中其他能够将各机器人区分开的信息，例如MAC码、IMSI码、IMEI码等，其中MAC码(Media Access Control Address，媒体访问控制地址)是能够在网络中唯一标识一个网卡的码，IMSI码(International MobileSubscriber Identification Number，国际移动用户识别码)是存储于SIM卡中的能够在移动通信网中识别出某个移动用户的唯一标识码，IMEI(International Mobile EquipmentIdentity，国际移动设备识别码)是存储于手机存储器中的能够在移动电话网络中识别每一部独立的手机的唯一标识码。

同时，通过时钟信号可以得到累计时间，例如从机器人出厂后开始运行的时刻开始，时钟信号一直在累计时间，因此从出厂后的每一单位时间的累计时间均不相同，使得时钟信号也附加了唯一性。并且，通过时钟信号还可以得到累计计数，例如每次方波信号上升沿时数量加1，因此从出厂后的每一单位时间的累计计数也均不相同。另外，累计时间/累计计数也可以是每经过设定周期后归零并重新累计，这样得到的累计时间/累计计数虽然会在设定周期后产生重复，但由于设定周期、开始累计的时间未知，因此很大程度上也很难被破解，也可称作具有唯一性。

由此，由具有唯一性的不变的机器人标识信息和同样具有唯一性的变化的时钟信号生成的指针信号，在每个单位时间内也是唯一的。

每台安防巡逻机器人内均存储有密钥序列，密钥序列是存储有多个密钥的表，每个指针信号会与一个对应的密钥具有映射关系。第一指针生成模块和第一密钥获取模块连接，通过第一密钥获取模块根据第一指针生成模块生成的指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥。具体的，通过指针信号查询密钥序列，得到密钥序列中某一特定位置，提取出该特定位置处的对应密钥，即得到用于加解密信息的密钥。

由于指针信号可能在每一单位时间均不相同的，而密钥数量不能是无限的，因此密钥序列中包含有限个数量的密钥，指针信号会随着自身生成数量的增加而循环对应于各密钥。例如密钥有599个，则第600个指针信号对应于第1个密钥。若累计时间/累计计数每经过设定周期后归零并重新累计，则设定周期的周期数需要不同于密钥序列中的密钥数量，以使映射关系不规律化。

第一加解密模块和明文信息采集模块连接，得到密钥后，通过第一加解密模块基于密钥对明文信息加密，得到密文信息。第一加解密模块还和第一信息收发模块连接，机器人作为发送端，通过第一信息收发模块将密文信息发送至控制中心。作为接收端的控制中心会进行相应的解密并提取出明文信息。

当控制中心需要控制安防巡逻机器人的移动、在语音通话时发送语音信息等情况时，此时控制中心为发送端，控制中心会将待发送的明文信息以上述同样的方式加密，然后向安防巡逻机器人发送加密后的密文信息，此时机器人为接收端，机器人通过第一信息收发模块接收控制中心发来的密文信息。然后通过第一指针生成模块生成指针信号，此时用于解密指针信号与前述用于加密的指针信号不同，因为加密待发送给控制中心的明文信息的时间点与对控制中心发来的密文信息解密的时间点不同。第一密钥获取模块利用该用于解密的指针信号获取到相应的用于解密的密钥，然后第一加解密模块基于密钥对第一信息收发模块接收到的密文信息进行解密，得到相应的明文信息。机器人再依据明文信息中包含的控制指令、语音等信息执行相应动作。

可以理解的是，控制中心与安防巡逻机器人之间的数据通信是双向的，但加密可以是只进行单向加密，也可以双向都加密。若是单向加密，则只加密一侧的通信数据，例如控制中心向安防巡逻机器人发送的数据是加密数据，而安防巡逻机器人向控制中心发送的数据是非加密数据，控制中心无需解密即可获取到安防巡逻机器人发来的明文信息，反之亦然。而双向加密则是双方都需要对接收到的对方发来的数据进行解密才能得到明文信息，通常使用双向加密来确保通信数据的保密性。

在一种实施方式中，安防巡逻机器人还包括第一存储模块，用于存储密钥序列和/或标识信息。第一指针生成模块和第一密钥获取模块均与第一存储模块连接。第一指针生成模块在生成指针信号时，会从第一存储模块中提取出安防巡逻机器人的标识信息。第一密钥获取模块在得到指针信号后，会到第一存储模块存储的密钥序列中查询相应的密钥。

在一种实施方式中，安防巡逻机器人还包括第一信号同步模块。第一信号同步模块用于使安防巡逻机器人产生的指针信号与控制中心产生的指针信号相同步，只有在两者的指针信号处于同步的状态下，互相发送的密文信息才能够被正确的密钥解密，才能既保证正常的数据通信又保证数据的保密性。而保证安防巡逻机器人和控制中心的指针信号处于同步的方式，就是控制中心向安防巡逻机器人发送同步指令，第一信息收发模块接收控制中心发来的同步指令，并发送给第一信号同步模块，第一信号同步模块根据同步指令使第一指针生成模块产生的指针信号同步于控制中心产生的指针信号。

由于控制中心相对于安防巡逻机器人来说是上位控制系统，因此指针信号的同步指的是安防巡逻机器人的指针信号在任意时刻均与控制中心的指针信号相同。具体的，在需要进行信号同步时，控制中心将同步指令以及自身产生的指针信号实时发送至安防巡逻机器人，安防巡逻机器人依据同步指令将指针信号改变为与控制中心产生的指针信号相同，使得在同步结束后，安防巡逻机器人产生的指针信号在任意时刻与控制中心产生的指针信号均相同。无论两者之前的指针信号是否已经同步，都需要定期进行指针信号同步过程。

可以理解的是，若指针信号是由时钟信号和ID信息组成，则对指针信号进行同步实际上就是使机器人和控制中心的时钟信号的同步，因此第一信号同步模块在根据第一信息收发模块接收的同步指令进行同步时，会使第一时钟生成模块的时钟周期与控制中心时钟信号的时钟周期相对应，这样机器人和控制中心生成的时钟信号处于同步状态，则两者生成的指针信号也处于同步状态。

在一种实施方式中，安防巡逻机器人还包括第一密钥更新模块。第一密钥更新模块用于受控制中心的控制，更新安防巡逻机器人存储的密钥序列。第一信息收发模块接收控制中心发来的更新指令，并发送给第一密钥更新模块，第一密钥更新模块根据更新指令更新安防巡逻机器人的密钥序列。由于密钥序列存储的密钥是有限的，因此定期更换密钥序列能够使密钥更加难以被破解，使得加密数据的安全性得到了进一步的加强。

在一种实施方式中，控制中心发来的更新指令包括新的密钥序列，第一密钥更新模块在接收到更新指令后，直接将指令中包含的新的密钥序列替换掉当前存储的密钥序列，并作为当前密钥序列。

下面参考图2细描述本发明公开的安防系统第一实施例。本实施例主要应用于场所内的安防巡逻，能够在安防巡逻机器人和控制中心互相通信前对通信数据进行加密，用加密数据进行通信，增加了控制中心与安防巡逻机器人之间通信的保密性，防止通信数据被恶意篡改或被破坏等情况发生，以避免安防巡逻机器人被恶意控制或无法正常运行，保证安防巡逻机器人能够按照任务指示进行正常进行的安防巡逻。

如图2示，本实施例公开的安防系统包括至少一台安防巡逻机器人，以及与各安防巡逻机器人通信连接并负责控制各安防巡逻机器人的控制中心。控制中心是私人会所、工厂、企业园区、粮库、银行等各类应用安防巡逻机器人场所的安全监控平台，负责会所的整体安全监控工作，控制中心下辖有一台或多台安防巡逻机器人对会所内外进行安防巡逻。当安防巡逻机器人在巡逻过程中通过热像仪、摄像头等设备发现事故或险情时，会立即通过报警器通知控制中心，起到减少安全事故的发生和生命财产损失的作用。

本实施例中的安防巡逻机器人为上述安防巡逻机器人第一实施例中的安防巡逻机器人，主要包括有：明文信息采集模块、第一时钟生成模块、第一指针生成模块、第一密钥获取模块、第一加解密模块和第一信息收发模块。

控制中心主要包括有：第二时钟生成模块、第二指针生成模块、第二密钥获取模块、第二加解密模块和第二信息收发模块。

第二时钟生成模块用于产生时钟信号。时钟信号是具有控制中心设定的特定时钟频率的信号，其随时间而变化并且能够用于计时。第二时钟生成模块产生的时钟信号与第一时钟生成模块产生的时钟信号相同，以此保证解密密钥的正确性。

第二指针生成模块与第二时钟生成模块连接，用于基于相应安防巡逻机器人自身的标识信息和第二时钟生成模块产生的时钟信号生成指针信号。各安防巡逻机器人的标识信息可以存储于第二存储模块中。第二指针生成模块生成的指针信号和第一指针生成模块生成的指针信号的区别只是生成方不同，其功能作用均是用于寻找到对信息进行加解密的密钥。由于控制中心可能需要与多台机器人进行通信，因此控制中心在与不同机器人通信时，生成指针信号所采用的机器人标识信息也要与通信的机器人相对应。在一种实施方式中，采用机器人的ID号码作为标识信息，也可以采用机器人机载设备的MAC码、IMSI码、IMEI码等。

控制中心的第二存储模块中存储有密钥序列，控制中心与不同机器人通信时采用的密钥序列可以是同一个，也可以各不相同，也就是说，控制中心与不同机器人通信时可以分别采用不同的密钥序列。控制中心存储的对应于某机器人的密钥序列与该机器人存储的密钥序列内容相同。第二密钥获取模块与第二指针生成模块连接，用于根据第二指针生成模块生成的指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥。具体的，通过指针信号查询密钥序列，得到密钥序列中某一特定位置，提取出该特定位置处的对应密钥，即得到用于加解密信息的密钥。

需要说明的是，当发送端(机器人/控制中心)需要向接收端(控制中心或机器人)发送信息时，发送端生成指针信号时采用的时钟信号为当前时刻的时钟信号。当接收端接收到密文信息并生成指针信息以获取密钥解密时，接收端生成指针信息时采用的时钟信号同样为当前时刻的时钟信号。而发送端出于加密的目的生成指针信号时采用时钟信号的时刻，和接收端出于解密的目的生成指针信号时采用时钟信号的时刻，会有较短的时间差。

此时分两种情况：

第一种是时钟信号周期较短时，发送端加密信息和接收端解密信息时基于的指针信息采用的时钟信号处于不同时钟周期(累计时间/累计计数已变)，此时可以采用多个指针信号对应同一密钥的方式保证接收端能够顺利解密密文信息。具体的，例如一个密钥P对应十个指针信号S1-S10，十个指针信号中每个指针信号均能定位到该密钥P，因此在指针信号S1对应的时钟信号T1至指针信号S10对应的时钟信号T10之间的时段(也就是十倍的时钟周期)为从加密到解密的最大时限，只要在该最大时限内，即使接收端生成的用于解密的指针信号与发送端生成的用于加密的指针信号不同，也可以映射到同一密钥位置处，得到的密钥也均相同，因此接收端能够顺利解密密文信息。此种情况下，通过调节机器人与控制中心的时钟信号周期以及与每一密钥对应的指针信号数量来调节从加密到解密的最大时限，以使最大时限能够长于数据传输速度，使接收端有一定的时间来进行解密。

第二种是时钟信号周期较长时，此种情况下，一个密钥通常只对应一个指针信号，而从加密到解密的最大时限大约一个时钟周期，在一个时钟周期内，接收端生成的用于解密的指针信号与发送端生成的用于加密的指针信号相同，以保证接收端能够顺利解密密文信息。

第二加解密模块与第二密钥获取模块连接，用于基于密钥对待发送给安防巡逻机器人的明文信息加密，得到密文信息。第二加解密模块还基于密钥对第二信息收发模块接收到的密文信息进行解密，得到相应的明文信息。

第二信息收发模块与第二加解密模块连接，用于将密文信息发送至安防巡逻机器人，以及接收安防巡逻机器人发来的密文信息。

安防巡逻机器人R与控制中心的通信过程如下：

当安防巡逻机器人R需要向控制中心反馈机载设备采集到的图像信息或报警信息等明文信息时，安防巡逻机器人的第一指针生成模块基于机器人R的ID和当前时刻的时钟信号生成加密指针信号，第一密钥获取模块基于加密指针信号在密钥序列中确定出加密密钥的位置，进而获取到加密密钥，第一加解密模块利用加密密钥对明文信息进行加密，得到密文信息，第一信息收发模块将密文信息发送给控制中心。

控制中心的第二信息收发模块接收安防巡逻机器人R发来的密文信息，识别出发送端为机器人R并且信息为密文信息，第二指针生成模块基于机器人R的ID和当前时刻的时钟信号生成解密指针信号，第二密钥获取模块基于解密指针信号在密钥序列中确定出解密密钥的位置，进而获取到解密密钥，第二加解密模块利用解密密钥对密文信息进行解密，得到明文信息，然后对明文信息进行处理(图像识别等)。

控制中心向安防巡逻机器人R发送加密信息以及安防巡逻机器人R解密控制中心发来的信息的过程与上述过程类似，在此不再赘述。

在一种实施方式中，控制中心还包括第二信号同步模块，安防巡逻机器人还包括第一信号同步模块。通常情况下，在同一时刻安防巡逻机器人产生的指针信号与控制中心产生的指针信号是相同的，但为了将这种相同性保持下去，需要定期使安防巡逻机器人的指针信号同步于控制中心的指针信号。

在指针信号同步过程中，第二信号同步模块通过第二信息收发模块向相应安防巡逻机器人发送同步指令，第一信息收发模块接收控制中心发来的同步指令并发送给第一信号同步模块，第一信号同步模块根据同步指令使安防巡逻机器人的第一指针生成模块产生的指针信号同步于第二指针生成模块产生的指针信号。具体的，第一信号同步模块依据同步指令将指针信号改变为与控制中心产生的指针信号相同。可以理解的是，若指针信号是由时钟信号和ID信息组成，则对指针信号进行同步实际上就是使机器人和控制中心的时钟信号的同步。

通过对安防巡逻机器人和控制中心的指针信号进行同步，避免了密文数据由于信号不同步的问题而无法被解密的现象。

为了对指针信号同步的时机做出合理规划，在一种实施方式中，控制中心还包括安防巡逻统计模块和同步触发模块。

安防巡逻统计模块用于记录各安防巡逻机器人的安防巡逻次数和/或安防巡逻时间。安防巡逻次数指的是机器人根据设定路线进行出巡的次数，安防巡逻时间指的是出巡时间。每次进行信号同步后，安防巡逻次数和安防巡逻时间均归零。

同步触发模块分别与安防巡逻统计模块和第二信号同步模块连接，用于在安防巡逻统计模块记录的安防巡逻次数超过设定次数或安防巡逻时间超过设定时长的情况下，触发第二信号同步模块进行指针信号同步。在安全要求最高的情况下，机器人每巡逻一周后均会进行一次指针信号同步。在安全要求较低的情况下，机器人可以每巡逻例如十次或每巡逻例如一个工作日后进行一次指针信号同步。

定期使安防巡逻机器人和控制中心的指针信号进行同步，进一步避免了密文数据由于信号不同步的问题而无法被解密的现象。

为了对指针信号同步的地点进行合理限制，在一种实施方式中，控制中心还包括同步条件判断模块。同步条件判断模块用于判断安防巡逻机器人是否位于信号同步区域内或是否通过设定的通信接口与第二信息收发模块建立通信连接，并在安防巡逻机器人位于信号同步区域内或通过设定的通信接口与第二信息收发模块建立通信连接的情况下，根据需要触发第二信号同步模块进行指针信号同步。

同步指针信号过程可以在专门设置的区域进行，该区域成为信号同步区域。信号同步区域可以是一个能够屏蔽外界信号的区域，防止他人在信号同步过程中恶意干扰或破解指针信号。信号同步区域内设置一个与第二信号同步模块连接的信号发射器作为实现第二信息收发模块发送同步指令功能的组件，信号发射器的通信范围即为信号同步区域的范围。当进行信号同步时，信号发射器以无线方式发送同步指令给信号同步区域内的机器人，以安全地、不受干扰地进行信号同步。

同步指针信号过程还可以在公开场合进行，但数据传输方式需要改为有线传输方式，以避免无线信号被劫持、破解。例如，场所内设置有有线通信接口作为实现第二信息收发模块发送同步指令功能的组件，在需要进行信号同步时，机器人与该通信接口有线连接，控制中心通过通信接口向机器人发送同步指令，同样可以安全地、不受干扰地进行信号同步。

可以理解的是，机器人在巡逻任务执行过程中不会进行信号同步，因为机器人处于实时向控制中心反馈信息的状态，因此随时都会用到时钟信号以加密信息，若进行信号同步则需要更改时钟信号，则会影响到机器人反馈信息。

为了确保指针信号同步成功，在一种实施方式中，控制中心还包括同步情况判断模块、信号核验模块和同步重启模块。

同步情况判断模块用于在第二信号同步模块使安防巡逻机器人的指针信号同步于控制中心的指针信号之后，在设定时间内多次判断安防巡逻机器人的指针信号是否与第二指针生成模块的指针信号同步。

在信号同步过程完成后，同步情况判断模块通过第二信息收发模块获取到安防巡逻机器人第一指针生成模块生成的指针信号，以及获取到第二指针生成模块生成的指针信号，并在例如两秒内将两者的指针信号进行十次对比，判断同步是否成功。具体的设定时间以及判断次数均在第二信号同步模块生成同步指令时就已经设定完成，并可以将设定时间和判断次数写入同步指令中，已告知相应的机器人，使机器人做好相应准备。也就是说，同步指令规定了多次判断的判断次数以及多次判断所需的设定时间。

可以理解的是，机器人也可以在不知道设定时间和判断次数的情况下进行信号核验确认步骤。例如，控制中心在完成判断后，向机器人发送同步成功信号，在机器人接收到同步成功信号之前，机器人默认信号同步过程未结束或信号核验确认步骤未结束。

信号核验模块与同步情况判断模块连接，用于在同步情况判断模块的多次判断的结果全部为安防巡逻机器人和控制中心的指针信号处于同步状态的情况下，判定安防巡逻机器人和控制中心的指针信号已同步。

同步重启模块与同步情况判断模块连接，用于在同步情况判断模块的多次判断过程中出现安防巡逻机器人的指针信号与控制中心的指针信号未同步的情况时，使第二信号同步模块重新开始指针信号同步。通过在指针信号同步之后立即核验安防巡逻机器人和控制中心的指针信号是否同步成功，并在判定不成功时重新启动信号同步过程，保证了机器人在执行任务过程中的指针信号必定同步于控制中心。

为了增加了密钥的随机性，进一步降低了通信数据的可破解性，在一种实施方式中，控制中心还包括第二密钥更新模块，安防巡逻机器人还包括第一密钥更新模块。

第二密钥更新模块用于判断相应安防巡逻机器人是否满足更新条件，并在满足更新条件的情况下，向相应安防巡逻机器人发送更新指令。

第一信息收发模块接收控制中心发来的更新指令并发送给第一密钥更新模块，第一密钥更新模块用于根据更新指令更新安防巡逻机器人的密钥序列。

密钥序列的更新可以是机器人自行完成的，更新指令只负责出发密钥序列的更新任务，而不限定如何更新，机器人通过某种算法能够自行更新密钥序列内容，例如将所有密钥的每个字符在ASCII表中的位置均按序向后错位一定位置，密钥g4mE9的字符位置均向后移动3位变为j7pH<。

密钥序列的更新也可以由控制中心主导完成，因此在一种实施方式中，更新指令包括新的密钥序列，第一密钥更新模块将新的密钥序列作为当前密钥序列。也就是说，新的密钥序列还可以是由控制中心生成并发送至机器人，而不是机器人自行生成的。

在一种实施方式中，控制中心还包括更新条件判断模块。更新条件判断模块用于记录与各安防巡逻机器人的指针信号同步次数和/或安防巡逻次数和/或安防巡逻时间，并在指针信号同步次数超过设定值时，或安防巡逻次数超过设定值时，或安防巡逻时间超过设定时长时，触发第二密钥更新模块以更新相应安防巡逻机器人的密钥序列。

更新条件判断模块定义了各机器人的更新时机，例如在机器人进行了十次指针信号同步后，控制中心更新该机器人的密钥序列，同时使指针信号同步次数归零。安防巡逻次数和安防巡逻时间同理，例如每完成两次巡逻或每超过四小时巡逻时间之后，更新机器人的密钥序列。这样设置的好处是，能够通过信号同步次数、巡逻次数或巡逻时间量化机器人的工作量，并保持每达到一定工作量时进行一次密钥序列更新，保证机器人与控制中心数据传输的安全性。

可以理解的是，更新机器人密钥序列和信号同步一样，也需要在信号同步区域内或通过设定的通信接口与第二信息收发模块建立通信连接，并且未处于巡逻任务执行过程中。理由同样是机器人在巡逻任务中随时可能会用到密钥序列，若更新密钥序列则会影响机器人正常反馈信息。

下面参考图3详细描述本发明公开的应用于安防巡逻机器人的保密通信方法第一实施例。本实施例为实施上述安防系统第一实施例的方法，主要应用于场所内的安防巡逻，能够在安防巡逻机器人和控制中心互相通信前对通信数据进行加密，用加密数据进行通信，增加了控制中心与安防巡逻机器人之间通信的保密性，防止通信数据被恶意篡改或被破坏等情况发生，以避免安防巡逻机器人被恶意控制或无法正常运行，保证安防巡逻机器人能够按照任务指示进行正常进行的安防巡逻。

如图3所示，本实施例公开的保密通信方法包括如下步骤：

步骤100，发送端或接收端基于自身产生的时钟信号以及安防巡逻机器人的标识信息生成指针信号，并根据指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥。

步骤200，发送端基于密钥对明文信息加密并将得到的密文信息发送至接收端，或接收端接收发送端发来的密文信息，基于密钥对密文信息进行解密得到相应的明文信息。其中，发送端或接收端为安防巡逻机器人。

在一种实施方式中，安防巡逻机器人的标识信息包括安防巡逻机器人的ID信息。

在一种实施方式中，该方法还包括：指针信号同步步骤，指针信号同步步骤包括：

步骤A1，同步端和被同步端分别生成各自的指针信号。其中，被同步端为安防巡逻机器人。

步骤A2，同步端向被同步端发送同步指令。

步骤A3，被同步端根据同步指令使被同步端的指针信号同步于同步端的指针信号。

在一种实施方式中，在满足同步时机时触发指针信号同步步骤，同步时机为：安防巡逻次数超过设定次数，或安防巡逻时间超过设定时长。

在一种实施方式中，在指针信号同步步骤之前，还包括：同步条件判断步骤，同步条件判断步骤包括：

步骤A0，判断被同步端是否位于信号同步区域内或通过是否设定的通信接口与同步端建立通信连接，并在被同步端位于信号同步区域内或通过设定的通信接口与同步端建立通信连接的情况下，根据需要触发指针信号同步步骤。

在一种实施方式中，该方法还包括：信号核验确认步骤，信号核验确认步骤包括：

步骤B1，在指针信号同步步骤之后，在设定时间内多次判断被同步端的指针信号是否与同步端的指针信号同步，并在多次判断的结果全部为被同步端和同步端的指针信号处于同步状态的情况下，判定被同步端和同步端的指针信号已同步。另外，

在多次判断过程中出现被同步端的指针信号与同步端的指针信号未同步的情况时，重新触发指针信号同步步骤。其中，

同步指令规定了多次判断的判断次数以及多次判断所需的设定时间。

在一种实施方式中，该方法还包括：密钥序列更新步骤，密钥序列更新步骤包括：

步骤C1，判断安防巡逻机器人是否满足更新条件，并在满足更新条件的情况下，更新安防巡逻机器人的密钥序列。

在一种实施方式中，在指针信号同步次数超过设定值时，或安防巡逻次数超过设定值时，或安防巡逻时间超过设定时长时，触发密钥序列更新步骤。

在一种实施方式中，更新安防巡逻机器人的密钥序列包括：

同步端将包含有新的密钥序列的更新指令发送至被同步端，被同步端将新的密钥序列作为当前密钥序列。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种安防巡逻机器人，其特征在于，包括：

明文信息采集模块，用于采集机载设备产生的明文信息；

第一时钟生成模块，用于产生时钟信号；

第一指针生成模块，用于基于所述安防巡逻机器人自身的标识信息和所述第一时钟生成模块产生的时钟信号生成指针信号；

第一密钥获取模块，用于根据所述第一指针生成模块生成的指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥；

第一加解密模块，用于基于所述密钥对所述明文信息加密，得到密文信息；

第一信息收发模块，用于将所述密文信息发送至控制中心，以及接收控制中心发来的密文信息；其中，

所述第一加解密模块还基于所述密钥对所述第一信息收发模块接收到的密文信息进行解密，得到相应的明文信息，并且，控制中心发来的密文信息由控制中心获取的密钥进行加密得到，所述控制中心获取的密钥基于控制中心生成的指针信号得到，其中，所述控制中心生成的指针信号基于该机器人的标识信息和控制中心产生的时钟信号生成；另外，

所述机器人还包括：第一信号同步模块，其中，所述第一信息收发模块还用于接收控制中心发来的同步指令，所述第一信号同步模块根据所述同步指令使所述第一指针生成模块产生的指针信号同步于控制中心产生的指针信号。

2.一种安防系统，其特征在于，包括至少一台权利要求1所述的安防巡逻机器人，以及与各所述安防巡逻机器人通信连接的控制中心；

所述控制中心包括：

第二时钟生成模块，用于产生时钟信号；

第二指针生成模块，用于基于相应所述安防巡逻机器人自身的标识信息和所述第二时钟生成模块产生的时钟信号生成指针信号；

第二密钥获取模块，用于根据所述第二指针生成模块生成的指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥；

第二加解密模块，用于基于所述密钥对待发送给所述安防巡逻机器人的明文信息加密，得到密文信息；

第二信息收发模块，用于将所述密文信息发送至所述安防巡逻机器人，以及接收所述安防巡逻机器人发来的密文信息；其中，

所述第二加解密模块还基于所述密钥对所述第二信息收发模块接收到的密文信息进行解密，得到相应的明文信息，并且，所述机器人发来的密文信息由该机器人获取的密钥进行加密得到，该机器人获取的密钥基于该机器人生成的指针信号得到，其中，所述机器人生成的指针信号基于该机器人的标识信息和该机器人产生的时钟信号生成；另外，

所述控制中心还包括：第二信号同步模块，用于向相应所述安防巡逻机器人发送同步指令，以使所述安防巡逻机器人产生的指针信号同步于控制中心产生的指针信号。

3.如权利要求2所述的安防系统，其特征在于，所述控制中心还包括：

同步条件判断模块，用于判断所述安防巡逻机器人是否位于信号同步区域内或是否通过设定的通信接口与所述第二信息收发模块建立通信连接，并在所述安防巡逻机器人位于信号同步区域内或通过设定的通信接口与所述第二信息收发模块建立通信连接的情况下，根据需要触发所述第二信号同步模块进行指针信号同步。

4.如权利要求2或3所述的安防系统，其特征在于，所述控制中心还包括：第二密钥更新模块，用于判断相应所述安防巡逻机器人是否满足更新条件，并在满足更新条件的情况下，向相应所述安防巡逻机器人发送更新指令；

所述安防巡逻机器人还包括：第一密钥更新模块，用于根据所述更新指令更新所述安防巡逻机器人的密钥序列。

5.如权利要求4所述的安防系统，其特征在于，所述控制中心还包括：

更新条件判断模块，用于记录与各所述安防巡逻机器人的指针信号同步次数和/或安防巡逻次数和/或安防巡逻时间，并在指针信号同步次数超过设定值时，或安防巡逻次数超过设定值时，或安防巡逻时间超过设定时长时，触发所述第二密钥更新模块以更新相应所述安防巡逻机器人的密钥序列。

6.一种应用于安防巡逻机器人的保密通信方法，其特征在于，包括：

发送端或接收端基于自身产生的时钟信号以及安防巡逻机器人的标识信息生成指针信号，并根据所述指针信号在密钥序列中确定密钥的位置，进而获取密钥；

所述发送端基于所述密钥对明文信息加密并将得到的密文信息发送至接收端，或所述接收端接收所述发送端发来的密文信息，基于所述密钥对所述密文信息进行解密得到相应的明文信息；其中，

所述发送端或所述接收端中的一方为所述安防巡逻机器人，另一方为控制中心；并且，

控制中心发来的密文信息由控制中心获取的密钥进行加密得到，所述控制中心获取的密钥基于控制中心生成的指针信号得到，所述控制中心生成的指针信号基于该机器人的标识信息和控制中心产生的时钟信号生成；

所述机器人发来的密文信息由该机器人获取的密钥进行加密得到，该机器人获取的密钥基于该机器人生成的指针信号得到，其中，所述机器人生成的指针信号基于该机器人的标识信息和该机器人产生的时钟信号生成；另外，

该方法还包括：指针信号同步步骤，所述指针信号同步步骤包括：

同步端和被同步端分别生成各自的所述指针信号；

所述同步端向所述被同步端发送同步指令；

所述被同步端根据所述同步指令使所述被同步端的指针信号同步于所述同步端的指针信号；其中，

所述被同步端为所述安防巡逻机器人，所述同步端为控制中心。

7.如权利要求6所述的保密通信方法，其特征在于，在所述指针信号同步步骤之前，还包括：同步条件判断步骤，所述同步条件判断步骤包括：

判断所述被同步端是否位于信号同步区域内或通过是否设定的通信接口与所述同步端建立通信连接，并在所述被同步端位于信号同步区域内或通过设定的通信接口与所述同步端建立通信连接的情况下，根据需要触发所述指针信号同步步骤。

8.如权利要求6或7所述的保密通信方法，其特征在于，该方法还包括：

密钥序列更新步骤，所述密钥序列更新步骤包括：

判断所述安防巡逻机器人是否满足更新条件，并在满足更新条件的情况下，更新所述安防巡逻机器人的密钥序列。

9.如权利要求8所述的保密通信方法，其特征在于，在指针信号同步次数超过设定值时，或安防巡逻次数超过设定值时，或安防巡逻时间超过设定时长时，触发所述密钥序列更新步骤。

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