CN112088523B - 物联网系统、中央控制设备、应用设备以及通信方法 - Google Patents

物联网系统、中央控制设备、应用设备以及通信方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种物联网系统、物联网的中央控制设备、应用设备、以及用于上述物联网系统的通信方法。所述物联网包括所述中央控制设备和多个应用设备，其中所述中央控制设备包括：中央控制单元，配置成在第一时钟信号的控制下执行所述中央控制设备的中央控制功能；异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述中央控制设备与所述多个应用设备之间的数据通信；同步‑异步接口，配置成在所述中央控制单元和所述异步通信单元之间进行数据传送。

Description

物联网系统、中央控制设备、应用设备以及通信方法
技术领域
本公开涉及物联网领域，具体涉及一种物联网系统、物联网系统中的中央控制设备、应用设备以及用于物联网系统的通信方法。
背景技术
物联网是一种用于连接设备和数据网络，并且处理各种数据的硬件平台。在现有的物联网平台中，可以通过提供接口实现物联网的应用设备和中央控制设备之间的通信。
发明内容
本公开提供了一种物联网系统、物联网系统中的中央控制设备、应用设备以及用于物联网系统的通信方法。
根据本公开的一方面，提供了一种物联网的中央控制设备，其中所述中央控制设备包括：中央控制单元，配置成在第一时钟信号的控制下执行所述中央控制设备的中央控制功能；异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述中央控制设备与物联网中的多个应用设备之间的数据通信；同步-异步接口，配置成在所述中央控制单元和所述异步通信单元之间进行数据传送。
在一些实施例中，所述中央控制单元还配置成：经由所述异步通信单元向所述至少一个应用设备中的一个发送请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向该应用设备发送数据；经由所述异步通信单元接收来自该应用设备的响应信号，所述响应信号指示该应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；以及响应于所述响应信号，经由所述异步通信单元向该应用设备发送数据。
在一些实施例中，所述中央控制单元还配置成：经由所述异步通信单元接收来自所述多个应用设备中的一个的请求信号，所述请求信号指示该应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；经由所述异步通信单元向该应用设备发送响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收该应用设备发送的数据；以及经由所述异步通信单元接收来自该应用设备发送的数据。
在一些实施例中，所述同步-异步接口还配置成：接收所述中央控制单元在第一时钟信号的控制下发送的基于第一输入数据的第一数据信号；根据接收的第一数据信号生成用于表示第一输入数据的第二数据信号和第三数据信号，其中所述第二数据信号和所述第三数据信号是互补的；将所述第二数据信号和所述第三数据信号发送给所述异步通信单元，其中所述异步通信单元配置成基于所述第二数据信号和所述第三数据信号输出对应于所述第一输入数据的第一输出数据。
在一些实施例中，所述同步-异步接口还配置成：接收所述异步通信单元发送的基于第二输入数据的第四数据信号和第五数据信号，其中所述第四数据信号和所述第五数据信号是互补的；根据接收的所述第四数据信号和所述第五数据信号生成用于表示第二输入数据的第六数据信号；将所述第六数据信号发送给所述中央控制单元，其中所述中央控制单元单元配置成在第一时钟信号的控制下基于所述第六数据信号输出对应于第二输入数据的第二输出数据。
在一些实施例中，所述异步通信单元配置成对要传输的数据进行加密操作。
在一些实施例中，通过对所述异步通信单元中当前执行的加密操作进行调度，使得所述异步通信单元在每一时刻的工作功率是恒定的。
在一些实施例中，对所述异步通信单元中当前执行的加密操作进行调度包括：基于预先测定的所述异步通信单元根据所述算法的进行加密操作时其功耗随时间的变化，对当前执行的加密操作进行调度。
在一些实施例中，所述异步通信单元还配置成在执行数据加密的过程中执行随机操作以产生随机功耗。
根据本公开的另一方面，还提供了一种物联网的应用设备，包括：应用控制单元，配置成基于第二时钟信号执行所述应用设备的应用功能；异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述应用设备与所述物联网的中央控制设备之间的数据通信；同步-异步接口，配置成在所述应用控制单元和所述异步通信单元之间进行数据传送。
在一些实施例中，所述应用控制单元还配置成：经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备的响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；以及响应于所述响应信号，经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送数据。
在一些实施例中，所述应用控制单元还配置成：经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备的请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；以及经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备发送的数据。
根据本公开的另一方面，还提供了一种物联网系统，包括中央控制设备和多个应用设备，其中，所述中央控制设备包括：中央控制单元，配置成基于第一时钟信号执行所述中央控制设备的中央控制功能；第一异步通信单元，配置利用异步电路执行所述中央控制设备与所述多个应用设备之间的数据通信；第一同步-异步接口，配置成在所述中央控制单元和所述第一异步通信单元之间进行数据传送；每个应用设备包括：应用控制单元，配置成基于第二时钟信号执行该应用设备的应用功能；第二异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述应用设备与所述物联网的中央控制设备之间的数据通信；第二同步-异步接口，配置成在所述应用控制单元和所述第二异步通信单元之间进行数据传送。
根据本公开的另一方面，还提供了一种应用于如前所述的中央控制设备的通信方法，包括：经由异步通信单元向物联网的应用设备发送请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；经由异步通信单元接收来自所述应用设备的响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；响应于所述响应信号，经由异步通信单元向所述应用设备发送数据。
根据本公开的另一方面，还提供了一种应用于如前所述的中央控制设备的通信方法，包括：经由异步通信单元接收来自物联网的应用设备的请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；经由异步通信单元向所述应用设备发送响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；经由异步通信单元接收来自所述应用设备发送的数据。
根据本公开的另一方面，还提供了一种应用于如前所述的应用设备的通信方法，包括：经由异步通信单元向物联网的中央控制设备发送请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；经由异步通信单元接收来自所述中央控制设备的响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；响应于所述响应信号，经由异步通信单元向所述中央控制设备发送数据。
根据本公开的另一方面，还提供了一种应用于如前所述的应用设备的通信方法，包括：经由异步通信单元接收来自物联网的中央控制设备的请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；经由异步通信单元向所述中央控制设备发送响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；经由异步通信单元接收来自所述中央控制设备发送的数据。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在没有做出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本公开的主旨。
图1示出了根据本公开的物联网示意性的架构图；
图2示出了根据本公开的实施例的计算机设备的架构的示意图；
图3A示出了根据本公开的实施例的一种物联网的中央控制设备的示意性的框图；
图3B和图3C示出了根据本公开的实施例的同步-异步接口的基于数据驱动的时钟的方案的工作原理的示意图；
图4示出了根据本公开的实施例的一种物联网的应用设备的示意性的框图；
图5示出了根据本公开的实施例的一种应用于物联网中的中央控制设备的用于发送数据的通信方法的流程图；
图6示出了根据本公开的实施例的一种应用于物联网中的中央控制设备的用于接收数据的通信方法的流程图；
图7示出了根据本公开的实施例的一种应用于物联网中的应用设备的用于发送数据的通信方法的流程图；以及
图8示出了根据本公开的实施例的一种应用于物联网中的应用设备的用于接收数据的通信方法的流程图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本公开作进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，″包括″或者″包含″等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。″上″、″下″、″左″、″右″等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
随着信息技术尤其是互联网技术的发展，用于实现信息化、远程管理控制和智能化的网络的物联网技术正逐渐成熟。物联网利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联接在一起，形成人与物、物与物相联。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用。随着物联网技术在各个领域的应用，出现了诸如智能家居、智能交通、智慧健康等各种新的应用领域。
图1示出了根据本公开的实施例的物联网系统的示意图。如图1所示，各种作为终端的应用设备120接入网络130，并且通过网络130接入到中央控制设备110。在一些实施例中，中央控制设备110可以支持各种应用，从而形成了终端+网络+应用的架构。例如，在智能家居领域，各种家用设备可以利用局域网(LAN)以诸如无线或者有线方式接入作为中央控制设备的通用服务平台。可选地，所述局域网可以是个域网(PAN)，例如以无线个域网(WPAN)为例，可以采用Bluetooth、IrDA、Home RF、ZigBee、或UWB(Ultra-Wideband Radio)等各种技术来实现接入。
如前所述，当物联网实体，例如，物联网应用设备中的软件模块，将数据或信息传输到通用服务实体后，该数据或信息可以作为单独的资源进行存储。此外，物联网实体可以向通用服务实体发送请求，从而更新通用服务实体上存储的与该物联网实体对应的资源，以便反映该物联网实体所运行的设备的状态。这种更新可以是实时的或者是周期性的，抑或可以由某一条件进行触发。由此，与该通用服务实体通信的其他物联网实体可以通过访问更新的资源，而获悉该物联网实体所对应的设备的状态；或者，与该通用服务实体通信的其他物联网实体可以对更新的资源进行操作。应注意，这里所称的资源，包括各种实体(例如，可以体现为物联网设备中的软件模块，诸如AE、CSE等实体)的资源。实体可以表示一通信设备的软件模块，而通用服务实体可以表示中央控制设备的软件模块，而服务平台可以是本地的或者是远程的。可选地，对更新的资源进行操作包括，例如，获取更新的资源的信息、删除更新的资源的信息、将更新的资源的信息通知给第三方，或者基于更新的资源的信息对其他资源进行操作。
在物联网系统中，可以利用中央控制设备实现上述服务平台，利用客户端设备实现上述的终端设备。
图2是根据本公开的一些实施例的计算机设备的架构的示意图。这种计算机设备可以用于实现本公开中披露的服务器设备或客户端设备(中央控制设备、应用设备)。这类计算机可以包括个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机、个人数码助理(personal digitalassistance，PDA)、智能眼镜、智能手表、智能指环、智能头盔及任何智能便携设备或可穿戴设备。在一些实施例中，利用图2中示出的计算设备的架构也可以实现物联网系统中各种智能终端设备，例如智能开关、智能网关、智能电饭煲、智能净化器、智能水表、火灾探测器、工业自动化设备等。本实施例中的特定系统利用功能框图解释了一个包含用户界面的硬件平台。这种计算机设备可以是一个通用目的的计算机设备，或一个有特定目的的计算机设备。两种计算机设备都可以被用于实现本实施例中的服务器设备或终端的客户端设备。计算机系统200可以实施当前描述的提供物联网通信所需要的信息的任何组件。例如：计算机系统200能够被计算机设备通过其硬件设备、软件程序、固件以及它们的组合所实现。为了方便起见，图2中只绘制了一台计算机设备，但是本实施例所描述的提供物联网通信所需要的信息的相关计算机功能是可以以分布的方式、由一组相似的平台所实施的，分散系统的处理负荷。
计算机系统200可以包括通信端口250，与之相连的是实现数据通信的网络。计算机系统200还可以包括至少一个处理器220，用于执行程序指令。计算机200可以包括内部通信总线210。计算机200可以包括不同形式的程序储存单元以及数据储存单元，例如硬盘270，只读存储器(ROM)230，随机存取存储器(RAM)240，能够用于存储计算机处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器220所执行的可能的程序指令。计算机系统200还可以包括一个输入/输出组件260，支持计算机系统200与其他组件(如用户界面280)之间的输入/输出数据流。计算机系统200也可以通过通信端口250发送和接收信息及数据。
其中，处理器220可以为中央处理器(CPU)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、单片机(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)等具有数据处理能力和/或程序执行能力的逻辑运算器件。
在一些实施例中，上述计算机系统200可以用于组成物联网通信系统中的服务器。物联网通信系统的服务器可以是一个服务器硬件设备，或一个服务器群组。一个服务器群组内的各个服务器可以通过有线的或无线的网络进行连接。一个服务器群组可以是集中式的，例如数据中心。一个服务器群组也可以是分布式的，例如一个分布式系统。
利用图2中提供的计算设备可以实现本公开中涉及的应用设备和中央控制设备。
以上概述了提供物联网通信的数据通信所需要的信息的方法的不同方面和/或通过程序实现其他步骤的方法。技术中的程序部分可以被认为是以可执行的代码和/或相关数据的形式而存在的“产品”或“制品”，通过计算机可读的介质所参与或实现的。有形的、永久的储存介质可以包括任何计算机、处理器、或类似设备或相关的模块所用到的内存或存储器。例如，各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器或者类似任何能够为软件提供存储功能的设备。
物联网平台一般是基于软件和对云平台的扩展(例如提供额外的硬件接口)实现的，在发明人所知的技术中，物联网平台和其中的设备是基于同步电路的。随着物联网平台的不断发展，其安全性和功耗问题将成为越来越重要的问题。为了提高物联网平台的安全性并降低物联网平台的功耗，本公开提供了一种全局同步局部异步的物联网系统，通过异步电路实现物联网平台内各设备之间的通信，从而提高物联网的安全性，并有效降低中央处理器的计算压力，降低物联网平台的功耗。
图3A示出了根据本公开的实施例的一种物联网的中央控制设备的示意性的框图。如图3A所示，中央控制设备300可以包括中央控制单元310，其可以配置成在第一时钟信号的控制下执行中央控制设备的中央控制功能。例如，中央控制设备可以接收来自应用设备传输的各自的数据，并根据预设的程序对应用设备发送的数据进行处理。例如，当应用设备是智能水表时，中央控制设备可以包括接收智能水表定期(如每周、每月等)发送的水表数据，并记录该水表数据。又例如，当应用设备是火灾探测器时，中央控制设备可以包括接收火灾探测器发送的报警信号并执行报警功能，如向消防局通知发生火灾的时间和地点。进一步地，中央控制设备还可以向火灾探测器发送用于喷水的控制信号。又例如，当应用设备是工厂机器时，中央控制设备可以接收并记录工厂机器发送的工作数据。进一步地，中央控制设备还可以对接受的工作数据进行监控，并在监控到异常数据时，对异常数据进行处理。又例如，中央控制设备还可以接收应用设备发送的加密请求，对应用设备发送的数据进行加密，并将加密后的数据反馈给应用设备。
如前所述，中央控制单元310可以在第一时钟信号的控制下执行指令，并实现中央控制设备的中央控制功能。尽管图3A中没有明确示出，本领域技术人员可以理解，中央控制设备300中可以包括用于生成第一时钟信号的时钟信号生成单元，如时钟发生器。
如图3A所示，中央控制设备300还可以包括第一异步通信单元320，其配置成利用异步电路执行中央控制设备与多个应用设备之间的数据通信。在一些实施例中，第一异步通信单元320可以包括异步电路信号放大器和/或异步电路路由器。其中，异步电路信号放大器可以对将通过第一异步通信单元320进行传输的数据进行放大处理，异步电路路由器可以对将通过第一异步通信单元320进行传输的数据进行路由。
如图3A所示，中央控制设备300还可以包括第一同步-异步接口330，其配置成在中央控制单元和第一异步通信单元之间进行数据传送。在一些实施例中，第一同步-异步接口330可以用于将中央控制单元310生成的数据(即，基于第一时钟信号传送的数据)转换成适于利用第一异步通信单元传输的数据(即，利用异步电路传送的数据)。例如，可以采用数据驱动的时钟(data-driven clocking)的方案实现同步电路的数据传输和异步电路的数据传输之间的转化。
图3B和图3C示出了根据本公开的实施例的同步-异步接口的基于数据驱动的时钟的方案的工作原理的示意图。
同步-异步接口可以用于连接同步电路和异步电路，并实现同步电路和异步电路之间的数据传输。如图3B所示，同步-异步接口350可以连接在同步电路340和异步电路360之间。同步电路340可以是例如图3A中示出的中央控制单元310。异步电路360可以是例如图3A中示出的第一异步通信单元。根据同步电路的工作原理，同步电路340连接有输入数据信号线和时钟信号线。例如，如图3B所示，同步电路340可以接收第一输入数据和时钟信号。在时钟信号的控制下，同步电路340可以根据第一输入数据输出第一数字信号。同步-异步接口350可以配置成接收同步电路输出的第一数据信号，并根据接收的第一数据信号向异步电路360同时输出第二数据信号和第三数据信号。在一些实施例中，第二数据信号和第三数据信号中的一个是与第一数据信号相同的信号，另一个是与第一数据信号相反的信号。因此，第二数据信号和第三数据信号是互补的两个信号。
在一些实施例中，可以预先定义第一数据信号和第二数据信号、第三数据信号之间的对应关系。以数字电路信号为例，当第一数据信号为1时，第二数据信号可以为1，第三数据信号可以为0。当第一数据信号为0时，第二数据信号可以为0，第三数据信号可以为1。异步电路360可以配置成根据互补的第二数据信号和第三数据信号，无需时钟信号的控制而生成与第一输入数据对应的第一输出数据用于后续的通信过程。因此利用图3B中示出的结构，能够实现同步电路的数据传输和异步电路的数据传输之间的转化。
与图3B类似，图3C示出了从异步电路到同步电路的数据传输的转化过程。如图3C所示，异步电路360可以接收第二输入数据，并根据第二输入数据输出第四数据信号和第五数据信号，其中第四数据信号和第五数据信号是互补的信号。例如，当第四数据信号是1时，第五数据信号可以是0。类似地，当第四数据信号是0时，第五数据信号可以是1。
同步-异步接口350可以配置成根据接收的第四数据信号和第五数据信号向同步电路340输出第六数据信号。在一些实施例中，可以预先定义第六数据信号和第四数据信号、第五数据信号之间的对应关系。以数字电路信号为例，当第四数据信号为1、第五数据信号为0时，第六数据信号可以为1。当第四数据信号为0、第五数据信号为1时，第六数据信号可以为0。根据接收到的第六数据信号，同步电路340可以在时钟信号的控制下输出第二输出数据。
继续参考图3A在一些实施例中，当中央控制设备准备向物联网中的应用设备发送数据时，可以基于握手信号建立中央控制设备和应用设备之间的通信连接。例如，中央控制单元310还还配置成经由第一异步通信单元所述向所述至少一个应用设备中的一个发送请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向该应用设备发送数据；经由第一异步通信单元接收来自该应用设备的响应信号，所述响应信号指示该应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；以及响应于所述响应信号，经由第一异步通信单元向该应用设备发送数据。
在一些实施例中，当物联网中的应用设备准备向中央控制设备发送数据时，同样可以基于握手信号建立应用设备和中央控制设备之间的通信连接。例如，中央控制单元310还配置成经由第一异步通信单元接收来自所述多个应用设备中的一个的请求信号，所述请求信号指示该应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；经由第一异步通信单元向该应用设备发送响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收该应用设备发送的数据；以及经由第一异步通信单元接收来自该应用设备发送的数据。
利用上述方法，中央控制设备可以利用握手信号实现与应用设备之间异步方式的数据传输。在本公开提供的实施例中，中央控制设备和物联网中的应用设备无需基于相同的时钟实现数据的传输，因此具有不可预测性，从而提高了物联网中数据传输的安全性。
在一些实施例中，第一异步通信单元320还可以配置成根据一种或多种算法对要传输的数据执行操作，例如进行加密操作。例如，加密算法可以是MD5(Message-DigestAlgorithm 5)、BASE64、DES(Data Encryption Standard)、AES(Advanced EncryptionStandard)、RSA、SHA1(Secure Hash Algorithm)、ECC(Elliptic Curve Cryptography)等。
在一些实施例中，中央控制设备300可以通过对第一异步通信单元中当前执行的操作进行调度，使得所述第一异步通信单元320在每一时刻的工作功率是恒定的。例如，可以基于预先测定的第一异步通信单元320根据所述算法的进行加密操作时其功耗随时间的变化，对当前执行的加密操作进行调度。
在一些实施例中，可以通过预先测量记录第一异步通信单元320执行每种算法时功耗随时间的变化规律确定用于第一异步通信单元320的算法的功耗库。在实际工作过程中，在同一时刻，第一异步通信单元320可以同时执行多种算法，因此，可以通过根据预先记录的功耗库全局调度异步通信单元320的算法执行过程，使得第一异步通信单元320的全局功耗是平滑的，从而有效增加功耗边信攻击的破解难度。
作为一个示例，表1示出了根据预先记录的算法功耗对第一异步通信单元320进行调度的结果，可以看出，如表1所示，经过调度后第一异步通信单元的功耗在每一时刻都是一致的，因此，攻击者将不可能利用电路在信号转换时所消耗的功耗不同来破解密码。
Figure GDA0004014601430000111
表1
在一些示例中，还可以在执行数据加密的过程中，将第一异步通信单元320配置成执行随机操作，以产生随机功耗，从而改变电路在执行预设算法过程中其功耗随时间的变化规律，使得攻击者将不可能利用电路在信号转换时所消耗的功耗不同来破解密码。
图4示出了根据本公开的实施例的一种物联网的应用设备的示意性的框图。
如图4所示，应用设备400可以包括应用控制单元410，其可以配置成基于第二时钟信号执行应用设备400的应用功能。例如，当应用设备是智能水表时，应用设备可以记录水表数据，并定期(如每周、每月等)将记录的水表数据发送给中央控制设备。又例如，当应用设备是火灾探测器时，应用设备可以对周围的温度、湿度、烟雾等环境特征进行监控，并在监控到异常时向中央控制设备发送报警信号。进一步地，应用设备还可以接收中央控制设备发送的喷水控制信号，并执行喷水操作。又例如，当应用设备是工厂机器时，应用设备可以记录机器的工作数据，并将工作数据发送给中央控制设备。又例如，应用设备可以根据实际情况向中央控制设备发送数据的加密请求，并从中央控制设备接收已经加密过的数据。
如前所述，应用控制单元410可以在第二时钟信号的控制下执行用于实现应用功能的指令。尽管图4中没有明确示出，本领域技术人员可以理解，应用设备400中可以包括用于生成第二时钟信号的时钟信号生成单元。在一些实施例中，用于控制应用设备400的第二时钟信号和用于控制中央控制设备的第一时钟信号是不同的。当物联网系统中存在多个应用设备时，用于控制各应用设备的各第二时钟信号也可以是不同的。
如图4所示，应用设备400还可以包括第二异步通信单元420，配置成利用异步电路执行应用设备与物联网的中央控制设备之间的数据通信。在一些实施例中，第二异步通信单元420可以包括异步电路信号放大器和/或异步电路路由器。其中，异步电路信号放大器可以对将通过第二异步通信单元420进行传输的数据进行放大处理，异步电路路由器可以对将通过第二异步通信单元420进行传输的数据进行路由。在一些实施例中，应用设备400中的第二异步通信单元420和中央控制设备300中的第一异步通信单元320可以是相同的，也可以是不同的，例如可以是根据应用设备或中央控制设备要实现的具体功能单独设计的。
如图4所示，应用设备400还可以包括第二同步-异步接口430，其配置成在应用控制单元和第二异步通信单元之间进行数据传送。在一些实施例中，第二同步-异步接口430可以用于将应用控制单元410生成的数据(即，基于第二时钟信号传送的数据)转换成适于利用第二异步通信单元传输的数据(即，利用异步电路传送的数据)。例如，可以采用数据驱动的时钟(data-driven clocking)的方案实现同步电路的数据传输和异步电路的数据传输之间的转化。例如，第二同步-异步接口430可以根据图3B、图3C中示出的同步-异步接口的原理进行工作。在此不再加以赘述。
在一些实施例中，当物联网中的应用设备准备向中央控制设备发送数据时，可以基于握手信号建立应用设备和中央控制设备之间的通信连接。应用控制单元410还配置成经由所述第二异步通信单元向所述中央控制设备发送请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；经由所述第二异步通信单元接收来自所述中央控制设备的响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；以及响应于所述响应信号，经由所述第二异步通信单元向所述中央控制设备发送数据。
在一些实施例中，当中央控制设备准备向物联网中的应用设备发送数据时，同样可以基于握手信号建立中央控制设备和应用设备之间的通信连接。应用控制单元410还配置成经由所述第二异步通信单元接收来自所述中央控制设备的请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；经由所述第二异步通信单元向所述中央控制设备发送响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；以及经由所述第二异步通信单元接收来自所述中央控制设备发送的数据。
利用上述方法，中央控制设备可以利用握手信号实现与应用设备之间异步方式的数据传输。在本公开提供的实施例中，中央控制设备和物联网中的应用设备无需基于相同的时钟实现数据的传输，因此具有不可预测性，从而提高了物联网中数据传输的安全性。
在一些实施例中，应用设备中的第二异步通信单元也可以通过对其中执行的指令进行全局调度，使得第二异步通信单元的功耗随时间的变化规律是平滑的或随机的，从而防止攻击者利用电路在信号转换时所消耗的功耗不同来破解密码。
利用本公开提供的中央控制设备和应用设备，可以通过异步电路执行中央控制设备与多个应用设备之间的数据通信，从而实现更高的稳定性和更低的功耗。此外，由于物联网系统内的中央控制设备和应用设备之间的数据传输不是通过全局时钟来控制的，使得系统之间的数据传输具有不可预测性，能够防止根据时间进行的边信道攻击，从而使得系统具有更高的安全性。进一步地，通过记录异步电路在执行特定算法时功耗随时间的变化规律，可以进行全局调度使得异步电路的全局功耗是平滑或随机的，从而提高系统数据加密的安全性。
图5示出了根据本公开的实施例的一种应用于如前所述的物联网中的中央控制设备的用于发送数据的通信方法的流程图。
如图5所示，当中央控制设备准备向物联网中的应用设备发送数据时，在步骤S502中，向物联网的应用设备发送请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据。在一些实施例中，中央控制设备可以将请求信号发送至应用设备。在一些实施例中，可以经由第一异步通信单元发送请求信号。如前所述，第一异步通信单元可以包括异步电路信号放大器和/或异步电路路由器。例如，可以通过异步电路形成的路由器将由中央控制设备发送的请求信号路由至应用设备。在一些实施例中，物联网的中央控制设备和各应用设备之间的通信链路是由异步电路形成的路由器构成的。利用这种方法，可以通过异步电路实现物联网中各设备之间的数据交换。
在步骤S504中，可以接收来自所述应用设备的响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据。在一些实施例中，可以利用如前所述的异步通信单元接收上述响应信号。
由于中央控制设备和应用设备不是基于相同的时钟信号工作的，因此，为了实现中央控制设备和应用设备之间的数据交换，可以利用步骤S502和步骤S504实现握手信号，从而使得要传输的数据能够成功地被接收。
在步骤S506中，响应于所述响应信号，可以向该应用设备发送数据。在一些实施例中，中央控制设备的中央控制单元可以用于确定要发送给应用设备的数据，例如，可以从中央控制设备中的存储单元(未示出)读取要发送的数据，并利用中央控制设备中的第一同步-异步接口将要发送的数据转换为能够通过异步电路进行传输的形式，并经由第一异步通信单元将数据发送至应用设备。其中第一同步-异步接口可以根据图3B、图3C中示出的原理进行工作，在此不再加以赘述。
图6示出了根据本公开的实施例的一种应用于如前所述的物联网中的中央控制设备的用于接收数据的通信方法的流程图。
在步骤S602中，可以经由第一异步通信单元接收来自物联网的应用设备的请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据。
在步骤S604中，可以经由第一异步通信单元向所述应用设备发送响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据。
利用步骤S602和步骤S604实现握手信号，能够实现中央控制设备成功接收应用设备发送的数据。
在步骤S606中，可以经由第一异步通信单元接收来自所述应用设备发送的数据。如前所述，可以通过由异步电路形成的第一异步通信单元实现物联网中各设备之间的数据交换。
在一些实施例中，中央控制设备可以通过第一异步通信单元接收应用设备所发送的数据，并通过第一同步-异步接口将所接收的数据转换成易于同步电路处理的形式，从而使得中央控制设备的中央控制单元能够基于第一时钟信号对所接收的数据进行后续处理，例如加密、存储、转发等。
利用本公开提供的中央控制设备和应用设备，可以通过异步电路执行中央控制设备与多个应用设备之间的数据通信，从而实现更高的稳定性和更低的功耗。此外，由于物联网系统内的中央控制设备和应用设备之间的数据传输不是通过全局时钟来控制的，使得系统之间的数据传输具有不可预测性，能够防止根据时间进行的边信道攻击，从而使得系统具有更高的安全性。
图7示出了根据本公开的实施例的一种应用于物联网中的应用设备的用于发送数据的通信方法的流程图。
如图7所示，在步骤S702中，可以经由第二异步通信单元向物联网的中央控制设备发送请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据。
在步骤S704中，可以经由第二异步通信单元接收来自所述中央控制设备的响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据。
利用步骤S702和步骤S704实现握手信号，能够实现中央控制设备成功接收应用设备发送的数据。
在步骤S706中，响应于所述响应信号，可以经由第二异步通信单元向所述中央控制设备发送数据。如前所述，可以由异步电路形成的第二异步通信单元实现物联网中各设备之间的数据交换。
在一些实施例中，应用设备的应用控制单元可以用于确定要发送给中央控制设备的数据，例如，可以从应用设备中的存储单元(未示出)读取要发送的数据，并利用应用设备中的第二同步-异步接口将要发送的数据转换为能够通过异步电路进行传输的形式，并经由异步通信单元将数据发送至中央控制设备。其中第二同步-异步接口可以根据图3B、图3C中示出的原理进行工作，在此不再加以赘述。
图8示出了根据本公开的实施例的一种应用于物联网中的应用设备的用于接收数据的通信方法的流程图。
在步骤S802中，可以经由第二异步通信单元接收来自物联网的中央控制设备的请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据。
在步骤S804中，可以经由第二异步通信单元向所述中央控制设备发送响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据。
利用步骤S802和步骤S804实现握手信号，能够实现应用设备成功接收中央控制设备发送的数据。
在步骤S806中，可以经由第二异步通信单元接收来自所述中央控制设备发送的数据。如前所述，可以通过异步电路形成的第二异步通信单元实现物联网中各设备之间的数据交换。
在一些实施例中，应用设备可以通过第二异步通信单元接收中央控制设备所发送的数据，并通过第二同步-异步接口将所接收的数据转换成易于同步电路处理的形式，从而使得应用设备的应用控制单元能够基于第二时钟信号对所接收的数据进行后续处理，例如加密、存储、转发等。
利用本公开提供的用于中央控制设备和应用设备的通信方法，可以通过异步电路执行中央控制设备与多个应用设备之间的数据通信，从而实现更高的稳定性和更低的功耗。此外，由于物联网系统内的中央控制设备和应用设备之间的数据传输不是通过全局时钟来控制的，使得系统之间的数据传输具有不可预测性，能够防止根据时间进行的边信道攻击，从而使得系统具有更高的安全性。
一个计算机可读的介质可能有多种形式，包括有形的存储介质，载波介质或物理传输介质等。稳定的储存介质可以包括：光盘或磁盘，以及其他计算机或类似设备中使用的，能够实现图中所描述的系统组件的存储系统。不稳定的存储介质可以包括动态内存，例如计算机平台的主内存等。有形的传输介质可以包括同轴电缆、铜电缆以及光纤，例如计算机系统内部形成总线的线路。载波传输介质可以传递电信号、电磁信号、声波信号或光波信号等。这些信号可以由无线电频率或红外数据通信的方法所产生。通常的计算机可读介质包括硬盘、软盘、磁带、任何其他磁性介质；CD-ROM、DVD、DVD-ROM、任何其他光学介质；穿孔卡、任何其他包含小孔模式的物理存储介质；RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM，任何其他存储器片或磁带；传输数据或指令的载波、电缆或传输载波的连接装置、任何其他可以利用计算机读取的程序代码和/或数据。这些计算机可读介质的形式中，会有很多种出现在处理器在执行指令、传递一个或更多结果的过程之中，以执行应用于中央控制设备、应用设备的通信方法。
所有软件或其中的一部分有时可能会通过网络进行通信，如互联网或其他通信网络。此类通信可以将软件从一个计算机设备或处理器加载到另一个。例如：从物联网通信系统的一个服务器或主机计算机加载至一个计算机环境的硬件平台，或其他实现系统的计算机环境，或与提供物联网通信系统所需要的信息相关的类似功能的系统。因此，另一种能够传递软件元素的介质也可以被用作局部设备之间的物理连接，例如光波、电波、电磁波等，通过电缆、光缆或者空气等实现传播。用来载波的物理介质如电缆、无线连接或光缆等类似设备，也可以被认为是承载软件的介质。在这里的用法除非限制了有形的“储存”介质，其他表示计算机或机器“可读介质”的术语都表示在处理器执行任何指令的过程中参与的介质。
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (15)

1.一种物联网的中央控制设备，其中所述中央控制设备包括：
中央控制单元，配置成在第一时钟信号的控制下执行所述中央控制设备的中央控制功能；
异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述中央控制设备与物联网中的多个应用设备之间的数据通信；
同步-异步接口，配置成在所述中央控制单元和所述异步通信单元之间进行数据传送，
其中，所述异步通信单元被配置成对要传输的数据进行加密操作，并且在执行数据加密的过程中执行随机操作以产生随机功耗。
2.如权利要求1所述的中央控制设备，其中所述中央控制单元还配置成：
经由所述异步通信单元向至少一个所述应用设备中的一个发送请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向该应用设备发送数据；
经由所述异步通信单元接收来自该应用设备的响应信号，所述响应信号指示该应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；以及
响应于所述响应信号，经由所述异步通信单元向该应用设备发送数据。
3.如权利要求1所述的中央控制设备，其中所述中央控制单元还配置成：
经由所述异步通信单元接收来自所述多个应用设备中的一个的请求信号，所述请求信号指示该应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；
经由所述异步通信单元向该应用设备发送响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收该应用设备发送的数据；以及
经由所述异步通信单元接收来自该应用设备发送的数据。
4.如权利要求1所述的中央控制设备，其中所述同步-异步接口还配置成：
接收所述中央控制单元在第一时钟信号的控制下发送的基于第一输入数据的第一数据信号；
根据接收的第一数据信号生成用于表示第一输入数据的第二数据信号和第三数据信号，其中所述第二数据信号和所述第三数据信号是互补的；
将所述第二数据信号和所述第三数据信号发送给所述异步通信单元，其中所述异步通信单元配置成基于所述第二数据信号和所述第三数据信号输出对应于所述第一输入数据的第一输出数据。
5.如权利要求4所述的中央控制设备，其中所述同步-异步接口还配置成：
接收所述异步通信单元发送的基于第二输入数据的第四数据信号和第五数据信号，其中所述第四数据信号和所述第五数据信号是互补的；
根据接收的所述第四数据信号和所述第五数据信号生成用于表示第二输入数据的第六数据信号；
将所述第六数据信号发送给所述中央控制单元，其中所述中央控制单元配置成在第一时钟信号的控制下基于所述第六数据信号输出对应于第二输入数据的第二输出数据。
6.如权利要求1所述的中央控制设备，其中通过对所述异步通信单元中当前执行的加密操作进行调度，使得所述异步通信单元在每一时刻的工作功率是恒定的。
7.如权利要求6所述的中央控制设备，其中，对所述异步通信单元中当前执行的加密操作进行调度包括：
基于预先测定的所述异步通信单元根据算法进行加密操作时其功耗随时间的变化，对当前执行的加密操作进行调度。
8.一种物联网的应用设备，包括：
应用控制单元，配置成基于第二时钟信号执行所述应用设备的应用功能；
异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述应用设备与所述物联网的中央控制设备之间的数据通信；
同步-异步接口，配置成在所述应用控制单元和所述异步通信单元之间进行数据传送，
其中，所述异步通信单元被配置成通过对其中执行的指令进行全局调度，使得所述异步通信单元的功耗随时间的变化规律是平滑的或随机的。
9.如权利要求8所述的应用设备，其中所述应用控制单元还配置成：
经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；
经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备的响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；以及
响应于所述响应信号，经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送数据。
10.如权利要求8所述的应用设备，其中所述应用控制单元还配置成：
经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备的请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；
经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；以及
经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备发送的数据。
11.一种物联网系统，包括中央控制设备和多个应用设备，其中，
所述中央控制设备包括：
中央控制单元，配置成基于第一时钟信号执行所述中央控制设备的中央控制功能；
第一异步通信单元，配置利用异步电路执行所述中央控制设备与所述多个应用设备之间的数据通信；
第一同步-异步接口，配置成在所述中央控制单元和所述第一异步通信单元之间进行数据传送，
其中，所述第一异步通信单元被配置成对要传输的数据进行加密操作，并且在执行数据加密的过程中执行随机操作以产生随机功耗，每个应用设备包括：
应用控制单元，配置成基于第二时钟信号执行该应用设备的应用功能；
第二异步通信单元，配置成利用异步电路执行所述应用设备与所述物联网的中央控制设备之间的数据通信；
第二同步-异步接口，配置成在所述应用控制单元和所述第二异步通信单元之间进行数据传送，
其中，所述第二异步通信单元被配置成通过对其中执行的指令进行全局调度，使得所述第二异步通信单元的功耗随时间的变化规律是平滑的或随机的。
12.一种应用于如权利要求1所述的中央控制设备的通信方法，包括：
经由异步通信单元向物联网的应用设备发送请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；
经由异步通信单元接收来自所述应用设备的响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；
响应于所述响应信号，经由异步通信单元向所述应用设备发送数据。
13.一种应用于如权利要求1所述的中央控制设备的通信方法，包括：
经由所述异步通信单元接收来自物联网的应用设备的请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；
经由所述异步通信单元向所述应用设备发送响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；
经由所述异步通信单元接收来自所述应用设备发送的数据。
14.一种应用于如权利要求8所述的应用设备的通信方法，包括：
经由所述异步通信单元向物联网的中央控制设备发送请求信号，所述请求信号指示所述应用设备希望向所述中央控制设备发送数据；
经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备的响应信号，所述响应信号指示所述中央控制设备能够接收所述应用设备发送的数据；
响应于所述响应信号，经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送数据。
15.一种应用于如权利要求8所述的应用设备的通信方法，包括：
经由所述异步通信单元接收来自物联网的中央控制设备的请求信号，所述请求信号指示所述中央控制设备希望向所述应用设备发送数据；
经由所述异步通信单元向所述中央控制设备发送响应信号，所述响应信号指示所述应用设备能够接收所述中央控制设备发送的数据；
经由所述异步通信单元接收来自所述中央控制设备发送的数据。
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