CN112104926B - 一种低功耗物联网型遥测终端机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗物联网型遥测终端机，涉及遥测技术领域，包括采集通信单元，被连接来接收数据采集器的检测信息；检测信息存储单元，可操作于存储检测信息；无线上行通信模块，可操作于将检测信息发送到中继器；控制单元，可操作于将检测信息发送到检测信息存储单元存储、将检测信息发送到无线上行通信模块发送；本发明当外部任务的任务状态以及内部任务的任务状态均为空闲状态时，控制外围设备进行入休眠模式，并自身进入深度休眠模式。通过外部中断信号唤醒处于深度休眠模式的远程遥测终端的处理器，使其执行外部中断任务；本发明能够良好的控制遥测终端机的功耗，并通过遥测终端机控制数据采集器的休眠，以控制整个检测系统的功耗。

Description

一种低功耗物联网型遥测终端机

技术领域

本发明涉及遥测技术领域，更具体地说，它涉及遥测终端机。

背景技术

遥测（英文名称：telemetering）是将对象参量的近距离测量值传输至远距离的测量站来实现远距离测量的技术。遥测技术是一个集成性能好的，具有良好的跟踪性能、遥测性能的一种技术，其应用很广泛。是利用传感技术、通信技术和数据处理技术，将对象参量的近距离测量值传输至远距离的测量站来实现远距离测量的一门综合性技术；

遥测终端（遥测终端机）是基于2G/3G/4G 、LoRA、NB_IOT、电台、短消息、卫星等无线通信网络实现远程数据采集和传输的智能终端设备。遥测终端结合配套系统软件可轻松实现物物相联或人机互动，并具备数据存储、对比、分析和处理功能，以及远程遥控的功能，广泛应用在水文、水资源领域的远程测控系统中；

为使远程遥测终端长期稳定运行，通常需要采用某些手段降低功耗，现有技术中一般仅是采用简单的定时唤醒的方式降低功耗，无法应对一些突发情况。

发明内容

本发明提供一种低功耗物联网型遥测终端机，解决相关技术中降低功耗的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了包括：

采集通信单元，被连接来接收数据采集器的检测信息；

检测信息存储单元，可操作于存储检测信息；

无线上行通信模块，可操作于将检测信息发送到中继器；

控制单元，可操作于将检测信息发送到检测信息存储单元存储、将检测信息发送到无线上行通信模块发送；

采集通信单元是从数据采集器接收检测信息，并执行发送上述检测信息的功能；

检测信息至少包括水位、水质、闸位、流量和雨量；

所述控制单元包括：

中断处理模块，被连接来接收数据采集器的中断信号；

处理器，可操作于接收到数据采集器的中断信号，唤醒并执行与外部中断信号对应的外部任务；

定时器生成模块，可操作于创建多个虚拟定时器，并从实时时钟模块获取当前时钟基值，根据当前时钟基值配置已创建的虚拟定时器，由虚拟定时器产生定时中断，定时中断用于唤醒并执行与虚拟定时器对应的内部任务；

休眠控制模块，可操作于当外部任务的任务状态和内部任务的任务状态均为空闲状态时，控制数据采集器进入休眠模式，并自身进入深度休眠模式；ID存储单元，可操作于存储ID信息；

采集通信单元可操作于接收数据采集器的ID信息；

控制单元可操作于将数据采集器的ID信息发送到ID存储单元存储；

无线上行通信模块，可操作于将ID信息发送到中继器；

ID存储单元将接收的数据采集器的ID信息存储，如果数据采集器数量是一个，直接将数据采集器的ID存储；

如果数据采集器的数量大于两个，需要进行以下处理：

将一个以上的数据采集器的ID信息按照顺序组合成新的ID信息存储到ID存储单元中；

数据采集器的ID信息为一串字符；

以存储的ID信息作为遥测终端机与其他设备通信的ID，也即在遥测终端机与中继器通信时使用的ID；遥测终端机向中继器发送检测信息时同时发送ID信息，中继器以该ID识别遥测终端机；

更换遥测终端机时不需要重新在中继器与遥测终端机之间进行验证，更换后的遥测终端机的ID信息应该是与之前的遥测终端机的ID信息一致；

数据采集器的数量增加或减少时进行以下处理：数据采集器数量改变时遥测终端机存储的ID信息随之更新，在更新前遥测终端机仍以数据采集器数量改变前的ID信息向中继器通信，与此同时遥测终端机向中继器发送更新后的ID信息以及改变ID认证信息的请求，中继器接受到改变ID认证信息的请求以及更新后的ID信息后改变遥测终端机的ID认证信息，以更新后的ID信息作为遥测终端机的ID认证信息进行认证，之后可将ID存储单元存储的数据采集器数量改变前的ID信息删除，仅保留更新后的ID信息。

进一步地，所述休眠控制模块连接用于控制数据采集器。

进一步地，所述休眠控制模块连接用于控制单元休眠的功率控制模块以及用于唤醒控制单元的时钟控制模块。

进一步地，所述中断信号是可屏蔽中断请求或不可屏蔽请求。

进一步地，所述根据当前时钟基值配置已创建的虚拟定时器包括：

获取已创建的多个虚拟定时器的闹铃基值；

根据当前时钟基值以及多个虚拟定时器的闹铃基值，将离当前时钟基值最近的虚拟定时器的闹铃基值设置为实时时钟模块的闹铃时间。

进一步地，所述获取已创建的多个虚拟定时器的闹铃基值，包括：

获取实时时钟模块的当前时间以及多个虚拟定时器的闹铃时间，并对闹铃时间进行闹铃类型标记，闹铃类型包括整点闹铃和非整点闹铃；将当前时间中的时、分、秒字段相加，得到实时时钟模块的当前时钟基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为整点闹铃时，将当前时间中的小时字段加1，结合闹铃时间中的分字段和秒字段，分别得到多个虚拟定时器的闹铃基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为非整点闹铃时，将当前时间加上闹铃时间，分别得到多个虚拟定时器的闹铃基值。

进一步地，所述虚拟定时器产生中断的方法包括：

获取定时器列表中各个虚拟定时器的当前闹铃基值；

当虚拟定时器的当前闹铃基值等于当前时钟基值时，调用与虚拟定时器对应的回调函数，以执行与虚拟定时器对应的任务；

获取虚拟定时器的闹铃时间，根据闹铃时间以及当前时钟基值对应的时间，得到虚拟定时器的闹铃基值；

以虚拟定时器的闹铃基值对虚拟定时器的当前闹铃基值进行更新，并判断虚拟定时器是否为定时器列表中最后一个定时器；

当虚拟定时器为定时器列表中最后一个定时器时，将离当前时钟基值最近的虚拟定时器的当前闹铃基值设置为实时时钟模块的下一次闹铃时间。

进一步地，该遥测终端机还包括：

信号强度检测单元，可操作于测定无线上行通信模块接收的通信信号的强度；

信号强度检测单元检测中继器的信号强度，如果当前连接的中继器的信号强度低于信号强度阈值则切换另一个中继器通信，直到信号强度大于信号强度阈值为止。

该遥测终端机能够代替数据采集器进行物联网身份认证，包括以下步骤：

S111，遥测终端机Um生成注册信息；

注册信息至少包括：用户名IDm、口令PWm；

遥测终端机生成的口令PWm发送到与其连接的数据采集器存储；

用户名IDm是由数据采集器的ID信息组合而成的，具体是在每个数据采集器的ID信息前加入字符T，例如1456464，5649731组合后的新的ID信息是T1456464T5649731；

在本实施例中数据采集器的ID信息为数字字符串，而且位数固定。

S112，将注册信息发送到接入单元NVP，接入单元NVP通过注册区块链查询用户名IDm是否已经注册到注册区块链；

是则向遥测终端机Um发送已注册信息，否则向遥测终端机Um发送未注册信息；

S113，遥测终端机Um接收到未注册信息后，遥测终端机Um将注册信息发送给接入节点NVP；

S114，接入节点NVP获取遥测终端机Um的特征信息Rm，对注册信息以及特征信息Rm处理并得到中间信息；

特征信息Rm是遥测终端机Um的项目信息或地域信息等，无论是哪种特征信息Rm最终都会产生一个效果，遥测终端机Um的特征信息Rm相同的是与其连接的数据采集器的特征信息，例如遥测终端机和与其连接的数据采集器同属于一个项目，具备相同的项目信息也即特征信息。

遥测终端机Um对注册信息处理得到中间信息包括：

对口令PWm进行哈希得到定长口令Hm；

使用公钥PUBnvp加密特征信息Rm得到Envp（Rm），组合得到中间信息（IDm、Envp（Rm）、Hm）；

S115，接入节点NVP发起本次注册交易，使用自身私钥PRA对（IDm、Envp（Rm）、Hm、IDnvp）签名生成SIGNnvp，其中IDnvp是接入节点NVP的ID信息；

S116，接入节点NVP将注册交易信息广播到验证节点VP；注册交易信息包括（IDm、Envp（Rm）、Hm、IDnvp、SIGNnvp）；

S117，验证节点VP验证接入节点NVP发起的注册交易，并在一个周期内通过共识机制将若干个注册交易生成区块写入到注册区块链中。

本发明的有益效果在于：本发明当外部任务的任务状态以及内部任务的任务状态均为空闲状态时，控制外围设备进行入休眠模式，并自身进入深度休眠模式。通过外部中断信号唤醒处于深度休眠模式的远程遥测终端的处理器，使其执行外部中断任务；

本发明能够良好的控制遥测终端机的功耗，并通过遥测终端机控制数据采集器的休眠，以控制整个检测系统的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例的遥测终端机的模块结构示意图一；

图2是本发明实施例的控制单元的模块结构示意图；

图3是本发明实施例的遥测终端机模块结构示意图二；

图4是本发明实施例的遥测终端机的通信网络示意图；

图5是本发明实施例的遥测终端机以及与其连接的数据采集器注册到区块链的流程图；

图6是本发明实施例的遥测终端机接入认证的流程图；

图7是本发明实施例的数据采集器的接入认证的流程图。

图中：遥测终端机100、数据采集器200、中继器300、接收设备400、服务器500、采集通信单元101、检测信息存储单元102、ID存储单元103、无线上行通信模块104、控制单元105、信号强度检测单元106、电源模块107、光伏模块108、中断处理模块1051、处理器1052、定时器生成模块1053、实时时钟模块1054、休眠控制模块1055、功率控制模块1056、时钟控制模块1057。

具体实施方式

现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。

在本实施例中提供了遥测终端机100，如图1所示是根据本发明的遥测终端机100的示意图，如图1-2所示，该遥测终端机100包括：

采集通信单元101，被连接来接收数据采集器200的检测信息；

检测信息存储单元102，可操作于存储检测信息；

无线上行通信模块104，无线通信包括2G/3G/4G无线公网或专网、NB_IOT、LTE_CAT1、ZigBee、LoRA、6LOWPAN等物联网通信方式，可操作于将检测信息发送到中继器300；

控制单元105，可操作于将检测信息发送到检测信息存储单元102存储、将检测信息发送到无线上行通信模块104发送；

数据采集器200可选但不限于：水位传感器、水质传感器、闸位计、流量计、雨量计。

采集通信单元101是从数据采集器200接收检测信息，检测信息包括水位、水质、闸位、流量、雨量等各种类型的信息，并执行发送上述检测信息的功能；

采集通信单元101与数据采集器200之间可以是有线通信也可以是无线通信，有线可以是串行通信总线或以太网，无线可以是采用LoRA、Zigbee、蓝牙等；

控制单元105可选但不限于：CPU、单片机、ARM。

控制单元105包括：

中断处理模块1051，被连接来接收数据采集器200的中断信号；

中断信号是可屏蔽中断请求或不可屏蔽请求。

处理器1052，可操作于接收到数据采集器200的中断信号，唤醒并执行与外部中断信号对应的外部任务；

定时器生成模块1053，可操作于创建多个虚拟定时器，并从实时时钟模块1054获取当前时钟基值，根据当前时钟基值配置已创建的虚拟定时器，由虚拟定时器产生定时中断，定时中断用于唤醒并执行与虚拟定时器对应的内部任务；

休眠控制模块1055，可操作于当外部任务的任务状态和内部任务的任务状态均为空闲状态时，控制数据采集器200进行入休眠模式，并自身进入深度休眠模式；

作为一种方式，休眠控制模块1055连接用于控制数据采集器200以及控制单元105休眠的功率控制模块1056以及用于唤醒控制单元105的时钟控制模块1057。

获取每个任务对应的休眠回调函数，休眠回调函数用于关闭数据采集器200的电源或控制数据采集器200进入休眠状态；当每个任务的任务状态均为空闲状态时，执行每个任务对应的休眠回调函数，以关闭数据采集器200的电源，并关闭控制单元105的主振荡器和时钟。

当外部任务的任务状态和内部任务的任务状态均为空闲状态时，控制数据采集器200进行入休眠模式，并自身进入深度休眠模式之前，还包括：为外部任务和内部任务中的各任务分配一个忙状态标志位，在对各任务进行处理前，将每个任务对应的忙状态标志位置位，在对每个任务的处理结束时，将每个任务对应的忙状态标志位置零；通过检测每个任务对应的忙状态标志位，得到每个任务的任务状态。采用忙状态标志位对任务进行状态管理，为每个任务分配一个忙状态标志位，并提供一个休眠回调函数，休眠回调函数由任务自行定义，可用于关闭数据采集器200电源，以迫使数据采集器200进入休眠模式。

在对每个任务进行处理前，先将每个任务对应的忙状态标志位置位，表示进入忙状态；在对每个任务的处理结束时，将每个任务对应的忙状态标志位清零，表示任务当前所有事务执行完毕并处于空闲态。检测每个任务的忙状态标志位，当所有任务处于空闲状态时，先执行每个任务的休眠回调函数，再控制控制单元105进入深度休眠状态。

当数据采集器200需要向遥测终端机100请求处理突发任务时，可以通过外部中断信号唤醒处于深度休眠模式的遥测终端机100的控制单元105，使其执行外部任务；

利用实时时钟模块1054的当前时钟基值配置已创建的虚拟定时器，通过虚拟定时器产生定时中断，通过定时中断唤醒并执行虚拟定时器对应的内部任务；在每个任务的任务状态均为空闲状态时，控制数据采集器200进入休眠模式，同时控制单元105自身进入深度休眠模式，以节约功耗；通过深度休眠实现了降低功耗，通过虚拟定时器进行定时唤醒管理，解决了休眠时定时任务的启动问题，采用外部唤醒中断唤醒控制单元105，使具备处理突发任务的能力，通过软件方法替代外围休眠管理电路进行深度休眠管理，降低了硬件设计复杂度。

根据当前时钟基值配置已创建的多个虚拟定时器，包括：

获取已创建的多个虚拟定时器的闹铃基值；

根据当前时钟基值以及多个虚拟定时器的闹铃基值，将离当前时钟基值最近的虚拟定时器的闹铃基值设置为实时时钟模块1054的闹铃时间。获取实时时钟模块1054的当前时钟基值以及多个虚拟定时器的闹铃基值，包括：获取实时时钟模块1054的当前时间以及多个虚拟定时器的闹铃时间，并对闹铃时间进行闹铃类型标记，闹铃类型包括整点闹铃和非整点闹铃；将当前时间中的时、分、秒字段相加，得到实时时钟模块1054的当前时钟基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为整点闹铃时，将当前时间中的小时字段加1，结合闹铃时间中的分字段和秒字段，分别得到多个虚拟定时器的闹铃基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为非整点闹铃时，将当前时间加上闹铃时间，分别得到多个虚拟定时器的闹铃基值。

所有定时任务共用一个时钟控制模块1057，通过向时钟控制模块1057申请创建软件定时器并注册回调函数，用于定时唤醒CPU，并产生定时回调，执行整点定时或间隔定时任务。可以通过预设创建函数，创建多个虚拟定时器，比如可以通过CreateTimeService()函数创建虚拟定时器。定时器模块内部针对整点定时和间隔定时任务的下一次定时时间计算采用不同策略。计算间隔定时任务的下一次定时时间时，分别将小时、分和秒字段与实时时钟当前时间相应字段简单相加；而计算整点定时任务的下一次定时时间时，需保留实时时钟当前时间的小时字段并加1，同时结合外部设定周期的分字段和秒字段，得到下一次的定时时间。最后，在所有虚拟定时器定时时间中，查找距离实时时钟当前时间最近的虚拟定时器定时时间，并将其设置为闹铃时间。例如，实时时钟当前时间为15点00分00秒(对应的当前时钟基值为54000)，定时器生成模块1053中已有两个虚拟定时器分别为A和B，A的定时时间为15点10分00秒，A为周期定时器，周期为00点10分00秒，闹铃时间基值为54600(15*3600+10*60+0＝54600)。B的定时时间为16点00分00秒，B为整点定时器，分字段和秒字段设定值均为0，闹铃时间基值为57600。此时，新创建一个定时器C，C为周期定时器，设定周期为00点05分00秒，则通过计算可得到其定时时间为15点05分00秒，闹铃时间基值为54300。定时器C新加入进来后，需要更新实时时钟硬件闹铃设置，检索A、B、C虚拟定时器发现，定时器C的时间基值54300与当前时钟基值54000距离最近，则将C的定时时间15点05分00秒设定为实时时钟硬件的闹铃时间。

在一个实施例中，由虚拟定时器产生定时中断，包括：

获取定时器列表中各个虚拟定时器的当前闹铃基值；

当虚拟定时器的当前闹铃基值等于当前时钟基值时，调用与虚拟定时器对应的回调函数，以执行与虚拟定时器对应的任务；

获取虚拟定时器的闹铃时间，根据闹铃时间以及当前时钟基值对应的时间，得到虚拟定时器的闹铃基值；

以虚拟定时器的闹铃基值对虚拟定时器的当前闹铃基值进行更新，并判断虚拟定时器是否为定时器列表中最后一个定时器；

当虚拟定时器为定时器列表中最后一个定时器时，将离当前时钟基值最近的虚拟定时器的当前闹铃基值设置为实时时钟模块1054的下一次闹铃时间。当虚拟定时器的当前闹铃基值不等于当前时钟基值时，进入判断虚拟定时器是否为定时器列表中最后一个定时器的步骤。当虚拟定时器不为定时器列表中最后一个定时器时，进入获取定时器列表中各个虚拟定时器的当前闹铃基值的步骤。根据闹铃时间以及当前时钟基值对应的时间，得到虚拟定时器的闹铃基值，包括：当闹铃时间对应的闹铃类型为整点闹铃时，将当前时钟基值对应的时间中的小时字段加1，结合闹铃时间中的分字段和秒字段，得到虚拟定时器的闹铃基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为非整点闹铃时，将当前时钟基值对应的时间加上闹铃时间，得到虚拟定时器的闹铃基值。

通过实时时钟定时中断唤醒控制单元105，执行相应回调函数并更新相应虚拟定时器的定时时间值。当定时中断到来时，先获取实时时钟当前时间的时、分、秒字段，转化为秒并相加得到当前时钟基值，再遍历每一个虚拟定时器，若某个虚拟定时器的闹铃基值等于当前时钟基值，则执行该虚拟定时器对应的回调函数，并对该定时器下一次闹铃时间进行更新调整。若该定时器为整点定时，则将其定时时间的小时字段向前增加1小时，即可得到定时值；否则将外部设定的定时时间周期加上实时时钟当前时间，得到定时值，并将该定时值时、分、秒字段转化为秒相加后，得到闹铃基值。最后遍历所有启用的虚拟定时器，找出距离实时时钟当前时间最近的一个定时值，将此定时值设置为下一次闹铃时间。

以实时时钟硬件的闹铃时间15点05分00秒为例，当闹铃到来时，实时时钟闹铃中断执行，此时读取实时时钟当前时间为15点05分00秒，得到当前时钟基值为54300。检索A、B、C虚拟定时器，C定时器闹铃基值与当前基值相等，则调用C的回调函数，并重新计算C的定时时间(仅须更新C的定时时间，A、B未闹铃无须更新)。由于C的设定周期为00点05分00秒且为周期定时器，通过其周期与当前时间相加得到下一次定时时间为15点10分00秒，下一次闹铃基值为54600。通过比较A、B、C虚拟定时器闹铃基值，发现A距离当前时钟基值54300最近，则将实时时钟硬件的下一次闹铃时间设置为15点10分00秒。

如图3-4所示，本实施例还提供一种通过遥测终端机连接的数据采集器的ID组合的ID信息作为注册和接入认证信息，在更换遥测终端机时不需要专业人员重新对遥测终端机进行注册认证，简化维护的方法，具体是，该遥测终端机100还包括：

ID存储单元103，可操作于存储ID信息；

检测信息存储单元102和ID存储单元103均是起到内存作用的存储单元，可选但不限于：硬盘、闪存等；

ID存储单元103将接收的数据采集器200的ID信息存储，如果数据采集器200数量是一个，那么直接将数据采集器200的ID存储即可；

采集通信单元101，被连接来接收数据采集器200的ID信息；

控制单元105可操作于将数据采集器200的ID信息发送到ID存储单元103存储；

无线上行通信模块104可操作于将ID信息发送到中继器300；

控制单元105是遥测终端机100的各个单元的控制以及实现功能的部分，通过采集通信单元101进行接收收发，以及检测信息存储单元102和ID存储单元103的信息存储和管理。并具体可包括实现上述功能的模块。

如果数据采集器200的数量大于两个，需要进行处理，本实施例提供以下处理方法：

将一个以上的数据采集器200的ID信息按照顺序组合成新的ID信息存储到ID存储单元103中。

需要说明的是数据采集器200的ID信息为一串字符，例如0159648ERT564；

一个以上的数据采集器200的ID信息按照顺序组合成新的ID信息的示例如下：

145646D4，564973131组合后的新的ID信息是145646D4564973131；

上述处理的过程由控制单元105进行；

存储上述的ID信息的目的是，以存储的ID信息作为遥测终端机100与其他设备通信的ID，在本实施例中也即在遥测终端机100与中继器300通信时使用的ID；遥测终端机100向中继器300发送检测信息时同时发送ID信息，中继器300以该ID识别遥测终端机100；

这样在更换遥测终端机100时不需要重新在中继器300与遥测终端机100之间进行验证，因为新的遥测终端机100的ID信息应该是与之前的遥测终端机100的ID信息一致。

考虑到数据采集器200的增减，本实施例中提供以下处理策略：数据采集器200数量改变时存储的ID信息随之更新，在更新前遥测终端机100仍以数据采集器200数量改变前的ID信息向中继器300通信，与此同时遥测终端机100向中继器300发送更新后的ID信息以及改变ID认证信息的请求，中继器300接受到改变ID认证信息的请求以及更新后的ID信息后改变遥测终端机100的ID认证信息，以更新后的ID信息作为遥测终端机100的ID认证信息进行认证，之后可将ID存储单元103存储的数据采集器200数量改变前的ID信息删除，仅保留更新后的ID信息。

信号强度检测单元106，可操作于测定无线上行通信模块104接收的通信信号的强度，通信信号的强度可以是以dB或dBm表示。

信号强度检测单元106检测中继器300的信号强度，如果当前连接的中继器300的信号强度低于信号强度阈值则切换另一个中继器300通信，直到信号强度大于信号强度阈值为止。

本发明通过信号强度检测切换通信中继，自动巡检中继，保障通信的稳定；

电源模块107，可操作于为遥测终端机100提供电源；

光伏模块108，

可操作于将太阳能转化为电能供于电源模块107。

电源模块107至少包括能够用于存储电能的电池；

光伏模块108至少包括光伏板以及对光伏板产生的电流进行处理的整流模块。

本实施例中通过太阳能作为电源的实施方式，当然也可以采用市电或一次性电源进行供电，并不局限于本实施例公开的一种电源配置方式。

本实施例中的中继器300至少具备与遥测终端机100无线通信以及与接收设备400有线或无线通信的功能；

也即，中继器300与接收设备400通信连接，中继器300仅作为遥测终端机100与接收设备400之间的中继，最终由接收设备400接收检测信息以及ID信息；

之后，接收设备400可操作于将检测信息以及ID信息发送到服务器500，依照上述的通信方式构成连接到服务器500的网络；

随着物联网以及遥测技术的发展，检测技术中的智能传感器（也即上述的数据采集器200中的一类）已经能够作为物联网的边缘节点组合进入物联网，也即数据采集器200也能够通过物联网上传检测信息，丰富了检测信息发送的途径；但是应用于物联网时需要解决的重要的问题即是数据的安全性，为了解决这个问题就需要解决数据采集器200在物联网中的身份认证问题，另一客观存在的技术问题是智能传感器类的数据采集器200来说智能传感器由于成本以及布置形式的限制导致其处理性能较弱，为了解决这个问题，本实施例中的遥测终端机100提供一种代替数据采集器200的物联网身份认证的方法：

如图5所示，包括以下步骤：

S111，遥测终端机Um生成注册信息；

注册信息至少包括：用户名IDm、口令PWm；

遥测终端机生成的口令PWm发送到与其连接的数据采集器200存储；

用户名IDm是由数据采集器200的ID信息组合而成的，具体是在每个数据采集器200的ID信息前加入字符T，例如

1456464，5649731组合后的新的ID信息是T1456464T5649731；

在本实施例中数据采集器200的ID信息为数字字符串，而且位数固定。

S112，将注册信息发送到接入单元NVP，接入单元NVP通过注册区块链查询用户名IDm是否已经注册到注册区块链；

是则向遥测终端机Um发送已注册信息，否则向遥测终端机Um发送未注册信息；

S113，遥测终端机Um接收到未注册信息后，遥测终端机Um将注册信息发送给接入节点NVP；

S114，接入节点NVP获取遥测终端机Um的特征信息Rm，对注册信息以及特征信息Rm处理并得到中间信息；

特征信息Rm是遥测终端机Um的项目信息或地域信息等，无论是哪种特征信息Rm最终都会产生一个效果，遥测终端机Um的特征信息Rm相同的是与其连接的数据采集器200的特征信息，例如遥测终端机和与其连接的数据采集器200同属于一个项目，具备相同的项目信息也即特征信息。

遥测终端机Um对注册信息处理得到中间信息包括：

对口令PWm进行哈希得到定长口令Hm；

使用公钥PUBnvp加密特征信息Rm得到Envp（Rm），组合得到中间信息（IDm、Envp（Rm）、Hm）；

S115，接入节点NVP发起本次注册交易，使用自身私钥PRA对（IDm、Envp（Rm）、Hm、IDnvp）签名生成SIGNnvp，其中IDnvp是接入节点NVP的ID信息；

S116，接入节点NVP将注册交易信息广播到验证节点VP；注册交易信息包括（IDm、Envp（Rm）、Hm、IDnvp、SIGNnvp）；

S117，验证节点VP验证接入节点NVP发起的注册交易，并在一个周期内通过共识机制将若干个注册交易生成区块写入到注册区块链中。

如图6所示，对于遥测终端机接入认证包括以下步骤：

S211，认证过程中待认证的遥测终端机

向接入节点NVP发送认证请求；

认证请求包括遥测终端机的认证用户名

，口令

；

S212，接入节点NVP通过注册区块链确认

是否为已注册用户，符合以下预定条件则确认为已注册用户:注册区块链中存在与

相同的ID；

如果为已注册用户则执行下一步骤，如果为否则结束认证，认证失败；

S213，接入节点NVP对口令

进行哈希处理，得到

，验证

是否等于

对应的注册交易信息的Hm；

如果为已注册用户则执行下一步骤，如果为否则结束认证，认证失败；

S214，接入节点NVP对

对应的注册交易信息的Envp（Rm）通过私钥解密得到Rm；

S215，接入节点NVP获取待认证的遥测终端机

的特征信息

后，判断

与Rm的差值

的绝对值是否超过预定阈值α，如果|

-Rm|=

＜α，则认证成功，执行下一步骤；

如果|

-Rm|=

≥α，则结束认证，认证失败。

S216，接入节点NVP生成本次认证交易信息并背书，广播至验证节点VP，在一定时间内通过共识机制将若干个认证交易打包成区块写入到认证链中。

接入节点NVP生成本次认证交易信息并背书包括以下步骤：

接入节点NVP发起本次认证交易，使用自身私钥PRA对（

、Envp（

）、

、

、IDnvp）签名生成SIGNnvp1；

认证交易信息包括（

、Envp（

）、

、IDnvp、SIGNnvp1）。

如图7所示，对于数据采集器200的接入认证包括以下步骤：

S311，认证过程中待认证的数据采集器200

向接入节点NVP发送认证请求；

认证请求包括数据采集器200

的认证用户名

，口令

；

S312，接入节点NVP通过注册区块链确认

是否为已注册用户，符合以下预定条件则确认为已注册用户:注册区块链中任一ID存在与

重合的数字段；

例如

为1456464；

T1456464T5649731这一ID中存在“1456464”数字段与

重合。

如果为已注册用户则执行下一步骤，如果为否则结束认证，认证失败；

S313，接入节点NVP对口令

进行哈希处理，得到

，验证

是否等于步骤S312中与存在与

重合的数字段的ID对应的注册交易信息的Hm；

如果为已注册用户则执行下一步骤，如果为否则结束认证，认证失败；

S314，接入节点NVP对步骤S312中与存在与

重合的数字段的ID对应的注册交易信息的Envp（Rm）通过私钥解密得到Rm；

S315，接入节点NVP获取待认证的数据采集器200

的特征信息

后，判断

与Rm的差值

的绝对值是否超过预定阈值α，如果|

-Rm|=

＜α，则认证成功，执行下一步骤；

如果|

-Rm|=

≥α，则结束认证，认证失败。

S316，接入节点NVP生成本次认证交易信息并背书，广播至验证节点VP，在一定时间内通过共识机制将若干个认证交易打包成区块写入到认证链中。

接入节点NVP生成本次认证交易信息并背书包括以下步骤：

接入节点NVP发起本次认证交易，使用自身私钥PRA对（

、Envp（

）、

、

、IDnvp）签名生成SIGNnvp1；

认证交易信息包括（

、Envp（

）、

、IDnvp、SIGNnvp1）。

或者作为另一种方式接入节点NVP生成本次认证交易信息并背书包括以下步骤：

接入节点NVP发起本次认证交易，使用自身私钥PRA对（ID、Envp（

）、

、

、IDnvp）签名生成SIGNnvp1；

认证交易信息包括（ID、Envp（

）、

、IDnvp、SIGNnvp1）。

其中ID是步骤S312中与存在与

重合的数字段的ID。

在步骤S312中的ID实际上即是与数据采集器200连接的遥测终端机的ID，因此必然的步骤S313中的口令

即是该遥测终端机的口令，因为数据采集器200的口令是由遥测终端机发送的。

同样的，前述已经说明的内容可知，特征信息

也即与该遥测终端机的特征信息相同，因此除ID之外，接入的数据采集器200的其余信息均与遥测终端机的信息一致，如果该遥测终端机已经注册完毕，那么与其连接的数据采集器200也能够以上述步骤完成身份认证并接入。

本实施例中的遥测终端机控制单元105可操作于进行上述注册步骤以及认证步骤。

在本实施例中的数据采集器200至少应包括用于存储口令的采集器存储单元以及用于与遥测终端机以及其他物联网设备通信的采集器通信单元，采集器存储单元以及采集器通信单元连接到数据采集器200的采集器处理单元，由采集器处理单元控制采集器存储单元的存储、读取以及采集器通信单元的信息收发；

采集器处理单元可操作于进行上述注册步骤以及认证步骤；

采集器通信单元至少可操作于接收遥测终端机发送的口令以及向遥测终端机和其他物联网设备发送信息；

采集器存储单元至少可操作与存储口令以及数据采集器200检测的检测信息；

需要说明的是，数据采集器200具有固有的检测并采集信息的功能，例如水位、水质、闸位、流量、雨量等各种类型的信息。

通过上述的方法，本实施例解决的是：

通过遥测终端机的注册能够代替与其连接的所有数据采集器200的身份注册，使与其连接的数据采集器200不需要注册即可通过身份认证接入物联网。

本发明通过遥测终端机代替数据采集器200在物联网中进行身份注册，简化数据采集器200应用于物联网的程序。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器500，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种低功耗物联网型遥测终端机，其特征在于，包括：

采集通信单元（101），被连接来接收数据采集器（200）的检测信息；

检测信息存储单元（102），可操作于存储检测信息；

无线上行通信模块（104），可操作于将检测信息发送到中继器（300）；

控制单元（105），可操作于将检测信息发送到检测信息存储单元（102）存储、将检测信息发送到无线上行通信模块（104）发送；

采集通信单元（101）是从数据采集器（200）接收检测信息，并执行发送上述检测信息的功能；

检测信息至少包括水位、水质、闸位、流量和雨量；

所述控制单元（105）包括：

中断处理模块（1051），被连接来接收数据采集器（200）的中断信号；

处理器（1052），可操作于接收到数据采集器（200）的中断信号，唤醒并执行与外部中断信号对应的外部任务；

定时器生成模块（1053），可操作于创建多个虚拟定时器，并从实时时钟模块（1054）获取当前时钟基值，根据当前时钟基值配置已创建的虚拟定时器，由虚拟定时器产生定时中断，定时中断用于唤醒并执行与虚拟定时器对应的内部任务；

休眠控制模块（1055），可操作于当外部任务的任务状态和内部任务的任务状态均为空闲状态时，控制数据采集器（200）进行入休眠模式，并自身进入深度休眠模式；

ID存储单元（103），可操作于存储ID信息；

采集通信单元（101）可操作于接收数据采集器（200）的ID信息；

控制单元（105）可操作于将数据采集器（200）的ID信息发送到ID存储单元（103）存储；

无线上行通信模块（104），可操作于将ID信息发送到中继器（300）；

ID存储单元（103）将接收的数据采集器（200）的ID信息存储，如果数据采集器（200）数量是一个，直接将数据采集器（200）的ID存储；

如果数据采集器（200）的数量大于两个，需要进行以下处理：

将一个以上的数据采集器（200）的ID信息按照顺序组合成新的ID信息存储到ID存储单元（103）中；

数据采集器（200）的ID信息为一串字符；

以存储的ID信息作为遥测终端机（100）与其他设备通信的ID；遥测终端机（100）向中继器（300）发送检测信息时同时发送ID信息，中继器（300）以该ID识别遥测终端机（100）；

更换遥测终端机（100）时不需要重新在中继器（300）与遥测终端机（100）之间进行验证，更换后的遥测终端机（100）的ID信息应该是与之前的遥测终端机（100）的ID信息一致；

数据采集器（200）的数量增加或减少时进行以下处理：数据采集器（200）数量改变时遥测终端机（100）存储的ID信息随之更新，在更新前遥测终端机（100）仍以数据采集器（200）数量改变前的ID信息向中继器（300）通信，与此同时遥测终端机（100）向中继器（300）发送更新后的ID信息以及改变ID认证信息的请求，中继器（300）接受到改变ID认证信息的请求以及更新后的ID信息后改变遥测终端机（100）的ID认证信息，以更新后的ID信息作为遥测终端机（100）的ID认证信息进行认证，之后可将ID存储单元（103）存储的数据采集器（200）数量改变前的ID信息删除，仅保留更新后的ID信息。

2.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，所述休眠控制模块（1055）连接用于控制数据采集器（200）。

3.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，所述休眠控制模块（1055）连接用于控制单元（105）休眠的功率控制模块（1056）以及用于唤醒控制单元（105）的时钟控制模块（1057）。

4.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，所述中断信号是可屏蔽中断请求或不可屏蔽请求。

5.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，所述根据当前时钟基值配置已创建的虚拟定时器包括：

获取已创建的多个虚拟定时器的闹铃基值；

根据当前时钟基值以及多个虚拟定时器的闹铃基值，将离当前时钟基值最近的虚拟定时器的闹铃基值设置为实时时钟模块（1054）的闹铃时间。

6.根据权利要求5所述的遥测终端机，其特征在于，所述获取已创建的多个虚拟定时器的闹铃基值，包括：

获取实时时钟模块（1054）的当前时间以及多个虚拟定时器的闹铃时间，并对闹铃时间进行闹铃类型标记，闹铃类型包括整点闹铃和非整点闹铃；将当前时间中的时、分、秒字段相加，得到实时时钟模块（1054）的当前时钟基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为整点闹铃时，将当前时间中的小时字段加1，结合闹铃时间中的分字段和秒字段，分别得到多个虚拟定时器的闹铃基值；当闹铃时间对应的闹铃类型为非整点闹铃时，将当前时间加上闹铃时间，分别得到多个虚拟定时器的闹铃基值。

7.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，所述虚拟定时器产生中断的方法包括：

获取定时器列表中各个虚拟定时器的当前闹铃基值；

当虚拟定时器的当前闹铃基值等于当前时钟基值时，调用与虚拟定时器对应的回调函数，以执行与虚拟定时器对应的任务；

获取虚拟定时器的闹铃时间，根据闹铃时间以及当前时钟基值对应的时间，得到虚拟定时器的闹铃基值；

以虚拟定时器的闹铃基值对虚拟定时器的当前闹铃基值进行更新，并判断虚拟定时器是否为定时器列表中最后一个定时器；

当虚拟定时器为定时器列表中最后一个定时器时，将离当前时钟基值最近的虚拟定时器的当前闹铃基值设置为实时时钟模块（1054）的下一次闹铃时间。

8.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，该遥测终端机还包括：

信号强度检测单元（106），可操作于测定无线上行通信模块接收的通信信号的强度；

信号强度检测单元（106）检测中继器的信号强度，如果当前连接的中继器（300）的信号强度低于信号强度阈值则切换另一个中继器（300）通信，直到信号强度大于信号强度阈值为止。

9.根据权利要求1所述的遥测终端机，其特征在于，该遥测终端机能够代替数据采集器（200）进行物联网身份认证，包括以下步骤：

S111，遥测终端机Um生成注册信息；

注册信息至少包括：用户名IDm、口令PWm；

遥测终端机生成的口令PWm发送到与其连接的数据采集器（200）存储；

用户名IDm是由数据采集器（200）的ID信息组合而成的，具体是在每个数据采集器（200）的ID信息前加入字符T；

S112，将注册信息发送到接入单元NVP，接入单元NVP通过注册区块链查询用户名IDm是否已经注册到注册区块链；

是则向遥测终端机Um发送已注册信息，否则向遥测终端机Um发送未注册信息；

S113，遥测终端机Um接收到未注册信息后，遥测终端机Um将注册信息发送给接入节点NVP；

S114，接入节点NVP获取遥测终端机Um的特征信息Rm，对注册信息以及特征信息Rm处理并得到中间信息；

特征信息Rm是遥测终端机Um的项目信息或地域信息，遥测终端机Um的特征信息Rm相同的是与其连接的数据采集器（200）的特征信息；

遥测终端机Um对注册信息处理得到中间信息包括：

对口令PWm进行哈希得到定长口令Hm；

使用公钥PUBnvp加密特征信息Rm得到Envp（Rm），组合得到中间信息（IDm、Envp（Rm）、Hm）；

S115，接入节点NVP发起本次注册交易，使用自身私钥PRA对（IDm、Envp（Rm）、Hm、IDnvp）签名生成SIGNnvp，其中IDnvp是接入节点NVP的ID信息；

S116，接入节点NVP将注册交易信息广播到验证节点VP；注册交易信息包括（IDm、Envp（Rm）、Hm、IDnvp、SIGNnvp）；

S117，验证节点VP验证接入节点NVP发起的注册交易，并在一个周期内通过共识机制将若干个注册交易生成区块写入到注册区块链中。

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