CN113391576A - 一种基于物联网的信息物理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的信息物理系统及方法，涉及物联网技术领域，所述系统包括：信号处理单元，所述信号处理单元连接传感器元件，所述信号处理单元还连接信号发射单元和一电源单元，其特征在于，所述信号处理模块包括微型处理器，还包括无线通信单元，所述微型处理器连接所述无线通信单元，所述无线通信单元连接所述信号发射单元，所述信号发射单元是一用于发射定位信号的定位信号发射单元；具有安全性高和适用性广的优点。

Description

一种基于物联网的信息物理系统及方法
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种基于物联网的信息物理系统及方法。
背景技术
物联网(The Internet of Things，简称IOT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
谈到物联网，就不得不提到物联网发展中备受关注的射频识别技术(RadioFrequency Identification，简称RFID)。RFID是一种简单的无线系统，由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有扩展词条唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，它通过天线将射频信息传递给阅读器，阅读器就是读取信息的设备。RFID技术让物品能够“开口说话”。这就赋予了物联网一个特性即可跟踪性。就是说人们可以随时掌握物品的准确位置及其周边环境。据Sanford C.Bernstein公司的零售业分析师估计，关于物联网RFID带来的这一特性，可使沃尔玛每年节省83.5亿美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。RFID帮助零售业解决了商品断货和损耗(因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品)两大难题，而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失就达近20亿美元。
物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效的推动了这些方面的智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大的提高了人们的生活质量；在涉及国防军事领域方面，虽然还处在研究探索阶段，但物联网应用带来的影响也不可小觑，大到卫星、导弹、飞机、潜艇等装备系统，小到单兵作战装备，物联网技术的嵌入有效提升了军事智能化、信息化、精准化，极大提升了军事战斗力，是未来军事变革的关键。
现有的物联网信息系统还存在信息采集转发的安全性不高的缺点。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于物联网的信息物理系统及方法，具有安全性高和适用性广的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于物联网的信息物理系统，所述系统包括：信号处理单元，所述信号处理单元连接传感器元件，所述信号处理单元还连接信号发射单元和一电源单元，其特征在于，所述信号处理模块包括微型处理器，还包括无线通信单元，所述微型处理器连接所述无线通信单元，所述无线通信单元连接所述信号发射单元，所述信号发射单元是一用于发射定位信号的定位信号发射单元；所述无线通信单元包括：通信单元和加密单元；所述加密单元包括：存储子单元，用于存储一个加密密钥或一个参数，该参数适用于解密装置并改变解密该加密文本时的解密错误概率；加密子单元，用于利用该存储子单元中存储的加密密钥和参数、根据加密算法从该明文生成该加密文本，该加密算法按照该参数的一个值来改变解密该加密文本时的解密错误概率；以及更新子单元，用于更新该存储子单元中所存储的参数。
进一步的，所述更新单元随时间的推移来更新该存储单元中所存储的参数；所述加密单元利用基于NTRU加密方法的加密算法来生成该加密文本；所述存储单元中所存储的参数表示一个基于该NTRU加密方法的随机数多项式中系数指示为1的项数，而且该更新单元随时间的推移而增加系数指示为1的项数。
进一步的，所述定位信号发射单元是天线；所述无线通信模块采用射频通信单元、蓝牙通信单元、紫蜂通信单元、手机通信单元、无线局域网通信单元等适于组建网络的无线通信单元。
进一步的，所述电源单元包括一发电机构和蓄电机构，所述发电机构连接所述蓄电机构，所述蓄电机构连接所述信号处理单元。
进一步的，所述发电机构采用天线式发电机构，所述天线式发电机构连接所述蓄电机构；所述发电机构还可以采用电感式发电机构，所述电感式发电机构包括电感线圈，通过单向导通器件连接所述蓄电机构；所述发电机构还可以米用光能发电机构，所述光能发电机构包括光电转换器件，所述光电转换器件连接所述蓄电机构。
进一步的，另外所述发电机构采用压力发电机构、弯折发电机构、震动发电机构等利用机械能转化为电能的机械式发电机构。
一种基于物联网的信息物理方法，所述方法执行以下步骤：步骤1：通过传感器元件获取采集原始的数据信息；步骤2：对采集到的数据信息进行处理后，然后将数据信息进行发射；步骤3：在数据信息发射过程中，对数据信息进行加密。
进一步的，所述步骤3：步骤3：在数据信息发射过程中，对数据信息进行加密的方法执行以下步骤：加密文本生成步骤，利用一个加密密钥和一个参数、根据一个加密算法由该明文生成该加密文本，该加密算法按照该参数适用于解密装置的一个参数值来改变解密该加密文本时的解密错误概率；以及更新该参数的更新步骤。
与现有技术相比，本发明实现的有益效果：本发明的数据采集后，对数据传输时，进行加密，保证了数据的安全性。本发明的物联网信息系统可以适用于各种不同的应用场景，适用性广。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明实施例公开的基于物联网的信息物理系统的系统结构示意图。
图2为本发明实施例公开的基于物联网的信息物理方法的方法流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用于限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用于限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
一种基于物联网的信息物理系统，所述系统包括：信号处理单元，所述信号处理单元连接传感器元件，所述信号处理单元还连接信号发射单元和一电源单元，其特征在于，所述信号处理模块包括微型处理器，还包括无线通信单元，所述微型处理器连接所述无线通信单元，所述无线通信单元连接所述信号发射单元，所述信号发射单元是一用于发射定位信号的定位信号发射单元；所述无线通信单元包括：通信单元和加密单元；所述加密单元包括：存储子单元，用于存储一个加密密钥或一个参数，该参数适用于解密装置并改变解密该加密文本时的解密错误概率；加密子单元，用于利用该存储子单元中存储的加密密钥和参数、根据加密算法从该明文生成该加密文本，该加密算法按照该参数的一个值来改变解密该加密文本时的解密错误概率；以及更新子单元，用于更新该存储子单元中所存储的参数。
具体的，和防火墙配合使用的数据加密技术，是为提高信息系统和数据的安全性和保密性，防止秘密数据被外部破译而采用的主要技术手段之一。在技术上分别从软件和硬件两方面采取措施。按照作用的不同，数据加密技术可分为数据传输加密技术、数据存储加密技术、数据完整性的鉴别技术和密钥管理技术。
数据传输加密技术的目的是对传输中的数据流加密，通常有线路加密与端—端加密两种。线路加密侧重在线路上而不考虑信源与信宿，是对保密信息通过各线路采用不同的加密密钥提供安全保护。端—端加密指信息由发送端自动加密，并且由TCP/IP进行数据包封装，然后作为不可阅读和不可识别的数据穿过互联网，当这些信息到达目的地，将被自动重组、解密，而成为可读的数据。
数据存储加密技术的目的是防止在存储环节上的数据失密，数据存储加密技术可分为密文存储和存取控制两种。前者一般是通过加密算法转换、附加密码、加密模块等方法实现；后者则是对用户资格、权限加以审查和限制，防止非法用户存取数据或合法用户越权存取数据。
数据完整性鉴别技术的目的是对介入信息传送、存取和处理的人的身份和相关数据内容进行验证，一般包括口令、密钥、身份、数据等项的鉴别。系统通过对比验证对象输入的特征值是否符合预先设定的参数，实现对数据的安全保护。
密钥管理技术包括密钥的产生、分配、保存、更换和销毁等各个环节上的保密措施。
实施例2
在上一实施例的基础上，所述更新单元随时间的推移来更新该存储单元中所存储的参数；所述加密单元利用基于NTRU加密方法的加密算法来生成该加密文本；所述存储单元中所存储的参数表示一个基于该NTRU加密方法的随机数多项式中系数指示为1的项数，而且该更新单元随时间的推移而增加系数指示为1的项数。
实施例3
在上一实施例的基础上，所述定位信号发射单元是天线；所述无线通信模块采用射频通信单元、蓝牙通信单元、紫蜂通信单元、手机通信单元、无线局域网通信单元等适于组建网络的无线通信单元。
具体的，光、颜色、AM及FM广播以及许多电子设备都用到电波波频谱，可用来通讯的无线电频谱频率中视为是公共财财产，会由国家级的机构管理，例如美国的美国联邦通信委员会，英国的Ofcom，这些机构会定义谁可以使用哪一个频段的频率，以及其目的为何。若公共频段像个人使用的电磁波频谱一様，没有类似的控制或替代配置措施，可能会出现混乱，例如飞机没有特别可以用在航管上的频率，而业余无线电操作者的讯号干扰航管讯号，使得飞行员无法正常使飞机降落。无线通讯的频带由9kHz至300GHz。
实施例4
在上一实施例的基础上，所述电源单元包括一发电机构和蓄电机构，所述发电机构连接所述蓄电机构，所述蓄电机构连接所述信号处理单元。
实施例5
在上一实施例的基础上，所述发电机构采用天线式发电机构，所述天线式发电机构连接所述蓄电机构；所述发电机构还可以采用电感式发电机构，所述电感式发电机构包括电感线圈，通过单向导通器件连接所述蓄电机构；所述发电机构还可以米用光能发电机构，所述光能发电机构包括光电转换器件，所述光电转换器件连接所述蓄电机构。
实施例6
在上一实施例的基础上，另外所述发电机构采用压力发电机构、弯折发电机构、震动发电机构等利用机械能转化为电能的机械式发电机构。
实施例7
一种基于物联网的信息物理方法，所述方法执行以下步骤：步骤1：通过传感器元件获取采集原始的数据信息；步骤2：对采集到的数据信息进行处理后，然后将数据信息进行发射；步骤3：在数据信息发射过程中，对数据信息进行加密。
实施例8
在上一实施例的基础上，所述步骤3：步骤3：在数据信息发射过程中，对数据信息进行加密的方法执行以下步骤：加密文本生成步骤，利用一个加密密钥和一个参数、根据一个加密算法由该明文生成该加密文本，该加密算法按照该参数适用于解密装置的一个参数值来改变解密该加密文本时的解密错误概率；以及更新该参数的更新步骤。
需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元来完成，即将本发明实施例中的单元或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的单元、步骤的名称，仅仅是为了区分各个单元或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储单元、处理单元的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件单元、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD～ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨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、物品或者设备/单元不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/单元所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于物联网的信息物理系统，其特征在于，所述系统包括：信号处理单元，所述信号处理单元连接传感器元件，所述信号处理单元还连接信号发射单元和一电源单元，其特征在于，所述信号处理模块包括微型处理器，还包括无线通信单元，所述微型处理器连接所述无线通信单元，所述无线通信单元连接所述信号发射单元，所述信号发射单元是一用于发射定位信号的定位信号发射单元；所述无线通信单元包括：通信单元和加密单元；所述加密单元包括：存储子单元，用于存储一个加密密钥或一个参数，该参数适用于解密装置并改变解密该加密文本时的解密错误概率；加密子单元，用于利用该存储子单元中存储的加密密钥和参数、根据加密算法从该明文生成该加密文本，该加密算法按照该参数的一个值来改变解密该加密文本时的解密错误概率；以及更新子单元，用于更新该存储子单元中所存储的参数。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述更新单元随时间的推移来更新该存储单元中所存储的参数；所述加密单元利用基于NTRU加密方法的加密算法来生成该加密文本；所述存储单元中所存储的参数表示一个基于该NTRU加密方法的随机数多项式中系数指示为1的项数，而且该更新单元随时间的推移而增加系数指示为1的项数。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述定位信号发射单元是天线；所述无线通信模块采用射频通信单元、蓝牙通信单元、紫蜂通信单元、手机通信单元、无线局域网通信单元等适于组建网络的无线通信单元。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电源单元包括一发电机构和蓄电机构，所述发电机构连接所述蓄电机构，所述蓄电机构连接所述信号处理单元。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发电机构采用天线式发电机构，所述天线式发电机构连接所述蓄电机构；所述发电机构还可以采用电感式发电机构，所述电感式发电机构包括电感线圈，通过单向导通器件连接所述蓄电机构；所述发电机构还可以米用光能发电机构，所述光能发电机构包括光电转换器件，所述光电转换器件连接所述蓄电机构。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，另外所述发电机构采用压力发电机构、弯折发电机构、震动发电机构等利用机械能转化为电能的机械式发电机构。
7.一种基于权利要求1至6之一所述系统的基于物联网的信息物理方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：步骤1：通过传感器元件获取采集原始的数据信息；步骤2：对采集到的数据信息进行处理后，然后将数据信息进行发射；步骤3：在数据信息发射过程中，对数据信息进行加密。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3：步骤3：在数据信息发射过程中，对数据信息进行加密的方法执行以下步骤：加密文本生成步骤，利用一个加密密钥和一个参数、根据一个加密算法由该明文生成该加密文本，该加密算法按照该参数适用于解密装置的一个参数值来改变解密该加密文本时的解密错误概率；以及更新该参数的更新步骤。
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