CN115426627B - 一种基于5g网络的工业物联网数据采集箱 - Google Patents

一种基于5g网络的工业物联网数据采集箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱，涉及数据存储技术领域，利用5G网络低时延通信的特性，将工业数据进行快速传输，降低数据采集终端自身的数据存储负荷，从而降低因为不同数据端口所生成的工业数据的时效性不一致，从而无法使得不同数据端口的数据同步情况，同时避免数据采集终端出现数据冗余；另一方面利用加密算法对工业数据本身进行加密的同时，直接对存储工业数据的存储模块和生成工业数据的数据端口进行密钥共享，从而使得工业数据的存储和调用权限更加清晰，且在进行数据调用时，对所调用的数据进行数据完整性验证，保证数据端口所调用的数据的完整性。

Description

一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域，具体是一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱。
背景技术
在现代生产企业中，越来越多的工业控制设备进行升级，打造纯数字工业现场。在工厂里，每台设备都在产生数据，从设备数据的角度来看，可以从庞大的数据背后挖掘、分析设备意外停机的形成原因、良品率提高的方式，还能找出更好的设备维护方式，从而提高工厂整体的生产效率，这可见设备数据的价值对一个工厂发展是至关重要的；
在进行工业数据的采集过程中，往往会因为多端口数据的同时采集，导致数据无法同步，同时在进行数据存储的过程中，对于数据的保存和调用的权限模糊，而5G网络具有良好的低延时特性，如何利用5G网络特性提高工业数据获取过程中的数据同步性，且对所获得的工业数据的安全性进行提高，是我们需要解决的问题，为此，现提供一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱，包括监控中心，所述监控中心和/或电性连接有数据采集模块、数据处理模块以及存储模块；
所述数据采集模块由若干个数据采集终端组成，用于持续获取各个数据端口所产生的工业数据，并将所获得的各个数据端口所产生的工业数据进行同步；
所述数据处理模块用于对不同的数据采集终端所获取到的工业数据进行处理，将所获得的工业数据转化为数据流，并对数据流进行加密，获得加密数据流；
所述存储模块用于对所获得的加密数据流进行保存，并根据数据调用需求在调用存储模块内的工业数据时，对加密数据流进行解密。
进一步的，所述数据采集模块获取各个数据端口所产生的工业数据的过程包括：
对产生工业数据的数据端口进行标记，并将数据采集终端分别与对应的数据端口进行链接，每个数据端口均设置有对应的数据识别序列；
对每个数据采集终端设置数据获取限制，通过数据采集终端连续获取工业数据，且当所获得的工业数据量达到数据获取限制时，则形成数据断层，并对数据采集终端的连续获取的工业数据量进行重置。
进一步的，所述数据断层由两个相互唯一关联的数据识别标签组成，数据识别标签包括断层识别序列和所在数据端口的数据识别序列。
进一步的，所述数据处理模块对所获得的工业数据的处理过程包括：
建立临时数据存储区间，并将来自不同的数据采集终端所获得的工业数据导入至临时数据存储区间内；
选择任一数据端口，并将所选择的数据端口标记为主数据端口；
获取数据采集终端从主数据端口获取工业数据的时间，并以主数据端口获取工业数据的时间，对不同的数据采集终端所获取到的工业数据进行数据同步；
将所获得的工业数据的数据断层进行标记，并根据所标记的数据断层获取对应的数据识别标签及工业数据；
将数据识别标签及工业数据分别转化为第一数据流段和第二数据流段，并将第一数据流段和第二数据流段进行拟合，获得原始数据流，并对所获得的原始数据流进行加密。
进一步的，对原始数据流进行加密的过程包括：
根据原始数据流的数据长度选取两个不相等的质数，并将其相乘获得相应数值，并计算获得该数值的欧拉函数k；
则在1至k之间随意选取一个数值e，且所选取的数值e满足与数值m互质；
根据所获得的数值e和数值m，获得数值e的模反元素d，并分别生成公钥和私钥；
将所获得的私钥与数据端口进行共享，同时将所获得的公钥进行保留，并通过所获得的公钥和私钥对原始数据流进行加密，获得加密数据流；
将保留的公钥发送至存储模块，并生成响应序列，并对响应序列进行加密。
进一步的，对响应序列进行加密的过程包括：
通过协商获得数据端口与存储模块的AES密钥；
通过所获得的AES密钥对响应序列进行加密，获得第一加密序列；
使用公钥对AES密钥进行加密，并将加密后的AES密钥转化为第二加密序列；
将所获得的第一响应密文和第二响应密文发送至监控中心。
进一步的，所述存储模块对加密数据流的解密过程包括：
将监控中心内的第一响应密文和第二响应密文发送至存储模块；
通过存储模块保留的公钥对所接收到的第一响应密文和第二响应密文进行解密，获得AES密钥，用AES密钥解析加密的响应序列，完成对加密的响应序列的解析后，生成数据解密指令；将所需要调用的加密数据流进行标记，并通过数据端口所保留的私钥对加密数据流进行解密。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用5G网络低时延通信的特性，将工业数据进行快速传输，降低数据采集终端自身的数据存储负荷，从而降低因为不同数据端口所生成的工业数据的时效性不一致，从而无法使得不同数据端口的数据同步情况，同时避免数据采集终端出现数据冗余；另一方面利用加密算法对工业数据本身进行加密的同时，直接对存储工业数据的存储模块和生成工业数据的数据端口进行密钥共享，从而使得工业数据的存储和调用权限更加清晰，且在进行数据调用时，对所调用的数据进行数据完整性验证，保证数据端口所调用的数据的完整性。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于5G网络的工业物联网数据采集箱，包括监控中心，所述监控中心和/或电性连接有数据采集模块、数据处理模块以及存储模块；
所述数据采集模块由若干个数据采集终端组成，用于持续获取所产生的工业数据，具体过程包括：
对产生工业数据的数据端口进行标记，并将数据采集终端分别与对应的数据端口进行链接；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，每个数据端口均设置有对应的数据识别序列，数据采集终端在与数据端口进行链接时，会通过数据端口内的数据识别序列对数据采集终端链接行为进行认证，并在完成认证后，将数据识别序列与数据采集终端进行关联标记；
对每个数据采集终端设置数据获取限制，即每个数据采集终端所能连续获取到的工业数据量存在上限；
通过数据采集终端连续获取工业数据，且当所获得的工业数据量达到数据获取限制时，则形成数据断层，并对数据采集终端的连续获取的工业数据量进行重置；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述数据断层由两个相互唯一关联的数据识别标签组成，数据识别标签包括断层识别序列和所在数据端口的数据识别序列；
将数据采集终端所获得的工业数据实时传输至数据处理模块；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，工业数据在进行实时传输的过程中是通过5G网络环境进行传输，利用5G网络低时延通信的特性，将工业数据进行快速传输，降低数据采集终端自身的数据存储负荷，从而避免数据采集终端出现数据冗余，造成不同数据端口所生成的工业数据的时效性不一致，从而无法使得不同数据端口的数据同步。
所述数据处理模块用于对不同的数据采集终端所获取到的工业数据进行处理，具体处理过程包括：
建立临时数据存储区间，并将来自不同的数据采集终端所获得的工业数据导入至临时数据存储区间内；
选择任一数据端口，并将所选择的数据端口标记为主数据端口；
获取数据采集终端从主数据端口获取工业数据的时间，并以主数据端口获取工业数据的时间，对不同的数据采集终端所获取到的工业数据进行数据同步；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，利用5G网络的低时延通信的特性降低数据在传输过程中的延迟，再完成对工业数据的传输后，将所获得的工业数据导入至所建立的临时数据存储区间内，在临时数据存储区间内根据工业数据的获取时间，进一步的将工业数据进行物理同步，从而保证不同数据端口的工业数据的采集过程低时延和同步；
将所获得的工业数据的数据断层进行标记，并根据所标记的数据断层获取对应的数据识别标签及工业数据；
将数据识别标签及工业数据分别转化为第一数据流段和第二数据流段，并将第一数据流段和第二数据流段进行拟合，获得原始数据流；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，原始数据流由n个二进制单元码组成，即原始数据流的数据长度为n，其中n为整数，且n≥3；
对所获得的原始数据流进行加密；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对原始数据流进行加密的过程包括：
根据原始数据流的数据长度选取两个不相等的质数a和b，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，a和b均小于等于n；
将a和b相乘获得数值m，并计算获得m的欧拉函数，将所获得的数值m的欧拉函数标记为k；
则在1至k之间随意选取一个数值，将该数值标记为e；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所选取的数值e满足与数值m互质；
根据所获得的数值e和数值m，获得数值e的模反元素，并将数值e的模反元素标记为数值d；
根据所获得的数值m、数值e以及模反元素d分别生成公钥和私钥，将所生成的公钥记为[m，e]，私钥记为[m，d]；
将所获得的私钥发送至获取该原始数据流对应的工业数据的数据端口，并将私钥与数据端口进行共享，同时将所获得的公钥进行保留，并通过所获得的公钥和私钥对原始数据流进行加密，获得加密数据流；
将保留的公钥发送至存储模块，并生成响应序列，并对响应序列进行加密；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对响应序列进行加密的过程包括：
通过协商获得数据端口与存储模块的AES密钥；
通过所获得的AES密钥对响应序列进行加密，获得第一加密序列；
使用公钥[m，e]对AES密钥进行加密，并将加密后的AES密钥转化为第二加密序列；
将所获得的第一响应密文和第二响应密文发送至监控中心。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，在需要调用存储模块中的工业数据时，由对应的数据端口生成数据调用需求，并将数据调用需求发送至监控中心；
所述存储模块用于对所获得的加密数据流进行保存，并根据数据调用需求在调用存储模块内的工业数据时，对加密数据流进行解密，具体过程包括：
监控中心接收到数据调用需求时，则将监控中心内对应的第一响应密文和第二响应密文进行标记，并将第一响应密文和第二响应密文发送至存储模块；
通过存储模块保留的公钥(n，d)对所接收到的第一响应密文和第二响应密文进行解密，获得AES密钥，用AES密钥解析加密的响应序列，完成对加密的响应序列的解析后，生成数据解密指令；
根据生成的数据解密指令，对数据调用需求所需要调用的加密数据流进行解密；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对加密数据流进行解密的过程包括：
将所需要调用的加密数据流进行标记，并获取数据端口所保留的私钥；
通过数据端口所保留的私钥，对加密数据流进行解密；
将解密后的数据流进行标记，并获取解密后的数据流的基本信息，解密后的数据流的基本信息包括组成数据流的二进制单元码的组成序列以及数据长度，将该数据长度标记为Q。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，在完成对加密数据流的解密后，对解密后的数据流的完整性进行验证，从而确保所接收到的数据流的内容准确无误，对数据流的完整性的验证过程包括：
将解密后的数据流标记为验证数据流，将所需调用的数据流标记为参照数据流；
则参照数据流的数据长度为n，验证数据流的数据长度为K；
当n≠K时，则表示数据端口所接收到的验证数据流与参照数据流之间存在差异；
则将验证数据流进行拦截，并按照原路径，重新对所需要调用的数据流进行接收；
当L＝K时，则分别读取参照数据流与验证数据流的二进制单元码序列；
将参照数据流与验证数据流的二进制单元码序列按照顺序逐一进行匹配，并获得匹配结果；
输出匹配结果；
若匹配结果显示参照数据流与验证数据流的二进制单元码序列匹配结果一致，则表示数据端口所接收到的数据流完整；
若匹配结果显示参照数据流与验证数据流的二进制单元码序列匹配结果不一致，则将验证数据流进行拦截，并按照原路径，重新对所需要调用的数据流进行接收。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于5G网络的工业互联网数据采集箱，其特征在于，包括监控中心，所述监控中心电性连接有数据采集模块、数据处理模块以及存储模块；
所述数据采集模块由若干个数据采集终端组成，用于持续获取各个数据端口所产生的工业数据，并将数据采集终端所获得的工业数据实时传输至数据处理模块；其中，所述获取各个数据端口所产生的工业数据包括：
对产生工业数据的数据端口进行标记，并将数据采集终端分别与对应的数据端口进行链接，每个数据端口均设置有对应的数据识别序列；
对每个数据采集终端设置数据获取限制，通过数据采集终端连续获取工业数据，且当所获得的工业数据量达到数据获取限制时，则形成数据断层，并对数据采集终端的连续获取的工业数据量进行重置；所述数据断层由两个相互唯一关联的数据识别标签标识，数据识别标签包括断层识别序列和所在数据端口的数据识别序列；
所述数据处理模块用于对不同的数据采集终端所获取到的工业数据进行处理，包括：将所获得的各个数据端口所产生的工业数据进行同步，将工业数据转化为数据流，并对数据流进行加密，获得加密数据流，在加密的同时，对存储工业数据的存储模块和生成工业数据的数据端口进行密钥共享；
所述存储模块用于对所获得的加密数据流进行保存，并根据数据调用需求在调用存储模块内的工业数据时，对加密数据流进行解密。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的工业互联网数据采集箱，其特征在于，所述数据处理模块对所获得的工业数据的处理过程具体包括：
建立临时数据存储区间，并将来自不同的数据采集终端所获得的工业数据导入至临时数据存储区间内；
选择任一数据端口，并将所选择的数据端口标记为主数据端口；
获取数据采集终端从主数据端口获取工业数据的时间，并以主数据端口获取工业数据的时间，对不同的数据采集终端所获取到的工业数据进行数据同步；
将所获得的工业数据的数据断层进行标记，并根据所标记的数据断层获取对应的数据识别标签及工业数据；
将数据识别标签及工业数据分别转化为第一数据流段和第二数据流段，并将第一数据流段和第二数据流段进行拟合，获得原始数据流，并对所获得的原始数据流进行加密。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G网络的工业互联网数据采集箱，其特征在于，对原始数据流进行加密的过程包括：
根据原始数据流的数据长度选取两个不相等的质数，并将其相乘获得相应数值m，并计算获得该数值的欧拉函数k；
则在1至k之间随意选取一个数值e，且所选取的数值e满足与数值m互质；
根据所获得的数值e和数值m，获得数值e的模反元素d，并分别生成公钥和私钥；
将所获得的私钥与数据端口进行共享，同时将所获得的公钥进行保留，并通过所获得的公钥和私钥对原始数据流进行加密，获得加密数据流；
将保留的公钥发送至存储模块，并生成响应序列，并对响应序列进行加密。
4.根据权利要求3所述的一种基于5G网络的工业互联网数据采集箱，其特征在于，对响应序列进行加密的过程包括：
通过协商获得数据端口与存储模块的AES密钥；
通过所获得的AES密钥对响应序列进行加密，获得第一加密序列；
使用公钥对AES密钥进行加密，并将加密后的AES密钥转化为第二加密序列；
将所获得的第一响应密文和第二响应密文发送至监控中心。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G网络的工业互联网数据采集箱，其特征在于，所述存储模块对加密数据流的解密过程包括：
存储模块接收监控中心发送的第一响应密文和第二响应密文；
通过存储模块保留的公钥对所接收到的第一响应密文和第二响应密文进行解密，获得AES密钥，用AES密钥解析加密的响应序列，完成对加密的响应序列的解析后，生成数据解密指令；将所需要调用的加密数据流进行标记，并通过数据端口所保留的私钥对加密数据流进行解密。
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