CN116828457A - 应用于酒窖中智能无线监测方法、系统和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于酒窖中智能无线监测方法、系统和介质，方法包括：将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定；利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据；在接收到所述加密数据后，利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据。本发明能够很好地解决酒窖中的环境数据收集、传感器接入和干扰管理、数据的高效传输和分析、以及异常报警和智能处理等问题，降低人工成本，并大大提高监测效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线传输技术领域，特别是涉及一种应用于酒窖中智能无线监测方法、系统和介质。
背景技术
随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)得到了广泛的应用。尤其是其无线的特性使其在部署时受到的空间限制更少，灵活性更高。
无线监测系统相较于基于互联网的有线检测系统，具有部署方便和接入量大等优点。新兴的智能控制和无线通信技术应用到传统的酿酒行业中，能够显著降低人力物力和财力。
在酒窖监测中，发酵数据是监测的核心，因此防止数据泄密也是构建酒窖智能无线监测系统的重要指标之一。酒窖数据泄密的方式主要有两种，一是通过网络截获数据包并破译密文的方式窃取数据，二是人为泄密。如何避免酒窖数据在无线传输过程中的泄密是当下将新兴的智能控制和无线通信技术应用到传统的酿酒行业中时亟需要解决的技术问题。
发明内容
提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种应用于酒窖中智能无线监测方法、系统和介质。
根据本发明的第一方案，提供一种应用于酒窖中智能无线监测方法，所述方法包括：
将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定；
利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据；
在接收到所述加密数据后，利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据。
进一步地，通过如下公式确定加密数字：
（1）
式中，S表示加密数字，N表示传感器编号范围的首位数字，C表示传感器的类型，M表示传感器的出厂月份。
进一步地，通过如下公式对原始数据进行加密得到加密数据：
（2）
式中，Y表示加密数据，X表示原始数据，S t 表示加密数字的二进制转换结果，N t 表示传感器编号范围的首位数字的二进制转换结果。
进一步地，通过如下公式对所述加密数据进行解密：
（3）
式中，X表示原始数据，Y表示加密数据，S t 表示加密数字的二进制转换结果，N t 表示传感器编号范围的首位数字的二进制转换结果。
进一步地，所述方法还包括：
利用直序列扩频的中的M序列来设置多个伪随机码，
所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，所述原始信号中包含有所述加密数据；
在接收到原始信号时，利用对应的伪随机码对所述原始信号进行解扩。
进一步地，所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，得到扩频信号，所述扩频信号的扩频增益为：
（4）
式中，表示直序列扩频增益，/>表示扩频信号带宽，/>表示原始信号带宽。
进一步地，在得到扩频信号后，向所述扩频信号中随机加入一个高斯白噪声，并确定扩频后的信噪比：
（5）
式中，表示扩频后的信噪比，/>表示随机产生的高斯白噪声的周期，/>表示扩频信号的周期。
根据本发明的第二方案，提供一种应用于酒窖中智能无线监测系统，所述系统包括：
智能传感器模块，包括多个节点，各个节点用于采集数据并判断数据是否异常，异常数据优先向汇聚节点发送申请，每个节点均连接一个数据加密模块，所述数据加密模块用于对所述节点采集的数据进行加密，被配置为将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定；利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据；
中端处理模块，包括汇聚节点，所述汇聚节点在接收所述节点发出的申请后，验证节点身份，在节点身份验证通过后接收对应节点的申请并建立与所述节点的信号通道，在通过所述信号通道接收数据时，判断数据是否异常，正常数据选择MAC协议中的TDMA传输策略进行传输，异常数据选择混合MAC协议中的CSMA竞争传输策略进行传输，通过所述信号通道接收所述节点发出的加密数据，并将所述加密数据转发至主控平台模块；
主控平台模块，包括终端控制器和数据解密模块，所述数据解密模块被配置为在接收到所述加密数据后，利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据。
进一步地，所述数据加密模块被进一步配置为：利用直序列扩频的中的M序列来设置多个伪随机码，所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，所述原始信号中包含有所述加密数据；
所述数据解密模块被配置为在接收到原始信号时，利用对应的伪随机码对所述原始信号进行解扩。
根据本发明的第三方案，提供一种存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时，执行如上所述的应用于酒窖中智能无线监测方法。
根据本发明各个应用于酒窖中智能无线监测方法、系统和介质的方案，其至少具有以下技术效果：
本发明能够很好地解决酒窖中的环境数据收集、传感器接入和干扰管理、数据的高效传输和分析、以及异常报警和智能处理等问题，降低人工成本，并大大提高监测效率。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1是根据本发明实施例的一种应用于酒窖中智能无线监测方法的流程图。
图2是根据本发明实施例的一种应用于酒窖中智能无线监测方法的部分流程图。
图3是根据本发明实施例的信息查看流程图。
图4是根据本发明实施例的对接入的节点进行身份认证的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
实施例1
本发明实施例提供一种应用于酒窖中智能无线监测方法，如图1所示，该智能无线监测方法包括：
步骤S101，将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定。
具体的，本发明根据“映射”思想将传感器信息和映射结果存放在表格1和表格2中，表格1中包含各类传感器的类型、编号范围、出厂月份信息，它的作用是在传输数据包时传感器可依据表中的信息和式（1）生成一段加密数字，这些加密数字最终被用于加密采集数据，同时它们也将作为映射值被存放于表格2中并收录到主控平台数据库。表格2中的加密数字计算公式如下：
（1）
上式中为映射值中的加密数字，/>表示传感器编号范围的首位数字，/>代表了传感器的类型，而/>则是传感器的出厂月份。
表格1.传感器信息值
表格2.信息映射结果
信息映射结果表设计大致分为四步：以表格 1中的数据为例，一、计算信息表所对应的加密数字，二、设计信息映射结果表（表格 2）中的映射值，三、根据映射值的对应关系确定信息类型，值得一提的是映射表的设计灵活性极高，用户可根据自身需求和相关参数自行设定传感器信息表和计算相应的映射表。
步骤S102，利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据。
在步骤S101中完成了数据加密的准备工作，这一过程主要是为加密函数提供加密参数。在数据转发阶段，通过加密函数将明文数据映射成密文数据并将其存放到数据包中，因此被转发的数据包中仅包含密文数据。为提高数据加密的可靠性，本发明设计了式（2）的加密函数，它的加密原理是通过数学运算的方式将明文数据与映射值相结合从而改变明文数据实现加密，假设原始数据（明文数据）为X，加密后的数据（密文数据）为Y（X和Y都是二进制数），由于所传输的数据皆以二进制的形式进行存储，因此还需对映射值中的S和N进行二进制转换，转换结果用S t 和N t 表示，则加密的公式可表示为：
（2）
式中，Y表示加密数据，X表示原始数据，S t 表示加密数字的二进制转换结果，N t 表示传感器编号范围的首位数字的二进制转换结果。
步骤S103，在接收到所述加密数据后，利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据。
在一些实施例中，通过如下公式对所述加密数据进行解密：
（3）
式中，X表示原始数据，Y表示加密数据，S t 表示加密数字的二进制转换结果，N t 表示传感器编号范围的首位数字的二进制转换结果。
考虑到人为窃取数据主要是利用人工接入控制平台，通过查询的手段窃取平台所存放的数据，因此针对这一行为方式，本发明实施例提出了一种根据身份等级开放可视内容的方式限制用户可查询平台存储的数据内容。身份分级主要是依据员工在职时间和所属职位来进行划分，普通工人身份等级为低级，技术工人和管理人员的身份等级为高级，该方案的执行方式是身份卡验证，当用户想查询平台所存储的信息时只需插入身份卡即可，平台会自动检测身份卡上的信息并根据用户身份等级开放信息内容，普通员工仅开放警报信息，高级员则开放全部内容。
如图3所示，为信息查看流程图，用户在对信息（一般为酒窖数据，通过传感器采集得到）进行查看时，对用户发出的申请信息进行身份的验证，根据申请信息进行身份认证，申请信息包括用户的身份信息，判断该身份信息是否在预存储的身份信息当中，若是则校验通过，否则滤过该申请。在身份验证通过后，根据身份信息来判断身份等级，低级则开放部分信息，如报警信息，高级则开放全部信息。
在一些实施例中，为了避免恶意接入以及恶意干扰，如图2所示，所述方法还包括：
步骤S201，利用直序列扩频的中的M序列来设置多个伪随机码；
步骤S202，所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，所述原始信号中包含有所述加密数据；
步骤S203，在接收到原始信号时，利用对应的伪随机码对所述原始信号进行解扩。
步骤S201-S203实现的基本原理如图3所示，本发明的原始信号频率以为2KHZ为例，扩频信号的频率为4MHZ，扩频增益：
（4）
上式中，表示直序列扩频增益，/>表示扩频信号带宽，/>表示原始信号带宽，根据计算/>，同时加入高斯白噪声后，检测信号的信噪比，利用MATLAB随机生成一个高斯白噪声，其频率为100KHZ，具体计算公式如下：
（5）
上式中，表示扩频后的信噪比，/>是随机产生的高斯白噪声的周期，同样的/>则是扩频信号的周期，通过计算/>dB。
在一些实施例中，运用现代网络加密技术将局部网络隐藏起来也能防止非本地节点的恶意接入。
在一些实施例中，如图4所示，对接入的节点进行身份认证。通常节点在接入系统时都需要校验身份信息。节点的身份信息包含了出场自带的编号、位置信息、节点类型等，这些身份信息通常被系统收录并存储在数据库中只在检验节点时被系统调用。当系统开始校验节点的身份信息时，若出现无法识别或身份信息错误的情况，则该节点会被系统强制踢出网络，若通过则与之建立通信。
实施例2
本发明实施例提供一种应用于酒窖中智能无线监测系统，该系统主要包括有智能传感器模块、终端处理模块、主控平台模块以及数据加密模块和数据解密模块，数据加密模块和数据解密模块被配置为实现如实施例1中阐述的加密和解密方法，具体说来，数据加密模块被配置为将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定；利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据；数据解密模块被配置为利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据，在接收到原始信号时，利用对应的伪随机码对所述原始信号进行解扩。智能传感器模块、终端处理模块、主控平台模块由供能模块提供能量。
为该系统的运行流程图，该系统中的智能传感器模块包括有专用的数据采集传感器，传感器认证系统，对传感器进行认证，通过认证的传感器方能接入监测系统进行数据传输，未能通过认证的终端则不能接入系统，其发送的数据信号将被系统视为干扰信号进行处理。传感器对特定环境数据进行实时检测，将正常范围内的数据周期性发送至主控平台，对于检测异常的数据则进行实时发送。所有数据均采用扩频、加扰和加密等技术进行数据传输，防止数据泄露。主控平台制定传感器的接入和数据传输规则和协议，对接收到的异常数据进行综合评判，采取相应的报警措施，通过系统呼叫管理员终端或者拉响警报等方式提醒工作人员进行处理。
本系统实现的功能是将采集的数据打包后发送到主控平台，而要实现该功能就需要五大模块相互配合，互相协调。首先，各模块的工作需要供电模块为其提供能量，其次，
在无网络介入的情况下，系统内的各模块会独立工作并且不会进行通信，因此需要用无线传输模块在控平台模块、中端处理模块以及智能传感器模块之间搭建数据传输的桥梁以此来实现系统中的信息流通，如此，系统开始工作后智能传感器模块就能将采集的信息通过无线传输模块发送到中端处理模块，而中端处理模块也能依靠无线传输模块搭建的桥梁将整理好的数据包发送给主控平台，最后主控平台再根据数据包中的信息执行相应的操作。实现该功能的详细步骤如下；
首先，系统需要在酒窖内部署大量的节点，这些节点会定期的采集酒窖内的数据并对数据做异常判定，结果正常的节点会按固定时隙周期的向汇聚节点发送申请，当结果异常时则会立即向汇聚节点发送申请，此外当有多个节点同时发送申请时，结果异常的节点会先于结果正常的节点提前发送申请，未能发送申请的节点会持续监听信道直到发送为止。当汇聚节点接收到申请时，首要工作是校验节点身份信息，若信息错误或无法识别，则该节点会被系统过滤掉，若通过检测则与之建立通信。
汇聚节点与该节点建立通信后，汇集节点会根据接收到的申请判定数据是否异常并根据结果选择不同的传输策略，当结果异常时汇聚节点会选择混合MAC协议中的CSMA竞争传输策略，若判定结果正常则选择MAC协议中的TDMA传输策略，传输策略选定之后汇聚节点便开始接收数据并做相应的处理，通过以上步骤后采集的数据才会被发送到主控平台，并且主控平台也会对接收的数据做一次异常判定，其目的是为了判定是否需要向用户示警，若判定结果正常则保存数据，若异常则通过广播的方式向用户示警。
综上所述，本发明至少具有以下优势：
1、系统和传感器部署方便
本系统采用无线传感器和路由相结合的方式形成传感器网络，相较传统有线网络而言在位置部署方面更具灵活性，而且，由于无线通信在空间上接收信号范围更广，使得部署传感器时不会受地理位置的限制，在部署上灵活性极高，同时在后续新添置传感器的部署、接入、以及数据传输工作上灵活方便。
2、机密数据保密性高
此系统采用数据加密、网络加密、接入认证以及可视内容分级（创新点，从信任等级入手）等四重防护措施，从数据的采集、专用网络、接入系统和用户端四个方面入手，通过层层加密的方式极大降低了数据泄密的可能性。
3、异常数据传输和处理效率高
该系统在数据传输方面选用了两套传输协议，一套用于常规数据的传输，另一套用于异常数据的传输，为了提高异常数据的传输效率和处理效率，系统在数据传输时只会执行一套传输协议，因此在发生意外时汇聚节点会关闭常规业务的数据传输服务，而只开启异常数据传输协议。
4、避免恶意接入，抗干扰能力强
该系统所面临的信息干扰来自于外部接入和内部干扰，对于外部干扰，本系统采用认证识别技术和加密网络技术排除恶意接入，而对于内部干扰，则采用地理信息捆绑节点和建立信任模型的方式去避免。
5、报警方式多样化
本发明采取三种报警方式进行预警，一是节点处报警，二是控制平台预警，三是客户端预警。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合（例如，各种实施例交叉的方案）、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例（或其一个或更多方案）可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的发明的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的发明的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
Claims (10)
1.一种应用于酒窖中智能无线监测方法，其特征在于，所述方法包括：
将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定；
利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据；
在接收到所述加密数据后，利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式确定加密数字：
（1）
式中，S表示加密数字，N表示传感器编号范围的首位数字，C表示传感器的类型，M表示传感器的出厂月份。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式对原始数据进行加密得到加密数据：
（2）
式中，Y表示加密数据，X表示原始数据，S t 表示加密数字的二进制转换结果，N t 表示传感器编号范围的首位数字的二进制转换结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式对所述加密数据进行解密：
（3）
式中，X表示原始数据，Y表示加密数据，S t 表示加密数字的二进制转换结果，N t 表示传感器编号范围的首位数字的二进制转换结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用直序列扩频的中的M序列来设置多个伪随机码，
所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，所述原始信号中包含有所述加密数据；
在接收到原始信号时，利用对应的伪随机码对所述原始信号进行解扩。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，得到扩频信号，所述扩频信号的扩频增益为：
（4）
式中，表示直序列扩频增益，/>表示扩频信号带宽，/>表示原始信号带宽。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在得到扩频信号后，向所述扩频信号中随机加入一个高斯白噪声，并确定扩频后的信噪比：
（5）
式中，表示扩频后的信噪比，/>表示随机产生的高斯白噪声的周期，/>表示扩频信号的周期。
8.一种应用于酒窖中智能无线监测系统，其特征在于，所述系统包括：
智能传感器模块，包括多个节点，各个节点用于采集数据并判断数据是否异常，异常数据优先向汇聚节点发送申请，每个节点均连接一个数据加密模块，所述数据加密模块用于对所述节点采集的数据进行加密，被配置为将传感器信息和映射结果分别存储于第一表格和第二表格中，所述传感器信息包括传感器的类型、编号范围以及出厂日期；所述映射结果包括加密数字，所述加密数字根据所述传感器信息进行确定；利用所述加密数字对原始数据进行加密得到加密数据，所述原始数据为传感器所采集到的数据；
中端处理模块，包括汇聚节点，所述汇聚节点在接收所述节点发出的申请后，验证节点身份，在节点身份验证通过后接收对应节点的申请并建立与所述节点的信号通道，在通过所述信号通道接收数据时，判断数据是否异常，正常数据选择MAC协议中的TDMA传输策略进行传输，异常数据选择混合MAC协议中的CSMA竞争传输策略进行传输，通过所述信号通道接收所述节点发出的加密数据，并将所述加密数据转发至主控平台模块；
主控平台模块，包括终端控制器和数据解密模块，所述数据解密模块被配置为在接收到所述加密数据后，利用对应的加密数字对所述加密数据进行解密，得到原始数据。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据加密模块被进一步配置为：利用直序列扩频中的M序列来设置多个伪随机码，所述多个伪随机码按周期运转的形式进行更替以转变原始信号的转发频率，所述原始信号中包含有所述加密数据；
所述数据解密模块被配置为在接收到原始信号时，利用对应的伪随机码对所述原始信号进行解扩。
10.一种存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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