CN216122411U - 使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统 - Google Patents
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Abstract
使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统属于物联网通信设备技术领域，包括数据基站、物联网云平台、电力载波中继器和物联网终端。本实用新型中物联网云平台发出的加密数据包，被数据基站接收后，通过串联的电力载波中继器一级级的接力放大传输，被某台符合密钥规则的物联网终端接收，实现了物联网云平台与物联网终端的双向通信。为防止物联网云平台和物联网终端被不法黑客操控和窃取，本实用新型采取了端到端(AES算法)加密方式，让数据在从源点到终点的传输过程中始终以密文形式存在，确保用户信息在整个传输过程中均受到保护，所以即使有节点被损坏也不会造成消息泄露。
Description
技术领域
本实用新型属于物联网通信设备技术领域，特别是涉及到一种使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，它是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络技术。该项技术在具体实施过程中，一般采用无线或有线联网方式，都存在无线信号遮挡、弱电布线困难、各厂家设备互不兼容、独立上网费用高等问题。
目前因物联网厂商生产的设备不同，造成联接方式也是五花八门，例如红外、WiFi、网线、蓝牙、ZigBee、VB-IoT、LoRa、LTE等等，让市场陷入混乱态势。
电力线载波(Power Line Carrier-PLC)通信是利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式，也是唯一不需要另外进行线路投资的有线通信方式。利用电力线载波通讯技术可以进行数字信息的双工传输,具有安装方便、节省费用等特点。但由于电力线是给用电设备传送电能的,而不是专门用来传送数据的,所以在数据传输来说存在许多限制和不利因素:
电力线存在本身固有的脉冲干扰。国内使用的交流电频率为50HZ,因而在每一交流周期中,均会出现两次峰值,两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms。
用电负荷载造成载波信号高削减。在实际应用中,当电力线空载时,载波信号点对点传输距离可达到几百米以上；但当电力线上负荷很重时,线路阻抗可达1欧以下,往往只能传输几十米甚至更短，造成对载波信号的高度削减。
电器的电流及电磁干扰。各类大功率用电器具开启、关闭及使用过程中产生的电流和电磁干扰，会造成载波信号的高噪声和高畸变。
因此电力线上的高干扰、高削减、高噪声、高畸变,使电力线作为通讯媒介很不理想,因而大大限制了其应用领域和使用效果。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，用于解决现有的电力线载波高干扰、高削减、高噪声、高畸变的技术问题。
使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，包括数据基站、物联网云平台、电力载波中继器和物联网终端，所述数据基站通过物联网云平台与手机或者电脑连接，数据基站通过电力线与一个以上的电力载波中继器依次串联连接；所述物联网云平台对预传输数据进行加密并传输，物联网云平台对接收的加密数据进行解密并传输；所述物联网终端与电力载波中继器电性连接，物联网终端对预传输的数据进行加密，对接收的加密数据进行解密。
所述电力载波中继器包括载波耦合电路、信号接收电路、输入滤波电路、PLC载波网络控制电路、存储器、信号放大电路、低通滤波电路和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述输入滤波电路的一端与信号接收电路电性连接，输入滤波电路的另一端与PLC载波网络控制电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路还分别与存储器以及信号放大电路电性连接；所述低通滤波电路的一端与信号放大电路电性连接，低通滤波电路的另一端与信号发射电路电性连接。
所述数据基站包括载波耦合电路、信号接收电路、PLC载波网络控制电路、数字信号接口电路、4G/5G通讯模块、数据存储器和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路分别与信号接收电路、数据存储器、数字信号接口电路、以及信号发射电路电性连接；所述4G/5G通讯模块与数字信号接口电路电性连接。
所述4G/5G通讯模块上设置有SIM卡槽。
所述物联网终端包括载波耦合电路、信号接收电路、PLC载波网络控制电路、数字信号接口电路、数据存储器和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路分别与信号接收电路、数据存储器、数字信号接口电路、以及信号发射电路电性连接。
通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：
本实用新型中物联网云平台发出的加密数据包，被数据基站接收后，通过串联的电力载波中继器一级级的接力放大传输，被某台符合密钥规则的物联网终端接收，实现了物联网云平台与物联网终端的双向通信。为防止物联网云平台和物联网终端被不法黑客操控和窃取，本实用新型采取了端到端(AES算法)加密方式，让数据在从源点到终点的传输过程中始终以密文形式存在，确保用户信息在整个传输过程中均受到保护，所以即使有节点被损坏也不会造成消息泄露。
本实用新型提出一种使用PLC电力线载波进行加密传输的物联网通信新方式，通过以台区为单位，在保证载波通信业务稳定性的前提下，用电线将物联网络覆盖到所有电源末端，实现了“有电就有物联网”，解决了网络信号传输最后一公里的问题，从而实现了有电区域网络信号全面覆盖。实现了物联网云平台对各类物品的统一监控与管理，消除了各厂家设备互不兼容、无线信号遮挡、弱电布线困难、独立上网费用高等技术障碍，为“有电就有物联网”技术在民用领域得到更大范围的推广奠定了坚实的基础。
本实用新型采用电力载波中继器串联组网方式，所有数据包都经过电力载波中继器一级级的放大传输。每个电力载波中继器均按照系统发出的OTN中继策略，仅对持有密钥的数据包进行放大，并转发到上一级模块。密钥准入的通讯方式，对未通过认证的数据包均不进行放大传输。用户侧的物联网终端按照密钥准入方式，就近连接到所属的的电力载波中继器(≤100米)，实现与物联网云平台的双向通讯。当用户需要调整各房间物联网终端开启或查询工作状态时，可通过手机或电脑网页形式访问物联网云平台进行远程操作。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：
图1为本实用新型使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统的结构框图。
图2为本实用新型使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统中物联网终端的结构框图。
图3为本实用新型使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统中电力载波中继器的结构框图。
图4为本实用新型使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统中数据基站的结构框图。
图中1-数据基站、2-物联网云平台、3-电力载波中继器、4-物联网终端。
具体实施方式
如图所示，使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，包括数据基站1、物联网云平台2、电力载波中继器3和物联网终端4，所述数据基站1通过物联网云平台2与手机或者电脑连接，数据基站1通过电力线与一个以上的电力载波中继器3依次串联连接；所述物联网云平台2对预传输数据进行加密并传输，物联网云平台2对接收的加密数据进行解密并传输；所述物联网终端4与电力载波中继器3电性连接，物联网终端4对预传输的数据进行加密，对接收的加密数据进行解密。
所述电力载波中继器3包括载波耦合电路、信号接收电路、输入滤波电路、PLC载波网络控制电路、存储器、信号放大电路、低通滤波电路和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述输入滤波电路的一端与信号接收电路电性连接，输入滤波电路的另一端与PLC载波网络控制电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路还分别与存储器以及信号放大电路电性连接；所述低通滤波电路的一端与信号放大电路电性连接，低通滤波电路的另一端与信号发射电路电性连接。
所述数据基站1包括载波耦合电路、信号接收电路、PLC载波网络控制电路、数字信号接口电路、4G/5G通讯模块、数据存储器和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路分别与信号接收电路、数据存储器、数字信号接口电路、以及信号发射电路电性连接；所述4G/5G通讯模块与数字信号接口电路电性连接。
所述物联网云平台2采用LoRaWAN服务器，对传输的数据包进行加密。
所述物联网终端4包括载波耦合电路、信号接收电路、PLC载波网络控制电路、数字信号接口电路、数据存储器和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路分别与信号接收电路、数据存储器、数字信号接口电路、以及信号发射电路电性连接。
物联网终端4将数据包进行打包加密传输到最近的电力载波中继器3的接收端，电力载波中继器3采用串联型组网，使用固定IP地址，接受数据基站1发出的路由指令，仅放大传输指定的数据包，将接收到的加密数据包一级级的放大传输到数据基站1上。数据基站1、电力载波中继器3和物联网终端4之间的通讯都采用密钥准入方式，对未通过认证的数据包均不进行放大传输。数据基站1自带4G/5G通讯模块，4G/5G通讯模块上设置有SIM卡槽，插入SIM上网卡后就可以与物联网云平台2建立通信。物联网云平台2发出的加密数据包，被数据基站1接收后，通过电力载波中继器3一级级的接力放大传输，被某台符合密钥规则的物联网终端4接收，实现了物联网云平台2与物联网终端4双向通信。
未来随着该技术产品在全国大规模推广，将会与各物联网设备厂商建立产业联盟、围绕以电力线载波通信技术为基础，融合“射频、WiFi、蓝牙”等各种短距离无线技术，实现各种通信协议系统性大兼容；让用户购买的物联网设备不再区分厂家和型号，统一接受物联网云平台管理，通电即联网，消除了弱电布线困难、无线信号遮挡、各厂家设备互不兼容、独立上网费用高等技术障碍，真正向无缝物联网通信时代全面转型。
“有电就有物联网”运作模式：
(1)、用户只要将支持电力载波加密通信协议的物联网终端4在任意地点插入市电，就可以用手机或电脑登陆“物联网云平台2”进行远程开启和参数设置，并可以查询到几周或几个月内工作状态和变化情况。
(2)、家中或单位拥有了多台物联网终端4时，用户可在“物联网云平台2”上注册登陆后，逐一扫描二维码添加多台设备，系统用户设备上限最多支持100台。
Claims (5)
1.使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，其特征是：包括数据基站(1)、物联网云平台(2)、电力载波中继器(3)和物联网终端(4)，所述数据基站(1)通过物联网云平台(2)与手机或者电脑连接，数据基站(1)通过电力线与一个以上的电力载波中继器(3)依次串联连接；所述物联网云平台(2)对预传输数据进行加密并传输，物联网云平台(2)对接收的加密数据进行解密并传输；所述物联网终端(4)与电力载波中继器(3)电性连接，物联网终端(4)对预传输的数据进行加密，对接收的加密数据进行解密。
2.根据权利要求1所述的使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，其特征是：所述电力载波中继器(3)包括载波耦合电路、信号接收电路、输入滤波电路、PLC载波网络控制电路、存储器、信号放大电路、低通滤波电路和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述输入滤波电路的一端与信号接收电路电性连接，输入滤波电路的另一端与PLC载波网络控制电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路还分别与存储器以及信号放大电路电性连接；所述低通滤波电路的一端与信号放大电路电性连接，低通滤波电路的另一端与信号发射电路电性连接。
3.根据权利要求1所述的使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，其特征是：所述数据基站(1)包括载波耦合电路、信号接收电路、PLC载波网络控制电路、数字信号接口电路、4G/5G通讯模块、数据存储器和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路分别与信号接收电路、数据存储器、数字信号接口电路、以及信号发射电路电性连接；所述4G/5G通讯模块与数字信号接口电路电性连接。
4.根据权利要求3所述的使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，其特征是：所述4G/5G通讯模块上设置有SIM卡槽。
5.根据权利要求1所述的使用电力线载波进行远距离加密传输的物联网通信系统，其特征是：所述物联网终端(4)包括载波耦合电路、信号接收电路、PLC载波网络控制电路、数字信号接口电路、数据存储器和信号发射电路；所述载波耦合电路分别与信号接收电路以及信号发射电路电性连接；所述PLC载波网络控制电路分别与信号接收电路、数据存储器、数字信号接口电路、以及信号发射电路电性连接。
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