CN104635586B - 一种用于建筑能耗远程监控的数传模块 - Google Patents

一种用于建筑能耗远程监控的数传模块 Download PDF

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Abstract

为了使监控网络更加灵活，本发明提供了一种用于建筑能耗远程监控的数传模块，用于在分布式建筑能耗远程监控***中在服务器端与多个分布式的监控端之间传输数据，所述数传模块均包括无线传输单元、有线传输单元、加密/解密单元、存储单元、GPS单元和编码单元。本发明提高了远程数据传输的安全性和服务器端采用手机、笔记本、平板电脑等移动设备进行临时性的位置改变时路由表维护的便利性以及故障排查的便利性，避免了需要对网络的路由器进行复杂的设置的麻烦。

Description

一种用于建筑能耗远程监控的数传模块
技术领域
本发明涉及远程数据传输技术领域，更具体地，涉及一种用于建筑能耗远程监控的数传模块。
背景技术
具有现代意义的无线传感器网络由于其自身的特点，在大面积监测中有着广泛的应用前景。网络主要由一般节点和汇聚节点组成。一般节点主要负责采集数据，它们之间通过无线通信方式形成多跳的、自组织的、动态的网络***。汇聚节点主要将一般节点的监测数据汇总后传给监控中心服务器终端，并将监控中心的指令发送给一般节点。目前的大部分无线传感器网络的产品中，汇聚节点和服务器PC机之间通过有线的方式或者近距离的无线方式进行通信，然后再通过该PC机与Internet网互连。
例如，申请号为CN200910030015.1的中国发明专利申请公开了一种经由GSM的无线传感器网络远程数据传输***。该***由监测主机、汇聚节点、一般节点、手机、以及安装在汇聚节点上的GSM/GPRS模块组成，通过GSM/GPRS模块使无线传感器网络实现GPRS和GSM双路远程数据的传输。
然而，在目前的硬件中，无线数据传输方式的耗电量比有线数据传输方式的耗电量要大，而且现有技术中的数据传输模块传输方式单一，一旦数据传输
发明内容
为了克服现有技术的上述不足之处，本发明提供了一种用于建筑能耗远程监控的数传模块，用于在分布式建筑能耗远程监控***中在服务器端与多个分布式的监控端之间传输数据，所述数传模块均包括无线传输单元、有线传输单元、加密/解密单元、存储单元、GPS单元和编码单元，其中所述存储单元存储服务器的GPS地理信息，所述有线传输单元使得各个数传模块根据GPS单元获得的各个数传模块的位置与服务器的位置之间的距离远近而使所述加密数据路由到服务器端，该加密数据是对所述监控端获得的监控数据进行加密产生的，加密/解密单元产生加密数据以及与该加密数据相互匹配的解密密钥，所述编码单元对所述解密密钥进行编码并将该编码后的解密密钥分割成第一子解密密钥和第二子解密密钥，所述有线传输单元使得各个数传模块在传输上述加密数据的同时还传输第一子解密密钥，无线传输单元用于直接向服务器端传输所述第二子解密密钥。
进一步地，所述无线传输单元为包括数据加密电路的ZigBee传输模块。
进一步地，所述加密/解密单元采用Flash加密芯片或FPGA加密芯片。
进一步地，所述加密/解密单元产生随机数，并根据随机数与1之间的比例 为分割比例，将解密密钥分割成第一子解密密钥和第二子解密密钥。
进一步地，所述服务器端为可移动监控终端。
进一步地，所述加密/解密单元采用AES加密对所述监控端获得的监控数据进行加密。
进一步地，各数传模块的监控数据还包括各数传模块的GPS信息。
进一步地，所述存储单元包括根据各数传模块的有线传输单元产生的路由表。
本发明的有益效果是：采用无线和有线传输相结合的方式发送加密数据并随机地发送解密密钥的一部分，提高了远程数据传输的安全性，采用GPS单元的GPS信息为基础建立有线数据传输的路由表，提高了服务器端采用手机、笔记本、平板电脑等移动设备进行临时性的位置改变时路由表维护的便利性以及故障排查的便利性，避免了需要对网络的路由器进行复杂的设置的麻烦。此外，本数传模块不需要单独设计复杂高级的加密算法就能够实现高可靠的数据传输。
附图说明
图1示出了本发明用于建筑能耗远程监控的数传模块的优选实施例的结构框图。
图2示出了无线传输单元的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，在分布式建筑能耗远程监控***中，用于建筑能耗远程监控的数传模块，用于在服务器端与多个分布式的监控端之间传输数据。这种服务器端可以被固定在建筑物内的某一个固定的位置且长期保持不变，也可以是使用手机、笔记本、平板电脑等移动设备进行临时性监控和故障维护。
所述数传模块均包括无线传输单元、有线传输单元、加密/解密单元、存储单元、GPS单元和编码单元，其中所述存储单元存储服务器的GPS地理信息，所述有线传输单元使得各个数传模块根据GPS单元获得的各个数传模块的位置与服务器的位置之间的距离远近而使所述加密数据路由到服务器端，该加密数据是对所述监控端获得的监控数据进行加密产生的，加密/解密单元产生加密数据以及与该加密数据相互匹配的解密密钥，所述编码单元对所述解密密钥进行编码并将该编码后的解密密钥分割成第一子解密密钥和第二子解密密钥，所述有线传输单元使得各个数传模块在传输上述加密数据的同时还传输第一子解密密钥，无线传输单元用于直接向服务器端传输所述第二子解密密钥。
上述监控数据还包括各数传模块的GPS信息。根据该GPS信息，产生有线传输单元构成的传输网络的路由表，尤其是要确定最靠近服务器的两个有线传输单元作为有线传输网络的起点和终点。然后，该路由表被保存在各个数传模块中的存储单元内，供有线传输单元进行数据传输。根据该路由表，各个有线传输单元将数据按照路由表中距离自身远近，在靠近服务器端的方向上各节点设置优先级，在此方向上将自身的数据传给距离自身最近的有线传输单元，然后接收到监控数据的有线传输单元再按照同样的方式将数据传输下去，直到传输给服务器。例如，建筑物有3层，服务器设置在1层，则1层、2层和3层的 各个有线传输单元分别将数据传输到这三层上靠近楼梯口的有线传输单元，即3层的各个有线传输单元向3层上靠近楼梯口的有线传输单元按照从远到近的顺序传输监控数据，2层的各个有线传输单元向2层上靠近楼梯口的有线传输单元按照从远到近的顺序传输监控数据，1层的各个有线传输单元向1层上靠近楼梯口的有线传输单元按照从远到近的顺序传输监控数据，由3层的靠近楼梯口的有线传输单元向2层的靠近楼梯口的有线传输单元，2层的靠近楼梯口的有线传输单元接收到以后向1层的靠近楼梯口的有线传输单元传输，1层的靠近楼梯口的有线传输单元在接收到2层的靠近楼梯口的有线传输单元传输来的数据以后，再传输给服务器端。
如图2所示，所述无线传输单元为包括数据加密电路的ZigBee传输模块。加密电路为FPGA电路，所述的FPGA加密电路包括混沌密钥序列模块、控制模块、数据加解密模块和异步串行发送接收模块，在控制模块的控制下，由混沌密钥序列模块产生密钥序列，提供给数据加解密模块加解密，处理完的数据经由异步串行发送接收模块发送给通信信道，所述FPGA加密电路完全基于FPGA设计，以并行运算的形式解决复杂运算问题，提高运算速度与破译难度。ZigBee传输模块由集成ZigBee模块的MC13213单片机作为控制核心。MC13213单片机通过第34、35、36脚分别与不平衡变压器2450BL18B200E(T1)的第2、4、3脚连接，再通过和不平衡变压器2450BL18B200E(T1)第1脚经电容(C16)连接的天线2450AT43A100E(A1)实现数据的调制接收与发射。MC13213单片机的第28和29脚分别与晶体CX3225SB 16000(Y1)的第1和3脚连接，晶体CX3225SB 16000(Y1)为单片机内部集成的ZigBee模块提供标准16M频率。ZigBee传输模块电源的获取和对LED灯驱动电路的控制是通过8芯插针(J1)实现的，8芯插针(J1)的第1到8脚分别连接MC13213的第45、40、53、48、15、20、21和40脚。
所述有线传输单元彼此连接，例如，在同一层中的各个有线传输单元彼此连接，靠近建筑物的楼梯口的有线传输单元与其他楼层的有线传输单元彼此连接。连接后的有线传输单元还可以构成星形布线结构。在其他的实施例中，有线传输网络还可以采用CAT6标准下的其他布线结构。这样，逐级地连接到服务器端。当服务器改变位置时，最靠近服务器的两个有线传输单元被连接在一起，而服务器变更位置后的地点附近的两个有线传输单元可以被打开原有的彼此连接，从而重新建立有线传输单元构成的传输网络的起点和终点。
进一步地，所述加密/解密单元采用Flash加密芯片或FPGA加密芯片，通过烧录加密和解密算法，其采用AES加密对所述监控端获得的监控数据进行加密，并产生一随机数，根据随机数与1之间的比例为分割比例，将解密密钥分割成第一子解密密钥和第二子解密密钥。在本优选的实施例中，该加密/解密单元采用华曦达科技公司的型号为DM2016N的加密芯片。例如，产生的随机数是235，则按照235：1的比例将解密密钥进行分割，分割过程中遇到无法被按照字节分割的情形时，将该分割处的字节分配到比例关系较小的子解密密钥。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种用于建筑能耗远程监控的数传模块，用于在分布式建筑能耗远程监控***中在服务器端与多个分布式的监控端之间传输数据，其特征在于，所述数传模块均包括无线传输单元、有线传输单元、加密/解密单元、存储单元、GPS单元和编码单元，其中所述存储单元存储服务器的GPS地理信息，所述有线传输单元使得各个数传模块根据GPS单元获得的各个数传模块的位置与服务器的位置之间的距离远近而使加密数据路由到服务器端，该加密数据是对所述监控端获得的监控数据进行加密产生的，加密/解密单元产生加密数据以及与该加密数据相互匹配的解密密钥，所述编码单元对所述解密密钥进行编码并将该编码后的解密密钥分割成第一子解密密钥和第二子解密密钥，所述有线传输单元使得各个数传模块在传输上述加密数据的同时还传输第一子解密密钥，无线传输单元用于直接向服务器端传输所述第二子解密密钥。
2.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，所述无线传输单元为包括数据加密电路的ZigBee传输模块。
3.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，所述加密/解密单元采用Flash加密芯片或FPGA加密芯片。
4.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，所述加密/解密单元产生随机数，并根据随机数与1之间的比例为分割比例，将解密密钥分割成第一子解密密钥和第二子解密密钥。
5.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，所述服务器端为可移动监控终端。
6.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，所述加密/解密单元采用AES加密对所述监控端获得的监控数据进行加密。
7.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，各数传模块的监控数据还包括各数传模块的GPS信息。
8.根据权利要求1所述的用于建筑能耗远程监控的数传模块，其特征在于，所述存储单元包括根据各数传模块的有线传输单元产生的路由表。
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