CN106790652A - 一种多模物联网标准化模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模物联网标准化模组，采用统一接入认证模型，包括天线，能在同一个芯片中，实现多种不同的无线网络通信模式，模块可以根据用户配置工作在特定模式。所述统一接入认证模型整个框架由认证模块层、通用协议管理层和密钥适配层三个模块组成，其中认证模块层和通用协议管理层在SIM卡或芯片上实现，密钥适配层在终端设备上来实现。所述天线采用多支路结构和耦合馈电技术，实现天线的宽带化和小型化。本发明共用一个天线实现多模共存，实现小型化板载天线，同时覆盖多模应用，实现新型物联网设备接入认证，保证物联网安全连接。

Description

一种多模物联网标准化模组

技术领域

本发明涉及多模物联网标准化模组，具体涉及基于统一接入认证模型和新型天线的多模物联网标准化模组。

背景技术

目前，国内物联网产业链和产业体系初步形成，产业规模快速增长。麦肯锡预测，未来十年内，全球物联网将创造10多万亿美元的价值，约占全球经济的1/10。在我国，物联网被国家列入“十三五”规划的重点发展领域，各企业也已抢滩布局物联网市场，物联网正处于大规模爆发式增长的前夜。

物联网产业蛋糕到底有多大，据前瞻产业研究院《中国物联网行业细分市场需求与投资机会分析报告》显示，2015年全球物联网产业达到5917亿美元，并以每年超过220%的速率增长，2019年将达到13000亿美元。

随着物联网产品形态不断增多，一方面模块价格仍会继续走低；另一方面，物联网模块的需求还会向着多样化的方向发展，以满足越来越多不同类型设备的功能需求。业界专家预测，在未来的一至两年内，用于物联网的无线通信模块，会朝着更加集成化、小型化的方向发展，越来越多的芯片和功能会集成进物联模块中。目前模块市场中，现有的物联网模块只针对某特定应用的专用网络而设计，其扩展性差，不具有可替换性，这些设计上的局限性使得当前的物联网模块不能满足物联网发展的需要。

伴随着物联网的发展，不可避免地产生了信息安全问题。与传统互联网相比，物联网中的传感器节点通常被部署在物理攻击可以到达的区域，在能量，通信能力等方面有限，由于物联网组成的复杂性，分布的节点资源的有限性，末端传输的无线性等特点，物联网比传统互联网更容易受到攻击侵扰，面临更严峻的信息安全问题。主要有节点的本地安全问题，容易受到伪造，复制，而且传感器节点的资源一般有限，无法使用复杂的安全协议，安全保护能力差；数据端到端的传输安全问题，尤其是无线传输中的安全问题；物联网中个人隐私安全问题主要安全防范技术措施包括：

设备接入认证：由于感知节点容易被物理操纵，因此必须对节点的合法性进行认证，建立接入设备认证体系，实现物联密匙管理服务器和认证服务器。

数据传输加密：主要有节点到节点和端到端两种方式。

随着物联网技术的飞速发展,物联网模块数量剧增,能同时工作在多个模式的多模模块尤其受到青睐。天线是模块中的一个重要组成部分,其性能直接影响着模块的性能，所以模块天线的设计在整个设计流程中至关重要。设计能同时覆盖Cat-1、eMTC、NB-IoT，GPRS的多模天线至关重要。

发明内容

1.发明目的：

针对当前物联网模块的不足，本发明提出综合化物联网网络***下，多模模块的体系结构和实现方法，该模块支持各种不同通信制式的设备无差别地接入网络，实现通信协议之间的转换，为中间件或者应用程序提供统一的数据格式，对上层屏蔽底层异构的网络。

2.技术方案：

一种多模物联网标准化模组，采用统一接入认证模型，包括新型天线，能在同一个芯片中，实现多种不同的无线网络通信模式，模块可以根据用户配置工作在特定模式。

所述统一接入认证模型整个框架由认证模块层、通用协议管理层和密钥适配层三个模块组成，其中认证模块层和通用协议管理层在SIM卡或芯片上实现，密钥适配层在终端设备上来实现。

所述认证模块层通过对SIM卡进行扩展，使其具有开放性，能够支持多种认证协议。

所述通用协议管理层对认证协议进行模块化管理，将认证协议以模块的形式进行添加和删除，凡是双向认证的协议均可以添加到通用认证模块中，协议的添加可以通过空口与移动网络运营商MNO进行交互，下载到终端；

所述通用协议管理层对认证协议进行封装和认证框架制定，不同的认证协议消息交互是各不相同的，为了能够让交互的双方理解协议消息的内容，需要对消息做封装，加上一定的头部信息，使得双方能够理解所传输消息的语义信，同时为了能够将这些各不相同的协议统一对外提供服务，需要制定一个认证框架，也即对外的统一接口，这样对外就能够消除差异性；

所述通用协议管理层协议执行双方进行认证协议的协商选择，由于终端支持多种认证方法，所以网络侧在同终端进行认证之前，需要先从所支持的认证协议中协商出一种双方均支持的协议，然后执行，为了实现通用协议管理层的功能，借鉴扩展认证协议EAP的方法；

所述密钥适配层分别给不同的通信模块提供各自的密钥，所述密钥适配层将统一密钥分别转化成各个通信模块和应用服务需要的密钥，并将其对应输出。密钥适配层的功能在终端来实现；

所述天线采用新型多支路结构和耦合馈电技术，实现天线的宽带化和小型化；

所述天线的不同频段对应的天线的走线长度不同，

所述天线通过单刀多掷开关实现在几种走线的天线之间的切换。

3.有益效果：

本发明多模天线采用新型多支路结构和耦合馈电技术实现天线的宽带化和小型化,该天线的-5dB回波损耗频带为0.59～1.01GHz、1.71～3.00GHz,完全覆盖Cat-1、eMTC、NB-IoT，GPRS通信***频带,天线在Cat-1、eMTC、NB-IoT，GPRS频段的最大增益分别为-0.6dBi、0.7dBi、1.5dBi、-0.1dBi,效果良好。

本发明共用一个天线实现多模共存，实现小型化板载天线，同时覆盖多模应用，实现新型物联网设备接入认证，保证物联网安全连接。

附图说明

图1是本发明硬件设计框架图

图2是本发明统一接入认证模型图

图3是本发明新型天线原理图。

具体实施方式

下面结合实施实例和附图对本发明作进一步说明。

一种多模物联网标准化模组，图1是硬件设计框架图，采用统一接入认证模型，包括新型天线，能在同一个芯片中，实现多种不同的无线网络通信模式，模块可以根据用户配置工作在特定模式。

所述统一接入认证模型整个框架由认证模块层、通用协议管理层和密钥适配层三个模块组成，如图2所示，其中认证模块层和通用协议管理层在SIM卡或芯片上实现，密钥适配层在终端设备上来实现。

所述认证模块层通过对SIM卡进行扩展，使其具有开放性，能够支持多种认证协议。这些协议既包括已有的AKA协议、TLS协议等，也可支持各种新的认证协议，如：基于生物特征的认证方法等。

所述通用协议管理层实现以下三个功能：

1）对认证协议进行模块化管理。将认证协议以模块的形式进行添加和删除，凡是双向认证的协议均可以添加到通用认证模块中，如：将新设计的生物特征的认证协议添加到通用认证模块中，同时将所能够支持的协议进行集中注册。协议的添加可以通过空口与移动网络运营商MNO进行交互，下载到终端。

2）对认证协议进行封装和认证框架制定。不同的认证协议消息交互是各不相同的，为了能够让交互的双方理解协议消息的内容，需要对消息做封装，加上一定的头部信息，使得双方能够理解所传输消息的语义信息。同时为了能够将这些各不相同的协议统一对外提供服务，需要制定一个认证框架，也即对外的统一接口，这样对外就可以消除差异性，如对外提供的密钥全部为MSK和EMSK；

3）协议执行双方进行认证协议的协商选择。由于终端支持多种认证方法，所以网络侧在同终端进行认证之前，需要先从所支持的认证协议中协商出一种双方均支持的协议，然后执行。为了实现通用协议管理层的功能，可以借鉴扩展认证协议EAP的方法。

所述密钥适配层分别给不同的通信模块提供各自的密钥，为了分别给不同的通信模块提供各自的密钥，需在SIM卡认证模块和通信模块之间添加一个密钥适配层，所述密钥适配层将统一密钥（MSK，EMSK）分别转化成各个通信模块和应用服务需要的密钥，并将其对应输出。密钥适配层的功能在终端来实现。具体来说是各个通信模块根据SIM统一的输出参数（MSK，EMSK）进行处理，将其转换成自己所需的密钥参数。

如图3所示，所述新型天线采用新型多支路结构和耦合馈电技术，实现天线的宽带化和小型化，。所述新型天线不同频段对应的天线的走线长度不同，所述新型天线通过单刀多掷开关实现在几种走线的天线之间的切换。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种多模物联网标准化模组，采用统一接入认证模型，包括天线，在同一个芯片中，实现多种不同的无线网络通信模式，模块根据用户配置工作在特定模式；

所述统一接入认证模型整个框架由认证模块层、通用协议管理层和密钥适配层三个模块组成，其中认证模块层和通用协议管理层在SIM卡或芯片上实现，密钥适配层在终端设备上来实现；

所述认证模块层通过对SIM卡进行扩展，使其具有开放性，能够支持多种认证协议；

所述通用协议管理层对认证协议进行模块化管理，将认证协议以模块的形式进行添加和删除，凡是双向认证的协议均可以添加到通用认证模块中，协议的添加可以通过空口与移动网络运营商MNO进行交互，下载到终端；

所述通用协议管理层对认证协议进行封装和认证框架制定，不同的认证协议消息交互是各不相同的，为了能够让交互的双方理解协议消息的内容，需要对消息做封装，加上一定的头部信息，使得双方能够理解所传输消息的语义信，同时为了能够将这些各不相同的协议统一对外提供服务，需要制定一个认证框架，也即对外的统一接口，这样对外就能够消除差异性；

所述通用协议管理层协议执行双方进行认证协议的协商选择，由于终端支持多种认证方法，所以网络侧在同终端进行认证之前，需要先从所支持的认证协议中协商出一种双方均支持的协议，然后执行，为了实现通用协议管理层的功能，借鉴扩展认证协议EAP的方法；

所述密钥适配层分别给不同的通信模块提供各自的密钥，所述密钥适配层将统一密钥分别转化成各个通信模块和应用服务需要的密钥，并将其对应输出；密钥适配层的功能在终端来实现；

所述天线采用新型多支路结构和耦合馈电技术，实现天线的宽带化和小型化；

所述天线的不同频段对应的天线的走线长度不同，

所述天线通过单刀多掷开关实现在几种走线的天线之间的切换。