船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關和數(shù)據(jù)采集方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，用于采集下位機的能耗數(shù)據(jù)并發(fā)送至上位機中進行處理，包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、MCU處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和上位機接口模塊，所述電源模塊用于為各個模塊提供電源；所述數(shù)據(jù)采集模塊電連接下位機和MCU處理器模塊；所述MCU處理器模塊電連接數(shù)據(jù)存儲模塊和上位機接口模塊，所述上位機接口模塊用于與上位機電連接，還包括用于進行權限認證和數(shù)據(jù)加密的SAM模塊。還提供一種數(shù)據(jù)采集方法。將SAM應用于船只能耗數(shù)據(jù)通信中，通過對接入的上位機進行身份認證、固化的加密算法和密鑰，實現(xiàn)對船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關的信息數(shù)據(jù)進行加密以確保船只能耗數(shù)據(jù)的機密性和完整性。
【專利說明】船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關和數(shù)據(jù)采集方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船用設備的【技術領域】，尤其是一種船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關和數(shù)據(jù)采集方法。
【背景技術】
[0002]能源計量儀表如電表、水表等，具有無處不在和節(jié)點數(shù)量龐大的特點，是影響人類未來生活的重要技術。人們可以通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡設施對其進行控制、管理和獲取數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡與能源計量儀表網(wǎng)絡的互通，可以通過一種中繼的方法，即選擇一種硬件資源較為豐富的設備作為網(wǎng)關。能源計量儀表的數(shù)據(jù)首先發(fā)送給網(wǎng)關，網(wǎng)關再對數(shù)據(jù)進行解析和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0003]網(wǎng)關是這個網(wǎng)絡中的最大的匯聚點，一方面，它與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相連，邏輯上成為其中一個路由節(jié)點，有能力連接遠程的上位機，如服務器或者終端主機，也有能力接收傳統(tǒng)網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包，并對數(shù)據(jù)包進行處理；另一方面，它與能源計量儀表組成的下位機網(wǎng)絡通過有線接口進行通信。
[0004]為提高船只管理的自動化水平，船舶上的這些能源計量儀表，也可通過網(wǎng)關，將每個船只上所消耗的能源進行統(tǒng)計，并及時發(fā)送至船只的管理平臺。而船只管理平臺也可根據(jù)需要實時調(diào)用查看船只的能耗情況。而這些信息具有高度敏感性，如被非法人員竊獲或篡改將帶來難以彌補的損失。為此，必須將相關信息進行加密和防篡改保護。目前市面上現(xiàn)有的網(wǎng)關設備還不具備有此功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述存在的問題，提供一種船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關和數(shù)據(jù)采集方法，可實時采集船只的能源損耗情況，并通過SAM模塊對設備進行認證，對傳輸數(shù)據(jù)進行加密，保證數(shù)據(jù)通信的安全性，防止外界對網(wǎng)關所存儲或處理的數(shù)據(jù)進行非法攻擊。
[0006]本發(fā)明采用如下技術方案:船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，用于采集下位機的能耗數(shù)據(jù)并發(fā)送至上位機中進行處理，包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、MCU處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和上位機接口模塊，所述電源模塊用于為各個模塊提供電源；所述數(shù)據(jù)采集模塊電連接下位機和MCU處理器模塊；所述MCU處理器模塊電連接數(shù)據(jù)存儲模塊和上位機接口模塊，所述上位機接口模塊用于與上位機電連接，還包括用于進行權限認證和數(shù)據(jù)加密的SAM模塊，所述SAM模塊電連接MCU處理器模塊。
[0007]優(yōu)選的，所述SAM模塊內(nèi)置加解密算法為DES、3DES、RSA、ECC、國密SM1、SM2、SM3、SM4、專用算法的一個或者幾個；所述SAM模塊的認證方式包括賬號認證、MAC地址認證、USB-KEY證書認證或短信認證。
[0008]進一步的，所述SAM模塊包括SAM卡、讀卡器和緩存器，所述SAM卡與讀卡器電連接，所述讀卡器通過緩存器與處理器模塊電連接。
[0009]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括串口 RS232接口模塊、串口 RS485接口模塊、CAN接口模塊的一個或者組合。
[0010]優(yōu)選的，還包括射頻模塊，所述射頻模塊包括天線設備和讀寫卡芯片；所述天線設備電連接讀寫卡芯片，所述讀寫卡芯片電連接處理器模塊。
[0011]優(yōu)選的，所述上位機接口模塊包括無線傳輸模塊和有線以太網(wǎng)傳輸模塊，所述無線傳輸模塊包括GPRS傳輸模塊和/或WIFI傳輸模塊。
[0012]還提供一種數(shù)據(jù)采集方法，包括:
步驟1、數(shù)據(jù)采集模塊采集下位機的記錄數(shù)據(jù)；
步驟2、MCU處理器模塊將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和處理；
步驟3、根據(jù)上位機的請求或設定，SAM模塊進行數(shù)據(jù)加密處理和用戶權威認證；
步驟4、用戶權威認證通過后，MCU處理器模塊將加密后的數(shù)據(jù)通過上位機接口模塊發(fā)送至上位機。
[0013]優(yōu)選的，在步驟3中，還包括通過外部的身份識別射頻卡，射頻模塊進行數(shù)據(jù)加密處理和用戶權威認證。
[0014]進一步的，在步驟3中，SAM模塊對數(shù)據(jù)進行完整性編碼和加密、對發(fā)送請求的上位機的設備身份進行鑒別。
[0015]進一步的，在步驟4中，數(shù)據(jù)發(fā)送方式為通過TCP或DCP協(xié)議，將數(shù)據(jù)經(jīng)有線以太網(wǎng)傳輸模塊和網(wǎng)線，發(fā)送至上位機的接收端；或通過配置無線發(fā)送端和接收端的地址與端口，將數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳輸模塊發(fā)送至上位機的接收端。
[0016]本發(fā)明的有益之處在于:1、SAM卡是帶有COS的CPU卡，內(nèi)置多種加密算法，密鑰安全的存儲在卡內(nèi)，在某種認可的權限下，能被用于運算，但是不能被直接讀出，其運算速度很快，通訊速率可達到相當高的水平，支持機密性、完整性保護、用戶權限認證等多種安全保護機制。將SAM應用于船只能耗數(shù)據(jù)通信中，通過對接入的上位機進行身份認證、固化的加密算法和密鑰，實現(xiàn)對船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關的信息數(shù)據(jù)進行加密以確保船只能耗數(shù)據(jù)的機密性和完整性；2、增加射頻識別模塊，在SAM模塊不工作的情況下，可選擇對外部的身份識別射頻卡，進行身份認證和數(shù)據(jù)加密的操作，進一步保證數(shù)據(jù)的安全傳輸；3、采用無線傳輸和有線傳輸兩種傳輸方式，與上位機的數(shù)據(jù)通信，全面保證數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定；4、船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，可直接實現(xiàn)下位機的數(shù)據(jù)采集，定時將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機、或上位機以某固定時間間隔獲取數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡狀態(tài)不佳時，可保證數(shù)據(jù)采集的實時性和完整性；5、簡化船舶上的線路結(jié)構。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明具體實施例的結(jié)構示意圖；
附圖標記:1、下位機；2、數(shù)據(jù)采集模塊；21、串口 RS232接口模塊；22、串口 RS485接口模塊；23、CAN接口模塊；3、MCU處理器模塊；4、數(shù)據(jù)存儲模塊；5、電源模塊；6、SAM模塊；7、射頻模塊；8、上位機接口模塊；81、無線傳輸模塊；82、有線以太網(wǎng)傳輸模塊；9上位機。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0019]如圖1所示，是本發(fā)明具體實施例的一種結(jié)構示意圖。
[0020]在該實施例中，船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，包括電源模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊2、MCU處理器模塊3、數(shù)據(jù)存儲模塊4、上位機接口模塊8和用于進行權限認證和數(shù)據(jù)加密的SAM模塊6。電源模塊5用于為各個模塊提供電源；所述數(shù)據(jù)采集模塊2電連接下位機I和MCU處理器模塊3 ； MCU處理器模塊3電連接數(shù)據(jù)存儲模塊4和上位機接口模塊8，上位機接口模塊8用于與上位機9電連接，SAM模塊6電連接MCU處理器模塊3。其中，MCU處理器模塊3采用了 ARM架構的32位單片機，也可采用其它的單片機或處理器。
[0021]在本實施例中，船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關可以采集多種不同類型的下位機的記錄數(shù)據(jù)，比如，電表、水表、氣表等，也可以采集用于控制合、斷的開關量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊2采用串口 RS232接口模塊21、串口 RS485接口模塊22和CAN接口模塊23，也可以采用其中一個或者兩個的組合。一個船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關一般要能對64臺能源計量裝置設備進行數(shù)據(jù)采集，承載能力可配置。這就需要支持同時對不同用能種類的表進行數(shù)據(jù)采集，包含以下協(xié)議:DL/T645—1997多功能電表通信規(guī)約(主要針對電能表)；CJ/T188— 2004戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術條件(水表、燃氣表和熱(冷)量表);GB/T 19582-2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡規(guī)范(主要針對用于下行控制的I/O模塊)。
[0022]SAM 模塊 6 內(nèi)置加解密算法為 DES、3DES、RSA、ECC、國密 SM1、SM2、SM3、SM4、專用算法的一個或者幾個；SAM模塊6的認證方式包括賬號認證、MAC地址認證、USB-KEY證書認證或短信認證。在本實施例中，SAM模塊6包括4個SAM卡、讀卡器和緩存器，SAM卡與讀卡器電連接，讀卡器通過緩存器與處理器模塊電連接。
[0023]本實施例中，還設有射頻模塊7，所述射頻模塊7包括天線設備和讀寫卡芯片RC522 ;天線設備電連接讀寫卡芯片，所述讀寫卡芯片電連接MCU處理器模塊中的單片機的相應管腳。天線設備感應到外部的身份識別射頻卡，通過讀寫卡芯片RC522對其進行用戶權威認證，認證通過后，再將數(shù)據(jù)進行加密處理并進行下一步的操作。
[0024]數(shù)據(jù)存儲模塊4采用非易失存儲器，可快速讀寫，掉電也可保存數(shù)據(jù)。可用于數(shù)據(jù)的臨時存儲。在網(wǎng)絡不佳的情況下，可以保證數(shù)據(jù)采集的完整性和穩(wěn)定性。
[0025]上位機接口模塊8包括無線傳輸模塊81和有線以太網(wǎng)傳輸模塊82,無線傳輸模塊81包括GPRS傳輸模塊、WIFI傳輸模塊中的一種或組合。本實施例中的GPRS傳輸模塊為無線3G模塊。
[0026]還提供一種數(shù)據(jù)采集方法，包括:
步驟1、數(shù)據(jù)采集模塊2采集下位機I的記錄數(shù)據(jù)；
步驟2、MCU處理器模塊3將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和處理；
步驟3、根據(jù)上位機9的請求或設定，SAM模塊6進行數(shù)據(jù)加密處理和用戶權威認證；步驟4、用戶權威認證通過后，MCU處理器模塊3將加密后的數(shù)據(jù)通過上位機接口模塊8發(fā)送至上位機9。
[0027]在步驟3中，還包括通過外部的身份識別射頻卡，射頻模塊7進行數(shù)據(jù)加密處理和用戶權威認證。
[0028]在步驟3中，SAM模塊6對數(shù)據(jù)進行完整性編碼和加密、對發(fā)送請求的上位機9的設備身份進行鑒別。
[0029]在步驟4中，數(shù)據(jù)發(fā)送方式為通過TCP或DCP協(xié)議，將數(shù)據(jù)經(jīng)有線以太網(wǎng)傳輸模塊和網(wǎng)線，發(fā)送至上位機的接收端；或通過配置無線發(fā)送端和接收端的地址與端口，將數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳輸模塊發(fā)送至上位機的接收端。[0030]本實施例中，船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關可以通過三種方式采集下位機的能耗數(shù)據(jù):
1，通過串口 RS232模塊21直接采集，采集后將信號發(fā)送至MCU處理器模塊3 ；
2，通過串口 RS485接口模塊22接收后通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成RS232信號，最后把信號發(fā)送至MCU處理器模塊3 ;
3，通過CAN接口模塊23將下位機信號采集，采集后把數(shù)據(jù)發(fā)送至MCU處理器模塊。
[0031]MCU處理器模塊3接收數(shù)據(jù)后需要做相應處理:首先將數(shù)據(jù)暫時緩存在數(shù)據(jù)存儲模塊4，待接收到上位機9的數(shù)據(jù)發(fā)送請求時或根據(jù)預先設定的以某固定時間間隔向上位機9發(fā)送數(shù)據(jù)的指令，SAM模塊6進行數(shù)據(jù)加密處理和上位機用戶權威認證。
[0032]數(shù)據(jù)通過加密認證和用戶權威認證后，MCU處理器模塊3通過如下兩種方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機9:
I，通過有線以太網(wǎng)傳輸模塊，通過TCP協(xié)議(或DCP協(xié)議)將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線發(fā)送至上位機接收端，進行存儲。
[0033]2，通過無線3G模塊，通過配置無線發(fā)送端與接收端的地址與端口將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)發(fā)送至上位機接收端，進行存儲。
[0034]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，用于采集下位機的能耗數(shù)據(jù)并發(fā)送至上位機中進行處理，包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、MCU處理器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和上位機接口模塊，所述電源模塊用于為各個模塊提供電源；所述數(shù)據(jù)采集模塊電連接下位機和MCU處理器模塊；所述MCU處理器模塊電連接數(shù)據(jù)存儲模塊和上位機接口模塊，所述上位機接口模塊用于與上位機電連接，其特征在于，還包括用于進行權限認證和數(shù)據(jù)加密的SAM模塊，所述SAM模塊電連接MCU處理器模塊。
2.如權利要求1所述的船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，其特征在于，所述SAM模塊內(nèi)置加解密算法為DES、3DES、RSA、ECC、國密SM1、SM2、SM3、SM4、專用算法的一個或者幾個；所述SAM模塊的認證方式包括賬號認證、MAC地址認證、USB-KEY證書認證或短信認證。
3.如權利要求2所述的船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，其特征在于，所述SAM模塊包括SAM卡、讀卡器和緩存器，所述SAM卡與讀卡器電連接，所述讀卡器通過緩存器與處理器模塊電連接。
4.如權利要求1所述的船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括串口RS232接口模塊、串口 RS485接口模塊、CAN接口模塊的一個或者組合。
5.如權利要求1所述的船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，其特征在于，還包括射頻模塊，所述射頻模塊包括天線設備和讀寫卡芯片；所述天線設備電連接讀寫卡芯片，所述讀寫卡芯片電連接處理器模塊。
6.如權利要求1所述的船用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，其特征在于，所述上位機接口模塊包括無線傳輸模塊和有線以太網(wǎng)傳輸模塊，所述無線傳輸模塊包括GPRS傳輸模塊和\或WIFI傳輸模塊。
7.權利要求1至6任一項所述的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括: 步驟1、數(shù)據(jù)采集模塊采集下位機的記錄數(shù)據(jù)； 步驟2、MCU處理器模塊將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和處理； 步驟3、根據(jù)上位機的請求或設定，SAM模塊進行數(shù)據(jù)加密處理和用戶權威認證； 步驟4、用戶權威認證通過后，MCU處理器模塊將加密后的數(shù)據(jù)通過上位機接口模塊發(fā)送至上位機。
8.如權利要求7所述的一種數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，在步驟3中，還包括通過外部的身份識別射頻卡，射頻模塊進行數(shù)據(jù)加密處理和用戶權威認證。
9.如權利要求8所述的一種數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，在步驟3中，SAM模塊對數(shù)據(jù)進行完整性編碼和加密、對發(fā)送請求的上位機的設備身份進行鑒別。
10.如權利要求8所述的一種數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，在步驟4中，數(shù)據(jù)發(fā)送方式為通過TCP或DCP協(xié)議，將數(shù)據(jù)經(jīng)有線以太網(wǎng)傳輸模塊和網(wǎng)線，發(fā)送至上位機的接收端；或通過配置無線發(fā)送端和接收端的地址與端口，將數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳輸模塊發(fā)送至上位機的接收端。
【文檔編號】H04L29/06GK103916312SQ201410170172
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2014年4月25日
【發(fā)明者】徐軼群 申請人:集美大學