本發(fā)明涉及安全防護系統(tǒng)，具體為一種基于小無線與電力線寬帶載波雙模通信的安全防護系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)(iot)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化系統(tǒng)在家庭、辦公場所、工業(yè)園區(qū)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這些智能系統(tǒng)通常依賴各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)進行環(huán)境監(jiān)測和控制，而這些設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信是系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的通信方式主要有兩種：無線通信和電力線載波通信。雖然這兩種通信方式各有優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中往往會遇到一些挑戰(zhàn)，影響系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2、無線通信技術(shù)(如wi-fi、zigbee、lora等)因其安裝便捷、擴展性強、適應(yīng)性廣而被廣泛采用。wi-fi具有較高的帶寬和良好的用戶體驗，適合用于數(shù)據(jù)傳輸量較大的應(yīng)用場景；zigbee是一種低功耗、低速率的無線通信協(xié)議，適用于低功耗設(shè)備之間的短距離通信；lora則因其長距離、低功耗的特點，常用于需要廣覆蓋的場景。然而，這些無線通信技術(shù)也有其固有的局限性。例如，wi-fi信號容易受到墻體、家具等障礙物的屏蔽和干擾，導致通信不穩(wěn)定或信號覆蓋不足。zigbee和lora雖然能夠在一定程度上解決覆蓋范圍的問題，但它們的通信速率較低，不適合大量數(shù)據(jù)的快速傳輸。此外，無線信號還容易受到電磁干擾、頻率擁堵等問題的影響，這些因素都可能導致通信質(zhì)量下降。

3、電力線載波通信技術(shù)是一種通過現(xiàn)有電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。這種技術(shù)不需要額外布線，利用現(xiàn)有的電力線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，具有較大的覆蓋范圍，特別適合用于建筑物內(nèi)的設(shè)備連接。電力線載波通信在不依賴無線信號的情況下，可以很好地解決信號覆蓋和穿透問題，特別是在墻體阻隔嚴重的情況下表現(xiàn)尤為突出。然而，電力線載波通信也存在一些問題。首先，電力線環(huán)境的復雜性(如電網(wǎng)噪聲、負載變化等)容易導致通信不穩(wěn)定；其次，在某些情況下，電力線的衰減和干擾可能會影響通信的質(zhì)量，特別是在老舊建筑或復雜電力網(wǎng)絡(luò)中，這種問題尤為顯著。此外，電力線通信的速率通常比無線通信低，不適合高帶寬需求的應(yīng)用場景。

4、在實際應(yīng)用中，單一的通信方式很難滿足智能化系統(tǒng)對穩(wěn)定性、覆蓋范圍和數(shù)據(jù)傳輸速率的綜合要求。例如，在家庭或辦公室中，如果僅依賴wi-fi，當遇到無線信號覆蓋不足或受到干擾時，設(shè)備之間的通信可能會中斷，影響系統(tǒng)的正常運行；而如果僅依賴電力線載波通信，當電力線環(huán)境不穩(wěn)定時，通信質(zhì)量也可能下降。因此，如何設(shè)計一種能夠結(jié)合無線通信和電力線載波通信優(yōu)勢的雙模通信系統(tǒng)，成為當前智能安全防護領(lǐng)域的一個重要研究方向。

5、雙模通信系統(tǒng)的概念應(yīng)運而生，旨在利用無線通信和電力線載波通信的互補性，增強系統(tǒng)的整體性能和可靠性。通過集成小無線通信模塊(如wi-fi、zigbee、lora)和電力線寬帶載波通信模塊，雙模通信系統(tǒng)能夠根據(jù)實時環(huán)境動態(tài)選擇最佳的通信方式，或者在必要時同時啟用兩種通信方式，實現(xiàn)冗余通信，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和穩(wěn)定性。例如，在無線信號良好的情況下，系統(tǒng)可以優(yōu)先使用無線通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，享受高速和低延遲的優(yōu)勢；而在無線信號不佳的情況下，系統(tǒng)可以自動切換至電力線載波通信模塊，確保通信的穩(wěn)定性。同時，在某些特殊場景下，系統(tǒng)可以同時啟用無線和電力線載波雙通道通信，提高通信的冗余性，進一步增強系統(tǒng)的可靠性。

6、此外，隨著安全威脅的增加，智能安全防護系統(tǒng)對通信安全性的要求也越來越高。雙模通信系統(tǒng)在提高通信穩(wěn)定性的同時，也需要加強對通信數(shù)據(jù)的保護。通過在控制器模塊中集成安全防護功能(如數(shù)據(jù)加密、身份認證、異常行為檢測等)，可以有效防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被截獲或篡改，確保系統(tǒng)的安全性。

7、總的來說，基于小無線與電力線寬帶載波雙模通信的安全防護系統(tǒng)不僅能夠彌補單一通信方式的不足，還能夠通過結(jié)合兩種通信技術(shù)的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的覆蓋范圍、通信穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸速率。同時，通過集成安全防護功能，系統(tǒng)能夠有效抵御外部攻擊和內(nèi)部威脅，保障智能化應(yīng)用的安全性。因此，雙模通信系統(tǒng)在智能家居、辦公安全、工業(yè)園區(qū)綜合防護等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供、一種基于小無線與電力線寬帶載波雙模通信的安全防護系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

2、小無線通信模塊：用于在設(shè)備之間進行短距離無線通信；

3、電力線寬帶載波通信模塊：用于通過電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)寬帶通信；

4、控制器模塊：用于管理小無線通信模塊與電力線寬帶載波通信模塊之間的通信切換和協(xié)同工作；

5、安全防護模塊：用于提供數(shù)據(jù)加密、身份認證和異常行為檢測功能；

6、傳感器與執(zhí)行機構(gòu)模塊：包括安全傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，與控制器模塊連接，構(gòu)成完整的安全防護系統(tǒng)。

7、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述小無線通信模塊采用wi-fi、zigbee或lora中的一種或多種通信技術(shù)。

8、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電力線寬帶載波通信模塊通過現(xiàn)有的電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，并能夠在無線信號弱或無法覆蓋的區(qū)域提供通信支持。

9、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述控制器模塊根據(jù)以下公式自動選擇使用小無線通信模塊或電力線寬帶載波通信模塊，或同時使用兩者進行通信：

10、s選擇＝max(s無線，s電力線)

11、其中，s無線表示小無線通信信號的強度，s電力線表示電力線寬帶載波通信信號的強度。

12、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述控制器模塊包括切換邏輯，用于在小無線信號較弱或受干擾時，根據(jù)以下條件自動切換至電力線寬帶載波通信模塊

13、s無線＜s閾值

14、其中，s閾值為預(yù)設(shè)的無線信號強度閾值。

15、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述安全防護模塊包含：數(shù)據(jù)加密單元，用于對系統(tǒng)內(nèi)所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密處理，所述加密算法為對稱加密算法，公式如下：

16、c＝ek(m)

17、其中，m為原始消息，k為對稱密鑰，e為加密函數(shù)，c為加密后的密文身份認證單元，用于對系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備進行身份驗證，身份認證采用公鑰加密算法，公式如下：

18、

19、其中，h(m)為消息摘要，k私為設(shè)備的私鑰，s為數(shù)字簽名；異常行為檢測單元，用于實時監(jiān)控系統(tǒng)的通信行為，并通過以下公式檢測異常行為：

20、

21、其中，a檢測為異常檢測評分，wi為特征權(quán)重，fi(x)為第i個特征的值。

22、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述傳感器與執(zhí)行機構(gòu)模塊包括但不限于門窗磁傳感器、紅外傳感器、煙霧探測器、報警器、自動門鎖和攝像頭。

23、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述系統(tǒng)的控制器模塊能夠通過用戶接口或遠程管理平臺實現(xiàn)對安全策略的配置和更新。

24、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述系統(tǒng)在同時啟用小無線通信模塊和電力線寬帶載波通信模塊時，能夠提供雙通道通信，且根據(jù)以下公式計算通信的冗余性：

25、r＝p(無線)+p(電力線)-p(無線)×p(電力線)

26、其中，r為通信冗余性，p(無線)和p(電力線)分別為無線和電力線通信通道的可用性概率。

27、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述控制器模塊能夠根據(jù)以下公式動態(tài)調(diào)整小無線通信與電力線寬帶載波通信的比例，以優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能：

28、

29、其中，w無線和w電力線分別為無線通信和電力線通信的權(quán)重比例。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個方面：

31、本發(fā)明通過將小無線通信和電力線寬帶載波通信結(jié)合，充分利用兩者的互補優(yōu)勢，顯著提高了系統(tǒng)的通信可靠性和覆蓋范圍。無線通信模塊在信號良好的區(qū)域提供快速、便捷的通信服務(wù)，而電力線載波通信模塊則能夠在無線信號覆蓋不足或干擾較大的環(huán)境下提供穩(wěn)定的通信支持。尤其在復雜建筑結(jié)構(gòu)或長距離傳輸場景中，本發(fā)明能夠有效避免通信盲區(qū)和信號衰減問題，確保各設(shè)備之間的穩(wěn)定連接，避免因單一通信方式故障而導致的系統(tǒng)失效。

32、本發(fā)明在通信系統(tǒng)中集成了數(shù)據(jù)加密、身份認證和異常行為檢測等多重安全防護措施，大大提高了系統(tǒng)的安全性。通過對傳輸數(shù)據(jù)進行加密處理，系統(tǒng)能夠防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被截獲或篡改，保護用戶隱私和敏感信息。此外，身份認證機制確保只有授權(quán)設(shè)備才能接入系統(tǒng)，有效防止非法設(shè)備的侵入。異常行為檢測功能則可以實時監(jiān)控系統(tǒng)的通信狀態(tài)，當檢測到可疑行為或潛在威脅時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)安全警報和防護措施，從而提升系統(tǒng)的整體安全防護能力。

33、本發(fā)明通過智能選擇通信模式，實現(xiàn)了對通信資源的最優(yōu)利用。在信號條件良好時，系統(tǒng)優(yōu)先使用小無線通信，充分利用其高帶寬和低延遲的優(yōu)勢；在信號條件較差時，系統(tǒng)自動切換至電力線載波通信，確保通信的穩(wěn)定性。通過這樣的動態(tài)調(diào)整，系統(tǒng)可以在不增加額外硬件成本的情況下，靈活應(yīng)對不同的環(huán)境需求，減少了對單一通信方式的依賴，從而降低了整體系統(tǒng)的運營和維護成本。此外，本發(fā)明的雙模通信結(jié)構(gòu)在提供冗余性的同時，也減少了因通信故障帶來的風險和損失，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。