本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)通信，尤其涉及一種物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展背景下，物聯(lián)電能表作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，通信可靠性一直是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的物聯(lián)電能表通信方式多采用有線連接或無(wú)線通信技術(shù)，這些技術(shù)在一定程度上滿足了電能表的數(shù)據(jù)傳輸需求。然而，隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，藍(lán)牙通信因低功耗、低成本和易于部署，逐漸成為物聯(lián)電能表通信的新選擇。現(xiàn)有的藍(lán)牙通信技術(shù)在物聯(lián)電能表的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸安全性及通信可靠性方面已有研究，但仍然存在諸多不足。

2、首先，現(xiàn)有的藍(lán)牙通信技術(shù)在建立連接時(shí)，雖然能夠通過(guò)配對(duì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證，但在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，對(duì)于錯(cuò)誤校正和數(shù)據(jù)恢復(fù)的處理不夠完善，導(dǎo)致在復(fù)雜環(huán)境下通信錯(cuò)誤率較高，影響了通信的可靠性。其次，現(xiàn)有的技術(shù)缺乏對(duì)通信質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)，無(wú)法根據(jù)通信環(huán)境的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，以保證通信的穩(wěn)定性。此外，現(xiàn)有的加密和認(rèn)證策略往往固定不變，一旦密鑰泄露，整個(gè)通信系統(tǒng)的安全性將受到威脅。而我方發(fā)明提出的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)引入錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)算法、智能預(yù)測(cè)模型以及自適應(yīng)調(diào)整算法，能夠在保證通信可靠性的同時(shí)，提高通信系統(tǒng)的安全性和適應(yīng)性，這些方面相較于現(xiàn)有技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)和有益效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法，能夠解決傳統(tǒng)的通信錯(cuò)誤率、通信質(zhì)量監(jiān)控與預(yù)測(cè)不足、通信參數(shù)調(diào)整靈活性不足和安全性低的問(wèn)題。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法，包括：

4、物聯(lián)電能表和藍(lán)牙通信設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙配對(duì)過(guò)程建立連接，并通過(guò)密鑰進(jìn)行身份認(rèn)證，確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議，初始化數(shù)據(jù)傳輸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)通信；在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中利用錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)算法減少傳輸錯(cuò)誤，并實(shí)時(shí)監(jiān)控通信時(shí)的數(shù)據(jù)，利用監(jiān)控的數(shù)據(jù)建立智能預(yù)測(cè)模型，并預(yù)測(cè)通信質(zhì)量；根據(jù)預(yù)測(cè)的通信質(zhì)量評(píng)估質(zhì)量是否滿足要求，并利用自適應(yīng)調(diào)整算法調(diào)整通信參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備參數(shù)和安全威脅，根據(jù)監(jiān)控情況觸發(fā)密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制周期性更新加密和認(rèn)證策略。

5、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述藍(lán)牙配對(duì)過(guò)程包括，物聯(lián)電能表和藍(lán)牙通信設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙廣播信號(hào)，尋找藍(lán)牙設(shè)備，物聯(lián)電能表向藍(lán)牙通信設(shè)備發(fā)送配對(duì)請(qǐng)求，藍(lán)牙通信設(shè)備接受配對(duì)請(qǐng)求，雙方確認(rèn)配對(duì)信息，進(jìn)行藍(lán)牙配對(duì)。

6、所述身份認(rèn)證包括，通信雙方設(shè)置配對(duì)密碼，并利用藍(lán)牙配對(duì)密碼生成密鑰，在建立通信連接前，使用生成的密鑰進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證成功后物聯(lián)電能表和藍(lán)牙通信設(shè)備建立藍(lán)牙連接，并確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議；所述配對(duì)信息包括設(shè)備名稱、設(shè)備類(lèi)型、pin碼、密鑰和加密方法。

7、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述實(shí)現(xiàn)通信包括，利用協(xié)議與藍(lán)牙通信設(shè)備建立連接，并完成身份認(rèn)證，解析數(shù)據(jù)，提取設(shè)備id、電能數(shù)據(jù)、時(shí)間戳和校驗(yàn)和字段，驗(yàn)證校驗(yàn)和，利用加密算法對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，生成加密后的數(shù)據(jù)包，將加密后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到藍(lán)牙通信設(shè)備，并確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送成功，藍(lán)牙通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)包，解析接收到的數(shù)據(jù)包，提取設(shè)備id、電能數(shù)據(jù)、時(shí)間戳和校驗(yàn)和字段，驗(yàn)證校驗(yàn)和，利用解密算法對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，生成解密后的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行后續(xù)處理。

8、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述減少傳輸錯(cuò)誤包括，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中利用錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)算法減少傳輸錯(cuò)誤。

9、所述錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)算法表示為：

10、，

11、其中，為在時(shí)間s數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的減少量，n為影響數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的因素?cái)?shù)量，為第i個(gè)因素在時(shí)間的通信質(zhì)量評(píng)分，為第i個(gè)因素的最大通信質(zhì)量評(píng)分，為第i個(gè)因素在時(shí)間的錯(cuò)誤概率，為誤差函數(shù)。

12、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述監(jiān)控通信時(shí)的數(shù)據(jù)包括，實(shí)時(shí)監(jiān)控通信狀態(tài)數(shù)據(jù)、電能表運(yùn)行數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備性能數(shù)據(jù)和歷史故障數(shù)據(jù)。

13、所述通信狀態(tài)數(shù)據(jù)包括信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)干擾噪聲比、誤碼率、通信成功率和數(shù)據(jù)傳輸速率；所述電能表運(yùn)行數(shù)據(jù)包括電能表讀數(shù)、電能表負(fù)載情況、電能表工作狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)擁塞情況、網(wǎng)絡(luò)延遲和網(wǎng)絡(luò)可用性；所述設(shè)備性能數(shù)據(jù)包括電能表的硬件性能指標(biāo)、藍(lán)牙模塊的功耗和溫度；所述歷史故障數(shù)據(jù)包括歷史通信故障記錄、維護(hù)和修復(fù)記錄；所述電能表的硬件性能指標(biāo)包括處理器負(fù)載、內(nèi)存使用情況和存儲(chǔ)空間；所述環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度、電磁干擾水平、無(wú)線信號(hào)傳播環(huán)境和距離。

14、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述智能預(yù)測(cè)模型包括，利用監(jiān)控的通信數(shù)據(jù)構(gòu)建智能預(yù)測(cè)模型，并利用智能預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)通信質(zhì)量情況。

15、其中，計(jì)算通信質(zhì)量預(yù)測(cè)值的公式為：

16、，

17、其中，為時(shí)間t的通信質(zhì)量預(yù)測(cè)值，c為歸一化常數(shù)，為初始時(shí)間，m為影響通信質(zhì)量的因素?cái)?shù)量，為第j個(gè)因素的信號(hào)強(qiáng)度函數(shù)，為信號(hào)角度，為信號(hào)頻率，為積分變量，為第j個(gè)因素的噪聲強(qiáng)度函數(shù)，為噪聲參數(shù)，為第j個(gè)因素的通信質(zhì)量影響函數(shù)，為影響參數(shù)。

18、所述信號(hào)強(qiáng)度函數(shù)表示為：

19、，

20、其中，為第j個(gè)因素在時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度，為第j個(gè)因素在時(shí)間的信號(hào)功率，為第j個(gè)因素在角度的天線增益，為第j個(gè)因素的天線與信號(hào)方向的相位差，為第j個(gè)因素信號(hào)的頻偏，為第j個(gè)因素信號(hào)的頻率。

21、所述噪聲強(qiáng)度函數(shù)表示為：

22、，

23、其中，為第j個(gè)因素在時(shí)間的噪聲強(qiáng)度，為第j個(gè)因素在時(shí)間的噪聲功率，為第j個(gè)因素在噪聲參數(shù)下的噪聲分布函數(shù)，為第j個(gè)信號(hào)源的信號(hào)頻率與理想頻率之間的偏差，為第j個(gè)信號(hào)源的信號(hào)頻率，為噪聲參數(shù)。

24、所述通信質(zhì)量影響函數(shù)表示為：

25、，

26、其中，為第j個(gè)因素在時(shí)間對(duì)通信質(zhì)量的影響程度，為第j個(gè)因素在時(shí)間的通信質(zhì)量預(yù)測(cè)值，為第j個(gè)因素的最大通信質(zhì)量預(yù)測(cè)值，為第j個(gè)因素的通信質(zhì)量評(píng)分與最大通信質(zhì)量評(píng)分之間的偏差，為第j個(gè)因素的通信質(zhì)量評(píng)分。

27、其中，當(dāng)時(shí)，表示通信質(zhì)量不滿足通信要求，觸發(fā)自適應(yīng)調(diào)整算法，調(diào)整通信頻率、通信功率和編碼方式，重新計(jì)算通信質(zhì)量預(yù)測(cè)值，直至滿足通信要求；當(dāng)時(shí)，表示通信質(zhì)量滿足通信要求，維持當(dāng)前通信頻率、通信功率和編碼方式。

28、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述自適應(yīng)調(diào)整算法包括，設(shè)計(jì)通信參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整算法，根據(jù)通信要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整通信頻率、通信功率和編碼方式。

29、所述觸發(fā)密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制包括，實(shí)時(shí)監(jiān)控物聯(lián)電能表和藍(lán)牙通信設(shè)備的參數(shù)和通信過(guò)程中的異常行為，設(shè)定設(shè)備參數(shù)正常區(qū)域，利用安全威脅檢測(cè)算法分析通信數(shù)據(jù)，檢測(cè)潛在的安全威脅，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和安全威脅檢測(cè)結(jié)果表明通信環(huán)境存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，則觸發(fā)密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制。

30、所述安全威脅檢測(cè)算法包括通信數(shù)據(jù)異常檢測(cè)、設(shè)備狀態(tài)異常檢測(cè)和綜合安全威脅評(píng)估。

31、其中，當(dāng)監(jiān)控到的設(shè)備狀態(tài)未處于正常區(qū)域或利用安全威脅檢測(cè)算法分析通信數(shù)據(jù)有安全威脅時(shí)，觸發(fā)密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，計(jì)算密鑰更新量并根據(jù)密鑰更新公式更新密鑰，利用更新后的密鑰重新配置加密和認(rèn)證算法，更新通信雙方的安全密鑰，并使用新密鑰進(jìn)行加密和認(rèn)證；當(dāng)監(jiān)控到的設(shè)備狀態(tài)處于正常區(qū)域并利用安全威脅檢測(cè)算法分析通信數(shù)據(jù)沒(méi)有安全威脅時(shí)，繼續(xù)使用當(dāng)前密鑰，根據(jù)原計(jì)劃進(jìn)行周期性更新和認(rèn)證。

32、作為本發(fā)明所述的物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其特征在于，包括藍(lán)牙配對(duì)與身份認(rèn)證模塊、數(shù)據(jù)傳輸與加密模塊、錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊、通信監(jiān)控與智能預(yù)測(cè)模塊以及自適應(yīng)調(diào)整與密鑰管理模塊。

33、所述藍(lán)牙配對(duì)與身份認(rèn)證模塊，用于在物聯(lián)電能表和藍(lán)牙通信設(shè)備之間建立藍(lán)牙連接，通過(guò)發(fā)送配對(duì)請(qǐng)求、確認(rèn)配對(duì)信息以及利用密鑰和加密方法完成身份認(rèn)證過(guò)程。

34、所述數(shù)據(jù)傳輸與加密模塊，用于利用協(xié)議建立連接，通過(guò)格式解析和提取數(shù)據(jù)，并利用加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

35、所述錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，用于通過(guò)應(yīng)用錯(cuò)誤校正和數(shù)據(jù)恢復(fù)算法減少傳輸錯(cuò)誤，增加數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

36、所述通信監(jiān)控與智能預(yù)測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控通信狀態(tài)、電能表運(yùn)行數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、設(shè)備性能及歷史故障數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)構(gòu)建智能預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)通信質(zhì)量。

37、所述自適應(yīng)調(diào)整與密鑰管理模塊，用于通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整算法動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，并利用密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制在檢測(cè)到安全威脅時(shí)更新加密和認(rèn)證策略，維護(hù)通信的安全性。

38、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的步驟。

39、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)電能表藍(lán)牙通信可靠性實(shí)現(xiàn)方法的步驟。

40、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法通過(guò)藍(lán)牙配對(duì)和身份認(rèn)證過(guò)程，建立了物聯(lián)電能表與藍(lán)牙通信設(shè)備之間的安全連接，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏及踩?，有效防止了未?jīng)授權(quán)的設(shè)備接入，保障了通信雙方的合法性。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，利用錯(cuò)誤校正與數(shù)據(jù)恢復(fù)算法顯著減少了傳輸錯(cuò)誤，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，尤其在復(fù)雜環(huán)境下保證了通信的穩(wěn)定性，減少了通信中斷和數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控通信數(shù)據(jù)并構(gòu)建智能預(yù)測(cè)模型，本發(fā)明能夠預(yù)測(cè)通信質(zhì)量，提前識(shí)別潛在問(wèn)題，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)的智能維護(hù)和優(yōu)化，提高了通信的靈活性和適應(yīng)性；此外，本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備參數(shù)和安全威脅，結(jié)合密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，周期性更新加密和認(rèn)證策略，顯著增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的安全性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和響應(yīng)潛在的安全威脅，有效防止了密鑰泄露和重放攻擊的安全風(fēng)險(xiǎn)。自適應(yīng)調(diào)整算法的設(shè)計(jì)，使得通信頻率、功率和編碼方式能夠根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)優(yōu)化，進(jìn)一步提升了通信效率和性能，減少了通信失敗的可能性。計(jì)算機(jī)設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)的運(yùn)用，使得整個(gè)方法自動(dòng)化、程序化，降低了人工操作的復(fù)雜性和錯(cuò)誤率，提升了系統(tǒng)的操作便捷性和效率。