一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆椒?br>
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆椒ǎǎ簲?shù)據(jù)采集；發(fā)送數(shù)據(jù)測試包；數(shù)據(jù)測試包分解和回傳；數(shù)據(jù)分解；數(shù)據(jù)分層處理；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡編碼；對數(shù)據(jù)碼進行加密；傳輸數(shù)據(jù)碼；比較調(diào)整；數(shù)據(jù)解密；分層解碼；校驗；數(shù)據(jù)解碼。本發(fā)明采用分層編碼技術(shù)有效降低了數(shù)據(jù)傳輸出錯率，采用的自適應不同網(wǎng)絡下的數(shù)據(jù)傳播速率最大程度的保證了數(shù)據(jù)的完整性，而網(wǎng)絡編碼與信道編碼結(jié)合技術(shù)節(jié)省網(wǎng)絡帶寬資源消耗，提高頻譜利用率，均衡網(wǎng)絡負載，提高網(wǎng)絡魯棒性，隨機多重加密傳輸，自適應傳輸頻率，有效提高頻譜使用率，解決惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸安全和穩(wěn)定的問題，在低成本的前提下，保證了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br>
【專利說明】-種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆椒ǎ且环N計算機 無線網(wǎng)數(shù)據(jù)絡處理方法，是一種用于物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術(shù)包括：藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸、基于WiFi協(xié)議的無線數(shù)據(jù) 傳輸和基于ZigBee協(xié)議的無線數(shù)據(jù)傳輸。藍牙作為物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸?shù)膯栴}是信號容易受 到損失，使得輸出信號帶寬速率低，更容易受外界干擾，從而影響信號傳輸質(zhì)量。WiFi最大 的問題是安全性非常低，產(chǎn)品的無線穩(wěn)定性也比較差。盡管ZigBee具安全性高、有功耗低 的優(yōu)點，但產(chǎn)品開發(fā)難度大，開發(fā)周期長，由于開發(fā)協(xié)議需要付費，產(chǎn)品成本高。不論是無線 通訊網(wǎng)還是有線通訊網(wǎng)，都可能出現(xiàn)網(wǎng)絡不穩(wěn)的問題，特別是無線通訊網(wǎng)，因發(fā)射和接收雙 方位置的不同，無線電信號在空間傳播所受到的距離、空氣、濕度、阻擋物體等的影響，常常 出現(xiàn)斷續(xù)等惡劣網(wǎng)絡環(huán)境問題。雖然，現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊中支持斷點接續(xù)、重復傳輸?shù)燃夹g(shù)，在 一定程度上避免了數(shù)據(jù)在傳輸中的丟失。這些現(xiàn)有技術(shù)對要求較低的數(shù)據(jù)傳輸還可以應 付，但對于物聯(lián)網(wǎng)這種要求較高的數(shù)據(jù)傳輸則難于勝任。如何在現(xiàn)有協(xié)議和網(wǎng)絡環(huán)境的基 礎(chǔ)上，以最低的成本獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸是需要解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安 全傳輸?shù)姆椒?。所述的方法通過檢測網(wǎng)絡環(huán)境并根據(jù)環(huán)境的狀態(tài)而制定傳輸方案的方法， 克服了多數(shù)無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸安全性低的缺點，即便在十分惡劣的網(wǎng)絡環(huán)境下也能夠正確 的傳輸數(shù)據(jù)。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆?法，所述的方法使用的系統(tǒng)包括：智能設(shè)備端，所述的智能設(shè)備端通過有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡 與測控終端連接，所述方法的步驟如下： 數(shù)據(jù)采集的步驟：用于智能設(shè)備端或測控終端作為發(fā)送方采集數(shù)據(jù)，將所采集的源數(shù) 據(jù)作為待發(fā)送數(shù)據(jù)準備向作為接收方的測控終端或智能設(shè)備端進行發(fā)送； 發(fā)送數(shù)據(jù)測試包的步驟：用于發(fā)送方向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)測試包，所述的數(shù)據(jù)測試包包 含源地址信息、目標地址信息、傳輸協(xié)議以及相關(guān)的管理、控制信息； 數(shù)據(jù)測試包分解和回傳的步驟：用于接收方收到數(shù)據(jù)測試包后將數(shù)據(jù)測試包傳輸過程 的網(wǎng)絡信息同步反饋給發(fā)送方； 數(shù)據(jù)分解的步驟：用于發(fā)送方收到反饋信息之后，結(jié)合接收方的響應時間，所在的傳輸 頻率、頻段以及響應時間將待發(fā)送數(shù)據(jù)分解為基本層、增強層以及數(shù)據(jù)校驗層，并且為各層 標記不同的權(quán)重，其中校驗層數(shù)據(jù)隨機分布在基本層和增強層中，對于基本層和增強層的 劃分，從空間、質(zhì)量、頻率上劃分，保證每一層攜帶的數(shù)據(jù)量相對平等，基本層數(shù)據(jù)主要包含 源信息、目標信息以及發(fā)送端、接收端相關(guān)信息；增強層數(shù)據(jù)主要包含采集的源數(shù)據(jù)、管理 信息、控制信息； 數(shù)據(jù)分層處理的步驟：用于發(fā)送方完成數(shù)據(jù)校驗信息的計算，包括數(shù)據(jù)校驗信息以及 層校驗信息； 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡編碼的步驟：用于發(fā)送方將分層處理后的數(shù)據(jù)編碼、增加冗余信息之后，不同 的數(shù)據(jù)包將編碼為相同度的數(shù)據(jù)碼； 對數(shù)據(jù)碼進行加密的步驟：用于發(fā)送方將數(shù)據(jù)碼進行加密； 傳輸數(shù)據(jù)碼的步驟：用于根據(jù)測試包對網(wǎng)絡環(huán)境的測試，在無線網(wǎng)絡帶寬不穩(wěn)定、信號 比較差的情況下，將帶有數(shù)據(jù)基本層以及隨機選取的增強層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包優(yōu)先傳輸，當信 號比較好的情況下之后，順序傳遞帶有基本層數(shù)據(jù)和增強層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包；發(fā)送方發(fā)送兩 個包括相同數(shù)據(jù)包數(shù)量的數(shù)據(jù)碼的碼段，并收取接收方發(fā)來的反饋信息，所述的反饋信息 包含有先后兩個碼段的接收時間，同時進入"比較調(diào)整的步驟"和"數(shù)據(jù)解密"； 比較調(diào)整的步驟：用于發(fā)送方比較兩個碼段的接收時間，如果第二碼段的接收時間大 于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng)絡環(huán)境不穩(wěn)定，則調(diào)整減少下一碼段包含的數(shù)據(jù)包數(shù)量， 如果第二碼段的接收時間小于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng)絡環(huán)境改善，則調(diào)整增加下 一碼段包含的數(shù)據(jù)包數(shù)量，如果第二碼段的接收時間等于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng) 絡環(huán)境沒有變化，則調(diào)按原有碼段的包數(shù)繼續(xù)發(fā)送碼段，比較調(diào)整后回到"傳輸數(shù)據(jù)碼的步 驟"繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包； 數(shù)據(jù)解密的步驟：用于接收方對接收到的數(shù)據(jù)碼進行解密； 分層解碼的步驟：用于接收方根據(jù)報文信息，分析分層信息，對數(shù)據(jù)碼進行分層解碼， 同時生成了解碼元數(shù)據(jù)信息； 校驗的步驟：用于接收方對數(shù)據(jù)包中的校驗位信息進行校驗，恢復原始數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)信 息進行完整性、有效性驗證； 數(shù)據(jù)解碼的步驟：用于接收方找出度為1的編碼符號，其值即為相連的源數(shù)據(jù)值，將所 有與恢復數(shù)據(jù)的結(jié)點相連的編碼符號與其相異或，得到新的編碼符號值，刪去該源數(shù)據(jù)結(jié) 點，與之相連的編碼符號度數(shù)減1，所有源數(shù)據(jù)被恢復即告解碼結(jié)束，否則解碼失??； 結(jié)束的步驟：用于接收方將源數(shù)據(jù)發(fā)送給智能設(shè)備端或測控終端使用。
[0005] 進一步的，所述的"對數(shù)據(jù)碼進行加密的步驟"和"數(shù)據(jù)解密的步驟"所述加密方 式為端對端的單向Hash函數(shù)算法。
[0006] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明采用分層編碼技術(shù)有效降低了數(shù)據(jù)傳輸出錯 率，采用的自適應不同網(wǎng)絡下的數(shù)據(jù)傳播速率最大程度的保證了數(shù)據(jù)的完整性，而網(wǎng)絡編 碼與信道編碼結(jié)合技術(shù)節(jié)省網(wǎng)絡帶寬資源消耗，提高頻譜利用率，均衡網(wǎng)絡負載，提高網(wǎng)絡 魯棒性，隨機多重加密傳輸，自適應傳輸頻率，有效提高頻譜使用率，并提高傳輸效率，有效 的解決惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸安全和穩(wěn)定的問題，在低成本的前提下，保證了物聯(lián)網(wǎng) 數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br>
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0008] 圖1是本發(fā)明的實施例一所述方法的過程示意圖； 圖2是本發(fā)明的實施例一所述方法的數(shù)據(jù)分解示意圖； 圖3是本發(fā)明的實施例一所述方法的基本層和增強層數(shù)據(jù)的排列示意圖； 圖4是本發(fā)明的實施例一所述方法的對數(shù)據(jù)進行編碼的示意圖； 圖5是本發(fā)明的實施例一所述方法的對數(shù)據(jù)增加冗余信息的 圖6是本發(fā)明的實施例一所述方法的數(shù)據(jù)信息、檢驗信息以及冗余信息隨機分布示意 圖； 圖7是本發(fā)明的實施例一所述方法的網(wǎng)絡傳輸吞吐量示意圖； 圖8是本發(fā)明的實施例一所述方法的數(shù)據(jù)還原校驗的示意圖； 圖9是本發(fā)明的實施例一所述方法的數(shù)據(jù)解碼過程示意圖。
【具體實施方式】 [0009] 實施例一： 本實施例是一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆椒?，所述方法的過程如 圖1所示。本實施例所述的方法使用的系統(tǒng)包括：智能設(shè)備端，所述的智能設(shè)備端通過有線 網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡與測控終端連接。
[0010] 所述的智能設(shè)備端可以帶有或不帶有傳感器的各種機械、電子、電器、化學等設(shè) 備，例如：可以進行三維旋轉(zhuǎn)的攝像頭、機器人、無人機，以及各種可以聯(lián)網(wǎng)的智能家用電器 等設(shè)備。這些設(shè)備的可以是可遠程操作的單純傳感器，如攝像頭，可以通過遠程的操控系 統(tǒng)，是攝像頭的鏡頭可以上下，左右的旋轉(zhuǎn)，大范圍的監(jiān)視周圍環(huán)境。也可以是主要進行操 控的設(shè)備，如：無人機，主要操控無人機的飛行狀態(tài)。
[0011] 所述的測控終端可以是專用的顯示檢測結(jié)果的設(shè)備，例如顯示攝像頭圖像的顯示 器，或者帶有控制作用的檢測設(shè)備，例如具有控制搖桿的顯示器，或者是專用的控制設(shè)備， 例如，帶有控制搖桿的無人機遙控器。
[0012] 在本實施例中不論是智能設(shè)備端還是測控終端，都必須有上網(wǎng)的能力，即必須具 備連接網(wǎng)絡的網(wǎng)卡、具有高速接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的能力，當然應當具有高性能的數(shù)據(jù)處理和 存儲的能力。
[0013] 所述的網(wǎng)絡可以有線網(wǎng)，也可以是無線網(wǎng)，或者是兩者的結(jié)合。有線網(wǎng)可以是廣域 網(wǎng)，也可以是局域網(wǎng)。無線網(wǎng)可以是藍牙、WIFI、3G或4G蜂窩無線通訊網(wǎng)絡。使用相同的 網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，如：TCP/IP協(xié)議等。
[0014] 本實施例所述方法的具體步驟如下： 數(shù)據(jù)采集的步驟：用于智能設(shè)備端或測控終端作為發(fā)送方采集數(shù)據(jù)，將所采集的源數(shù) 據(jù)作為待發(fā)送數(shù)據(jù)準備向作為接收方的測控終端或智能設(shè)備端進行發(fā)送。作為數(shù)據(jù)的發(fā) 送，智能設(shè)備端和測控終端，都可能是發(fā)送端或者接收端，而本實施例所述敘述的方法適用 于任意一方，因此，將數(shù)據(jù)的發(fā)送一方定義為發(fā)送方，數(shù)據(jù)接收的一方定義為接收方，即：發(fā) 送方可以是智能設(shè)備端，也可以是測控終端，對應的接收方可以是測控終端也可以是智能 設(shè)備端。
[0015] 本實施例涉及到數(shù)據(jù)傳輸主要有兩類：一個來自物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備端的傳感器采集 到的數(shù)據(jù)，定義為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；二是來自于測控終端發(fā)送給智能設(shè)備端的控制數(shù)據(jù)，定義為控 制數(shù)據(jù)。這兩種數(shù)據(jù)定義為源數(shù)據(jù)，源數(shù)據(jù)采集完成之后，在發(fā)送端對數(shù)據(jù)進行編碼，根據(jù) 不同的網(wǎng)絡環(huán)境，自動采用不同的編碼方式。
[0016] 發(fā)送數(shù)據(jù)測試包的步驟：用于發(fā)送方向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)測試包，所述的數(shù)據(jù)測試 包包含源地址信息、目標地址信息、傳輸協(xié)議以及相關(guān)的管理、控制信息。在源數(shù)據(jù)采集完 成后和數(shù)據(jù)正式傳輸之前，需傳輸一個測試包，以測試網(wǎng)絡環(huán)境。源地址為：發(fā)送包的IP地 址；目標地址：接收包的IP地址；測試數(shù)據(jù)包的發(fā)送采用TCP/IP協(xié)議，測試包中包含控制 端管理的基本數(shù)據(jù)、端類型、控制類型以及傳輸協(xié)議類型，基本數(shù)據(jù)包括：標識、網(wǎng)絡類型、 發(fā)送時間、位置信息等，控制類型包括：測試包控制類型默認為移動終端。接收方接收到數(shù) 據(jù)包之后，反饋位置信息、接收時間、網(wǎng)絡類型以及數(shù)據(jù)包基本信息。
[0017] 數(shù)據(jù)測試包分解和回傳的步驟：用于接收方收到數(shù)據(jù)測試包后將數(shù)據(jù)測試包傳輸 過程的網(wǎng)絡信息同步反饋給發(fā)送方。
[0018] 傳輸信息主要指：所處網(wǎng)絡環(huán)境即傳輸頻率，頻段，如：WiFi、3G、4G的傳輸環(huán)境， 接收方的響應時間。
[0019] 數(shù)據(jù)分解的步驟：用于發(fā)送方收到反饋信息之后，結(jié)合接收方的響應時間，所在的 傳輸頻率、頻段以及響應時間將待發(fā)送數(shù)據(jù)分解為基本層、增強層以及數(shù)據(jù)校驗層，并且為 各層標記不同的權(quán)重，其中校驗層數(shù)據(jù)隨機分布在基本層和增強層中，對于基本層和增強 層的劃分，從空間、質(zhì)量、頻率上劃分，保證每一層攜帶的數(shù)據(jù)量相對平等。所謂空間，是指 數(shù)據(jù)發(fā)射裝置所在的物理位置；所謂質(zhì)量，主要是指攜帶關(guān)鍵數(shù)據(jù)的份額；所謂頻率，是指 頻率發(fā)射端所在的頻率?；緦訑?shù)據(jù)主要包含源信息、目標信息以及發(fā)送端、接收端相關(guān)信 息；增強層數(shù)據(jù)主要包含采集的源數(shù)據(jù)、管理信息、控制信息。數(shù)據(jù)分解如圖2所示。權(quán)重 的劃分主要取決與其他數(shù)據(jù)的粘合度，粘合度大，其權(quán)重值大，反之，權(quán)重值較小。
[0020] 數(shù)據(jù)分層處理的步驟：用于發(fā)送方完成數(shù)據(jù)校驗信息的計算，包括數(shù)據(jù)校驗信息 以及層校驗信息。其中，對數(shù)據(jù)進行分層處理之后，在無線網(wǎng)絡帶寬不穩(wěn)定、信號比較差的 情況下，將數(shù)據(jù)基本層以及隨機選取的增強層數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸，其中，基本層和增強層攜帶校 驗信息，從而保證了接收端可以通過基本層和增強層的校驗信息進行數(shù)據(jù)恢復；當信號比 較好的情況下之后，順序傳遞基本層數(shù)據(jù)和增強層數(shù)據(jù)?；緦雍驮鰪妼訑?shù)據(jù)的排列如圖 3所示。
[0021] 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡編碼的步驟：用于發(fā)送方將分層處理后的數(shù)據(jù)編碼、增加冗余信息之后， 不同的數(shù)據(jù)包將編碼為相同度的數(shù)據(jù)碼。具體過程： 對數(shù)據(jù)進行編碼：從特定的分布(特定分布是從基本層或增強層選擇權(quán)重相對集中分 布的基本層或增強層）中隨機選擇一個數(shù)d作為編碼符號的度，隨機選擇d個輸入符號作 為編碼符號的鄰結(jié)點，將該d個輸入符號的異或值作為編碼符號的值，如4圖所示。在圖4 中，在特定分布中隨機選擇一個數(shù)2作為編碼符號的度，隨機選擇2個輸入符號作為編碼符 號的鄰接點，即隨機選擇2個包，并進行異或運算，然后在編碼過程中加上數(shù)據(jù)頭信息，并 發(fā)送數(shù)據(jù)包。不同度的值，丟包率不同。圖中1~8表示經(jīng)過分層處理后的發(fā)送原始數(shù)據(jù)，隨 機選擇2個數(shù)據(jù)包進行異或運算a、b、c、d，同時加上頭信息，形成了新的發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0022] 對數(shù)據(jù)增加冗余信息：經(jīng)過分層編碼處理的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)發(fā)送時，需要進行網(wǎng)絡編 碼，將該節(jié)點的數(shù)據(jù)包中添加冗余信息，（冗余信息指發(fā)送數(shù)據(jù)包的最小單位為32字節(jié)，但 是分層處理后的數(shù)據(jù)不足，則添加冗余信息，以不足32字節(jié)）冗余信息主要是對數(shù)據(jù)層進 一步說明，冗余信息的添加進一步提高丟包率的容忍度，相當于增加了網(wǎng)絡的吞吐率。同 時該節(jié)點的鄰居節(jié)點也將接收到該數(shù)據(jù)包中的冗余信息，如果鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)包中的冗余信 息，跟該節(jié)點的冗余信息相匹配，那么，鄰居節(jié)點將該節(jié)點的數(shù)據(jù)一起進行編碼后，一起傳 輸，從而使其所有的鄰居節(jié)點都收到匹配冗余信息的數(shù)據(jù)包，提高了網(wǎng)絡吞吐量，從而節(jié)約 無線資源。如圖5所示，圖中的A、B、C代表三個節(jié)點，而小寫的a、b、c代表冗余信息。
[0023] 除此之外，冗余信息可以協(xié)助信道編碼，從而獲得好的抗噪性能，達到最大的信道 容量。數(shù)據(jù)信息、檢驗信息以及冗余信息隨機分布，如圖6所示。圖6中的干擾是指來自外 界環(huán)境、網(wǎng)絡因素的干擾，如：無線串號、天氣情況、物理障礙物等，干擾可能發(fā)生傳輸?shù)拿?一個環(huán)節(jié)。
[0024] 對數(shù)據(jù)碼進行加密的步驟：用于發(fā)送方將數(shù)據(jù)碼進行加密。
[0025] 常見的數(shù)據(jù)加密方式有線路加密和端對端的加密，然后在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?方式大多采用線路加密，如：WIFI采用WPA2在數(shù)據(jù)端口進行加密處理。
[0026] 傳輸數(shù)據(jù)碼的步驟：用于根據(jù)測試包對網(wǎng)絡環(huán)境的測試，在無線網(wǎng)絡帶寬不穩(wěn)定、 信號比較差的情況下，將帶有數(shù)據(jù)基本層以及隨機選取的增強層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包優(yōu)先傳輸， 當信號比較好的情況下之后，順序傳遞帶有基本層數(shù)據(jù)和增強層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包；發(fā)送方發(fā) 送兩個包括相同數(shù)據(jù)包數(shù)量的數(shù)據(jù)碼的碼段，并收取接收方發(fā)來的反饋信息，所述的反饋 信息包含有先后兩個碼段的接收時間，同時進入"比較調(diào)整的步驟"和"數(shù)據(jù)解密"。
[0027] 比較調(diào)整的步驟：用于發(fā)送方比較兩個碼段的接收時間，如果第二碼段的接收時 間大于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng)絡環(huán)境不穩(wěn)定，則調(diào)整減少下一碼段包含的數(shù)據(jù)包 數(shù)量，如果第二碼段的接收時間小于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng)絡環(huán)境改善，則調(diào)整增 加下一碼段包含的數(shù)據(jù)包數(shù)量，如果第二碼段的接收時間等于第一碼段的接收時間，則說 明網(wǎng)絡環(huán)境沒有變化，則調(diào)按原有碼段的包數(shù)繼續(xù)發(fā)送碼段，比較調(diào)整后回到"傳輸數(shù)據(jù)碼 的步驟"繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包； 在網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)無線傳中往往不知道使用什么有的無線傳輸網(wǎng)，也不知道網(wǎng)絡的傳輸環(huán) 境如何，因此數(shù)據(jù)傳輸之前首先要對網(wǎng)絡進行測試，確定是本次傳輸使用的是什么網(wǎng)絡，例 如可能是藍牙、WIFI、3G、4G網(wǎng)，根據(jù)環(huán)境測試的情況先確定傳輸那些數(shù)據(jù)。
[0028] 本步驟是一種自適應的傳輸方式：發(fā)送方向接收方傳輸數(shù)據(jù)碼，數(shù)據(jù)傳輸以編碼 后的碼段為基本單位，數(shù)據(jù)被分為多個不同的碼段。在開始傳輸過程，先發(fā)出兩個相同數(shù)據(jù) 包數(shù)的碼段，例如默認每個碼段為200個數(shù)據(jù)包，接收方收到第一批次碼段的反饋信息之 后，記錄時間tl ;收到第二批次數(shù)據(jù)碼段之后的時間記錄為t2。接收方將這兩個數(shù)據(jù)反饋 給發(fā)送方，發(fā)送方將tl和t2進行比較，如果t2>tl，則說明網(wǎng)絡環(huán)境不穩(wěn)定，則調(diào)整下一個 批次發(fā)送的碼段的數(shù)據(jù)包量為150,反之，增大碼段長度；每次發(fā)送兩段具備相當包數(shù)的碼 段，并不斷比較，不斷的調(diào)整碼段長度。用此種方式根據(jù)傳輸條件實時的調(diào)整傳輸速率。在 信道情況良好的情況下，提供高的傳輸速率，在信道情況差的情況下，降低輸出速率。當無 線信道發(fā)生變化時，自適應調(diào)整幀長(這里所述的幀長是在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸中將數(shù)據(jù)以 數(shù)據(jù)幀為基礎(chǔ)進行傳輸，以太網(wǎng)的幀是數(shù)據(jù)鏈路層的封裝，網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)包被加上幀頭和 幀尾成為可以被數(shù)據(jù)鏈路層識別的數(shù)據(jù)幀)，當干擾增加時，誤碼率將增加30%，減小幀長到 16bits，將降低誤幀率到10%，從而增加應用層的吞吐量，吞吐量增加的同時將傳輸命中率 提高5% ;同時，當移動結(jié)點運動速度增加1倍時，導致多普勒頻移增加，將幀長減小5%，減少 衰落幀的概率，吞吐量將提升2%，當幀長減小到8bits時，幀頭等額外負載也會增加，從而 降低系統(tǒng)的吞吐量，如圖7所示。
[0029] 數(shù)據(jù)解密的步驟：用于接收方對接收到的數(shù)據(jù)碼進行解密。根據(jù)發(fā)送方的加密方 式，對應的進行解密。
[0030] 分層解碼的步驟：用于接收方根據(jù)報文信息，分析分層信息，對數(shù)據(jù)碼進行分層解 碼，同時生成了解碼元數(shù)據(jù)信息。元數(shù)據(jù)是指經(jīng)過數(shù)據(jù)加工，重新封裝后的數(shù)據(jù)，主要包括： 源地址、目標地址，包頭信息等信息。
[0031] 校驗的步驟：用于接收方對數(shù)據(jù)包中的校驗位信息進行校驗，恢復原始數(shù)據(jù)元數(shù) 據(jù)信息進行完整性、有效性驗證。例如：如果解碼后的數(shù)據(jù)丟了 3個包，那么，需要補收隨后 數(shù)據(jù)的3個包，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的校驗位信息進行校驗，恢復原始數(shù)據(jù)，如果解碼后的數(shù)據(jù)多 了 3個包，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的校驗位，檢測數(shù)據(jù)包長度，從而正確還原數(shù)據(jù)，如圖8所示。
[0032] 數(shù)據(jù)解碼的步驟：用于接收方找出度為1的編碼符號，其值即為相連的源數(shù)據(jù)值， 將所有與恢復數(shù)據(jù)的結(jié)點相連的編碼符號與其相異或，得到新的編碼符號值，刪去該源數(shù) 據(jù)結(jié)點，與之相連的編碼符號度數(shù)減1，所有源數(shù)據(jù)被恢復即告解碼結(jié)束，否則解碼失敗，如 圖9所示。圖中小方格中的數(shù)字1~10代表10個發(fā)送的原數(shù)據(jù)包，在傳輸過程中隨機的丟 失了 3個數(shù)據(jù)包包，如圖9所示，丟失了 5、7、10三個數(shù)據(jù)包(虛線方格代表丟失的數(shù)據(jù)包)， 解碼過程中后續(xù)補充3個數(shù)據(jù)包11、12、13，然后進行異或運算，以恢復原數(shù)據(jù)。
[0033] 結(jié)束的步驟：用于接收方將源數(shù)據(jù)發(fā)送給智能設(shè)備端或測控終端使用。
[0034] 源數(shù)據(jù)成功解出后，就可以送入應用系統(tǒng)中應用，如果接收方是測控終端則源數(shù) 據(jù)可能是智能設(shè)備端發(fā)來的各種傳感器換取的測試數(shù)據(jù)，或者智能設(shè)備端的運行狀態(tài)數(shù)據(jù) 等。而如果接收方是智能設(shè)備端則源數(shù)據(jù)可能是測控終端發(fā)來的控制命令等。
[0035] 實施例二： 本實施例是實施例一的改進，是實施例一關(guān)于加密的細化。本實施例所述的"對數(shù)據(jù)碼 進行加密的步驟"和"數(shù)據(jù)解密的步驟"所述加密方式為端對端的單向Hash函數(shù)算法。
[0036] 本實施例采用端對端的加密方式，對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行加密。常見的數(shù)據(jù)加密方法 主要有對稱加密和非對稱加密方法、散列算法。由于非對稱加密算法的運行速度比對稱加 密算法的速度慢很多，當需要加密大量的數(shù)據(jù)時，采用對稱加密算法，可以提高加解密速 度。同時對稱加密算法不能實現(xiàn)簽名，其密鑰管理是個復雜的過程。所以本實施例采用基 于DES對稱分組密碼算法，即單向Hash函數(shù)算法。
[0037] 為了生成48bits的加密密鑰，需要對Ml=48/64bits的數(shù)據(jù)進行Hash變換，利用 第一個消息塊Ml變成隨機密鑰，假定M1，M2，M3分別是176bits分解后得到的Ml=48bits， M2=64bits，M3=64bits，176bits值由152bits長的消息和24bits的填充值組成。直接利用 Ml=48bits作為密鑰生成方案的輸入，并排列成6X8的陣列，二進制序列串的每位按順序 轉(zhuǎn)換輸出，結(jié)果就能方便獲取密鑰結(jié)果。密鑰結(jié)果被保存在特定的位置，以便后續(xù)的解密。
[0038] 由于加密采用Hash變換，接收端收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)密鑰特征，尋找隨機密鑰位置。 加密密鑰采用48bits的隨機密鑰，以第一個消息塊的48bits作為解密方案的輸入，若不足 則補充冗余信息，使其排列成6X8的陣列，根據(jù)密鑰結(jié)構(gòu)，一一與序列串進行異或運算，然 后順序置換輸出結(jié)果，從而推算出所有的密鑰，找出各個密鑰對應數(shù)據(jù)包的位置，并將其進 行解密。
[0039] 最后應說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布 置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù) 方案（比如簡單代換智能傳輸、步驟的先后順序、簡單替換測試包的應用、加密解密方式等） 進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種無線惡劣網(wǎng)絡環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)姆椒?，所述的方法使用的系統(tǒng)包 括：智能設(shè)備端，所述的智能設(shè)備端通過有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡與測控終端連接，所述方法的 步驟如下： 數(shù)據(jù)采集的步驟：用于智能設(shè)備端或測控終端作為發(fā)送方采集數(shù)據(jù)，將所采集的源數(shù) 據(jù)作為待發(fā)送數(shù)據(jù)準備向作為接收方的測控終端或智能設(shè)備端進行發(fā)送； 其特征在于： 發(fā)送數(shù)據(jù)測試包的步驟：用于發(fā)送方向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)測試包，所述的數(shù)據(jù)測試包包 含源地址信息、目標地址信息、傳輸協(xié)議以及相關(guān)的管理、控制信息； 數(shù)據(jù)測試包分解和回傳的步驟：用于接收方收到數(shù)據(jù)測試包后將數(shù)據(jù)測試包傳輸過程 的網(wǎng)絡信息同步反饋給發(fā)送方； 數(shù)據(jù)分解的步驟：用于發(fā)送方收到反饋信息之后，結(jié)合接收方的響應時間，所在的傳輸 頻率、頻段以及響應時間將待發(fā)送數(shù)據(jù)分解為基本層、增強層以及數(shù)據(jù)校驗層，并且為各層 標記不同的權(quán)重，其中校驗層數(shù)據(jù)隨機分布在基本層和增強層中，對于基本層和增強層的 劃分，從空間、質(zhì)量、頻率上劃分，保證每一層攜帶的數(shù)據(jù)量相對平等，基本層數(shù)據(jù)主要包含 源信息、目標信息以及發(fā)送端、接收端相關(guān)信息；增強層數(shù)據(jù)主要包含采集的源數(shù)據(jù)、管理 信息、控制信息； 數(shù)據(jù)分層處理的步驟：用于發(fā)送方完成數(shù)據(jù)校驗信息的計算，包括數(shù)據(jù)校驗信息以及 層校驗信息； 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡編碼的步驟：用于發(fā)送方將分層處理后的數(shù)據(jù)編碼、增加冗余信息之后，不同 的數(shù)據(jù)包將編碼為相同度的數(shù)據(jù)碼； 對數(shù)據(jù)碼進行加密的步驟：用于發(fā)送方將數(shù)據(jù)碼進行加密； 傳輸數(shù)據(jù)碼的步驟：用于根據(jù)測試包對網(wǎng)絡環(huán)境的測試，在無線網(wǎng)絡帶寬不穩(wěn)定、信號 比較差的情況下，將帶有數(shù)據(jù)基本層以及隨機選取的增強層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包優(yōu)先傳輸，當信 號比較好的情況下之后，順序傳遞帶有基本層數(shù)據(jù)和增強層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包；發(fā)送方發(fā)送兩 個包括相同數(shù)據(jù)包數(shù)量的數(shù)據(jù)碼的碼段，并收取接收方發(fā)來的反饋信息，所述的反饋信息 包含有先后兩個碼段的接收時間，同時進入"比較調(diào)整的步驟"和"數(shù)據(jù)解密"； 比較調(diào)整的步驟：用于發(fā)送方比較兩個碼段的接收時間，如果第二碼段的接收時間大 于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng)絡環(huán)境不穩(wěn)定，則調(diào)整減少下一碼段包含的數(shù)據(jù)包數(shù)量， 如果第二碼段的接收時間小于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng)絡環(huán)境改善，則調(diào)整增加下 一碼段包含的數(shù)據(jù)包數(shù)量，如果第二碼段的接收時間等于第一碼段的接收時間，則說明網(wǎng) 絡環(huán)境沒有變化，則調(diào)按原有碼段的包數(shù)繼續(xù)發(fā)送碼段，比較調(diào)整后回到"傳輸數(shù)據(jù)碼的步 驟"繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包； 數(shù)據(jù)解密的步驟：用于接收方對接收到的數(shù)據(jù)碼進行解密； 分層解碼的步驟：用于接收方根據(jù)報文信息，分析分層信息，對數(shù)據(jù)碼進行分層解碼， 同時生成了解碼元數(shù)據(jù)信息； 校驗的步驟：用于接收方對數(shù)據(jù)包中的校驗位信息進行校驗，恢復原始數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)信 息進行完整性、有效性驗證； 數(shù)據(jù)解碼的步驟：用于接收方找出度為1的編碼符號，其值即為相連的源數(shù)據(jù)值，將所 有與恢復數(shù)據(jù)的結(jié)點相連的編碼符號與其相異或，得到新的編碼符號值，刪去該源數(shù)據(jù)結(jié) 點，與之相連的編碼符號度數(shù)減1，所有源數(shù)據(jù)被恢復即告解碼結(jié)束，否則解碼失?。? 結(jié)束的步驟：用于接收方將源數(shù)據(jù)發(fā)送給智能設(shè)備端或測控終端使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的"對數(shù)據(jù)碼進行加密的步驟"和"數(shù) 據(jù)解密的步驟"所述加密方式為端對端的單向Hash函數(shù)算法。
【文檔編號】H04L1/00GK104113395SQ201410377848
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】劉崢 申請人:北京水木云科信息技術(shù)有限公司