Применение технологии связи NB-IoT в интеллектуальных газовых счетчиках

Предисловие:

Описывается состояние развития технологии беспроводной связи для интеллектуальных счетчиков газа, анализируются характеристики технологии связи NB-IoT, применяемой в интеллектуальных счетчиках газа, и указываются проблемы, существующие в интеллектуальных счетчиках газа, использующих технологию связи NB-IoT (отсутствие необходимых механизмов аутентификации транзакций, отсутствие возможностей профессиональной обработки данных Gas и недостаточная техническая зрелость). Умные газовые счетчики решают вышеперечисленные проблемы за счет встроенных шлюзов. Уточним структуру интеллектуального газового счетчика со встроенным шлюзом, а также структуру и функции шлюза. Встроенный шлюз обладает функциями защиты информационной безопасности, может осуществлять аутентификацию связи и аутентификацию транзакций, обладает профессиональными возможностями обработки данных о газе и может обеспечить синхронизацию обновлений приложений интеллектуального газового счетчика с обновлениями сети оператора связи. Обсудите процесс информационного взаимодействия между интеллектуальными газовыми счетчиками и серверами газовой компании.

Современное состояние технологии беспроводной связи для интеллектуальных газовых счетчиков

Технологии связи, которые могут использоваться интеллектуальными газовыми счетчиками, включают в себя проводную и беспроводную технологии связи. С развитием технологии беспроводной связи все большее количество интеллектуальных газовых счетчиков предпочитают использовать беспроводную технологию связи, преодолевая такие проблемы, как высокая стоимость прокладки линии, сложность обслуживания оборудования и плохая масштабируемость сети, характерные для проводной технологии связи. Беспроводные технологии связи, используемые в настоящее время в интеллектуальных счетчиках газа, включают беспроводные локальные сети (WLAN), беспроводные глобальные сети (WWAN) и маломощные глобальные сети (LPWAN) категории 3, классификация беспроводных технологий связи показана на рисунке 1.

В условиях общей тенденции развития Интернета всего традиционные технологии беспроводной связи уже не могут удовлетворить потребности Интернета всего (широкий охват, низкое энергопотребление, большие соединения и т.д.), и необходимо срочно разработать новую технологию связи для Интернета вещей, чтобы достичь

Теперь все вокруг взаимосвязано. В соответствии с этим требованием появилась технология связи Narrow Band-Internet of Things (NB-IoT). Появление технологии связи NB-IoT стало результатом совместных усилий операторов связи общего пользования (далее - операторы связи), производителей коммуникационного оборудования и разработчиков микросхем. Это совершенно новая узкополосная технология Интернета вещей, основанная на сотовых сетях. Это организация 3GPP. Определенный международный стандарт может быть непосредственно развернут в существующих телекоммуникационных сетях [1]. 2 NB - Характеристика IoT-приложений в интеллектуальных счетчиках газа

① Структура сети связи с использованием технологии NB-IoT

Структура сети связи NB-IoT интеллектуального газового счетчика показана на рис. 2. Интеллектуальный газовый счетчик может загружать информацию о датчиках с интеллектуального газового счетчика через коммуникационную платформу сенсорной сети оператора связи и одновременно получать информацию о газовой компании.

Контрольная информация выдается сервером компании. NB - базовая станция IoT может реализовать управление беспроводными ресурсами (например, аутентификация доступа к сети для оконечных устройств, проверка наличия у устройства права доступа к сети и системе, предотвращение доступа незаконных устройств к сети и занятие сетевых ресурсов) и шифровать проходящий поток данных, а зашифрованные данные обрабатываются через шлюз и загружаются.

Шлюзы, предоставляемые операторами связи, включают в себя шлюз обслуживания (S-GW) и шлюз пакетных данных (PDN Gateway, P-GW). S-GW отвечает за управление коммуникациями интеллектуального газового счетчика, включая установление и разрыв соединений, обеспечение контроля качества услуг и хранение контекстной информации интеллектуального газового счетчика (включая информацию о логотипе интеллектуального газового счетчика, адреса элементов сети связи и т. д.). Шлюз P-GW отвечает за управление подключением внешней сети передачи данных, реализацию аутентификации доступа к сети внешней сети передачи данных и реализацию соединения между коммуникационной платформой сенсорной сети оператора связи и сервером газовой компании.

Сервер газовой компании классифицирует и вычисляет полученные данные о показаниях счетчика и сохраняет обработанную информацию локально, чтобы ее можно было вызвать в любое время. Сервер газовой компании анализирует полученные данные счетчика, чтобы определить его состояние, а затем управляет счетчиком. В то же время сервер газовой компании может получать информацию о запросах и контрольную информацию, отправленную пользователями газа, для реализации услуг для пользователей газа и управления счетчиком в соответствии с пожеланиями пользователей газа.

② Проблемы применения NB-IoT в интеллектуальных газовых счетчиках

По сравнению с сетями связи интеллектуальных газовых счетчиков, использующих другие технологии беспроводной связи, существенной особенностью сети связи интеллектуальных газовых счетчиков, использующих технологию связи NB-IoT, является то, что связь между интеллектуальным газовым счетчиком и базовой станцией оператора не требует создания независимых сетей, то есть связь интеллектуального газового счетчика. Газовый счетчик может напрямую связываться с коммуникационной платформой сенсорной сети оператора связи, обеспечивая безопасность связи при передаче информации, однако существуют следующие проблемы.

a. Отсутствие необходимого механизма аутентификации транзакций. Технология связи NB-IoT - это платная и надежная технология связи в контролируемых частотных диапазонах. Любой аутентифицированный узел связи с реальным именем в сети, покрываемой базовой станцией, имеет право на легальную связь, и его юридическая личность может быть распознана через сеть в любое время и в любом месте для получения прав на связь. Это обеспечивает безопасность связи. Однако она не обладает возможностями обеспечения безопасности бизнеса и не может определить законность операций с газом между газовой компанией (сервером газовой компании) и оборудованием пользователя газа (интеллектуальным газовым счетчиком). В результате при возникновении проблем пользователь газа или газовая компания не могут нормально выполнять свои юридические контракты. что влияет на нормальное развитие бизнеса газовой компании. Например, после того как злоумышленник получает права связи базовой станции NB-IoT и отправляет незаконные данные на интеллектуальный газовый счетчик, имитируя сервер газовой компании, шлюз в коммуникационной платформе сенсорной сети оператора связи может только аутентифицировать связь и не может знать объект связи. Независимо от того, законно это или нет, аутентификация транзакции не может быть достигнута, поэтому незаконные данные могут напрямую попасть на интеллектуальный газовый счетчик, что представляет угрозу для безопасности данных интеллектуального газового счетчика и безопасности использования газа. Поэтому, помимо определения прав на передачу данных, необходимо также определить права на транзакции как газовых компаний, так и пользователей газа.

b. Отсутствие профессиональных возможностей обработки газовых данных. Шлюз в коммуникационной платформе сенсорной сети оператора связи - это, по сути, платформа управления сетью, которая может управлять созданием и разблокировкой сети и обеспечивать безопасность газовых данных при передаче. Однако шлюз коммуникационной платформы сенсорной сети оператора связи не имеет функции, специально предназначенной для обработки и анализа данных о газе. По соображениям коммерческой тайны газовая компания не хочет, чтобы третьи лица участвовали в обработке и анализе газовых данных. Это привело к тому, что коммуникационная платформа сенсорной сети оператора связи передает все передаваемые данные на счетчик для обработки. Это предъявляет повышенные требования к счетчику и требует наличия профессионального модуля обработки газовых данных, встроенного в счетчик.

c. Технология недостаточно развита. В практических приложениях коммуникационные модули NB-IoT (такие как протоколы связи и т. д.) необходимо постоянно модернизировать и оптимизировать, что окажет влияние на корпоративные продукты и продукты, уже находящиеся в эксплуатации. В то же время модернизация сетей операторов связи и модернизация модулей NB-IoT не могут этого сделать. При полной синхронизации операторы связи легко модернизируют свои сети и не успевают своевременно обновить модули связи на стороне счетчика, что негативно сказывается на нормальной работе газовой компании и не позволяет предоставлять эффективные и качественные услуги пользователям газа.

3Smart газовый счетчик со встроенным шлюзом

① Структура интеллектуального газового счетчика со встроенным шлюзом Технология связи NB-IoT подходит для связи интеллектуальных газовых счетчиков. Она может хорошо решить проблему "подключения" умного газа и имеет несравненные преимущества по сравнению с традиционной технологией беспроводной связи. Но в то же время мы должны понимать, что технологии связи NB-IoT не хватает функции управления счетчиком, и в практическом применении она должна сочетаться с умным газовым счетчиком со встроенным шлюзом. Структура интеллектуального газового счетчика со встроенным шлюзом показана на рисунке 3. Шлюз интеллектуального газового счетчика соединен с модулем измерения и модулем управления, а также подключен к внешней антенне. Шлюз может обрабатывать информацию, передаваемую модулем измерения, включая расход газа.

информация о количестве, информация о температуре и давлении, информация о часах и т.д.; в то же время он может принимать управляющую информацию, отправленную сервером газовой компании через антенну, такую как информация о закрытии клапана, информация о блокировке, информация о пополнении и т.д. Шлюз обрабатывает эту информацию и передает ее в модуль управления. Модуль управления контролирует рабочее состояние интеллектуального газового счетчика.

② Структура и функции шлюза Структура шлюза показана на рисунке 4.

Функции каждого блока следующие.

a. Главный блок управления: используется для приема и отправки инструкций запроса, инструкций управления и рабочих данных, для реализации загрузки информации о зондировании со стороны стола и приема информации дистанционного управления и информации запроса. Главный блок управления обменивается данными с модулем зондирования, модулем управления и антенной на рисунке 3, которые не показаны на рисунке 4.

b. Блок конфигурации оборудования: используется для получения управляющих инструкций от главного блока управления и загрузки инструкций запроса в главный блок управления для управления рабочим состоянием каждого модуля интеллектуального счетчика газа. c. Блок адаптации протокола связи: используется для преобразования формата управляющих инструкций и информации о бизнес-данных, выданных сервером газовой компании, в формат, который может принимать главный блок управления, и для преобразования формата инструкций запроса и информации о бизнес-данных, загруженных главным блоком управления, в формат, который может принимать сервер газовой компании.

d. Блок управления флагами: осуществляет единую идентификацию флагов шлюза, флагов базового счетчика газового счетчика, флагов модуля управления, флагов сенсорного модуля и флагов сетевого адреса, а также реализует такие функции, как считывание и конфигурирование различных флагов. Блок управления флагами сравнивает идентифицированные различные флаги с флагом базовой станции NB-IoT и флагом сервера газовой компании, полученными шлюзом в главном блоке управления, и объединяет функции блока безопасности для реализации аутентификации связи и аутентификации транзакций.

e.Блок управления состоянием: используется для передачи инструкций запроса на шлюзовое устройство информацию о состоянии и информацию о состоянии бизнес-приложений, полученную сервером газовой компании. Он также может активно и регулярно отправлять запросы на сервер газовой компании.

Передача инструкций информации о состоянии шлюзового устройства и инструкций информации о состоянии бизнес-приложения для реализации восприятия сервером газовой компании рабочего состояния интеллектуального газового счетчика.

f. Подразделение безопасности: Блок безопасности в основном отвечает за управление взрывобезопасностью и управление информационной безопасностью. Управление взрывобезопасностью заключается в определении аномального состояния использования газа интеллектуальными счетчиками газа и передаче аномальной информации в главный блок управления, который определяет превентивные меры, которые необходимо принять, чтобы в конечном итоге обеспечить безопасность пользователей газа. Управление информационной безопасностью заключается в идентификации и фильтрации внешней информации, получаемой интеллектуальным газовым счетчиком, для предотвращения неправильного выполнения незаконной управляющей информации. В то же время оно шифрует загруженную информацию о датчиках на стороне счетчика, чтобы предотвратить ее кражу.

g.Блок синхронизации часов: Блок синхронизации часов взаимодействует с главным блоком управления и используется для приема инструкций синхронизации часов, выдаваемых главным блоком управления, и активной загрузки инструкций синхронизации запросов в главный блок управления для обеспечения работы интеллектуальных счетчиков газа.

Часы счетчика синхронизируются с часами сервера газовой компании для повышения эффективности связи и обеспечения справедливости учета. h. Блок управления производительностью: используется для передачи инструкций автоматического обнаружения и управления техническим обслуживанием на главный блок управления, и в то же время передает инструкции запроса, инициированные сервером газовой компании для получения данных о производительности шлюза и сбора параметров производительности главного блока управления.

i.Блок адаптации бизнес-протокола: Преобразование информационного формата управляющих инструкций и информации о бизнес-данных, выданных главным блоком управления, в формат, который может быть принят каждым блоком управления, и преобразование информации, отправленной каждым блоком управления в шлюзе

Формат инструкции запроса и информации о рабочих данных преобразуется в формат, который может принимать главный блок управления.

j． Блок бизнес-приложений: Блок бизнес-приложений взаимодействует с главным блоком управления и используется для управления приложениями внутри шлюза, включая загрузку приложений, их установку, мониторинг, удаление, активацию, деактивацию, обновление и т. д., чтобы обеспечить нормальный ход обмена данными и предотвратить ошибки. Сеть оператора связи была модернизирована, и обновление приложений на стороне стола отставало, что привело к сбою нормальной связи.

③Процесс обмена информацией

Интерактивная информация между интеллектуальным газовым счетчиком и сервером газовой компании включает в себя сообщения восходящего канала и сообщения нисходящего канала. Восходящее сообщение относится к информационным данным, загруженным интеллектуальным газовым счетчиком на сервер газовой компании, а нисходящее сообщение относится к информационным данным, отправленным сервером газовой компании на интеллектуальный газовый счетчик. информационные данные. Связь между интеллектуальным газовым счетчиком и сервером газовой компании делится на активную связь и пассивную связь. Активная связь означает, что интеллектуальный газовый счетчик загружает информацию на сервер газовой компании в определенных ситуациях (например, о потенциальных угрозах безопасности на конце счетчика и т. д.) или через регулярные промежутки времени. Пассивная связь означает, что после того, как сервер газовой компании отправляет информацию на интеллектуальный газовый счетчик, интеллектуальный газовый счетчик загружает эту информацию в газовую компанию. Процесс информационного взаимодействия встроенного шлюза интеллектуального газового счетчика показан на рисунке 5.

a. Сервер газовой компании отправляет запрос, настройку, управление и другую информацию на интеллектуальный газовый счетчик, которая может быть передана на интеллектуальный газовый счетчик через платформу связи сенсорной сети оператора связи. Эта информация называется информацией о нисходящем сообщении, и информация о нисходящем сообщении дважды проходит через шифрование, шлюз интеллектуального газового счетчика в конечном итоге анализирует и сохраняет информацию о нисходящем сообщении, завершает аутентификацию транзакции, сравнивая ее с флагами сенсорного модуля и модуля управления, формирует инструкцию управления и отправляет ее в сенсорный модуль и модуль управления для завершения интеллектуального запроса, настройки и управления газовыми счетчиками.

Рисунок 5 Процесс информационного взаимодействия встроенного шлюза интеллектуального газового счетчика

b. После того как модуль зондирования и модуль управления выполнят команду, будет сформировано ответное сообщение, то есть информация обратной связи передается на шлюз, завершается аутентификация транзакции путем сравнения с логотипом сервера газовой компании, IP-адресом и т. д., а затем шифруется и сохраняется для формирования Информация о восходящем сообщении повторно шифруется платформой связи сенсорной сети оператора связи и затем передается на сервер газовой компании. Сервер газовой компании анализирует, хранит и обрабатывает информацию о восходящем сообщении, чтобы подготовиться к приему следующего сообщения.

Информация сообщения содержит специфическую информацию, такую как знаки и подписи, которые используются для аутентификации связи и аутентификации транзакций. Информация о сообщении при передаче существует в виде шифротекста для обеспечения безопасности коммуникационной информации.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена онлайн. Если она нарушает ваши интересы, пожалуйста, свяжитесь с нами для ее удаления!