户用仪表数据无线集抄关键技术的研究

发布时间：2017-08-09 07:37

  本文关键词：户用仪表数据无线集抄关键技术的研究

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【摘要】：随着物联网技术的不断发展,抄表方式逐渐走向智能化。目前抄表方式主要分为有线抄表和无线抄表。由于有线抄表系统存在着前期布线成本高,后期维护困难等问题,本文对户用仪表间的数据传输采用无线通信方式,其中重点针对低功耗唤醒进行了研究。同时,为了保证抄表指令、收费金额、用户信息等数据的安全性,在数据传输过程中采用加密算法。主要研究内容如下:1.为了实现仪表唤醒过程的低功耗,首先根据集中器与仪表间指令传输的时序提出了基于TDMA的低功耗时隙分配算法,并分别分析了不带地址,带地址有回复及带地址无回复三种工作方式。根据对唤醒指令内容的优化,提出了基于伪随机序列的自相关唤醒法。该算法无需分配指令时隙,可从任意位置截取信息自行判断是否苏醒,唤醒成功率高。分别计算比较不同方案下的唤醒功耗,研究表明基于TDMA的带地址有回复唤醒方式与自相关唤醒法两者存在功耗相等的情况,且同时低于基于TDMA的不带地址与带地址无回复唤醒方式。2.户用仪表完成唤醒后进入数据传输部分,通过传输经过加密处理后的数据,提高抄表过程的安全性。在无线通信背景下,选取加密算法简单,占用内存小的对称加密算法3DES与AES。为了评判抄表系统中加密算法的优劣,使用密钥空间、线性复杂度、信息熵及平衡性等性能指标,从密钥与密文序列两个方面选取加密算法。实验结果综合表明,AES较于3DES具有更高的加密安全性,更适用于无线数据传输。理论分析和实验结果表明,综合考虑唤醒成功率与功耗,本文提出的自相关唤醒法,可以有效降低整个户用仪表系统无线唤醒的总能耗。在数据安全传输方面,通过加入数据加密算法AES,可以有效保证无线数据传输过程的安全性。
【关键词】：无线数据传输 时隙分配 自相关唤醒 加密算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4;TU855
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-13
• 1.2.1 低功耗无线数据传输研究现状及分析10-12
• 1.2.2 数据加密算法研究现状及分析12-13
• 1.3 研究内容及组织结构13-15
• 1.3.1 本文研究内容13
• 1.3.2 本文组织结构13-15
• 第2章 无线数据传输技术研究15-23
• 2.1 无线集抄技术概述15-16
• 2.2 无线低功耗数据传输技术研究16-21
• 2.2.1 时隙分配法16-18
• 2.2.2 自相关唤醒法18-21
• 2.3 数据加密算法21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 无线低功耗数据传输技术研究23-41
• 3.1 基于TDMA的低功耗时隙分配算法23-28
• 3.1.1 时隙分配法实现模型23-25
• 3.1.2 参数选取及分析25-27
• 3.1.3 实验测试及分析27-28
• 3.2 基于伪随机序列的自相关唤醒法28-32
• 3.2.1 伪随机序列的编码与解码29-30
• 3.2.2 自相关唤醒过程30-32
• 3.3 功耗计算及比较32-40
• 3.3.1 功耗计算32-36
• 3.3.2 功耗比较及分析36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 数据加密算法41-61
• 4.1 加密算法原理及过程41-55
• 4.1.1 DES41-47
• 4.1.2 3DES47-49
• 4.1.3 AES49-55
• 4.2 性能评估55-56
• 4.2.1 密钥空间55
• 4.2.2 线性复杂度及线性复杂度平均误差55
• 4.2.3“0-1”平衡性55-56
• 4.2.4 熵值分析56
• 4.2.5 字符频率统计56
• 4.3 实验数据及分析56-60
• 4.3.1 密钥流序列随机性测试分析57-58
• 4.3.2 密文序列统计性测试分析58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果67-69
• 致谢69

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本文编号：644138