船用物聯(lián)網(wǎng)信息安全傳輸系統(tǒng)研究

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摘要:隨著我國(guó)水路運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，水路物流已經(jīng)成為我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)組成環(huán)節(jié)，為了提高水路運(yùn)輸過程智能化，提高我國(guó)水路運(yùn)輸?shù)墓芾砟芰?，采用互?lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升航運(yùn)船舶的監(jiān)管能力有重要意義。本文介紹一種船用物聯(lián)網(wǎng)的基本組成，并針對(duì)船用物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全問題進(jìn)行研究，介紹船用物聯(lián)網(wǎng)的信息加密技術(shù)，設(shè)計(jì)船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸模塊。

關(guān)鍵詞：船用物聯(lián)網(wǎng)；信心安全；加密技術(shù)；互聯(lián)網(wǎng)

引言

我國(guó)水路運(yùn)輸包括內(nèi)河航運(yùn)和海上航運(yùn)，其中我國(guó)內(nèi)河航運(yùn)具有得天獨(dú)厚的資源，黃河和長(zhǎng)江流域自古以來就是我國(guó)重要的水路運(yùn)輸和商品貿(mào)易通道，促進(jìn)了我國(guó)內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。改革開發(fā)以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式從內(nèi)向型經(jīng)濟(jì)向外向型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，與世界其他各國(guó)的商品貿(mào)易逐漸增加，我國(guó)也成為世界上進(jìn)出口貿(mào)易大國(guó)。水路運(yùn)輸是我國(guó)交通運(yùn)輸體系的重要環(huán)節(jié)，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，提高水路運(yùn)輸?shù)木C合管理水平具有非常深遠(yuǎn)的意義。2011年8月，發(fā)改委等部門針對(duì)長(zhǎng)江流域水路運(yùn)輸?shù)摹爸腔酆降馈边M(jìn)行正式批復(fù)，建立智能化的水路運(yùn)輸信息服務(wù)系統(tǒng)成為了一項(xiàng)重要的國(guó)家發(fā)展策略。船聯(lián)網(wǎng)是指將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于船舶航運(yùn)場(chǎng)景中，結(jié)合射頻識(shí)別、傳感器等技術(shù)，對(duì)水路運(yùn)輸過程的船舶、集裝箱、港口、航線信標(biāo)等對(duì)象的屬性進(jìn)行設(shè)置，構(gòu)建智能化的水上運(yùn)輸交通網(wǎng)絡(luò)。船用物聯(lián)網(wǎng)有助于提高航道的通信效率，保障船舶的航運(yùn)安全，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文研究的重點(diǎn)是船用物聯(lián)網(wǎng)中信息的安全性，本文首先介紹船用物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和功能模塊，然后結(jié)合信息加密技術(shù)對(duì)船用物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全進(jìn)行研究，最后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的信息安全傳輸系統(tǒng)。

1船用物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)與發(fā)展現(xiàn)狀研究

船用物聯(lián)網(wǎng)的核心是構(gòu)建水上的智能交通網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)水路交通的精細(xì)化管理，以船舶航運(yùn)過程的數(shù)據(jù)為中心，實(shí)現(xiàn)航運(yùn)過程的人船、船船互聯(lián)。船用物聯(lián)網(wǎng)體系主要由船載物聯(lián)網(wǎng)終端、交換機(jī)、信號(hào)收發(fā)設(shè)備、岸基控制中心、用戶和無線鏈路等組成，在船用物聯(lián)網(wǎng)中，船舶自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)、貨物數(shù)據(jù)以及船舶型號(hào)數(shù)據(jù)等通過信號(hào)收發(fā)器發(fā)送至無線網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)，最后發(fā)送到岸上基站，基站將反饋信息通過無線鏈路返回至船載終端。船用物聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)樗愤\(yùn)輸提供多種功能，比如航道信息服務(wù)、交通信息服務(wù)、交通監(jiān)管、物流服務(wù)等，如下：1）航道信息服務(wù)為了確保船舶在航道上的航行安全，船舶通常利用VHF或者雷達(dá)等設(shè)備獲取航道內(nèi)的各類信息，比如氣象信息、航標(biāo)、水深、通航狀態(tài)等，而利用船用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以直接通過無線網(wǎng)絡(luò)從岸基控制中心獲取航道的相關(guān)信息，方便快捷。航道信息服務(wù)是船用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)性服務(wù)之一，與船舶的數(shù)據(jù)交互還包括水位預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)等。2）交通監(jiān)管服務(wù)主要是指利用船用物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，交通管理部分可以對(duì)航道內(nèi)船舶進(jìn)行組織和調(diào)節(jié)，由于船用物聯(lián)網(wǎng)采用傳感器和射頻識(shí)別技術(shù)，在船舶通過船閘時(shí)能夠利用RFID快速對(duì)船舶識(shí)別和管理，一旦發(fā)現(xiàn)非法船舶或非法貨物時(shí)，可啟動(dòng)報(bào)警功能。3）交通信息服務(wù)船用物聯(lián)網(wǎng)的交通信息服務(wù)主要包括兩部分：其一是當(dāng)前航道的交通狀態(tài)信息，包括航道交通擁堵狀況、交通形勢(shì)的分析等；其二是巷道內(nèi)船舶的屬性信息，能夠在電子航道圖上顯示船舶的航行情況，船用物聯(lián)網(wǎng)中的每一艘船舶都具有獨(dú)立的識(shí)別號(hào)，利用物聯(lián)網(wǎng)可以獲取船舶的相關(guān)屬性信息，甚至包括船員信息、船運(yùn)公司營(yíng)運(yùn)證、租賃信息等。交通信息服務(wù)有助于提高船舶在航道內(nèi)的航行效率。4）物流服務(wù)。

2船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全加密技術(shù)研究

加密技術(shù)是利用密碼算法對(duì)信息處理，將明文轉(zhuǎn)換為密文，然后進(jìn)行傳輸。密文接收器收到信息后，利用約定的密鑰將密文解密成明文，從而完成整個(gè)信息傳輸過程。船用物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中含有大量的船舶信息，為了確保船用物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的安全性，本文利用信息加密技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用的加密算法是一種對(duì)稱加密算法。對(duì)稱加密算法是指利用同一個(gè)密鑰對(duì)信息加密和解密，數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p方需要約定同一個(gè)密鑰。對(duì)稱加密算法又包括分組密碼技術(shù)（DES、RCS）和流密碼技術(shù)（AES）2種，其中，分組密碼技術(shù)采用64bit長(zhǎng)度的密鑰，加密過程包括明文的初始換位、加密變換、逆變換等。

2.2船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文結(jié)合對(duì)稱加密技術(shù)，對(duì)船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中需要遵循以下原則：1）船聯(lián)網(wǎng)中的信息安全傳輸系統(tǒng)為了保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性，在使用過程中可能會(huì)不斷地針對(duì)病毒等入侵行為進(jìn)行更新，因此，需要安全傳輸系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，方便后續(xù)硬件與軟件的添加。2）在設(shè)計(jì)時(shí)需要保障信息安全傳輸系統(tǒng)的密碼技術(shù)、硬件技術(shù)能夠及時(shí)的更新，有能力充分應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的入侵行為。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要具備硬件、軟件優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)加速等功能。3）系統(tǒng)的通信渠道需要具有擴(kuò)展性，當(dāng)某一船聯(lián)網(wǎng)的無線信道出現(xiàn)故障時(shí)，傳輸系統(tǒng)能夠提供備用的安全信道。4）必須采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用的信息傳輸協(xié)議，選擇安全、成熟的硬件設(shè)備。本文設(shè)計(jì)的船用物聯(lián)網(wǎng)信息安全傳輸系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)主要由內(nèi)網(wǎng)單元和外網(wǎng)單元組成，內(nèi)網(wǎng)單元是指船載物聯(lián)網(wǎng)終端的單元，外網(wǎng)單元是指控制中心，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元之間存在位移的數(shù)據(jù)傳輸通道，該信息安全傳輸系統(tǒng)具備的功能特點(diǎn)：1）2個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元相對(duì)獨(dú)立，內(nèi)網(wǎng)單元具有的安全功能包括身份認(rèn)證、訪問控制、內(nèi)容過濾和信號(hào)解析等，外網(wǎng)單元除了具有常規(guī)的訪問控制和內(nèi)容過濾等功能，還具有安全審計(jì)功能，內(nèi)網(wǎng)單元和外網(wǎng)單元間具有唯一的隔離數(shù)據(jù)通道。2）網(wǎng)絡(luò)單元采用高性能Intel處理器，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)的處理能力較強(qiáng)。在內(nèi)網(wǎng)單元與船舶其他設(shè)備的通信過程中，一方面為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，另一方面也考慮設(shè)備的兼容性，本文選用USB轉(zhuǎn)串口通信的結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，選擇PL2303LX芯片來完成轉(zhuǎn)換，圖4為電路圖。3）信息安全傳輸系統(tǒng)的2個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元在物理上是獨(dú)立的實(shí)體，任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元都不能對(duì)另一個(gè)單元進(jìn)行控制等操作。4）內(nèi)網(wǎng)單元與外網(wǎng)單元之間的數(shù)據(jù)加密采用對(duì)稱加密算法，實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不是IP數(shù)據(jù)報(bào)文，而是64位密文，網(wǎng)絡(luò)單元的訪問控制功能對(duì)接口的訪問進(jìn)行了二次加密，從而增強(qiáng)安全性。

3結(jié)語

船用物聯(lián)網(wǎng)旨在構(gòu)建一個(gè)智能化的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，能夠?yàn)樗方煌ㄟ\(yùn)輸船舶提供航道信息、交通信息和監(jiān)管信息等有。本文研究的方向是船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全性，結(jié)合對(duì)稱加密技術(shù)設(shè)計(jì)了船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的特性與原理。

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作者：趙悅品 孫潔麗 單位：河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院