船用物聯(lián)網(wǎng)信息安全傳輸系統(tǒng)研究

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摘要:隨著我國水路運輸行業(yè)的不斷發(fā)展，水路物流已經(jīng)成為我國的重要經(jīng)濟組成環(huán)節(jié)，為了提高水路運輸過程智能化，提高我國水路運輸?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，并針對船用物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全問題進行研究，介紹船用物聯(lián)網(wǎng)的信息加密技術(shù)，設(shè)計船用物聯(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

我國水路運輸包括內(nèi)河航運和海上航運，其中我國內(nèi)河航運具有得天獨厚的資源，黃河和長江流域自古以來就是我國重要的水路運輸和商品貿(mào)易通道，促進了我國內(nèi)部的經(jīng)濟發(fā)展。改革開發(fā)以來，我國的經(jīng)濟發(fā)展模式從內(nèi)向型經(jīng)濟向外向型經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，與世界其他各國的商品貿(mào)易逐漸增加，我國也成為世界上進出口貿(mào)易大國。水路運輸是我國交通運輸體系的重要環(huán)節(jié)，也是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，提高水路運輸?shù)木C合管理水平具有非常深遠的意義。2011年8月，發(fā)改委等部門針對長江流域水路運輸?shù)摹爸腔酆降馈边M行正式批復，建立智能化的水路運輸信息服務(wù)系統(tǒng)成為了一項重要的國家發(fā)展策略。船聯(lián)網(wǎng)是指將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于船舶航運場景中，結(jié)合射頻識別、傳感器等技術(shù)，對水路運輸過程的船舶、集裝箱、港口、航線信標等對象的屬性進行設(shè)置，構(gòu)建智能化的水上運輸交通網(wǎng)絡(luò)。船用物聯(lián)網(wǎng)有助于提高航道的通信效率，保障船舶的航運安全，具有重要的經(jīng)濟價值。本文研究的重點是船用物聯(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)對船用物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全進行研究，最后設(shè)計了系統(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)，實現(xiàn)水路交通的精細化管理，以船舶航運過程的數(shù)據(jù)為中心，實現(xiàn)航運過程的人船、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、信號收發(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)以及船舶型號數(shù)據(jù)等通過信號收發(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)能夠為水路運輸提供多種功能，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或者雷達等設(shè)備獲取航道內(nèi)的各類信息，比如氣象信息、航標、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、氣象預(yù)報等。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，交通管理部分可以對航道內(nèi)船舶進行組織和調(diào)節(jié)，由于船用物聯(lián)網(wǎng)采用傳感器和射頻識別技術(shù)，在船舶通過船閘時能夠利用RFID快速對船舶識別和管理，一旦發(fā)現(xiàn)非法船舶或非法貨物時，可啟動報警功能。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立的識別號，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、船運公司營運證、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

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)是利用密碼算法對信息處理，將明文轉(zhuǎn)換為密文，然后進行傳輸。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)對物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)進行處理，采用的加密算法是一種對稱加密算法。對稱加密算法是指利用同一個密鑰對信息加密和解密，數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p方需要約定同一個密鑰。對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

本文結(jié)合對稱加密技術(shù)，對船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，在設(shè)計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)為了保護數(shù)據(jù)的安全性，在使用過程中可能會不斷地針對病毒等入侵行為進行更新，因此，需要安全傳輸系統(tǒng)具有良好的擴展性，方便后續(xù)硬件與軟件的添加。2）在設(shè)計時需要保障信息安全傳輸系統(tǒng)的密碼技術(shù)、硬件技術(shù)能夠及時的更新，有能力充分應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)的入侵行為。系統(tǒng)設(shè)計時需要具備硬件、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展性，當某一船聯(lián)網(wǎng)的無線信道出現(xiàn)故障時，傳輸系統(tǒng)能夠提供備用的安全信道。4）必須采用標準化、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：1）2個網(wǎng)絡(luò)單元相對獨立，內(nèi)網(wǎng)單元具有的安全功能包括身份認證、訪問控制、內(nèi)容過濾和信號解析等，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，對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)的處理能力較強。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個網(wǎng)絡(luò)單元在物理上是獨立的實體，任意一個網(wǎng)絡(luò)單元都不能對另一個單元進行控制等操作。4）內(nèi)網(wǎng)單元與外網(wǎng)單元之間的數(shù)據(jù)加密采用對稱加密算法，實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不是IP數(shù)據(jù)報文，而是64位密文，網(wǎng)絡(luò)單元的訪問控制功能對接口的訪問進行了二次加密，從而增強安全性。

3結(jié)語

船用物聯(lián)網(wǎng)旨在構(gòu)建一個智能化的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，能夠為水路交通運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)合對稱加密技術(shù)設(shè)計了船用物聯(lián)網(wǎng)的信息安全傳輸系統(tǒng)，并詳細介紹了該系統(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)學院