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【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)安全防護(hù)
物聯(lián)網(wǎng)是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,以實(shí)現(xiàn)信息傳遞、智能識(shí)別、物品管理等功能的網(wǎng)絡(luò)。
隨著云計(jì)算技術(shù)受到廣泛的關(guān)注,云存儲(chǔ)技術(shù)也得到了廣泛的重視。云存儲(chǔ)可以在一系列軟件的支撐下將多種存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行整合,構(gòu)成海量存儲(chǔ)空間空用戶使用。利用云存儲(chǔ)服務(wù),物聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商可以達(dá)到避免自建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心,節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本,提高服務(wù)質(zhì)量的目的。
一、云存儲(chǔ)技術(shù)概述
云存儲(chǔ)技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)的延伸,該技術(shù)通過使用多種技術(shù)手段如集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)、分布式文件系統(tǒng)等,將多種存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)不同架構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備的協(xié)同工作,供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問等。
二、云存儲(chǔ)安全中的關(guān)鍵技術(shù)分析
云存儲(chǔ)涉及龐大的用戶數(shù)據(jù),其安全性能相對(duì)于傳統(tǒng)存儲(chǔ)而言更加受到重視。鑒于云存儲(chǔ)具有多種不同于傳統(tǒng)存儲(chǔ)的特性,對(duì)云存儲(chǔ)所采取的安全防護(hù)技術(shù)也不同于傳統(tǒng)安全防護(hù)措施。下文就云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)與檢索技術(shù)、密文訪問控制技術(shù)等安全技術(shù)進(jìn)行分析。
2.1數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)與檢索技術(shù)
由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端,故必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理,以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)的非法獲取或者出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露事故。云存儲(chǔ)中對(duì)數(shù)據(jù)的加密同時(shí)存在于數(shù)據(jù)傳輸過程和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程中。
常用的加密檢索算法有線性搜索算法、安全索引算法、基于關(guān)鍵詞的公鑰搜索算法、排序搜索算法、全同態(tài)加密檢索算法等。
線性搜索算法是指對(duì)具有如下加密存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的信息進(jìn)行搜索。首先將明文信息加密為密文信息,然后按照關(guān)鍵詞所對(duì)應(yīng)的密文信息生成一串偽隨機(jī)序列,進(jìn)而由該偽隨機(jī)序列和當(dāng)前密文信息生成校驗(yàn)序列對(duì)密文信息進(jìn)行加密。
安全索引算法則是利用加密秘鑰生成一組逆Hash序列,同時(shí)將索引放入布隆過濾器。當(dāng)用戶進(jìn)行檢索時(shí),所使用的逆Hash序列會(huì)生成多個(gè)陷門進(jìn)而進(jìn)行布隆檢測(cè),對(duì)返回的文檔進(jìn)行解密后所獲得的數(shù)據(jù)即為所需數(shù)據(jù)。
基于關(guān)鍵詞的公鑰搜索算法則是利用公鑰對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,直接生成可用于搜索的密文信息。該算法適用于移動(dòng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索需求。
排序搜索算法的實(shí)現(xiàn)是將數(shù)據(jù)文檔的關(guān)鍵詞的詞頻進(jìn)行保序加密。當(dāng)進(jìn)行檢索時(shí),首先對(duì)含有檢索關(guān)鍵詞的密文進(jìn)行檢索,然后使用保序算法對(duì)密文信息進(jìn)行排序,恢復(fù)明文數(shù)據(jù)。
全同態(tài)加密檢索算法利用向量空間模型對(duì)存儲(chǔ)信息和待查信息之間的相關(guān)度進(jìn)行計(jì)算,按照詞頻頻率和文檔頻率等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),進(jìn)而使用全同態(tài)加密算法對(duì)文檔加密,同時(shí)建立索引。索引時(shí)只需要使用經(jīng)過加密算法加密的明文數(shù)據(jù)即可在不回復(fù)明文信息的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)。
2.2云數(shù)據(jù)訪問安全控制分析
云存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜,且受商業(yè)利益主導(dǎo),云服務(wù)為保證所采取的安全機(jī)制是有效的,在不可信場(chǎng)景下,采用密文訪問控制技術(shù)可有效消除用戶對(duì)信息安全的擔(dān)心。常用的密文訪問控制方法有以下幾種:(1)最基本的方法為數(shù)據(jù)屬主將文件進(jìn)行密鑰加密,用戶使用密鑰直接訪問服務(wù)器。(2)層次訪問控制方法則是讓用戶通過用戶私鑰以及公開的信息表推導(dǎo)出被授權(quán)訪問的數(shù)據(jù)密鑰。(3)重加密技術(shù)主要是利用用戶信息生成一個(gè)重加密秘鑰,使用該密鑰對(duì)已加密信息進(jìn)行二次加密,生成只有指定用戶才能夠解密的密文數(shù)據(jù)。
三、總結(jié)
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展極大的推動(dòng)了云計(jì)算和云存儲(chǔ)的發(fā)展。云存儲(chǔ)技術(shù)得到飛速發(fā)展的同時(shí),其所面臨的數(shù)據(jù)安全的挑戰(zhàn)也越來越嚴(yán)峻,為保證用戶信息安全必須采用高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。維護(hù)云存儲(chǔ)的信息安全是云存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的基石。
參考文獻(xiàn)
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[2]何明,陳國(guó)華,梁文輝,賴海光,凌晨.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全及隱私保護(hù)策略研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2012,39(5)
關(guān)鍵詞:校園綜治安全; 物聯(lián)網(wǎng); 整合;校園網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號(hào):TN91934; TP305 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004373X(2012)22005104
0 引 言
近年來,隨著校園規(guī)模的擴(kuò)大,開放程度的增加,校園人員數(shù)量多、成分雜,新的管理困難不斷出現(xiàn);隨經(jīng)濟(jì)實(shí)力的發(fā)展私家車急劇增加,現(xiàn)有資源和手段難以完成校園車輛管理,管理統(tǒng)計(jì)難,發(fā)生事件追蹤難;隨政府、社會(huì)和家庭對(duì)教育重視程度的增加,校園貴重財(cái)產(chǎn)增長(zhǎng)明顯,且小型化趨勢(shì)明顯,此類設(shè)備的挪用、防盜責(zé)任重大;重點(diǎn)區(qū)域,比如晚上的露天游泳池管理,重點(diǎn)部位,如財(cái)務(wù)室、機(jī)要室、敏感樓層的走廊等,都是重點(diǎn)監(jiān)管的區(qū)域。這些問題,使高校安全穩(wěn)定工作面臨更加嚴(yán)峻的新形勢(shì)。
傳統(tǒng)的校園安全管理模式已相對(duì)落后,管理技術(shù)缺乏先進(jìn)性;技防子系統(tǒng)數(shù)量眾多各自為政,信息缺乏整合,難以提升管理水平和效益,并且也造成人力資源投入的困難。近年來,校園網(wǎng)絡(luò)日趨完善,有線無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋完成,數(shù)字校園系統(tǒng)基本建成并發(fā)揮作用,為物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施提供了良好的基礎(chǔ)。建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園,可將管理對(duì)象延伸和擴(kuò)展到校園內(nèi)的重點(diǎn)物品,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全綜治系統(tǒng)建設(shè),搭建校園安全技術(shù)綜合管理平臺(tái),有機(jī)整合熱區(qū)監(jiān)控、車輛管理、電子巡更、門禁管理等系統(tǒng),并與視頻監(jiān)控、聲光報(bào)警、短信報(bào)警有機(jī)聯(lián)動(dòng),以提升校園綜治的技術(shù)水平,減輕人力壓力,提高綜治水準(zhǔn);并利用平臺(tái)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)綜合統(tǒng)計(jì)與分析,為決策提供輔助支持。
1 基于智慧校園的綜治安全系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)
校園物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)校園信息化的基礎(chǔ)上,以校園網(wǎng)絡(luò)為依托,借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校園環(huán)境、資源和活動(dòng)等各個(gè)方面和環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合管理。以便高效實(shí)現(xiàn)學(xué)校的教學(xué)、科研、管理和服務(wù)等活動(dòng)的全部過程,從而達(dá)到提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量、科研水平和管理水平,促進(jìn)實(shí)現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)宗旨的目的。
以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的校園安全綜治系統(tǒng),為學(xué)校構(gòu)建新穎、高效的安全綜治技術(shù)平臺(tái),探索以技術(shù)促管理,以管理帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展的安全綜治新模式。系統(tǒng)將為提升校園安全水準(zhǔn),減少安全隱患,保護(hù)資產(chǎn)安全,及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故并報(bào)警,以及事后問責(zé)、審計(jì)和決策提供支持,為教育事業(yè)的順利發(fā)展保駕護(hù)航。
系統(tǒng)以智慧校園建設(shè)為契機(jī),依托現(xiàn)有的數(shù)字校園環(huán)境,重點(diǎn)建設(shè)以實(shí)現(xiàn)“熱區(qū)監(jiān)控”、“車輛管理”、“電子巡更”、“門禁管理”、“資產(chǎn)監(jiān)控”功能的物聯(lián)網(wǎng),并在此基礎(chǔ)上整合“視頻監(jiān)控”和“校園廣播”系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)校園綜治安全綜合管理平臺(tái)。系統(tǒng)架構(gòu)從邏輯上分為:物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、IP傳輸網(wǎng)絡(luò)、管理和應(yīng)用平臺(tái)和安全認(rèn)證等四層,架構(gòu)如圖1所示。
圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園綜治安全系統(tǒng)架構(gòu)平臺(tái)是校園綜治管理系統(tǒng)的指揮管理中心,是整個(gè)系統(tǒng)的核心。主要包括“數(shù)據(jù)庫(kù)”、“安全管理網(wǎng)站”和“報(bào)警平臺(tái)”3部分。安全管理網(wǎng)站供不同身份角色的人員提供安全管理和安全信息查詢接口;數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于保存數(shù)據(jù),以便于記錄、管理、統(tǒng)計(jì)分析和事后監(jiān)督;報(bào)警平臺(tái)用于安全事件發(fā)生時(shí),按類型、性質(zhì)觸發(fā)短信、廣播和聲光報(bào)警信號(hào);平臺(tái)依賴數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)挖掘和決策支持系統(tǒng)為安全管理的決策提供輔助支持。
認(rèn)證層為整個(gè)平臺(tái)的使用提供安全認(rèn)證機(jī)制,以LDAP數(shù)據(jù)庫(kù)為中心,按用戶角色不同提供對(duì)應(yīng)的訪問、操控或管理界面。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)的校園安全子系統(tǒng)建設(shè)
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)又稱為傳感網(wǎng),是互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸,主要是解決物與物之間的信息交互。通過IoT可以實(shí)現(xiàn)人人、人物及物物間的互聯(lián)互通,通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),可以獲取、傳遞和處理信息并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。建設(shè)和整合基于物聯(lián)網(wǎng)的各種校園技防子系統(tǒng),顯然能有效提升校園安防的質(zhì)量和水準(zhǔn),并借助集控管理平臺(tái),能及時(shí)綜合分析安防形勢(shì),有效提供決策支持,還能有效減輕人力資源投入。
2.1 校園車輛通行管理系統(tǒng)
系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),隨時(shí)掌握校園內(nèi)車輛信息,對(duì)進(jìn)出校園的車輛進(jìn)行綜合管理,掌握校區(qū)內(nèi)車位使用狀態(tài)。通過本系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)分析車輛信息,用戶通過管理平臺(tái)查詢車位的實(shí)時(shí)使用情況,以及車輛引導(dǎo)服務(wù)。系統(tǒng)大大提高管理效率,減少人力資源配置,規(guī)范校園內(nèi)交通車輛,做到停車有序、行駛有規(guī);同時(shí)也為事件處理、事后管理及以后可能的收費(fèi)服務(wù)提供技術(shù)準(zhǔn)備。
系統(tǒng)使用RFID卡,分成長(zhǎng)期和臨時(shí)2類:
長(zhǎng)期卡主要提供給校內(nèi)教職工及固定用戶使用,卡內(nèi)記錄車主、車號(hào)、有效期、時(shí)間、閘口號(hào)、進(jìn)出等信息;臨時(shí)卡供單次出入校園使用,目前只記錄時(shí)間、閘口號(hào)、進(jìn)出及流水號(hào)等信息。
系統(tǒng)按功能分成2個(gè)子系統(tǒng):
車輛通行管理子系統(tǒng)和停車位管理子系統(tǒng)。停車位管理子系統(tǒng)主要是通過預(yù)埋在停車位下面的無線傳感器來實(shí)現(xiàn)停車位的動(dòng)態(tài)管理。
車輛進(jìn)出通行管理子系統(tǒng)實(shí)行系統(tǒng)集中監(jiān)控,采用紅外檢測(cè)器檢測(cè)車輛的進(jìn)出,使用無線收發(fā)器識(shí)別注冊(cè)車輛的進(jìn)出信號(hào),達(dá)到車輛通行管理方便、安全、高效的目的。
系統(tǒng)包括:信號(hào)接收、紅外探測(cè)、蜂鳴報(bào)警、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車輛通行檢測(cè)等5大部分。
閘口分為自動(dòng)和人工兩類,自動(dòng)閘口專門用于長(zhǎng)期卡用戶;人工閘口供單次出入使用,由人工發(fā)卡、放行、驗(yàn)卡、收卡等動(dòng)作。車輛入場(chǎng)工作流程如圖2所示,車輛出場(chǎng)流程基本與入場(chǎng)雷同,不同的是將“發(fā)放臨時(shí)卡”改為“收回臨時(shí)卡”,“車位數(shù)-1”改為“車位數(shù)+1”。
校園電子巡更系統(tǒng)是最近幾年被廣泛用于校園安全巡查一種安防系統(tǒng),能夠有效制約指定人員在指定時(shí)間按指定路線執(zhí)行巡查工作,并具有事后監(jiān)督和審計(jì)功能。
系統(tǒng)使用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù),存儲(chǔ)保安的巡更時(shí)間、巡更路線的地理數(shù)據(jù),能夠在控制終端重現(xiàn)巡更軌跡,并能夠在遇到突發(fā)事件的時(shí)候及時(shí)向控制中心發(fā)出警報(bào)信號(hào)。系統(tǒng)主要包括手持巡更儀和控制管理2部分:
手持巡更儀部分利用GPS衛(wèi)星定位模塊接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù),通過單片機(jī)提取時(shí)間、經(jīng)緯度等有用數(shù)據(jù)并對(duì)得到的有用數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和控制,而且實(shí)時(shí)通過無線收發(fā)模塊向控制終端發(fā)送攜帶巡更人員地理位置數(shù)據(jù)的警報(bào)信息,并在出現(xiàn)緊急突發(fā)事件的時(shí),能向中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
控制管理部分主要由管理系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、無線收發(fā)裝置和校園電子地圖系統(tǒng)等組成,實(shí)時(shí)接收巡更儀發(fā)回的信息,當(dāng)巡更人員偏離既定路線或接收到報(bào)警信息,監(jiān)控中心會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。其工作原理如圖3所示。
以IC卡為基礎(chǔ)的校園卡是高校智慧校園建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一。基于CPU卡的門禁應(yīng)用系統(tǒng),是指采用CPU卡的授權(quán)、認(rèn)證、監(jiān)控等功能實(shí)現(xiàn)安全場(chǎng)所出入管理和有效控制的信息應(yīng)用系統(tǒng),目前在高校的應(yīng)用正熱。
系統(tǒng)通過分析管理制度、學(xué)生生活規(guī)律、行為方式等特點(diǎn),設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的基于CPU卡的門禁管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)門禁出入控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、考勤記錄、非法卡報(bào)警等多種功能,實(shí)現(xiàn)校園人員流動(dòng)的安全、高效、便捷的管理目標(biāo)。
門禁系統(tǒng)可以分為IC卡、門禁控制和門禁管理3部分。IC卡是存儲(chǔ)持卡人信息的載體,具有智能讀寫和加密通信的功能,是啟動(dòng)門禁控制系統(tǒng)工作的觸發(fā)器,也是門禁管理系統(tǒng)授權(quán)的依據(jù),同時(shí)也具有門禁安全認(rèn)證的保障作用。作為門禁應(yīng)用安全控制的核心,門禁控制系統(tǒng)根據(jù)門禁管理系統(tǒng)下發(fā)的授權(quán)及控制信息,對(duì)卡片和持卡人進(jìn)行驗(yàn)證并控制門鎖開關(guān),同時(shí)形成刷卡及開鎖記錄。門禁管理系統(tǒng)是門禁管理員在門禁控制系統(tǒng)上層進(jìn)行人員授權(quán)、門禁卡管理、設(shè)備管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、刷卡記錄查詢等操作的系統(tǒng)。
門禁系統(tǒng)應(yīng)用范圍可以遍布校園內(nèi)宿舍、教室、辦公室、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、會(huì)議室、機(jī)房、圖書館、校衛(wèi)生所、校門等地點(diǎn),數(shù)量大、分布廣,目前我院已經(jīng)和在建的有宿舍、機(jī)房、圖書館、會(huì)議室等場(chǎng)所。
各類地點(diǎn)的應(yīng)用在管理控制方式、安全性要求、報(bào)警手段等方面均有不同的要求。門禁持卡人包括教職工、學(xué)生、校內(nèi)服務(wù)人員、短期訪問人員等在內(nèi)的多種用戶,各類用戶在使用時(shí)間、使用頻率、使用范圍等方面也不盡相同,發(fā)卡管理、授權(quán)管理和出入記錄管理都各有其特點(diǎn)。所以系統(tǒng)運(yùn)行首先要規(guī)范IC卡的發(fā)放程序,各類人員按性質(zhì)不同由不同部門在管理平臺(tái)進(jìn)行注冊(cè)并指定相應(yīng)的編碼,制發(fā)卡部門依據(jù)卡編碼制作包括持卡人基本信息和指定權(quán)限在內(nèi)的IC卡共人員使用。整個(gè)門禁系統(tǒng)的應(yīng)用功能如圖4所示。
圖4 校園門禁系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖2.4 熱區(qū)闖入監(jiān)控
校園內(nèi)有一些需要重點(diǎn)監(jiān)控的區(qū)域和房間,綜治平臺(tái)為此設(shè)計(jì)了熱區(qū)監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。目前包括的熱區(qū)主要有:游泳池、財(cái)務(wù)室、鍋爐房、配電間、網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房及重點(diǎn)樓層的走廊等,熱區(qū)監(jiān)控主要特點(diǎn)是監(jiān)控有時(shí)段要求,即在指定的時(shí)段有闖入監(jiān)控報(bào)警要求。如上班時(shí)間無需監(jiān)控和報(bào)警,而在下班后需要開啟監(jiān)控。
熱區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用紅外和運(yùn)動(dòng)探測(cè)兩種技術(shù),在監(jiān)控區(qū)域邊界采用紅外對(duì)射,場(chǎng)內(nèi)采用視頻監(jiān)控中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè);在封閉的房間則采用門禁結(jié)合視頻監(jiān)控的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。
2.5 重點(diǎn)資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)
學(xué)校有一些高價(jià)值或敏感資產(chǎn)需要監(jiān)控,監(jiān)控這些資產(chǎn)是否在指定的位置,以防止這些資產(chǎn)的非許可挪動(dòng)而造成丟失或失控。這些設(shè)備主要包括暴露在公共部位的投影儀,井道中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;高價(jià)值資產(chǎn),如服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)床、實(shí)習(xí)車輛等;及敏感崗位的電腦等。
系統(tǒng)主要對(duì)這些資產(chǎn)實(shí)行定點(diǎn)管理,主要提供指定位置報(bào)警、出校門報(bào)警及運(yùn)行記錄等。系統(tǒng)主要有監(jiān)控管理平臺(tái)、傳感器、RFID標(biāo)簽和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 重點(diǎn)資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 結(jié) 語(yǔ)
整個(gè)系統(tǒng)正在建設(shè)實(shí)施過程中,可以相信在成熟技術(shù)基礎(chǔ)上,完成構(gòu)成校園綜治安全系統(tǒng)基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),在綜治安全公共平臺(tái)的統(tǒng)一管理下,整合原先的視頻監(jiān)控、報(bào)警平臺(tái)和安全管理有關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng),充分發(fā)揮前端安全子系統(tǒng)和后端管理數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)的作用,定能在技術(shù)水準(zhǔn)、綜治效果和決策水平等方面,有一個(gè)質(zhì)的飛躍。作為智慧校園建設(shè)的應(yīng)用實(shí)踐和探索,能為其他高校類似系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施提供借鑒和經(jīng)驗(yàn),良好的安全綜治管理將為學(xué)校教育事業(yè)的健康發(fā)展保駕護(hù)航。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);安全;隱私;問題;研究;分析
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.113
神華國(guó)華神木發(fā)電有限公司的兩臺(tái)鍋爐系北京巴布科克?威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的B&WB-410/9.81-M型單汽包、集中下降管、自然循環(huán)、∏型布置、采用直流燃燒器四角切圓燃燒的固態(tài)排渣煤粉爐,自投產(chǎn)以來主要燃用當(dāng)?shù)刂苓呅∶旱V煤。08年以來,由于煤碳供應(yīng)緊張,煤價(jià)攀升,公司經(jīng)營(yíng)壓力增大,公司的燃煤采用摻燒一定比例的工程煤,對(duì)鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響。
1 劣質(zhì)煤的特點(diǎn)
劣質(zhì)煤揮發(fā)份含量低,發(fā)熱量低,灰分含量高,可磨系數(shù)小。鍋爐燃用劣質(zhì)煤時(shí),煤粉氣流的著火距離延長(zhǎng),火焰溫度低,火焰中心易偏斜。四面墻溫度偏差大,火焰穩(wěn)定性差,閃爍嚴(yán)重,易造成局部斷火,甚至造成鍋爐滅火事故。煤種灰分含量大,火焰燃燒不劇烈,爐膛、受熱面、煙道等處飛灰磨損加劇,易造成受熱面及承壓部件磨損及泄露,造成鍋爐排灰、排渣困難。煙氣中灰分增大且灰的溫度高使煙溫升高,造成汽溫升高,減溫水量增加,過熱器過熱,使汽溫調(diào)整困難,機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降,甚至對(duì)鍋爐安全運(yùn)行帶來隱患。
2 劣質(zhì)煤對(duì)鍋爐設(shè)備的影響
2.1 煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐效率的影響
鍋爐效率與煤質(zhì)及運(yùn)行條件有關(guān),但主要取決于煤質(zhì)。判斷煤質(zhì)燃燒情況,不能僅以煤的常規(guī)分析,即工業(yè)分析和元素分析結(jié)果作為依據(jù),煤質(zhì)是設(shè)計(jì)電廠鍋爐的基礎(chǔ),鍋爐只有在燃用接近設(shè)計(jì)煤種時(shí),才能取得較好效益,大范圍改變煤種,其運(yùn)行特性也將發(fā)生較大變化。鍋爐燃用低發(fā)熱量劣質(zhì)煤時(shí)爐膛火焰中心上移,使煙溫升高,減溫水量增大,排煙溫度升高,鍋爐效率下降。
2.2 劣質(zhì)煤對(duì)鍋爐受熱面結(jié)焦影響
受熱面結(jié)焦粘污與煤灰的酸堿比、熔渣粘度、含鐵百分比、灰熔融溫度、煤的燒結(jié)強(qiáng)度和含鈉量有關(guān)。煤種不同,其上述特征參量也將不同。鍋爐燃用劣質(zhì)煤時(shí),煤粉氣流的著火距離延長(zhǎng),爐內(nèi)火焰氣流不均,火焰中心偏斜,是造成鍋爐受熱面結(jié)渣的主要原因.
2.3 煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐受熱面磨損的影響
鍋爐受熱面的磨損與灰的特性、溫度、煙氣流速和灰量有關(guān)。當(dāng)以低灰份且灰中堅(jiān)硬物含量比較少的煤作為鍋爐的設(shè)計(jì)基本標(biāo)準(zhǔn)時(shí),煙氣流速可以選得較高,也不需要采用防磨措施,比如將該鍋爐改燃用高灰份且灰中堅(jiān)硬物質(zhì)含量比較多的煤時(shí),煙氣通道中灰量增加,同時(shí)對(duì)于多灰的煤為了燃燒完全又須增大供風(fēng)量,使煙速提高,將使受熱面磨損加快。從目前電除塵灰量來看,現(xiàn)入爐煤灰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)煤種的灰量,約為以前灰量的2倍以上,故對(duì)過熱器和尾部受熱面的磨損問題應(yīng)作為影響鍋爐安全的重大問題進(jìn)行研究。
2.4 對(duì)過熱器的影響
鍋爐燃用高灰份、低揮發(fā)份的劣質(zhì)煤時(shí)造成過熱器超溫:主要原因?yàn)榱淤|(zhì)煤著火遲,使火焰延長(zhǎng),多灰煤粉所需燃燼時(shí)間較長(zhǎng),劣質(zhì)煤結(jié)焦性強(qiáng),造成水冷壁吸熱減少,爐膛出口偏高,導(dǎo)致爐膛出口煙溫及其煙氣的均勻性變差,出現(xiàn)過熱器超溫。
2.5 對(duì)制粉系統(tǒng)的影響
燃用劣質(zhì)煤時(shí),由于入爐煤中雜質(zhì)很多,尤其是被粉碎的煤矸石、礦石和砂類物,大大降低了煤的可磨性,使單位鋼耗大幅度增加。入爐煤煤質(zhì)差,導(dǎo)致入爐煤量大幅增加,制粉系統(tǒng)磨損問題日益突出。一次風(fēng)管、噴燃器口磨損漏粉的缺陷較以前明顯增加。
2.6 對(duì)除灰系統(tǒng)的影響
現(xiàn)入爐煤煤質(zhì)差、灰份高、灰量大,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過倉(cāng)泵的承受能力。主要表現(xiàn)在:煤質(zhì)差灰量大時(shí),一電場(chǎng)的倉(cāng)泵進(jìn)料時(shí)間特別短,倉(cāng)泵進(jìn)料的時(shí)間僅有十幾秒。由于公司除灰采用手動(dòng)控制,一不注意,倉(cāng)泵下料太滿,導(dǎo)致倉(cāng)泵及輸灰管道堵塞,造成倉(cāng)泵加壓閥、噴射閥管道磨損。
3 采取的主要措施
通過分析劣質(zhì)煤對(duì)鍋爐設(shè)備的影響,鍋爐專業(yè)人員面對(duì)現(xiàn)實(shí),在鍋爐運(yùn)行過程中,積極試驗(yàn)和摸索,制定了相應(yīng)的可操作性強(qiáng)的應(yīng)對(duì)措施,努力調(diào)整好鍋爐的燃燒工況,保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(1)對(duì)于易結(jié)焦的煤,采用較小的假想切圓直徑,切圓直徑越大氣流越易貼邊,下層、中層二次風(fēng)應(yīng)關(guān)小些,使下部氣流貼邊少,上部擾動(dòng)增強(qiáng)。四角一次風(fēng)速要配比均勻,保證爐膛燃燒穩(wěn)定,均衡各層給風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,以降低局部熱負(fù)荷,使?fàn)t內(nèi)溫度趨于均勻。
(2)加強(qiáng)對(duì)鍋爐運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn),使鍋爐運(yùn)行人員充分掌握各煤質(zhì)指標(biāo)變化是如何對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生影響的,以便針對(duì)不同煤質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的燃燒調(diào)整。并要求運(yùn)行人員隨時(shí)掌握燃煤情況,注意煤質(zhì)變化。加強(qiáng)對(duì)爐膛負(fù)壓、氧量、火焰監(jiān)視器的監(jiān)視和其它儀表的運(yùn)行分析,發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)正確處理。
(3)選擇合理的配煤方式,根據(jù)不同礦井煤質(zhì)情況進(jìn)行摻燒,盡量減少入爐煤中所含雜質(zhì),減緩劣質(zhì)煤對(duì)鍋爐結(jié)渣的影響。目前,神木公司在運(yùn)煤燃煤渠道上采用先化驗(yàn)、后選礦,適當(dāng)摻配的原則,效果比較明顯。只有使入爐煤的煤質(zhì)較均勻,才能保證設(shè)備調(diào)整運(yùn)行的延續(xù)性。
(4)對(duì)于制粉系統(tǒng),我們采取四磨三運(yùn),定期檢查、清掃、修理的原則。對(duì)磨損部位及時(shí)進(jìn)行焊接或挖補(bǔ)處理,確保設(shè)備長(zhǎng)期處于完好狀態(tài),防止磨損泄漏導(dǎo)致煤粉自燃。
(5)對(duì)于除灰系統(tǒng)的影響,主要對(duì)倉(cāng)泵料位計(jì)進(jìn)行了改裝,降低倉(cāng)泵料位,從而避免因倉(cāng)泵料位過高造成倉(cāng)泵滿料和輸灰管道堵塞磨損等問題,對(duì)倉(cāng)泵加壓閥、噴射閥管道加裝新型逆止閥,管道彎頭改為大半徑彎管,從而減少對(duì)加壓閥、噴射閥管道的吹損和磨損。
4 小結(jié)
通過幾年的摸索與調(diào)整,鍋爐專業(yè)在燃燒劣質(zhì)煤方面總結(jié)出一套行之有效地方法,在保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)也達(dá)到設(shè)計(jì)要求,為公司效益最大化、安全持久化作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);燃?xì)獍踩I(lǐng)域;應(yīng)用
目前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在燃?xì)獍踩I(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用,這一技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地提升其安全管理的水平,逐步降低安全事故發(fā)生的頻率,從而實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤芾淼男畔⒒椭悄芑榇耍疚墓P者分析了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在燃?xì)獍踩I(lǐng)域的作用,從而對(duì)燃?xì)獍踩闹悄芑托畔⒒芾磉M(jìn)行簡(jiǎn)要的探究。
一、物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)在燃?xì)獍踩I(lǐng)域內(nèi)的研究
RFID技術(shù),這是一種代表物聯(lián)網(wǎng)的最新技術(shù)之一,已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在石油天然氣、智能交通和醫(yī)療等諸多領(lǐng)域,這能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)信息采集的行業(yè)管理提供重要的技術(shù)支撐。并且,燃?xì)獍踩I(lǐng)域中的RFID技術(shù),在一些安檢管理、數(shù)字化管理等方面發(fā)揮著極其重要的作用,同時(shí),RFID技術(shù)有效地依托物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器優(yōu)勢(shì),從而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的應(yīng)用,其中這種技術(shù)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的傳感器功能,從而能夠?qū)崿F(xiàn)溫度、壓力、氣體等識(shí)別提供最為安全的保障。在燃?xì)獍踩珣?yīng)用領(lǐng)域中主要是對(duì)一氧化碳、家用燃?xì)庵悄鼙O(jiān)控等方面,能夠有效為預(yù)防燃?xì)庵卸竞徒档桶踩L(fēng)險(xiǎn)等方面提供有效地技術(shù)支撐,從而構(gòu)建起科學(xué)高效的燃?xì)鈶?yīng)用管理體系,繼而產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
例如,以燃?xì)獾叵鹿芫€為例,若是地下管線一旦遭到破壞,便會(huì)影響城市的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和市民的生活,嚴(yán)重的話很有可能會(huì)造成安全事故。為此,我們可以充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),有效地構(gòu)建起燃?xì)饩C合運(yùn)營(yíng)調(diào)度平臺(tái),或者是可以通過RFID技術(shù)和傳感技術(shù),對(duì)燃?xì)膺\(yùn)行管理中的各個(gè)環(huán)節(jié)信息進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)收集處理,進(jìn)而為智能化管理提供相應(yīng)的支持,及時(shí)預(yù)防和處理好危險(xiǎn)源,盡量減少潛在的燃?xì)獍踩L(fēng)險(xiǎn),切實(shí)保障燃?xì)膺\(yùn)行的高效性和安全性。在科學(xué)高效的燃?xì)獍踩芾砥脚_(tái)中,能夠切實(shí)提升企業(yè)自身的管理質(zhì)量和水平,在保障燃?xì)庹{(diào)度運(yùn)營(yíng)安全的同時(shí),可以有效地提升其經(jīng)營(yíng)效益。另外,研究還顯示,這一技術(shù)的應(yīng)用可以從管網(wǎng)鋪設(shè)和改造等方面逐步降低支出成本,從而全面提升燃?xì)馄髽I(yè)的運(yùn)營(yíng)管理效率。
二、信息化集成監(jiān)管系統(tǒng)在燃?xì)庵械倪\(yùn)用研究
車載CNG,這是燃?xì)夤芾碇械闹攸c(diǎn)對(duì)象。而CNG信息化集成監(jiān)管系統(tǒng),這是物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及移動(dòng)通訊技術(shù)等方面的綜合集成應(yīng)用,通過監(jiān)管系統(tǒng),可以對(duì)整體的生命周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管,利用分類授權(quán)管理的模式,有效地促使其更好地進(jìn)入到管理系統(tǒng)中,有效地掌握好燃?xì)獍踩畔ⅲ茖W(xué)高效地形成CNG信息化集成監(jiān)管系統(tǒng)。而且,相關(guān)部門可以有效地依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將傳感器技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)等運(yùn)用在CNG氣瓶管理中,同時(shí),通過建立檔案和身份證信息的形式可以將所有的檢驗(yàn)、移動(dòng)等方面的信息實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化和實(shí)時(shí)化管理。通過此種方式,才能全面提升燃?xì)獾陌踩芾硭胶托畔⒒健?/p>
在另外一方面,通過傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將信息及時(shí)送達(dá)智能控制中心,利用黑名單進(jìn)行對(duì)比、調(diào)控時(shí)段對(duì)比等方面,能夠及時(shí)對(duì)氣瓶做出相應(yīng)的加氣和回收管理措施,有效地利用集成監(jiān)管系統(tǒng)中的其他設(shè)備來完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、利用和更新工作,全面發(fā)揮信息化管理和服務(wù)的優(yōu)勢(shì)。利用這種信息化集成監(jiān)管系統(tǒng)以及相應(yīng)的燃?xì)獍踩芾聿块T,可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)獾某溲b和應(yīng)用,全面而深入地了解一些非法和存在不安全的燃?xì)鈶?yīng)用情況,幫助相關(guān)部門構(gòu)建起科學(xué)高效的燃?xì)夤芾眢w系。
三、定位技術(shù)在燃?xì)獍踩械倪\(yùn)用研究
從目前的情況來看,物聯(lián)網(wǎng)的定位技術(shù),本身便是有效地利用GPS技術(shù)和RFID定位技術(shù)的一種綜合技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)的應(yīng)用可以為燃?xì)夤芫W(wǎng)的日常建設(shè)、維護(hù)和應(yīng)急搶修等方面提供更為精準(zhǔn)的位置信息,并為燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)提供可靠地時(shí)空保障。例如,目前物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)應(yīng)用的革新主要體現(xiàn)在北斗系統(tǒng)中,我們可以充分利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)為燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)建立更為準(zhǔn)確的時(shí)空保障基礎(chǔ)。又如,北京燃?xì)饧瘓F(tuán)首先運(yùn)用北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng),有效地將北斗系統(tǒng)融入到燃?xì)夤芾淼母鱾€(gè)過程中,在管線泄漏監(jiān)測(cè)和管線防腐監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,為城市燃?xì)獾陌踩褂么蛳聢?jiān)定的基礎(chǔ)。
總的來說,為了能夠更好地深入分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)獍踩I(lǐng)域中的應(yīng)用,筆者便從物聯(lián)網(wǎng)的RFID技術(shù)、定位技術(shù)和信息化集成監(jiān)管系統(tǒng)等方面進(jìn)行深入剖析,結(jié)果顯示,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)獍踩I(lǐng)域的應(yīng)用成效是非常理想的,這一技術(shù)值得進(jìn)行大范圍的推廣與使用。相信在不久的將來,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定可以在燃?xì)獍踩I(lǐng)域中發(fā)揮出更加廣泛的效用。
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關(guān)鍵詞:食品安全;物聯(lián)網(wǎng);傳感系統(tǒng);監(jiān)測(cè)
中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2011)17-4207-02
“民以食為先,食以安為先”,食品安全歷來是關(guān)乎民生的頭等大事。2008年席卷全國(guó)的“三聚氰胺”奶粉事情,讓國(guó)內(nèi)乳制品行業(yè)陷入了空氣的危機(jī);隨后全國(guó)各地不斷曝光的“地溝油”、“健美豬”、“染色饅頭”等事件,使得人們對(duì)食品安全問題更加重視,人們經(jīng)常會(huì)懷疑,自己食用的產(chǎn)品是否安全。食品安全問題層出不窮,歸根結(jié)底在于食品生產(chǎn)從原材料到消費(fèi)的整個(gè)流通過程缺乏有效有力地監(jiān)管。食品安全監(jiān)管是一個(gè)非常復(fù)雜繁瑣的過程,并非政府機(jī)關(guān)的幾個(gè)部門能夠完成的事情,在整個(gè)流通過程中涉及很多具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。那么如何真實(shí)有效地提高食品安全監(jiān)管,杜絕類似事件再次發(fā)生,成為了當(dāng)前丞待解決的一個(gè)關(guān)乎國(guó)家民生的頭等問題。
1999年,美國(guó)麻省理工學(xué)院,首先提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念,簡(jiǎn)而言之,就是利用EPC和RFID等信息傳感設(shè)備將所有物品與目前的互聯(lián)網(wǎng)連接起來,實(shí)現(xiàn)所有物品的智能化識(shí)別和管理。我國(guó)“十二五”計(jì)劃明確提出,物聯(lián)網(wǎng)將作為重點(diǎn)新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),2011年召開的中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì),提出了主要民生產(chǎn)業(yè)如健康管理、食品安全、衛(wèi)生醫(yī)療等與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,其中建立統(tǒng)一城市食品安全追溯平臺(tái)備受矚目。
1 食品安全問題現(xiàn)狀
食品安全是指食品的種植、養(yǎng)殖、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)等活動(dòng)符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)和要求,不存在可能損害或威脅人體健康的有毒有害物質(zhì)以導(dǎo)致消費(fèi)者病亡或者危及消費(fèi)者及其后代的隱患[1]。
近些年,從肯德基麥當(dāng)勞的蘇丹紅雞翅到礦物油“拋光”大米,再到三聚氰胺奶粉、地溝油、健美豬……我國(guó)的食品安全問題警鐘長(zhǎng)鳴,食品安全現(xiàn)狀也不容樂觀。目前的食品不安全主要表現(xiàn)在以下一些方面:
1) 假冒偽劣產(chǎn)品。此類產(chǎn)品主要用發(fā)霉或以假充正的原材料加工制作而成,比如發(fā)霉的大米用工業(yè)礦物油進(jìn)行拋光后再次進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng),死、病豬肉用來加工香腸,一些乳制品企業(yè)回收過期變質(zhì)奶再生產(chǎn)等。
2) 食品添加劑的非法或不合理添加,并且存在情況比較嚴(yán)重。如肯德基麥當(dāng)勞的蘇丹紅雞翅,三聚氰胺奶粉,腐竹、粉絲、面粉、竹筍等產(chǎn)品中添加吊白塊,海參、魷魚等干水產(chǎn)品、血豆腐等產(chǎn)品中添加工業(yè)用甲醛等。
3) 濫用藥物、濫施農(nóng)藥、嚴(yán)重污染的有毒產(chǎn)品。如在豬飼料中添加瘦肉精,用避孕藥催熟黃鱔,受工業(yè)污染的引用水源等。
4) 食品加工過程中產(chǎn)生的污染。生產(chǎn)蛋糕、月餅、面包、酥餅、鳳爪、雪菜等烘焙制品及鹵菜制品時(shí)出現(xiàn)的微生物超標(biāo)、發(fā)霉變質(zhì)、細(xì)菌二次污染等。
5) 轉(zhuǎn)基因食品潛在的污染。轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)使用不當(dāng)可能造成的對(duì)環(huán)境的污染。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)基因生物可以通過有性生殖將所攜帶的重組基因擴(kuò)散到同類生物,包括自然界的野生物種中,成為后者基因組的一部分。與其他形式的環(huán)境污染不同,生物的生長(zhǎng)和繁殖可能使基因污染蔓延而不可逆轉(zhuǎn)。
總的來說,導(dǎo)致上述食品安全問題的原因是由于食品種植、養(yǎng)殖、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)等環(huán)節(jié)監(jiān)管不利,使得非法行為可以輕而易舉的存在,并且國(guó)家對(duì)于食品安全非法行為的懲處力度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。那么在當(dāng)下環(huán)境,如何來提高食品安全,顯得非常重要。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以我們較好地實(shí)現(xiàn)食品種植、養(yǎng)殖、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和有效監(jiān)管。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things),就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”,它被認(rèn)為是下一個(gè)萬(wàn)億元級(jí)規(guī)模的產(chǎn)業(yè),意義甚至超過互聯(lián)網(wǎng)。其定義是:通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。“物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上,將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。
物聯(lián)網(wǎng)由全球產(chǎn)品RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)、電子編碼體系(EPC)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。射頻識(shí)別(RFID)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心內(nèi)容,一個(gè)典型的RFID 系統(tǒng)包括標(biāo)簽、讀寫器和數(shù)據(jù)庫(kù),如圖1所示[2]。RFID標(biāo)簽成本是制約RFID發(fā)展的重要瓶頸,通過近幾年的發(fā)展RFID標(biāo)簽的價(jià)格有了很大程度的降低,并且針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域,設(shè)計(jì)出了物流標(biāo)簽、圖書標(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽、服裝標(biāo)簽、洗衣標(biāo)簽、牧畜管理標(biāo)簽、醫(yī)療標(biāo)簽、安防防盜標(biāo)簽、輪胎管理標(biāo)簽、超市零售標(biāo)簽。
產(chǎn)品電子代碼(EPC)是由標(biāo)頭、廠商識(shí)別代碼、對(duì)象分類代碼、序列號(hào)等數(shù)據(jù)字段組成的一組數(shù)字。產(chǎn)品電子代碼是下一代產(chǎn)品標(biāo)識(shí)代碼,它可以對(duì)供應(yīng)鏈中的對(duì)象(包括物品、貨箱、貨盤、位置等)進(jìn)行全球唯一的標(biāo)識(shí)。EPC 存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽上,這個(gè)標(biāo)簽包含一塊硅芯片和一根天線。讀取 EPC標(biāo)簽時(shí),它可以與一些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接,例如該貿(mào)易項(xiàng)目的原產(chǎn)地或生產(chǎn)日期等。EPC就像是一把鑰匙,用以解開EPC網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)產(chǎn)品信息這把鎖。
物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要可分為3層:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層,如圖2所示。
把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于食品安全,必須從食品生產(chǎn)的源頭插入RFID標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)對(duì)原始材料的實(shí)時(shí)監(jiān)控,RFID標(biāo)簽會(huì)在整個(gè)食品生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)各個(gè)流通環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和根據(jù)預(yù)先設(shè)定的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行有效地監(jiān)控。此外,還需要有一個(gè)數(shù)據(jù)中心,對(duì)采集的信息進(jìn)行分析,加工,處理。最終,消費(fèi)者獲得某產(chǎn)品可以根據(jù)產(chǎn)品的RFID標(biāo)簽,清楚地知道該產(chǎn)品從生產(chǎn)、加工、包裝、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)信息,從而真正地實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者層面能了解的食品安全。
3 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高肉類食品安全探究
在現(xiàn)有的環(huán)境下,提高食品安全是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,因?yàn)槭称钒踩旧砩婕昂芏喹h(huán)節(jié),包括食品本身的安全和食品整個(gè)供應(yīng)鏈的安全。基于食品供應(yīng)鏈的特性,從食品的生產(chǎn)開始一直到終端銷售,可以綜合利用物聯(lián)網(wǎng)RFID 技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)、無線通訊技術(shù)、監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、衛(wèi)星通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)等,建立食品供應(yīng)鏈的全程監(jiān)管體系,實(shí)現(xiàn)食品供應(yīng)鏈的安全[3]。
RFID 是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),主要通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息,無須人工干預(yù),能夠在各種狀態(tài)(靜止、移動(dòng)甚至惡劣環(huán)境)下準(zhǔn)確識(shí)別運(yùn)動(dòng)物體。RFID技術(shù)具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、穿透力強(qiáng)、可重復(fù)使用、支持快速讀寫、可定位和長(zhǎng)期跟蹤管理等特點(diǎn),在食品安全質(zhì)量管理方面有著極大的應(yīng)用潛力[4]。
為詳細(xì)說明物聯(lián)網(wǎng)能夠在提高食品安全上有顯著效用,特以豬肉的整個(gè)生產(chǎn)過程為例,具體分解生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況。豬肉生產(chǎn)的流程如圖3所示。
運(yùn)輸、圈養(yǎng)活體階段,為每一頭豬分配一個(gè)RFID標(biāo)簽,該標(biāo)簽會(huì)跟隨豬的整個(gè)生長(zhǎng)過程,記錄生長(zhǎng)過程中的一些重要數(shù)據(jù),并且在圈養(yǎng)場(chǎng)所安放一定數(shù)量的讀寫器,以便傳感系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)追蹤每一頭豬每一天的身體狀況,病將這個(gè)數(shù)據(jù)信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到信息中心。通過專業(yè)的食品安全監(jiān)管平臺(tái)來對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)供應(yīng)鏈的有效管理。此后的每一個(gè)階段,都可以通過讀寫器,將各個(gè)階段的重要數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)中心,當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)安全問題時(shí),可以很快的反應(yīng)到數(shù)據(jù)中心,并根據(jù)出現(xiàn)的問題給予適時(shí)的問題解決方案,從而真正實(shí)現(xiàn)食品從生產(chǎn)加工、包裝、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)的安全。
4 總結(jié)
針對(duì)近年國(guó)內(nèi)頻繁出現(xiàn)的食品安全問題,引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以從很大程度上提高食品安全監(jiān)測(cè)。本文以豬肉生產(chǎn)的整個(gè)供應(yīng)鏈為例,詳細(xì)闡述了如何在供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),從而可以有效地提高食品安全。
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1 引言
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,簡(jiǎn)稱IoT)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上,由物物相連來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息通訊的新型互聯(lián)網(wǎng)。而物聯(lián)網(wǎng)信息的安全感知技術(shù)和交互技術(shù)是當(dāng)前中國(guó)信息技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題,也是世界上各個(gè)國(guó)家和各個(gè)領(lǐng)域高度關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問題。
2 物聯(lián)網(wǎng)信息安全感知技術(shù)的分析研究
2.1 數(shù)據(jù)收集技術(shù)
所謂數(shù)據(jù)的收集工作,指的是數(shù)據(jù)的各個(gè)感知節(jié)點(diǎn)集中到某一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)的匯集過程。數(shù)據(jù)收集技術(shù)的關(guān)鍵在于傳遞數(shù)據(jù)信息的過程中對(duì)數(shù)據(jù)可靠性和信息安全性的保證,依據(jù)應(yīng)用的不同,數(shù)據(jù)收集會(huì)有不同的制約目標(biāo)。數(shù)據(jù)的可靠性和信息的安全性是數(shù)據(jù)傳遞過程中的重點(diǎn),而數(shù)據(jù)的傳輸就是為了保障數(shù)據(jù)信息從感知節(jié)點(diǎn)能夠一路暢通地安全傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)上。就目前而言,最常用的數(shù)據(jù)收集技術(shù)就是多路徑傳輸和數(shù)據(jù)重傳。在感知節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間建立起多條傳輸路線和傳輸方式的傳輸模式就叫做多路徑傳輸,其本質(zhì)是將感知節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息同時(shí)沿多條路徑向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸,從而保障和提高數(shù)據(jù)信息的可靠性和安全性。
數(shù)據(jù)收集當(dāng)中重點(diǎn)考慮的問題便是能量均衡以及能耗約束。如圖1所示,在物聯(lián)網(wǎng)的綜合安全系統(tǒng)模型中,多路徑方法能夠同時(shí)通過多個(gè)路徑將數(shù)據(jù)傳送至指定目標(biāo),但往往會(huì)消耗大量能源。而數(shù)據(jù)重傳則是將全部需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量放置于統(tǒng)一路徑之上,不僅影響了網(wǎng)絡(luò)的能量均衡,并且當(dāng)傳輸路徑出現(xiàn)問題,技術(shù)人員便需對(duì)路由進(jìn)行重建。針對(duì)上述問題,物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)人員對(duì)兩種方式進(jìn)行了改善。以TSMP多路徑數(shù)據(jù)傳送方式為例,該方式基于全局時(shí)間同步這一條件,將網(wǎng)絡(luò)視為多途徑的時(shí)間片陣列,通過調(diào)整時(shí)間片以避免數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生沖突,使得數(shù)據(jù)能夠有效快速地傳輸。數(shù)據(jù)傳輸是物聯(lián)網(wǎng)信息安全感知技術(shù)中的重要技術(shù)之一,對(duì)物聯(lián)網(wǎng)信息安全感知具有積極意義。
2.2 數(shù)據(jù)融合技術(shù)
數(shù)據(jù)的融合技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)信息安全感知技術(shù)中的核心技術(shù)。數(shù)據(jù)的融合指的是利用飄逸均值濾波法來消除多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的大量傳輸及其所導(dǎo)致的噪音數(shù)據(jù)和冗余數(shù)據(jù),將凈化和簡(jiǎn)化過后的數(shù)據(jù)信息傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn),不僅可以降低數(shù)據(jù)的傳遞量和在傳遞過程中可能發(fā)生的數(shù)據(jù)沖突,還有效提高了多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理效率和連續(xù)性數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量。
通常情況下,技術(shù)人員在數(shù)據(jù)層方面可使用概率統(tǒng)計(jì)法、卡爾曼濾波以及回歸分析法等較為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)融合方式,以便消除數(shù)據(jù)當(dāng)中的多余信息、異常數(shù)據(jù)以及去除噪聲。技術(shù)人員在研究以簇結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)融合問題時(shí),可使用Bayes方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,以避免物聯(lián)網(wǎng)在收集數(shù)據(jù)的過程中,簇頭節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)數(shù)據(jù)之間沖突的現(xiàn)象。技術(shù)人員使用Bayes方式能夠估算物聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)中所包含節(jié)點(diǎn)的具體數(shù)量。技術(shù)人員若要使得Bayes方式的計(jì)算效率得到提升,可以應(yīng)用后驗(yàn)概率的分布式進(jìn)行計(jì)算。使用后驗(yàn)概率分布式計(jì)算之前,技術(shù)人員需先對(duì)物聯(lián)網(wǎng)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,之后便可利用數(shù)量較少的數(shù)據(jù)獲取感知數(shù)據(jù)全部或局部的數(shù)據(jù)估計(jì)。
3 物聯(lián)網(wǎng)信息交互技術(shù)的分析研究
3.1 網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)容之間的信息交互
網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)容之間的信息交互指的是向用戶展示需求的信息內(nèi)容,并在進(jìn)行交互的過程中對(duì)感知到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯集、分類、組織、融合和儲(chǔ)存的處理工作。其中,網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)容的信息交互主要是指數(shù)據(jù)信息的組織和儲(chǔ)存。由于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)信息的流動(dòng)量很大,針對(duì)數(shù)據(jù)信息的組織工作和儲(chǔ)存工作就會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題。就目前的問題狀況來看,物聯(lián)網(wǎng)的信息感知和信息交互都將會(huì)朝著分布式的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)改善和發(fā)展。
物理網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中能夠?qū)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)分為外部存儲(chǔ)以及局部存儲(chǔ)兩種方式。然而兩種數(shù)據(jù)闡述方式都存在一定的弊端。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)無法承受較大的傳輸量,而局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方式復(fù)雜,用戶數(shù)據(jù)搜索也需要較大的成本,且儲(chǔ)存空間有限。技術(shù)人員可圍繞數(shù)據(jù)建立儲(chǔ)存方式,先建立某一協(xié)議,之后按照所制定的協(xié)議,將數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)之中的某部分節(jié)點(diǎn)當(dāng)中。這一方法與無線感知網(wǎng)絡(luò)所具備的特性相符,故而在無線感知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以及管理中廣泛應(yīng)用。不僅使得圍繞數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方式在運(yùn)行過程中需依照網(wǎng)絡(luò)分布進(jìn)行,同時(shí)使得數(shù)據(jù)在搜索以及管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存規(guī)則時(shí)更為便利。
3.2 內(nèi)容和用戶之間的信息交互
內(nèi)容和用戶之間的信息交互也相當(dāng)關(guān)鍵和重要,具體指的是用戶向物聯(lián)網(wǎng)輸入所需內(nèi)容的一部分關(guān)鍵信息而從隨即得出的相關(guān)資料中檢索到自己想要的數(shù)據(jù)信息這樣一種互動(dòng)性的信息交互。作為物聯(lián)網(wǎng)的用戶在物聯(lián)網(wǎng)的信息交換模型中通過在物聯(lián)網(wǎng)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入關(guān)鍵字詞來進(jìn)行相關(guān)的查詢和模糊性的匹配,以此搜索和獲取到自己需要的信息和數(shù)據(jù)。除了輸入關(guān)鍵詞以外,還可以利用語(yǔ)音或是其它指令的錄入來進(jìn)行互動(dòng),進(jìn)而獲取到用戶需要的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容。
內(nèi)容與用戶之間的信息交互包括兩方面內(nèi)容。
其一,控制信息的傳輸。控制信息的傳輸是向網(wǎng)絡(luò)中各部分節(jié)點(diǎn)輸入各類信息的過程,所輸入的信息包括收集的數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置信息、搜索指令等。與數(shù)據(jù)收集有所不用,控制信息的傳輸是從一點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送過程。控制信息傳輸對(duì)可靠性有較高的需求,同時(shí),數(shù)據(jù)收集以及搜索指令還要求物聯(lián)網(wǎng)達(dá)到低延遲這一標(biāo)準(zhǔn)。若物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍較廣,技術(shù)人員還應(yīng)考慮能耗問題。就目前來說,大部分用以限制信息傳輸?shù)膮f(xié)議都是以Adhoc網(wǎng)絡(luò)的洪泛以及謠傳協(xié)議作為基礎(chǔ)建設(shè)而成。
其二,信息交互對(duì)象的選擇。技術(shù)人員還應(yīng)確保網(wǎng)絡(luò)能夠長(zhǎng)期保持運(yùn)行狀態(tài)。在安裝無線無線感知網(wǎng)絡(luò)時(shí),技術(shù)人員實(shí)際設(shè)置的節(jié)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于網(wǎng)絡(luò)覆蓋所需的節(jié)點(diǎn)。使得信息在交互過程當(dāng)中,部分節(jié)點(diǎn)處于非工作狀態(tài)。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行到一定狀態(tài)時(shí),部分節(jié)點(diǎn)子集方才開始工作。這樣既能保證物聯(lián)網(wǎng)長(zhǎng)期保持在工作狀態(tài),同時(shí)也降低了能耗,促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
4 結(jié)束語(yǔ)
作為建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上并且不斷向外擴(kuò)展和延伸的一種信息網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)正在掀開信息技術(shù)領(lǐng)域的一頁(yè)新的篇章。其信息安全感知技術(shù)主要是指數(shù)據(jù)的收集、壓縮、融合、清洗和聚集等方面的技術(shù)。而信息交互技術(shù)則包括網(wǎng)絡(luò)、用戶和信息內(nèi)容三者之間兩兩相關(guān)的交互關(guān)系。
作者簡(jiǎn)介:
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)隱藏;射頻識(shí)別;物聯(lián)網(wǎng)
中圖分類號(hào):TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2014)22-5185-02
目前,隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和逐步應(yīng)用,人們?cè)絹碓疥P(guān)心它的安全問題。尤其是物聯(lián)網(wǎng)的感知前端射頻識(shí)別系統(tǒng),使用的是無線傳輸技術(shù),相對(duì)于有線傳輸來說,其工作環(huán)境是開放的,不穩(wěn)定的。為了保護(hù)應(yīng)答器和讀寫器之間的信息傳輸,目前普遍采用的是雙向認(rèn)證和加密結(jié)合的方法,對(duì)認(rèn)證雙方通信的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,從而確保系統(tǒng)的安全性。但是由于物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)答器數(shù)目巨大,在每個(gè)應(yīng)答器中添加加解密電路會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)的成本的大幅增加,因此不利于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普遍應(yīng)用。該文試圖避免繁瑣的加密過程,使用相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)保護(hù)應(yīng)答器和讀寫器之間傳輸?shù)拿舾行畔ⅲ瑥亩档拖到y(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本。
1 數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展為信息傳播和利用提供了極大的便利,同時(shí)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)的安全問題。在傳輸過程中如何保護(hù)信息安全已經(jīng)成為人類的重要主題之一。傳統(tǒng)的解決方法是加密消息的傳播。然而,隨著計(jì)算機(jī)處理速度的提高和并行處理的發(fā)展,不再是不可能破解加密算法。因此,尋找一個(gè)新的方法來解決信息安全傳輸?shù)膯栴}已成為信息時(shí)代的重要問題之一。
數(shù)據(jù)隱藏和加密都是常用的方法來保持?jǐn)?shù)據(jù)的機(jī)密性。與主要研究如何使用特殊編碼方法來加密機(jī)密信息使其成為形式無法辨認(rèn)的密文的數(shù)據(jù)加密不同,數(shù)據(jù)隱藏更多關(guān)注如何用一個(gè)公共信息來隱藏敏感信息,然后通過公開渠道來傳輸機(jī)密信息。也就是說通過開放的信息傳輸來傳輸隱秘信息。對(duì)于加密通信,竊聽者可以截取密文、解碼或者在接收方接收信息之前毀掉信息,這就會(huì)影響機(jī)密信息的安全。但使用數(shù)據(jù)隱藏技術(shù),竊聽者很難判斷機(jī)密信息是否存在于公開信息中,無法判斷是否竊聽到了機(jī)密信息,因此可以保證機(jī)密信息的安全。
2 數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)安全中的應(yīng)用
正是由于數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)的秘密性,使得它應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)用戶安全的保護(hù)方案中成為可能。該文在物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別應(yīng)答器和讀寫器之間雙向認(rèn)證的基礎(chǔ)上引入數(shù)據(jù)隱藏技術(shù),對(duì)物聯(lián)網(wǎng)用戶傳輸?shù)男畔⒑妥陨砩矸菪畔⑦M(jìn)行保護(hù),具體方案設(shè)計(jì)如下:
2.1 方案設(shè)計(jì)初始化
為了節(jié)約實(shí)現(xiàn)成本,在射頻識(shí)別系統(tǒng)中使用被動(dòng)標(biāo)簽。即每次讀者首先向標(biāo)簽發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求和提供能量來激活它來響應(yīng)請(qǐng)求。在標(biāo)簽中要有一個(gè)哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)電路,并且該哈希函數(shù)是滿足強(qiáng)無碰撞性要求的。標(biāo)簽具有休眠模式。讀寫器會(huì)在標(biāo)簽完成身份驗(yàn)證之后執(zhí)行所有可能的操作,然后發(fā)送信號(hào)通知標(biāo)簽進(jìn)入休眠模式,不再響應(yīng)任何信號(hào),直到標(biāo)簽被下一個(gè)讀寫器再次激活。在讀寫器中添加一些硬件電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏算法。由于需要隱藏的消息的長(zhǎng)度很短,因此該硬件電路應(yīng)該是簡(jiǎn)單并且易于實(shí)現(xiàn)的。同時(shí),相應(yīng)的隱藏?cái)?shù)據(jù)恢復(fù)電路應(yīng)裝備在標(biāo)簽中。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)識(shí)和其散列值是存儲(chǔ)在讀寫器中的。為了保護(hù)用戶的ID信息,后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)用戶ID的自動(dòng)刷新。
在初始狀態(tài),應(yīng)答器存儲(chǔ)自己的真實(shí)身份ID和數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)識(shí)符B。讀寫器存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)符與B相匹配的自身標(biāo)識(shí)符B’及其散列值H(B’)。在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中包含所有的應(yīng)答器ID和每個(gè)ID的散列值H(ID)。
2.2 方案執(zhí)行過程
讀寫器、標(biāo)簽和后段數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信過程描述如下:
1) 讀寫器向標(biāo)簽發(fā)送請(qǐng)求認(rèn)證的信號(hào)Q1;
2) 標(biāo)簽接收到Q1,計(jì)算它所屬數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)識(shí)T的哈希值H(T),并且使用數(shù)據(jù)隱藏算法將H(T)變成M1并把它發(fā)送給讀寫器;
3) 讀寫器收到M1,使用相應(yīng)的算法從M1中提取出H(T)。將H(T)和自己存儲(chǔ)的H(T’)進(jìn)行對(duì)比,如果一致,它將會(huì)發(fā)送進(jìn)一步認(rèn)證請(qǐng)求Q2給標(biāo)簽。如果結(jié)果不一致,則判斷該標(biāo)簽不屬于本系統(tǒng)的標(biāo)簽,認(rèn)證結(jié)束。讀寫器將發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求Q1給下一個(gè)標(biāo)簽;
4) 標(biāo)簽收到Q2。將自身身份標(biāo)識(shí)ID進(jìn)行哈希運(yùn)算,得到H(ID),再把它隱藏到文本M2中并發(fā)送給讀寫器;
5) 讀寫器將M2轉(zhuǎn)發(fā)給后端數(shù)據(jù)庫(kù);
6) 后端數(shù)據(jù)庫(kù)收到M2后獲取H(ID)。搜索自己的數(shù)據(jù)庫(kù),查找是否有一個(gè)標(biāo)簽的IDi能夠滿足H(IDi)=H(ID)。如果找到,標(biāo)簽認(rèn)證成功。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)為這個(gè)已經(jīng)認(rèn)證的標(biāo)簽產(chǎn)生一個(gè)新的身份信息ID’,并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中IDi的記錄中。最后將IDi和ID’發(fā)送給讀寫器。否則認(rèn)證失敗;
7) 讀寫器將收到的IDi和ID’使用數(shù)據(jù)隱藏算法隱藏成文本M3,并發(fā)送給標(biāo)簽;
8) 標(biāo)簽接收到M3之后可以獲得IDi和ID’,將IDi和自己的身份信息ID進(jìn)行對(duì)比,如果一致,則讀寫器認(rèn)證成功,否則認(rèn)證失敗;
9) 標(biāo)簽和讀寫器同時(shí)將已經(jīng)認(rèn)證的標(biāo)簽ID改成ID’。標(biāo)簽進(jìn)入讀模式或?qū)懩J剑梢越邮茏x寫器對(duì)其進(jìn)行讀寫操作;
10) 完成通信后,標(biāo)簽進(jìn)入休眠模式,直到接收讀寫器的下一次認(rèn)證請(qǐng)求。
3 方案性能分析
基于數(shù)據(jù)隱藏的雙向認(rèn)證協(xié)議使用哈希函數(shù)來完成標(biāo)簽和讀寫器的雙向認(rèn)證并對(duì)通信敏感信息進(jìn)行保護(hù)。哈希函數(shù)的強(qiáng)無碰撞性使得攻擊者找不到另一個(gè)IDj能夠滿足H( IDj )=H( ID ),因此攻擊者無法偽裝成合法標(biāo)簽來干擾合法的通信過程。使用本文設(shè)計(jì)的保護(hù)方案,在標(biāo)簽和讀寫器完成每次認(rèn)證之后都會(huì)同時(shí)刷新標(biāo)簽ID,因此攻擊者無法通過跟蹤特定通信信息的方式來跟蹤標(biāo)簽使用者,因此可以保護(hù)用戶的個(gè)人隱私。由于在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索以確認(rèn)標(biāo)簽是否屬于數(shù)據(jù)庫(kù)之前,本方案使用讀寫器對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行初步判斷,因此可以在一定程度上降低后端數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算量,減少拒絕服務(wù)供給的可能性。同時(shí),將判斷標(biāo)簽所屬權(quán)的任務(wù)移交給讀寫器之后,后端數(shù)據(jù)庫(kù)不需要每次都向讀寫器發(fā)送所有的標(biāo)簽的ID,而只需要處理那些通過預(yù)判斷的標(biāo)簽。尤其是在存在大量標(biāo)簽的環(huán)境中,本方案可以大大減少讀寫器與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信量,從而進(jìn)一步減輕安全信道的堵塞問題。
本文在雙向認(rèn)證過程中引入了數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)。通過數(shù)據(jù)隱藏,攻擊者或竊聽者很難判斷在未加密的信息中是否有敏感信息存在,因而可以保護(hù)用戶的隱私。同時(shí),在數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)中,隱藏文本的任何變化都會(huì)被接收方所感知,因此信息的接收方會(huì)知道通信信息已經(jīng)改變。使用本文設(shè)計(jì)的方案來完成身份認(rèn)證和通信的過程中,每次標(biāo)簽與系統(tǒng)完成通信后,他們都將刷新標(biāo)簽ID,因此攻擊者不能有效跟蹤標(biāo)記,所以它無法知道用戶和的確切物理位置,無法偽裝成這個(gè)標(biāo)簽,因此可以有效地實(shí)現(xiàn)用戶隱私信息的保護(hù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文使用Hash-Lock協(xié)議完成標(biāo)簽和讀寫的雙向認(rèn)證,使用數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)隱藏標(biāo)簽和讀寫器之間的通信內(nèi)容。可以保護(hù)標(biāo)簽和讀寫器之間信息傳輸?shù)臋C(jī)密性并檢測(cè)是否有第三方偽造信息。與現(xiàn)有的只使用Hash-Lock算法的協(xié)議相比,該文設(shè)計(jì)的保護(hù)方案更加安全,出其不意的防范了攻擊者的攻擊。
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【關(guān)鍵詞】化肥質(zhì)量安全 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 追溯系統(tǒng)的應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的概念產(chǎn)生于1999年,普及于2005年,在中國(guó),物聯(lián)網(wǎng)也被稱為之“傳感網(wǎng)”,2009年物聯(lián)網(wǎng)被正式列入我國(guó)國(guó)家級(jí)五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)范疇,備受全社會(huì)的矚目,由此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展,如今,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中,化肥作為一種基礎(chǔ)的農(nóng)資產(chǎn)品,由于其行業(yè)準(zhǔn)入門檻較低、小廠加工直銷情況普遍,以及受氣候變化以及經(jīng)濟(jì)形勢(shì)等不定因素的影響,近年來化肥市場(chǎng)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩、惡性競(jìng)爭(zhēng)加劇,假化肥充斥等不正常情況,化肥行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)亟待升級(jí)的拐點(diǎn),政府部門也開始加大監(jiān)管力度,在此背景下,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量追溯管理被各大正規(guī)化肥企業(yè)納入了質(zhì)量安全的建設(shè)中。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)概念
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將實(shí)質(zhì)或虛擬的物品信息通過物品編碼技術(shù)(EPC)、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、激光掃描器、紅外感應(yīng)器等傳感設(shè)備以及利用全球定位系統(tǒng)將其與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,實(shí)現(xiàn)物品信息的智能化識(shí)別、傳遞和管理,近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的日趨成熟,實(shí)時(shí)定位追溯、在線監(jiān)測(cè)、調(diào)度管理、遠(yuǎn)程控制等精細(xì)動(dòng)態(tài)化管理均已成為了現(xiàn)實(shí),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大大提高了社會(huì)資源的利用率和社會(huì)生產(chǎn)力,有效地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)
1.1.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
傳感技術(shù)依賴于敏感材料以及工藝計(jì)測(cè)技術(shù),利用傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)感知和采集目標(biāo)對(duì)象的信息,是物聯(lián)網(wǎng)信息的底層及原始信息的來源,其自身的完整性、效率性、安全性等至關(guān)重要。傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包含傳感單元、處理單元、通信單元、以及電源,其中傳感單元由傳感器和具有轉(zhuǎn)換功能的模塊組成;處理單元主要由芯片、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)組成;通信單元主要包括無線通信模塊,正是這些傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了無線網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時(shí)感知、采集、傳送和處理。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中傳感器相關(guān)于人的眼睛,同時(shí)負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信息,傳感器經(jīng)歷了傳統(tǒng)傳感器、智能傳感器、嵌入式傳感器的轉(zhuǎn)變,智能化、信息化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化是其發(fā)展的趨勢(shì),傳感器網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng),負(fù)責(zé)信息的傳遞;嵌入式系統(tǒng)則相當(dāng)于人的大腦,負(fù)責(zé)信息的分類和處理,是一項(xiàng)復(fù)雜的應(yīng)用技術(shù)。
1.1.2 射頻識(shí)別技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)技術(shù)主要是以條形碼(一維碼)、二維碼以及RFID標(biāo)識(shí)為基礎(chǔ),其中射頻識(shí)別-RFID(radio frequency identification)屬于無線通信技術(shù),是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心,它通過射頻信號(hào)器自動(dòng)識(shí)別物體包括高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo),獲取物體標(biāo)簽中的相關(guān)信息,該過程無需機(jī)械或光學(xué)接觸,無需人工干預(yù),可應(yīng)用于各種惡劣條件下,日常生活中RFID技術(shù)應(yīng)用很廣,大到各類門禁系統(tǒng)、質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)等、小到公交卡、餐卡、水卡、門禁卡、銀行卡、身份證都應(yīng)用了射頻識(shí)別技術(shù),RFID識(shí)別技術(shù)主要由標(biāo)簽、閱讀器、應(yīng)答器3部分組成,射頻識(shí)別標(biāo)簽具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大、識(shí)別速度快、可重復(fù)使用、壽命長(zhǎng)、安全小巧輕便、防水防磁防偽等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代物流管理以及自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域中。條形碼、二維碼和RFID標(biāo)簽都屬于物品信息標(biāo)示技術(shù),本質(zhì)上都是賦予物品以一個(gè)特殊的編號(hào),經(jīng)由掃描該編號(hào)而獲知該物品的相關(guān)信息,二者之間有一定的區(qū)別,條形碼(一維碼)和二維碼是通過光學(xué)手段感知印刷的條形粗細(xì)或圖文來獲知編號(hào)實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)作用的,RFID標(biāo)簽可以說是一維碼和二維碼的電子版本,它采用無線電原理,通過電磁波的載波、調(diào)制等過程來獲取RFID標(biāo)簽里的編號(hào)信息,它的優(yōu)勢(shì)在于以嵌入或附著方式來對(duì)物體進(jìn)行定位,無需近距離讀取,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所花時(shí)間更短,安全性更高。
1.1.3 EPC編碼技術(shù)
EPC又稱為產(chǎn)品電子代碼,是物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐,它以RFID電子標(biāo)簽為載體,通過傳感器進(jìn)行識(shí)別,以互聯(lián)網(wǎng)為信息傳遞的媒介,EPC系統(tǒng)充分結(jié)合了射頻識(shí)別技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),為全球每一件商品建立起唯一的、開放的標(biāo)識(shí),解決了以一維碼以及二維碼只能單次單個(gè)識(shí)別,以及障礙識(shí)別的問題,實(shí)現(xiàn)了物品信息在網(wǎng)絡(luò)中的交換、處理、共享以及透明化管理。
1.2 追溯管理系統(tǒng)介紹
追溯性主要是產(chǎn)品在原料、生產(chǎn)、加工以及流通各個(gè)階段中具有的正向、反向追蹤的能力,由于產(chǎn)品特點(diǎn)、供應(yīng)鏈特征、技術(shù)手段等不同,不同的追溯系統(tǒng)存在著較大差異, 隨著編碼與標(biāo)識(shí)、信息快速采集、智能決策與預(yù)警、數(shù)據(jù)交換與融合等關(guān)鍵技術(shù)的成熟,以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,追溯系統(tǒng)向著深度、廣度和精度方向深入發(fā)展,因此,從技術(shù)角度構(gòu)建起符合不同需求、集全面感知、實(shí)時(shí)傳輸、智能決策為一體的追溯系統(tǒng)已成為可能,正被各行各業(yè)所采用。
2 化肥生產(chǎn)質(zhì)量安全追溯中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用