一種無線電子標籤系統及其多頻段低功耗數據安全傳輸方法與流程
2023-05-07 01:15:21
本發明涉及一種多頻段低功耗無線電子標籤系統及其多頻段低功耗數據安全傳輸方法，屬於電子標價籤領域。
背景技術：
現有的無線電子標籤系統主要採用了rfid技術(2.4g/433m/315m)、有線傳輸技術(rs285/rs422/uart)、藍牙傳輸技術、紅外傳輸技術、wifi傳輸技術等，其中：有線傳輸技術因安裝施工的問題正逐漸被無線技術所取代；紅外傳輸技術因受阻擋的影響，應用也較少；藍牙傳輸技術因設置節點少(小於32個)而不能大批量應用；rfid技術相對比較成熟，但由於無線電子標籤系統的特殊性，其應用的環境中存在大量的金屬貨架、液體、化學物品、wifi等，因而導致其對無線傳輸要求很苛刻。
在現有的無線電子標籤系統中，當電子標籤採用被動式接收無線信號時，系統的基站發送更新信息(特別是點陣信息)時會存在多個節點長時間接收無效數據的問題，從而導致無線功耗過大、無線長時間處於接收狀態而可能會發生無線「假死」現象。另外，由於無線頻段會存在短時間幹擾問題，故在通信時需要進行頻段檢測來實現多頻段的通信。當前很多的射頻ic都實現了兼容性，為保證空中射頻信息的保密性，在發射前都會對無線信號進行加密，但這種加密措施並沒有帶來很好地抗幹擾效果。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種無線電子標籤系統及其多頻段低功耗數據安全傳輸方法，其具有多種頻段通信、點陣圖像和碼字信息混發通信、無線變價、射頻信息無線加密、超低功耗、長使用壽命等特點。
為了實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：
一種無線電子標籤系統，其特徵在於：它包括伺服器、無線基站、無線電子標籤，其中：
伺服器用於接收用戶操作終端發出的更新操作指令，將更新操作指令以數據流形式下發至無線基站；
無線基站用於接收、緩存並解密伺服器下發的更新操作指令數據流，獲取需要更新的無線電子標籤的id號及更新內容信息，單獨打包並進行數據加密處理而分別生成群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包和標籤更新數據包，並向每個無線電子標籤下發；
無線電子標籤用於接收無線基站下發的群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包和標籤更新數據包，以及在被群喚醒數據包喚醒後，通過解密標籤id號過濾包判斷出是否需要更新：若不需要更新，則進入睡眠狀態；若需要更新，則在通過解密標籤更新時間計時器包獲得的更新時間點，按照解密標籤更新數據包獲得的更新內容對自身顯示屏進行更新，其中，在未到達更新時間點之前，無線電子標籤進入睡眠狀態，以及各無線電子標籤的更新時間點不同。
本發明的優點是：
1)本發明無線電子標籤系統支持多個頻段的無線廣播和數據的下發、更新顯示內容的功能，支持在線檢測無線頻段幹擾；
2)本發明中的無線基站對每幀無線廣播數據按照時間戳進行數據加密；
3)本發明中的無線基站解析出無線電子標籤的id號後，打包成群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包和標籤更新數據包，並針對各數據包進行單獨的數據加密，保證了空中的無線射頻信息不被破解；
4)標籤id號過濾包可保證誤喚醒的無線電子標籤快速進入睡眠狀態；
5)每個無線電子標籤的標籤更新時間計時器包可保證無線電子標籤不會長時間處於接收無效數據的狀態，從而避免發生無線功耗過大問題，以及避免因無線長時間接收而可能會發生無線「假死」現象。
附圖說明
圖1是本發明無線電子標籤系統的組成示意圖。
具體實施方式
如圖1，本發明無線電子標籤系統包括伺服器10、無線基站20、無線電子標籤30，其中：
伺服器10用於接收用戶操作終端50發出的更新操作指令，通過諸如tcp/ip接口協議將更新操作指令以數據流形式下發至無線基站20；
無線基站20用於接收、緩存並解密伺服器10下發的更新操作指令數據流，獲取需要更新的無線電子標籤的id號及更新內容信息，單獨打包並進行數據加密處理而分別生成群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包和標籤更新數據包，並向每個無線電子標籤30下發；
無線電子標籤30用於接收無線基站20下發的群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包和標籤更新數據包，以及在被群喚醒數據包喚醒後，通過解密標籤id號過濾包判斷出是否需要更新：若不需要更新，則進入睡眠狀態；若需要更新，則在通過解密標籤更新時間計時器包獲得的更新時間點，按照解密標籤更新數據包獲得的更新內容對自身顯示屏進行更新，其中，在未到達更新時間點之前，無線電子標籤30進入睡眠狀態，以及各無線電子標籤30的更新時間點不同。
在本發明中，更新操作指令包括需要更新的無線電子標籤30的id號以及需要更新的各無線電子標籤30的更新內容。
在本發明中，無線基站20是一種將lan網絡通信、wifi通信、廣播式無線喚醒、電子標籤之間無線數據通信、電子標籤數據採集集成於一體的基站。
在本發明中，群喚醒數據包用於快速喚醒無線電子標籤30。標籤id號過濾包用於存儲需要更新的每個無線電子標籤30的id號，以便各無線電子標籤30辨別自己是否需要進行更新操作。標籤更新時間計時器包用於告知無線電子標籤30將進行更新操作的更新時間點。標籤更新數據包用於存儲無線電子標籤30的顯示屏需要顯示的更新內容，其中，針對需要更新的各無線電子標籤30分別單獨生成一個標籤更新數據包。
在實際設計中，群喚醒數據包可包括需要更新的無線電子標籤id號的偏移長度以及開始數據通信的時間點。
在實際設計中，無線電子標籤30還用於在執行完顯示屏更新操作後向無線基站20反饋更新完畢應答。無線基站20還用於將無線電子標籤30反饋的更新完畢應答匯總打包上傳給伺服器10。
在本發明中，群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包、標籤更新數據包允許在不同頻段下進行傳輸，無線電子標籤在喚醒過程中已經預設了三種頻段(帶寬1mhz)，無線基站的頻段是根據周圍頻道自檢測而自動跳轉到指定頻段或者由伺服器指定頻段。
在本發明中，上述四種信息包，即群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包、標籤更新數據包的加密處理可以保證無線傳輸中各無線射頻信息不會被破解。
在本發明中，上述四種信息包的加密算法為：根據廣播的時間戳(例如10ms作為一個時間基準)，對每一個數據的每個位進行異或運算，其中：異或運算是將位的數據內容與其所屬無線電子標籤的id號做異或處理。
基於上述本發明無線電子標籤系統，本發明還提出了一種無線電子標籤系統多頻段低功耗數據安全傳輸方法，包括如下步驟：
1)無線基站20接收伺服器10下發的更新操作指令數據流，解密獲取需要更新的所有無線電子標籤30的id號及更新內容信息；
2)無線基站20單獨打包並進行數據加密處理而分別生成群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包和標籤更新數據包，然後向每個無線電子標籤30順序下發群喚醒數據包、標籤id號過濾包、標籤更新時間計時器包、標籤更新數據包；
3)每個無線電子標籤30進行如下操作：
3-1)無線電子標籤30初始化完成後，接收到群喚醒數據包後被喚醒，在設定的喚醒時間內，解密接收到的標籤id號過濾包來判斷自身是否需要更新：若標籤id號過濾包內有此無線電子標籤30的id號，則表示需要更新，進入3-2)；否則進入睡眠狀態；
3-2)無線電子標籤30解密接收到的標籤更新時間計時器包，獲得更新時間點後進入睡眠狀態；
3-3)無線電子標籤30在更新時間點到達時開始接收標籤更新數據包，並基於解密標籤更新數據包獲得的更新內容來對自己的顯示屏進行更新，換句話說，在未到達更新時間點之前，此無線電子標籤30是處於睡眠狀態的；
3-4)無線電子標籤30更新完成後進入睡眠狀態。
在實際設計中，步驟3-4)後還包括步驟：
無線電子標籤30執行完更新操作後向無線基站20反饋更新完畢應答；
無線基站20將所接收到的無線電子標籤30反饋回來的更新完畢應答匯總打包上傳給伺服器10。
在步驟3-1)中，如果無線電子標籤30被喚醒後，在預定的標籤id號過濾包接收時間內沒有接收到標籤id號過濾包，則進入睡眠狀態；
在步驟3-2)中，如果在預定的標籤更新時間計時器包接收時間內沒有接收到標籤更新時間計時器包，則進入睡眠狀態；
在步驟3-3)中，如果在預定的標籤更新數據包接收時間內沒有接收到標籤更新數據包，則進入睡眠狀態。
在步驟3-3)中，當無線電子標籤30解密標籤更新數據包獲得更新內容後，先對更新內容的數據合法性進行判斷。
另外，當無線基站20針對需要更新的各無線電子標籤30分別單獨生成一個標籤更新數據包時，在步驟3-3)中，這個無線電子標籤30僅接收與其相對應的那個標籤更新數據包而過濾掉其它標籤更新數據包。
本發明的最大特點是，需要更新的各個無線電子標籤30，特別是最後一個無線電子標籤30不用一直處於等待接收信息(如更新內容等)的狀態，而是睡眠一段時間後再接收，這樣的設計很好地達到了降低功耗、節省時間的效果，從而可以實現一個無線基站20同時一次性對幾百甚至幾千個無線電子標籤30進行下發任務，大大提高了工作效率，防止了無線電子標籤長時間處於接收無效數據的狀態，避免了因無線長時間接收而可能會發生無線「假死」的現象。
本發明的優點是：
本發明具有多種頻段通信、點陣圖像和碼字信息混發通信、無線變價(改變顯示內容)、射頻信息無線加密、超低功耗、長使用壽命等特點，適於普遍推廣。
以上所述是本發明較佳實施例及其所運用的技術原理，對於本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，任何基於本發明技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬於本發明保護範圍之內。