人工智能鎖無線通信技術(shù)研究

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摘要：針對傳統(tǒng)人工智能鎖存在的平均電流消耗量大以及不滿足資源和經(jīng)濟需求的問題，展開對人工智能鎖無線通信技術(shù)的研究，提出一種將物聯(lián)網(wǎng)及云計算作為核心的人工智能鎖無線通信技術(shù)。實驗證明，基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的人工智能鎖與傳統(tǒng)人工智能鎖相比，可實現(xiàn)對人工智能鎖工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制，有效降低平均電流的消耗，節(jié)約電力能源，并在一定程度上提高電池的使用壽命，具有更高的經(jīng)濟價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；云計算；人工智能鎖；無線通信

引言

人工智能鎖分為兩種類型，一種是單獨型獨立門鎖，另一種是有線型智能鎖。單獨型獨立門鎖的安裝相對簡單，只是將指紋等信息儲存在鎖的本地存儲系統(tǒng)中。這種系統(tǒng)不能實時上傳數(shù)據(jù)，因此安全系數(shù)較低。有線型智能鎖通過電纜與主控制設(shè)備相連接，將用戶信息錄入到電腦進行用戶識別。人工智能鎖與前臺電腦必須通過聯(lián)機工作來識別身份信息，因此這種鎖的安裝較為困難。研究人工智能鎖具有重要的現(xiàn)實意義，在此結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和云計算提出一種全新的人工智能鎖無線通信技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將人工智能鎖與小區(qū)的物業(yè)管理重新連接。當(dāng)人工智能鎖遭到破壞時，物業(yè)人員和住戶可在第一時間知曉。

1基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的人工智能鎖無線通信設(shè)計

1.1基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的通信方式設(shè)計

由于人工智能鎖中存在不同功能的子模塊，且各個功能模塊間不是相互獨立的，因此在設(shè)計其通信方式前要明確其相互間的調(diào)用關(guān)系[1-2]。利用移動終端設(shè)備登錄物聯(lián)網(wǎng)，通過平臺可調(diào)用通信服務(wù)為用戶發(fā)送消息通知。登錄過程中，需要利用平臺記錄用戶的登錄時間和IP地址等信息，通過安全服務(wù)模塊分析安全信息，并給出對應(yīng)的安全策略，從而做出相應(yīng)的判斷和處理。為避免數(shù)據(jù)混亂和丟失，應(yīng)在相同的傳輸空間內(nèi)實現(xiàn)一點與多點的數(shù)據(jù)聯(lián)通。數(shù)據(jù)丟失等問題多是由于無線通信傳輸過程中數(shù)據(jù)間發(fā)生了碰撞，因此只有做到一對多才能克服上述干擾問題。一對多的數(shù)據(jù)通信在類似線纜通道內(nèi)的實現(xiàn)方法包括載波監(jiān)聽多路訪問和時分復(fù)用等。其中，時分復(fù)用方法是把時間分割成相同的時間段，再把時間段細(xì)化為時隙，是數(shù)字通信常用的一種數(shù)字通信技術(shù)。在滿足定時與同步的條件下，接收端接收到信息，并確保信息間互不干擾，而信息來源是上述分割的時隙傳遞出來的。發(fā)送端向多個終端節(jié)點發(fā)送信號時，發(fā)向各終端節(jié)點的信號被安排在特定時隙內(nèi)。由于各終端只能接收特定時隙內(nèi)的數(shù)據(jù)，因此在介質(zhì)中傳播的合路信號會根據(jù)時隙分別被終端節(jié)點接收。

1.2基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的人工智能鎖通信系統(tǒng)設(shè)計

1.2.1通信硬件設(shè)計MSP430F149作為16位低功耗的單片機，工作電壓為1.8～3.6V。當(dāng)主頻為1MHz，供電電壓為2.2V時，正常工作電流為280μA，待機電流為1.6μA，掉電電流為0.1μA?，F(xiàn)階段，它依靠自身低功耗和低電壓的優(yōu)勢獲得了廣泛應(yīng)用。另外，MSP430F149兼具多時鐘特點，包括主系統(tǒng)時鐘（MCKL）、子系統(tǒng)時鐘（SMCLK）以及輔助系統(tǒng)時鐘（ACLK）3種，與之相匹配的有3種時鐘源，即單片機內(nèi)部的DCO時鐘、外部高速晶體振蕩器（HSE）以及外部低速晶體振蕩器（LSE）。其中，MCKL的時鐘源3種均可；SMCLK的時鐘源為DCO和HSE；ACLK的時鐘源為LSE，喚醒時間短。單片機從低功耗模式喚醒僅需6μs，處理能力能力強，支持7種源操作數(shù)尋址和4種目的操作數(shù)尋址等多種尋址方式，擁有數(shù)量眾多的模擬指令和寄存器。主頻為6MHz時，它的指令周期僅為167ns，擁有高效的數(shù)據(jù)處理能力。

1.2.2通信軟件設(shè)計IAREmbeddedWorkbenchIDE是一款高度集成優(yōu)化的C/C++編輯器、編譯器以及匯編器，提供工程管理、調(diào)試及下載等常用嵌入式軟件開發(fā)必備的工具。為適用于市面上大部分的處理器，嵌入式IAREmbeddedWorkbench推出大量的衍生版本，使得市面上大部分處理器包括8位、16位以及32位的微處理器和微控制器都可以在IAR中找到相應(yīng)的支持版本。用戶在使用其他處理器開發(fā)新項目時，也可以在以前熟悉的環(huán)境中進行，大大縮短了開發(fā)周期。但是，IAREmbeddedWorkbench的各個版本并不是互相兼容的，使用時要稍加注意。本設(shè)計使用的是IAREmbeddedWorkbenchIDEforMCS-518.10版本。

1.3人工智能鎖無線聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議設(shè)定

人工智能鎖無限聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議設(shè)定有助于幫助用戶通過移動設(shè)備與門鎖建立通信聯(lián)系。采用應(yīng)答式的通信協(xié)議類型，將人工智能鎖作為發(fā)起指令的一方。通常情況下，人工智能鎖處于“休眠—工作—休眠”的循環(huán)狀態(tài)中[3]。當(dāng)人工智能鎖處于工作狀態(tài)時，首先使其作為發(fā)起指令方將相應(yīng)的指令發(fā)送到基站。其次，由基站將指令發(fā)送到用戶的移動設(shè)備，當(dāng)用戶接收到相關(guān)指令數(shù)據(jù)后對其進行分析，并將分析結(jié)果反饋到基站。最后，基站將最終的指令結(jié)果返回到人工智能鎖。為提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，采用WAP-PSK/AES無線網(wǎng)絡(luò)加密方式對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行特定的加密處理。無線通信數(shù)據(jù)傳輸模式主要包括透明傳輸和協(xié)議傳輸兩種。透明傳輸指將原始數(shù)據(jù)直接進行傳輸，傳輸過程中未對其做任何處理；協(xié)議傳輸指原始數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議格式進行加密，然后傳輸處理過的數(shù)據(jù)。人工智能鎖無線聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議分為指令幀和應(yīng)答幀兩部分。在指令幀和應(yīng)答幀格式中，幀頭表示為一幀數(shù)據(jù)的起始點，幀序列表示為一個0～0xFF的循環(huán)往復(fù)，起始/目的設(shè)備ID表示為發(fā)送指令的基站或人工智能鎖的實際位置ID，幀尾表示為一幀數(shù)據(jù)的終止點。數(shù)據(jù)傳輸過程雖然復(fù)雜且數(shù)據(jù)幀變大，但誤碼率低，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)安全傳輸。

1.4人工智能鎖服務(wù)器集群通信平臺

針對人工智能鎖的服務(wù)器集群方式，采用結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)及云計算技術(shù)的服務(wù)化方案，構(gòu)建以應(yīng)用層、數(shù)據(jù)服務(wù)層以及數(shù)據(jù)層為主要結(jié)構(gòu)的通信平臺。構(gòu)建的人工智能鎖服務(wù)器集群通信平臺與傳統(tǒng)通信平臺相比，在應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層中添加了數(shù)據(jù)服務(wù)層，架構(gòu)更加清晰。將人工智能鎖中較為分散的應(yīng)用功能代碼集中在儀器，并通過數(shù)據(jù)服務(wù)層進行統(tǒng)一化管理，進一步提高了通信代碼的質(zhì)量，降低了智能鎖相關(guān)功能的維護成本。平臺中還增加了對門鎖的遠(yuǎn)程控制功能，用戶利用通信平臺可通過移動通信設(shè)備遠(yuǎn)程控制人工智能鎖，降低了門鎖電流的消耗。當(dāng)檢測到門鎖的運行參數(shù)發(fā)生異常變化時，平臺通過數(shù)據(jù)分析可判斷此時門鎖是否存在非法損壞情況。當(dāng)檢測到相關(guān)問題時，可實時向用戶的移動通信設(shè)備發(fā)送信息，使用戶在第一時間充分掌握門鎖的狀態(tài)并及時做出處理，防止用戶人身安全和財產(chǎn)安全受到侵害。

2實驗論證分析

2.1實驗準(zhǔn)備

為驗證所提的通信方式的實用性，設(shè)計對比實驗，并將其與傳統(tǒng)的人工智能鎖的通信方式進行比較。為比較兩種通信方式下人工智能鎖的功耗，選擇某品牌干電池供電類型的門鎖。實驗過程中，為更符合居民的日常生活，保障兩組門鎖的平均電流在220μA以下。采用有源以太網(wǎng)的方式將門鎖與基站相連，從而減少其他功耗問題對實驗結(jié)果的影響。為方便對此通信方式的測試，準(zhǔn)備A、B、C、D共4把完全相同的門鎖模擬真實的運行，其中A和B采用提出的無線通信方式（設(shè)置為實驗組），C和D采用傳統(tǒng)通信方式（設(shè)置為對照組）。

2.2實驗結(jié)果及分析

根據(jù)實驗準(zhǔn)備完成對比實驗，記錄兩組人工智能鎖在運行過程中接收、發(fā)送以及休眠時的電流數(shù)據(jù)，然后計算出平均通過電流的大小，對比結(jié)果如表1所示。從表1的實驗數(shù)據(jù)可以看出，實驗組與對照組的人工智能鎖在正常工作狀態(tài)下的平均電流均小于210μA標(biāo)準(zhǔn)，但實驗組明顯小于對照組，在接收指令、發(fā)送指令以及休眠狀態(tài)下的電流均小于對照組。對比實驗證明，基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的人工智能鎖無線通信方式可以有效降低人工智能鎖的電流消耗，節(jié)省更多的電力能源，并進一步提高了電池的使用壽命，在實際應(yīng)用中具有更高的經(jīng)濟價值。

3結(jié)論

通過對人工智能鎖無線通信技術(shù)的研究，將物聯(lián)網(wǎng)及云計算技術(shù)應(yīng)用于通信過程，不僅可以使用戶通過移動通信設(shè)備隨時隨地查看門鎖狀態(tài)、進出情況以及用戶的進出記錄等信息，而且可以實現(xiàn)對人工智能鎖的遠(yuǎn)程控制，最大程度上方便用戶?；谖锫?lián)網(wǎng)與云計算的人工智能鎖具備更高的安全性能，當(dāng)門鎖遭到破壞時，通過物聯(lián)網(wǎng)及云計算技術(shù)可以第一時間將相關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)送到用戶的移動通信終端，用戶在接收到信息后可立即做出反應(yīng)，防止損失進一步增加?？梢?，該通信技術(shù)具有良好的市場應(yīng)用前景和實際應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]黃江輝.移動終端遠(yuǎn)程授權(quán)技術(shù)在電力智能鎖控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].機電信息，2019，43（36）：109，111.

[2]王元峰，曾惜.面向?qū)Ｓ门渚W(wǎng)設(shè)施的智能鎖控管理及APP應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2019，47（2）：105-106，109.

[3]何明，趙歡，張斌，等.基于NB-IoT技術(shù)的配電站房智能鎖研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代信息科技，2019，53（4）：157-159.

作者：張磊 吳穎 單位：北京合眾偉奇科技有限公司