一种LoRa无线模块、数据传输系统和数据传输方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种LoRa无线模块、数据传输系统和数据传输方法。

背景技术：

LoRa是一种低功耗长距离无线通信技术，主要面向物联网(IoT)或M2M等，是应用于低功耗广域网(LPWAN)的重要无线技术。LoRa无线通信技术主要具有如下特点：(1)长距离，在密集城市环境下，LoRa基站和网关具有较强的穿透能力，在空旷郊区终端节点传感器与距离可达15～30公里，甚至更远；(2)低成本，LoRa前期的基础建设和运营成本，以及终端节点传感器的成本低；(3)标准化，LoRaWAN保证了应用间的互操作性，物联网方案提供商和电信运营商可以加速采用和部署；(4)低功耗，LoRaWAN协议专为低功耗而开发，电池寿命可达数年。

基于LoRa无线通信技术的LoRa数据传输模块主要具有数据获取功能和数据传输功能。LoRa数据传输模块安装于水表、气表、压力表等数据采集设备上，通过数据采集设备的标准接口获取数据，所获数据即明文，之后，LoRa数据传输模块采用存储的加密算法对明文加密，获得密文，密文经编码后，通过LoRa射频单元进行前向纠错编码和扩频调制，再通过无线电波发射，区域内部署的网关接收发射数据，所接收数据通过有线宽带网络传输到网络服务器进行解密，将解密后数据转发或本地存储。即，现有技术中，LoRa数据传输模块对从数据采集设备获取的数据采用软件加密方式进行加密，这导致加密过程容易被跟踪、破解。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种LoRa无线模块、数据传输系统和数据传输方法，用以解决现有技术中LoRa无线模块采用纯软件的方式进行加密，安全强度低、风险大的问题，其技术方案如下：

一种LoRa无线模块，所述LoRa无线模块包括：主控芯片、安全单元和LoRa射频单元；

所述安全单元和所述LoRa射频单元集成在所述主控芯片中；

所述主控芯片，用于获取数据采集设备采集的目标数据，并将所述目标数据发送至所述安全单元；

所述安全单元，用于对所述目标数据进行加密，获得加密数据，并将所述加密数据发送至所述主控芯片；

所述主控芯片，还用于调用LoRa协议栈，将所述加密数据通过所述LoRa射频单元发送至目标网络设备。

其中，所述主控芯片包括：处理器和存储器，所述处理器和所述存储器通过通信总线连接；

所述存储器，用于存储所述LoRa协议栈；

所述处理器，具体用于调用所述存储器中的所述LoRa协议栈，将所述加密数据通过所述LoRa射频单元发送出去。

一种数据传输系统，包括：数据采集设备以及上述的LoRa无线模块；

所述数据采集设备与所述LoRa无线模块通过UART接口连接；

所述数据采集设备，用于采集目标数据；

所述LoRa无线模块，用于通过所述UART接口从所述数据采集设备获取所述目标数据，对所述目标数据进行加密，将加密获得的加密数据发送至目标网络设备。

一种数据传输方法，应用于所述LoRa无线模块中的主控芯片，所述数据传输方法包括：

获取数据采集设备采集的目标数据；

将所述目标数据发送至安全单元，以使所述安全单元对所述目标数据进行加密；

接收所述安全单元发送的加密数据；

调用LoRa协议栈，将所述加密数据通过所述LoRa射频单元发送至目标网络设备。

其中，所述获取数据采集设备采集的目标数据，包括：

通过UART接口从所述数据采集设备获取所述目标数据。

一种数据传输方法，应用于所述LoRa无线模块中的安全单元，所述数据传输方法包括：

接收主控芯片发送的目标数据；

对所述目标数据进行加密，获得加密数据；

将所述加密数据发送至主控芯片，以使所述主控芯片调用LoRa协议栈，将所述加密数据通过所述LoRa射频单元发送出去。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的LoRa无线模块在主控芯片上集成安全单元，通过安全单元对数据进行加密，即本发明采用硬件加密方式对数据进行加密，可以提高数据的安全性，并且，本发明将LoRa射频单元集成在主控芯片中，一方面能够避免主控芯片与LoRa射频单元通过串口连接所可能带来的串口窃听，另一方面能够提高主控芯片与LoRa射频单元之间的数据传输速度，即，本发明实施例提供的LoRa无线模块通过一款芯片，同时实现了加密功能和LoRa通信功能，这使得数据的安全性大大提高，且数据的加密速度大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的LoRa无线模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的数据传输系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一数据传输方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一数据传输方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种LoRa无线模块，请参阅图1，示出了该LoRa无线模块的结构示意图，该LoRa无线模块可以包括：主控芯片101、安全单元102和LoRa射频单元103。

其中，安全单元102和LoRa射频单元103集成在主控芯片101中。

主控芯片101，用于获取数据采集设备采集的目标数据，并将目标数据发送至安全单元102。

其中，数据采集设备可以为物联网感知层的各种终端设备，例如，采集温湿度的终端、采集烟雾数据的烟雾探测器、采集水位的液位传感设备等。

主控芯片101与数据采集设备可通过UART接口连接，主控芯片101通过UART接口获取数据采集设备采集的数据。

在一种可能的实现方式中，主控芯片可以但不限定为采用STM32L151xE型号MCU芯片。

安全单元102，用于对目标数据进行加密，获得加密数据，并将加密数据发送至主控芯片101。

在本实施例中，安全单元102相当于是内置于主控芯片中的硬件加密核，当其接收到主控芯片101获取的目标数据时，对目标数据进行加密。

主控芯片103，还用于调用LoRa协议栈，将加密数据通过LoRa射频单元103发送至目标网络设备。

其中，LoRa协议栈为实现lorawan协议的软件库。

具体地，主控芯片101可以包括处理器和存储器，处理器和存储器通过通信总线连接。存储器，用于存储LoRa协议栈；处理器，具体用于调用存储器中的LoRa协议栈，将加密数据通过LoRa射频单元发送至外部网络设备。

现有技术中，LoRa射频单元采用软件加密方式对数据进行加密，这种方式存在弊端，一方面是运行资源受限，多数只能采用对称加密算法对数据进行加密，二是纯软件加密方式容易被破解，并且，LoRa射频单元与主控芯片之间基于串口协议通信，数据容易被窃听。而本发明实施例提供的LoRa无线模块在主控芯片上集成安全单元，通过安全单元对数据进行加密，即本发明实施例采用硬件加密方式对数据进行加密，可以提高数据的安全性，并且，本发明实施例将LoRa射频单元集成在主控芯片中，一方面能够避免主控芯片与LoRa射频单元通过串口连接所可能带来的串口窃听，另一方面能够提高主控芯片与LoRa射频单元之间的数据传输速度。综上，本发明实施例提供的LoRa无线模块通过一款芯片，同时实现了加密功能和LoRa通信功能，这使得数据加密速度大大提高，且数据的安全性大大提高。

本发明实施例还提供了一种数据传输系统，请参阅图2，示出了该数据传输系统的结构示意图，该数据传输系统可以包括：数据采集设备201以及LoRa无线模块202。

其中，数据采集设备201与LoRa无线模块202通过UART接口连接，LoRa无线模块202可以为上述实施例提供的LoRa无线模块。

数据采集设备201，用于采集目标数据。

其中，数据采集设备可以但不限定为物联网感知层的各种终端设备，例如，采集温湿度的终端、采集烟雾数据的烟雾探测器、采集水位的液位传感设备等。

LoRa无线模块202，用于通过UART接口从数据采集设备201获取目标数据，对目标数据进行加密，将加密获得的加密数据发送至目标网络设备。

其中，LoRa无线模块202对从数据采集设备201采集的目标数据进行加密以及传输的过程可参见上述实施例，在此不作赘述。

本发明实施例提供的数据传输系统中，LoRa无线模块采用硬件加密方式对数据采集设备采集的目标数据进行加密，可以提高数据的安全性，并且，由于LoRa无线模块中LoRa射频单元集成在主控芯片上，能够避免主控芯片与LoRa射频单元通过串口连接所可能带来的串口窃听，由此可见，本发明实施例提供的数据传输系统中的LoRa无线模块提高了数据的安全性。

本发明实施例还提供了一种数据传输方法，该数据传输方法应用于上述实施例提供的LoRa无线模块中的主控芯片，请参阅图3，示出了该数据传输方法的流程示意图，该数据传输方法可以包括：

步骤S301：获取数据采集设备采集的目标数据。

其中，数据采集设备可以但不限定为物联网感知层的各种终端设备，例如，采集温湿度的终端、采集烟雾数据的烟雾探测器、采集水位的液位传感设备等。

在一种可能的实现方式中，可通过UART接口从数据采集设备获取目标数据。

步骤S302：将目标数据发送至安全单元，以使安全单元对目标数据进行加密。

步骤S303：接收安全单元发送的加密数据。

步骤S304：调用LoRa协议栈，将加密数据通过LoRa射频单元发送至目标网络设备。

其中，LoRa协议栈为实现lorawan协议的软件库。

本发明实施例提供的数据传输方法中，主控芯片在获得目标数据之后，将其发送给安全单元进行加密，即采用硬件加密方式对目标数据进行加密，提高了数据的安全性，并且，调用LoRa协议栈，利用集成于主控芯片中的LoRa射频单元将加密数据发送出去，避免了串口窃听，即，本发明实施例提供的数据传输方法提高了数据传输的安全性。

本发明实施例还提供了一种数据传输方法，该数据传输方法应用于上述实施例提供的LoRa无线模块中的安全单元，请参阅图4，示出了该数据传输方法的流程示意图，该数据传输方法可以包括：

步骤S401：接收主控芯片发送的目标数据。

其中，目标数据为主控芯片通过UART接口从数据采集设备获取得到。

步骤S402：对目标数据进行加密，获得加密数据。

步骤S403：将加密数据发送至主控芯片，以使主控芯片调用LoRa协议栈，将加密数据通过LoRa射频单元发送出去。

其中，LoRa协议栈为实现lorawan协议的软件库。

本发明实施例提供的数据传输方法中，安全单元在获得主控芯片发送的目标数据之后，对目标数据进行加密，即采用硬件加密方式对目标数据进行加密，提高了数据的安全性，并且，主控芯片调用LoRa协议栈，利用集成于主控芯片中的LoRa射频单元将加密数据发送出去，避免了串口窃听，即，本发明实施例提供的数据传输方法提高了数据传输的安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。