终端功耗测试

3湖北省揭榜制科技项目需求表(成果转化类)一、发榜方情况单位名称武汉大学单位地址湖北省武汉市武昌区珞珈山邮编所属行业信息传输、计算机服务和软件业成果技术领域新一代信息技术产业联系人姓名刘树波职务副院长手机15307160011电子邮箱liu.
shubo@163.
com二、项目需求信息成果名称NB-IoT水利智能物联网终端及其在边缘计算中的应用转化形式专利转让科技投融资检验检测招标采购扩充产品/服务市场占有率√技术应用其他:研发成果在国内外所处水平(限1000字)物联网技术在水利领域的应用,正在推动着我国水利工程管理朝着信息化和智能化的道路发展.
通过物联网技术将各种水利设备连接到一个统一的网络中,方便采集雨量、水位、流速、水量、水质等水文水资源数据,可以感知洪涝、环境、生态、工程等的实时状态,对各种险情及时进行预警预报以及处理,实现对水文水资源数据的智能化管理.
同时,由于水在不同环境条件下的多种表现或传感器(仪表)误差,使得采集到的数据不能全部作为有效数据使用,需要进行前期处理才能满足使用要求.
而处理这些数据,科学的方法是在靠近数据源侧,采用融合网络、计算、存储、应用核心能力的边缘计算手段,提供实时、动态和智能的服务计算,从而减轻水文水资源中心站进行大量数据处理的压力,保证数据的及时、准确、可信.
2018年以来NB-IoT技术逐渐走向成熟,基于NB-IoT的水利智能物联网遥测终端将大有作为,该终端通过利用物联网和边缘计算技术,是实现水利数据采集、存储和传输的关键设备.
NB-IoT作为新兴技术,国内外处于同一起跑线,且国内华为、中兴公司在技术方面更有优势,有国内的先进技术和巨大市场加持,使得该技术应用在世界范围内处于领先地位.
NB-IoT的发展让应用更加智能化的同时,也带来了信息安全风险,必须重视物联网中应用层到各端点的安全体系建立.
而智能物联网遥测终端绝大多数都是使用在野外开放环境、开放通信媒介的无人值守状态,传输的水利信息包含了大量的敏感信息或涉及用水方直接经济利益,给远程数据采集终端的运行带来了诸多安全挑战.
为此,本款终端设计一种基于安全加密算法的轻量级水文数据安全传输协议,解决数据安全问题.
国外产品无法满足国内数据安全需要,国内产品在此方面做深入研究的还没有见到.
边缘计算的基本理念是将计算任务在接近数据源的计算资源上运行,缓解云计算中心压力,提高可用性.
其应用程序在边缘侧发起需求,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求.
边缘计算技术与应用仍处于发展初期阶段,亚马逊、谷歌和微软等云计算巨头是该领域的领跑者.
2016年11月30日,我国边缘计算产业联盟在北京成立,出版了国内的《边缘计算参考架构》1.
0和2.
0版本,梳理了边缘计算的测试床,提出了边缘计算在工业制造、电力能源、智慧城市、交通等行业应用的解决方案.
目前,国内的边缘计算主要处于技术研究、实验室测试,以及相对简单场景的预商用阶段.
总体来说,我国的边缘计算研究尤其是在水文水资源数据采集终端上的应用还处于起步阶段.
总之,NB-IoT水利智能物联网终端总体成果处于国内先进水平,其中基于轻量级安全算法的水文数据加密安全传输技术、边缘计算技术的应用在国内属于首创.

研发成果简介(对现有成果进行描述,包括成果研发所处阶段、已投入资金、人力和成果应用等情况,限3000字)研发成果简介(对现有成果进行描述,包括成果研发所处阶段、已投入资金、人力和成果应用等情况,限3000字)1、成果简介NB-IoT水利智能物联网终端集数据采集、处理、存储、报警、安全传输和远程管理等功能于一体,满足水利或其它行业对多通信信道、大容量数据存储的要求而设计的新型智能遥测终端.
产品采用超低功耗技术,可使用一次性锂电池供电、太阳能供电或市电供电.
主要应用于灌区、供水管网、水库、山洪预警、防汛抗旱、生态环境监测等地域分散,无法建立有线通讯网络的监测场景,适合恶劣环境下应用.
的水利智能物联网终端实物图1.
1终端的安全技术应用安全技术手段覆盖接入、存储和传输全过程,确保数据安全.
1.
1.
1设备安全接入阻止非法和未授权的外界接入设备请求.
(1)身份验证:用户接入前需验证口令.
(2)认证安全:用户身份认证信息在交互过程中以密文状态传输.
在NB-IOT网络的覆盖区域内,当同一时间段内有多个终端同时申请接入认证时,基于组设计了IBAS-AKA协议(Identity-BasedAggregateSignature-AuthenticationandKeyAgreement),将一个NB基站区域内的终端划分为若干组,每组以性能作为评估标准推选出管理员,组内采用无证书的聚合签名,将各终端的签名聚合到管理员终端,由管理员终端实现统一认证.
对比EPS-AKA协议,IBAS-AKA协议达到了多终端批量快速认证的效果.

IBAS-AKA协议虽然能够完成批量认证,但由于该协议是一种基于公钥密码体制的协议,复杂度较高,不适用于资源受限的NB终端.
为解决这一问题,设计了一种基于私钥密码体制的聚合消息认证码协议AAMAC-AKA(AreaAggregateMessageAuthenticationCodes-AuthenticationandKeyAgreement).
该协议仍然采用分组方式,基于区域组ID、终端ID和随机数生成认证消息,使用与认证服务器共享的密钥对认证消息进行加密,加密后得到终端消息认证码,并在管理员终端上异或聚合,达到统一认证的目的,而且认证服务器只需使用共享秘钥对消息做相同操作,便可完成终端身份认证,运算复杂度明显降低.
仿真实验表明,相比IBAS-AKA协议,AAMAC-AKA协议具有较低时延.

NB终端首次通过AAMAC-AKA协议认证后,认证服务器将密钥表与认证向量组成的身份信息保存中间节点MME.
当终端重新上线时,不再与认证服务器进行交互,而是直接与中间网络节点完成认证,减少终端与认证服务器的信令开销.
同时,对于同一时间段内重新上线的多个终端,同样以组为单位聚合消息认证码后进行批量重认证.
AAMAC-AKA协议也能够较好的支持快速批量重上线,且拥有对中间人攻击和重定向攻击的抵抗能力,在批量终端认证上效率更高.
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2数据安全存储数据安全存储功能主要指设备上缓存的现地数据安全,其主要技术需求如下:(1)接入权限与数据访问权限分离:用户能够接入设备不代表能够读写数据,也即数据采用单独体系加密保护.
(2)前向安全:当前设备数据加密密钥泄露,不会泄露已存储数据内容;(3)后向安全:当前设备数据加密密钥泄露,对未来数据加密密钥不会造成影响,具备密钥重新生成功能.
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3数据安全传输由于远传数据终端多采用电池供电,数据在传输过程中的加密需要安全高效,而水文、水资源数据种类多样,价值亦不同.
单一的加密,对于价值不高的数据无疑对终端的资源是一种浪费,对于价值高的数据又难以保证其安全性.
因此,采取根据不同的数据重要性等级,自主选择适当强度进行加密的技术措施,同时保证数据传输时延不能与开放传输产生数量级差异.
1.
2边缘计算技术的应用边缘计算是继分布式计算、网格计算、云计算之后,在网络边缘执行计算的一种新型计算范式,因其能够就近提供智能互联服务,所以可以满足各行业在数字化变革过程中的关键需求.
边缘计算节点一般设置在多个采集终端附近,根据不同场地具体情况和不同业务需求进行设计,如管理站或中心站,同时采用性价比高的服务器产品.
边缘计算节点在对大数据进行过滤和处理后,回送到数据中心;将缓存数据、数据分析、过滤、计算能力集中在一起.
本系统边缘计算节点可以实现根据水位尺图像自动读取水位、水质预警、区域水量预测和终端设备故障预测.
边缘计算应用架构将近数据源端数据分析从云端迁移到边缘计算节点,保证了预警实时性以及数据的安全.
边缘计算节点集成分析水位尺图像读取水位、水质预警、区域水量预测以及对采集终端故障预测等功能.
近数据源计算不仅保证了数据处理的实时,而且可以大量地降低数据带宽,防止传输过程中数据的泄露.
1.
3智能化功耗测试、电磁辐射测试、测信道攻击测试等仪器.
按照平均每批次费用1万元,共5次,计5万元.
终端软件测试、通信协议测试、数据中心软件测试.
按照平均每批次费用1万元,共5次,计5万元.
实验场地费用、能耗资源费、办公费用.
按照平均每年费用3万元,共12年,计36万元.
测试通信费用.
按照平均每年费用0.
5万元,共12年,计6万元.
本项费用共计:79万元.
(3)人员费用实验阶段设计电路板、焊接电路板、测试电路、组装终端;采集与通信软件、配置软件、数据中心软件的设计,文档编制,软件维护与更新,其它相关日常办公人力投入;按照平均每批次费用20万元,共5次,计100万元.
应用测试阶段安装终端、调试终端、技术培训、数据及通信维护.
按照平均每批次费用5万元,共5次,计25万元.
本项费用共计:125万元.
综上,历年来对本终端产品的总投入约254万元.
4、研发团队刘树波,男,武汉大学计算机学院,教授,博士生导师.
计算机学会和密码学会会员.
先后主持或参与各类科研项目30余项,获国家科技进步二等奖1项,省科技进步二等奖2项,省部级科技进步三等奖1项,获批发明专利2项,软件著作权8项.
在国内外发表学术的论文被SCI、EI、ISTP等收录30多篇.
近年来,在传感器网络应用及安全、物联网及安全、嵌入式系统及安全、多媒体安全等方面做了大量的研究工作,相关方向的研究成果发表在电子学报、通信学报、中国通信、物理学报、INFOCOM会议等上,研究项目上先后参与了"863"项目(No.

2002AA141051)-商用密码芯片研制、"973"课题(No.
2011CB302306)-面向数字城市的实时跨媒体信息存储与公众服务和自然科学基金面上项目(No.
40871200)-遥感影像多级加密算法研究等项目.
主持了"948"项目(No.
201044)-灌溉节水增产监测技术、军方预研项目4项、水资源监控国家应急项目-石羊河流域水资源监测及优化调度、应用物联网进行水资源和水环境监测等项目20余项,积累了丰富的项目研发经验,为社会创造了可观的经济社会价值.
蔡朝晖,女,博士,武汉大学计算机学院副教授,现主要从事数据分析和机器学习、物联网、数字图像处理方向的教学和研究工作.
发表了多篇研究论文,获得4项国家专利,取得16项软件著作权.

涂国庆,博士,武汉大学计算机学院副教授.
主要从事信息安全、嵌入式系统、计算机应用研究工作.
长期从事水利信息化领域的科学研究、方案设计与相关软硬件产品研发工作,承担了10多项水利信息化项目,获得多项专利与软件著作权.
5、成果应用情况团队在资源有限的设备数据安全上做了大量前期工作,包括技术跟踪,调研,技术开发(如智慧水利应用开发).
团队在远程数据安全传输终端上,设计了一种远程数据安全传输终端(蔡朝晖,谢仁泰,刘树波,一种加密远程数据采集终端.
实用新型专利,专利号ZL201020667616.
1)在水文与水资源监测应用基础研究方面借助"973"重点基础研究项目-"面向数字城市的实时跨媒体信息存储与公众服务",在面向数字城市的实时动态信息存储与内容管理研究中,研究支持基于广域分布的传感器数据的动态存储与管理,提出多源动态数据内容描述和内容组织方法,并成功的将无线传感器网络应用于水资源监测系统,承担了水利部"948"项目-水稻节水灌溉监测技术和"石羊河流域水资源监测及优化调度"国家应急项目,实现了传感器网络在水资源监控上的应用.
作为"948"项目的预研和推广,还承担了20多项将传感器网络应用于水环境监测的应用项目.
6、先进性(1)改善性能,水利监测中常见的报警、分析等应用靠近数据采集的地方处理和决策会更快,通过减少与云数据中心的通信可以增加边缘处理的弹性.
(2)保证数据安全和隐私,终端采集数据时对数据就进行了加密,可以避免数据传输到共享数据中心后数据暴露等带来的安全隐私问题.
(3)减少操作成本,通过在边缘做计算处理,可以减少边缘设备和数据中心的数据传输量和带宽,从而减少了由网络、云数据中心计算和存储带来的成本.
(4)首次实现水利大数据在边缘计算中的智能化应用,实现了水位标尺自动识别、设备故障预测、用水量预测的功能.
7、实用性>接口丰富,所有输入输出可编程,使用灵活;可通过串口、wifi的方式进行设置,配置灵活简单;支持在线配置,在线升级;边缘计算节点可以根据不同场地具体情况和不同业务需求进行设计,配置简单,成本低.
8、可实施性(1)市场需求大,三大运营商2G网络逐渐退网,NB-IOT网络逐渐成为广泛应用的物联网络,水利数据中心易成为网络攻击的目标,加强数据保护成为现实解决的问题.
边缘计算可以帮助水利行业保护数据,提高数据隐私,边缘节点存储和处理靠近其源数据,可以实时分析数据,而不会出现延迟,降低了水利专网的带宽压力,因而智能终端产品具有强劲的市场需求.

(2)边缘计算节点配置灵活,可以根据需要灵活配置计算能力,计算节点处理的事务也可以随机变化.
(3)成本低,边缘节点存储和处理大部分数据,不需要大量的云存储;终端RTU设备价格低,运行成本低.
(4)团队技术力量强,终端硬件、软件和算法都是团队自主设计和开发,完全可以解决实施过程中遇到的问题,并且随着技术的发展可以随时升级系统.

对揭榜方要求(对意向性单位进行描述,限1000字)对揭榜方要求(对意向性单位进行描述,限1000字)考虑NB-IoT智能物联网遥测终端应用条件,提出如下要求:(1)资质要求;独立法人机构,具有承担水利信息化项目资质的国家级高新技术企业.
(2)技术要求熟悉水利行业,具有水利应用软件开发能力,具备水利信息化相关技术.
(3)人员要求有专业的生产人员;有专业的测试人员;有富有经验的软件开发人员;有专业的集成项目施工人员;有行业经验的市场营销人员.
(4)生产能力生产人员和场地能够满足年产量1万台.
(5)集成能力要求具备超过三年水利信息化项目集成经验,并业绩良好.
(6)市场能力要求具备行业市场营销经验,有完善的组织形式和切实有效的营销管理制度.
(7)财务能力要求;具有生产投入资金和市场启动资金.
(8)管理能力要求经过质量管理体系、运维体系及信息安全体系评审认证.

产权归属、利益分配等要求(限1000字)1、专利权归属本项目已经申请的实用新型专利,《一种加密远程数据采集终端.
专利号ZL201020667616.
1》,专利权归属于武汉大学,揭榜方若获得专利使用权,需双方协商确定交易价格,作为成果转让费的一部分,办理专利转移手续.
正在申请的实用新型专利,双方约定好数量、时限,可以作为成果转让的组成部分,按协商后的市场价格转让给揭榜方.
2、软件著作权归属本项目已经申请的软件著作权,所有权归属于武汉大学,揭榜方若获得著作权,需双方协商确定交易价格,作为成果转让费的一部分,办理专利转移手续.
正在申请的实用新型专利,双方约定好数量、时限,可以作为成果转让的组成部分,按协商后的市场价格转让给揭榜方.
3、提供的资料清单(1)硬件原理图(纸质及电子版);(2)GERBER文件及生产工艺文件(电子版);(3)机箱开孔图(纸质及电子版);(4)装配图(纸质及电子版);(5)元器件明细表(纸质及电子版);(6)软件流程图(纸质及电子版);(7)软件可执行代码(电子版);(8)产品使用说明书(纸质及电子版);(9)产品调试大纲(纸质及电子版);(10)测试及调试工具软件.
4、技术服务提供生产、调试及使用技术培训,培训地点为武汉大学,人数3人.
培训内容:生产工艺培训、测试流程技术培训、现场调试技术培训、系统集成培训.
提供首批产品生产、测试全过程技术指导.
提供产品测试取证服务.
保证产品通过《SL180-2015水文自动测报系统设备遥测终端机》及《SL651-2014水文监测数据通信规约》标准检测,取得行业认可的国家级检测报告.
提供揭榜方提出的新功能开发服务.
该服务为有偿服务,双方根据工作量、技术难度及时限协商服务费用,并签订协议,按协议约定支付费用.
5、利益分配一次性转让全部技术成果.
6、产品持续开发和演进武汉大学保留对产品的持续深入研究开发权力,后续研发成果归属武汉大学,揭榜方具有同等条件下,优先有偿获得成果的权利.