船用物联网信息安全传输系统研究

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摘要:随着我国水路运输行业的不断发展，水路物流已经成为我国的重要经济组成环节，为了提高水路运输过程智能化，提高我国水路运输的管理能力，采用互联网技术和物联网技术提升航运船舶的监管能力有重要意义。本文介绍一种船用物联网的基本组成，并针对船用物联网中的信息安全问题进行研究，介绍船用物联网的信息加密技术，设计船用物联网的信息安全传输模块。

关键词：船用物联网；信心安全；加密技术；互联网

引言

我国水路运输包括内河航运和海上航运，其中我国内河航运具有得天独厚的资源，黄河和长江流域自古以来就是我国重要的水路运输和商品贸易通道，促进了我国内部的经济发展。改革开发以来，我国的经济发展模式从内向型经济向外向型经济转变，与世界其他各国的商品贸易逐渐增加，我国也成为世界上进出口贸易大国。水路运输是我国交通运输体系的重要环节，也是我国经济发展的支柱产业，提高水路运输的综合管理水平具有非常深远的意义。2011年8月，发改委等部门针对长江流域水路运输的“智慧航道”进行正式批复，建立智能化的水路运输信息服务系统成为了一项重要的国家发展策略。船联网是指将物联网技术应用于船舶航运场景中，结合射频识别、传感器等技术，对水路运输过程的船舶、集装箱、港口、航线信标等对象的属性进行设置，构建智能化的水上运输交通网络。船用物联网有助于提高航道的通信效率，保障船舶的航运安全，具有重要的经济价值。本文研究的重点是船用物联网中信息的安全性，本文首先介绍船用物联网的体系架构和功能模块，然后结合信息加密技术对船用物联网的数据安全进行研究，最后设计了系统的信息安全传输系统。

1船用物联网的体系架构与发展现状研究

船用物联网的核心是构建水上的智能交通网络，实现水路交通的精细化管理，以船舶航运过程的数据为中心，实现航运过程的人船、船船互联。船用物联网体系主要由船载物联网终端、交换机、信号收发设备、岸基控制中心、用户和无线链路等组成，在船用物联网中，船舶自身的状态数据、货物数据以及船舶型号数据等通过信号收发器发送至无线网桥和网关，最后发送到岸上基站，基站将反馈信息通过无线链路返回至船载终端。船用物联网能够为水路运输提供多种功能，比如航道信息服务、交通信息服务、交通监管、物流服务等，如下：1）航道信息服务为了确保船舶在航道上的航行安全，船舶通常利用VHF或者雷达等设备获取航道内的各类信息，比如气象信息、航标、水深、通航状态等，而利用船用物联网技术可以直接通过无线网络从岸基控制中心获取航道的相关信息，方便快捷。航道信息服务是船用物联网系统的基础性服务之一，与船舶的数据交互还包括水位预报、气象预报等。2）交通监管服务主要是指利用船用物联网的数据库，交通管理部分可以对航道内船舶进行组织和调节，由于船用物联网采用传感器和射频识别技术，在船舶通过船闸时能够利用RFID快速对船舶识别和管理，一旦发现非法船舶或非法货物时，可启动报警功能。3）交通信息服务船用物联网的交通信息服务主要包括两部分：其一是当前航道的交通状态信息，包括航道交通拥堵状况、交通形势的分析等；其二是巷道内船舶的属性信息，能够在电子航道图上显示船舶的航行情况，船用物联网中的每一艘船舶都具有独立的识别号，利用物联网可以获取船舶的相关属性信息，甚至包括船员信息、船运公司营运证、租赁信息等。交通信息服务有助于提高船舶在航道内的航行效率。4）物流服务。

2船用物联网的信息安全传输系统设计

2.1船用物联网的信息安全加密技术研究

加密技术是利用密码算法对信息处理，将明文转换为密文，然后进行传输。密文接收器收到信息后，利用约定的密钥将密文解密成明文，从而完成整个信息传输过程。船用物联网的数据中含有大量的船舶信息，为了确保船用物联网中数据的安全性，本文利用信息加密技术对物联网中的数据进行处理，采用的加密算法是一种对称加密算法。对称加密算法是指利用同一个密钥对信息加密和解密，数据传输的双方需要约定同一个密钥。对称加密算法又包括分组密码技术（DES、RCS）和流密码技术（AES）2种，其中，分组密码技术采用64bit长度的密钥，加密过程包括明文的初始换位、加密变换、逆变换等。

2.2船用物联网的信息安全传输系统设计

本文结合对称加密技术，对船用物联网的信息安全传输系统进行优化设计，在设计过程中需要遵循以下原则：1）船联网中的信息安全传输系统为了保护数据的安全性，在使用过程中可能会不断地针对病毒等入侵行为进行更新，因此，需要安全传输系统具有良好的扩展性，方便后续硬件与软件的添加。2）在设计时需要保障信息安全传输系统的密码技术、硬件技术能够及时的更新，有能力充分应对网络的入侵行为。系统设计时需要具备硬件、软件优化、网络加速等功能。3）系统的通信渠道需要具有扩展性，当某一船联网的无线信道出现故障时，传输系统能够提供备用的安全信道。4）必须采用标准化、通用的信息传输协议，选择安全、成熟的硬件设备。本文设计的船用物联网信息安全传输系统架构如图3所示。整个系统主要由内网单元和外网单元组成，内网单元是指船载物联网终端的单元，外网单元是指控制中心，2个网络单元之间存在位移的数据传输通道，该信息安全传输系统具备的功能特点：1）2个网络单元相对独立，内网单元具有的安全功能包括身份认证、访问控制、内容过滤和信号解析等，外网单元除了具有常规的访问控制和内容过滤等功能，还具有安全审计功能，内网单元和外网单元间具有唯一的隔离数据通道。2）网络单元采用高性能Intel处理器，对网络协议和数据的处理能力较强。在内网单元与船舶其他设备的通信过程中，一方面为了确保数据传输的安全性，另一方面也考虑设备的兼容性，本文选用USB转串口通信的结构进行数据传递，选择PL2303LX芯片来完成转换，图4为电路图。3）信息安全传输系统的2个网络单元在物理上是独立的实体，任意一个网络单元都不能对另一个单元进行控制等操作。4）内网单元与外网单元之间的数据加密采用对称加密算法，实际传输的数据不是IP数据报文，而是64位密文，网络单元的访问控制功能对接口的访问进行了二次加密，从而增强安全性。

3结语

船用物联网旨在构建一个智能化的互联互通网络，能够为水路交通运输船舶提供航道信息、交通信息和监管信息等有。本文研究的方向是船用物联网的信息安全性，结合对称加密技术设计了船用物联网的信息安全传输系统，并详细介绍了该系统的特性与原理。

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作者：赵悦品 孙洁丽 单位：河北交通职业技术学院