(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210564418.X (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 天津嘉益数宇科技发展 有限公司 地址 300000 天津市西青区学府工业区慧 学道1号3号楼70 3房间 (72)发明人 冯为嘉　田怡　郭嘉　 (74)专利代理 机构 天津市君砚知识产权代理有 限公司 12 239 专利代理师 程昊 (51)Int.Cl. H04W 12/03(2021.01) H04W 12/0431(2021.01) H04L 9/32(2006.01) H04W 28/06(2009.01) H04W 40/32(2009.01)H04L 67/01(2022.01) H04W 80/00(2009.01) (54)发明名称 一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加 密传输方法 (57)摘要 一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加 密传输方法， 包括数据结构的精简和数据传输两 部分； 数据精简结构由数据包头和数据两部分构 成； 所述数据传输由精简结构数据的加密传输方 法、 基于压缩感知的精简传输方法和基于MQTT协 议WINCC点表转发策略三部分构成； 为智慧城市、 工业互联网以及边缘协同提供智能设备及仪表 数据安全传输提供， 统一传输数据格式， 解决数 据异构问题； 压缩感知的数据简化传输策略， 减 少所需传输数据量； 加密传输数据， 提升数据传 输安全， 成为数字化坚实底座； 该方法简单且容 易实现。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115002757 A 2022.09.02 CN 115002757 A 1.一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征在于它包括数据结构 的精简和数据传输两部 分； 其中， 所述数据 精简结构由数据包头和数据两部 分构成； 所述数 据传输由精简结构数据的加密传输方法、 基于压缩感知 的精简传输方法和基于MQTT协议 WINCC点表转发策略三部分构成。 2.根据权利要求1所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述数据包头是由边缘协同设备ID和发送时间戳两部分构成； 所述数据是指有效载荷 数据。 3.根据权利要求1所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述精简结构数据的加密 传输方法具体由以下步骤构成： (1‑1)根据实际网络应用场景， 定义设备ID与设备物理信息的对应关系以及数据ID和 物理信息的对应关系其中， 定义设备ID为{e1， e2， ...， eX}； 设备物理名称为{E1， E2， ...， EX}； 数据ID为{d1， d2， ...， dy}； 数据ID对应的物 理信息为{D1， D2， ...， DY}； 所述设备ID与物理信 息的对应关系如公式(1)所示； 数据ID和物理信息的对应关系如公式(2)所示； {e1， e2， ...， eX}→{E1， E2， ...， EX}∧{e1， e2， ...， eX}←{E1， E2， ...， EX}    (1) {d1， d2， ...， dy}→{D1， D2， ...， DX}∧{d1， d2， ...， dy}←{D1， D2， ...， DY}    (2) (1‑2)由边缘协同设备将自己的设备ID按照数据精简结构定义写入边缘协同设备ID， 作为其中一个数据包头内容； (1‑3)由边缘协同设备将当前数据发送时间按照数据精简结构定义写入发送时间戳， 作为另一个数据包头内容； (1‑4)由边缘协同设备将其数据ID以及对应的数据按照数据精简结构定义写入有效载 荷数据， 作为数据结构中的数据部分； (1‑5)对步骤(1 ‑4)得到的数据进行加密； (1‑6)将精简数据结构内容以JSON数据表示并传输给用户。 4.根据权利要求3所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述 步骤(1‑5)中的对数据进行加密具体包括以下步骤： (1‑5‑1)在基于IE EE802.11ah的组网 网络中所有节点间选择不同层次的簇 头； (1‑5‑2)同一簇 头下不同节点之间通信时， 应由与其相连的簇 头对节点发放密钥； (1‑5‑3)当两个通信节点连接不同的簇 头时， 需要更高级别的簇 头对节点发放密钥。 5.根据权利要求4所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述 步骤(1‑5‑1)中簇头选择的方法具体由以下步骤构成： (1‑5‑1‑1)假设基于IEEE802.11ah的组网网络中有n个节点定义其集合为{P1， P2， ...， Pn}； (1‑5‑1‑2)获取每 个节点的邻居节点数量{X1， X2， ...， Xn}； (1‑5‑1‑3)选取集合{X1， X2， ...， Xn}中的最大值， 若最大值为max， 其数量为1， 则选此节 点为当前网络中的一个簇 头； (1‑5‑1‑4)若最大值max数量为m， 且m＞1， 此m个节点为候选簇头； 设网络中的n个节点 的位置坐标为{[x1， y1]； [x2， y2]； ...； [xn， yn]}； (1‑5‑1‑5)按照公式(1)计算此m个候选簇头中每个候选簇头与邻居节点的距离， 公式 (3)中假设两个节点 坐标为(xi， yi)和(xj， yj)， 得到如公式(4)所示的距离集 合：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115002757 A 2依据计算得到的m个节点中每个节点与邻居节点的距离集合， 由公式(5)计算当前簇 头； (1‑5‑1‑6)将步骤(1 ‑5‑1‑5)计算得到的簇头以及 其邻居节点从集合{P1， P2， ...， Pn}中 删掉， 转到步骤(1 ‑5‑1‑2)， 继续寻找簇头， 直到节点从集 合{P1， P2， ...， Pn}全部删除； (1‑5‑1‑7)将步骤(1 ‑5‑1‑1)‑步骤(1‑5‑1‑6)选举的簇头构建一个新的集合， 即： 转到步骤(1 ‑5‑1‑2)， 继续寻找更高级别的簇头集合 直到找 到最高等级的簇 头 6.根据权利要求4所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述 步骤(1‑5‑2)和步骤(1 ‑5‑3)中的密钥是公钥或私钥中的一种。 7.根据权利要求6所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述步骤(1 ‑5‑2)和步骤(1 ‑5‑3)中的密钥产生以及数据加密解密采用的密钥算法是 基于RLWE的加密方案， 具体包括以下步骤： ①基于RLWE的加密方案生成密钥； ②生成公钥和私钥， 其中， 所述公钥用数组(t， g)表示， 私钥为n位的二进制字符串s， s 是一个二元系数的随机多 项式； ③使用步骤 ②生成的公钥数组(t， g)对数据进行加密： ④使用步骤 ②生成的n位的二进制字符串s私钥对加密后的数据， 即密文， 进行解密。 8.根据权利要求7所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述步骤 ③中利用公钥对待加密数据进行加密具体包括： 对数据进行二进制编码， 并 对编码好的数据进行逆序排列； 然后， 使用步骤 ②得到的公钥数组(t， g)对数据进行加密。 9.根据权利要求3所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述步骤(1 ‑6)中将精简数据结构内容以JSON数据表示并传输给用户是通过基于 IEEE802.11ah的无线网传输 。 10.根据权利要求1所述一种基于IEEE802.11ah的边缘协同数据加密传输方法， 其特征 在于所述基于 压缩感知的精简传输方法具体由以下步骤构成： (2‑1)用户收到数据， 运行解密算法， 将数据恢复明文； (2‑2)查询终端设备ID对应的物理名称， 并依据公式(1)补充设备ID对应的物理名称； (2‑3)查询不同编号的终端设备中数据 ID对应的物理信息， 并依据公式(2)补充数据 ID 对应的物理信息； (2‑4)重复步骤(2 ‑1)‑步骤(2‑3)， 按照精简结构数据的加密传输方法中的步骤(1 ‑1) 对数据进行物理信息的补充， 提升所传信息的信息量； 所述基于MQTT协议WINCC点表转发策略具体由以下内容构成： 组网网络中的终端设备 基于MQTT协议转发WINCC点表时， 数据包头可省 去设备ID， 只需写入发送时间戳以及 有效载 荷数据； 所述有效载荷数据中包括 WINCC点表中的过程变量以及对应值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115002757 A 3