基于LoRa的温室大棚智能安全监控系统及其监控方法技术方案

一种基于LoRa的温室大棚智能安全监控系统及其监控方法，利用分布式部署的温室大棚智能监控节点获取各类温室大棚培育状况参数集合，通过LoRa通信单元通信；利用温室大棚监控接入安全操作核心实现整体的安全监控接入，温室大棚智能监控后台结合温室大棚的作物培育需求与已知的温室大棚监控规则库，分析并给出初步的状况估计与相应环境调节指令，通过LoRa传输环境调节指令，只有符合监控接入策略的温室大棚智能监控节点可以认证并执行环境调节指令。本发明专利技术通过温室大棚监控安全接入操作核心与温室大棚智能监控后台的交互生成接入认证私钥，利用私钥对环境调节指令进行数字签名，从而实现安全、高效的监控接入。

【技术实现步骤摘要】
基于LoRa的温室大棚智能安全监控系统及其监控方法
本专利技术属于信息安全
，涉及农业中的温室大棚智能管理，为一种基于LoRa的温室大棚智能安全监控方法。
技术介绍
随着科学技术的快速发展以及人类生活水平与质量要求的提高，农业的信息化和智能化水准高低将越来越体现出一个国家或地区的发展水平。中国农业在过去近30年的时间内有了很大的发展，但是和国外发达国家农业相比还有很大的差距，而且差距是全方面的。主要问题是目前中国农业生产投入大、产出少，科技含量低，资源的利用率和转化率偏低。据统计，国外发达国家农业产量的提高，83.3％依靠科技投入，只有16.7％依靠耕地面积的扩张。因此，解决中国农业存在的问题，必须依靠科技进步。目前我国设施作物栽培的现状与世界发达国家在这方面相比存在很大的距离，更谈不上满足现代化精细栽培的要求，作物的产量和质量都比较低。尤其在水果、花卉以及名贵药材等需要精细培育的品种方面，我国目前的培育技术远不如其他农业现代化水平较高的国家。相应的作物施肥的种类、量和方法、土壤的营养成分和含量等是需要研究的重要对象，但最为重要的是温室大棚内作物培育和生长环境的实时监控，它直接影响着作物设施培育和生长的全过程，影响着作物产出的质和量。而且目前在这方面，由于观念、方法、技术和投资成本等因素的原因是最为薄弱的环节。因此，利用现代化的信息技术构建精细化的农产品生产模式，特别是温室大棚作物生长管理和环境实时监控标准化技术模式和体系显然势在必行。随着计算机通信信息与技术的不断发展，物联网的概念逐渐为人们所知，传统产业借助一系列数字化、在线化的物联网技术纷纷实现了转型和升级。基于物联网的农业智能化服务是物联网技术和传统农业系统相结合的产物，旨在采集、整合农业信息，实现自动化、精准化的农产品培育。当前我国农业现代化存在大量亟待解决的问题。以窄带物联网(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)为代表的物联网技术为例，一方面必须依托现有的运营商网络，大规模接入运营商网络费用高昂，同时运营商网络覆盖程度有限，难以维系农村地区的网络运营；另一方面支持海量的物联网节点将消耗大量的能源供给，而现有的NB-IoT节点主要用于频繁数据交互的场景，同时功耗较大，并不符合农村地区大规模温室大棚能源供给有限、间断性的信息收集的需求。除此之外，现有的物联网技术以及通信协议设计简单，并不能提供有效的、可靠的、安全的温室大棚监控接入。因此，基于现有方法难以支持发展精细化的农产品生产模式。综上所述，我们需要采用更为有效的方法来增强农村基础建设、整合农业信息，针对温室大棚培育环境设计一套有效的、安全的、智能化的监控方法，进一步提高我国农业生产效率，提升农村经济的市场化水平和农产品的竞争力。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是：现有技术采用的物联网模式不能提供有效可靠安全的温室大棚监控接入，需要更加有效安全智能化的监控方法。本专利技术的技术方案为：一种基于LoRa的温室大棚智能安全监控系统，包括温室大棚智能监控节点、温室大棚监控安全接入操作核心以及温室大棚智能监控后台，温室大棚智能监控节点包括太阳能电池组、大棚环境感知单元、LoRa通信单元以及大棚环境调节单元，其中太阳能电池组负责温室大棚智能监控节点的供电，大棚环境感知单元收集大棚环境信息及大棚内作物的培育状况；LoRa通信单元用于与温室大棚监控接入安全操作核心和温室大棚智能监控后台的通信；大棚环境调节单元根据温室大棚智能监控后台下发的环境调节指令对大棚环境进行调控；温室大棚监控接入安全操作核心包括LoRa通信网关、大棚信息智能注册中心、监控管理中心以及接入认证密钥中心，LoRa通信网关接收所有温室大棚智能监控节点的基本信息，所述三个中心为加载有计算机程序的数据处理装置，通过计算机程序实现对数据的处理，具体为：大棚信息智能注册中心：将LoRa通信网关接收的温室大棚智能监控节点的基本信息解析为各个温室大棚智能监控节点的属性集合；监控管理中心：登记录入所有温室大棚智能监控后台的信息，并结合大棚信息智能注册中心的温室大棚属性生成与温室大棚智能监控后台对应的初始接入权限策略；接入认证秘钥中心：与温室大棚智能监控后台的数据采用安全双向计算算法交互生成初始接入认证私钥；温室大棚智能监控后台包括温室大棚监控规则库单元、LoRa通信网关以及智能诊断单元，LoRa通信网关接收LoRa通信单元的信息，并广播所要输出的环境调节指令；所述温室大棚监控规则库单元和智能诊断单元为加载有计算机程序的数据处理装置，通过计算机程序实现对数据的处理，具体为：温室大棚监控规则库单元：存储针对各种环境、各种作物培养的温室大棚监控规则，将当前接收到的大棚环境信息及大棚内作物的培育状况与监控规则相匹配；智能诊断单元：结合温室大棚监控规则库和温室大棚培育状况进行机器学习，并输出相应的环境调节指令，随后更新已有的接入权限策略，采用基于拉格朗日插值的访问树结构生成终极接入认证私钥，即生成新的属性私钥，利用终极接入认证私钥对环境调节指令信息进行数字签名以提高监控的安全性，同时利用持续的数据收集和诊断结果对温室大棚监控规则库进行学习训练和扩充以提高监控的可用性与准确性。上述温室大棚智能安全监控系统的监控方法，对应温室大棚智能监控节点、温室大棚监控安全接入操作核心以及温室大棚智能监控后台包括以下步骤：1)温室大棚智能监控节点：1.1)启动各温室大棚中的智能监控节点，将节点的MAC地址以及其他相关信息上传至智能温室大棚监控后台，完成初始化操作；1.2)各个温室大棚智能监控节点通过大棚环境感知单元收集温室大棚的参数，构成某时间段大棚培育状况参数集合；1.3)各个温室大棚智能监控节点通过LoRa通信单元定期上传参数集合；1.4)各个温室大棚智能监控节点通过LoRa通信单元定期接收环境调节指令，只有经过安全认证后的环境策略才被反馈大棚环境调节单元；1.5)大棚环境调节单元根据环境调节指令采取相应的调节措施；2)温室大棚监控安全接入操作核心：2.1)LoRa通信网关接收从温室大棚智能监控节点发来的节点基本信息集合；2.2)大棚信息智能注册中心以节点信息集合作为输入调用语义识别函数，解析出所有温室大棚智能监控节点的局部属性集合，并汇总生成全局属性集合，同时对全局属性集合随机赋予一组对应的、唯一的随机数，生成一套公开的参数集合PK；2.3)监控管理中心登记录入所有温室大棚智能监控后台的信息，并根据各个温室大棚智能监控后台的信息生成对应的初始接入权限策略；2.4)接入认证密钥中心结合监控管理中心生成的初始接入权限策略，调用安全双向计算算法与温室大棚智能监控后台交互生成一个与初始接入权限策略相对应的初始接入认证私钥，由温室大棚智能监控后台保存该私钥；3)温室大棚智能监控后台：3.1)LoRa通信网关定期接收由温室大棚智能监控节点发来的大棚培育状况参数集合；3.2)智能诊断单元加载温室大棚监控规则库对培育状况参数进行分析，同时以不断接收的大棚培育状况参数集合作为训练数据集进行机器学习操作，根据训练结果对温室大棚监控规则库进行补充和优化；3.3)智能诊断单元根据大棚培育状况的分析结果给出相应的环境调节指令，加载初始接入认证私钥SKinit本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LoRa的温室大棚智能安全监控系统，其特征是包括温室大棚智能监控节点、温室大棚监控安全接入操作核心以及温室大棚智能监控后台，温室大棚智能监控节点包括太阳能电池组、大棚环境感知单元、LoRa通信单元以及大棚环境调节单元，其中太阳能电池组负责温室大棚智能监控节点的供电，大棚环境感知单元收集大棚环境信息及大棚内作物的培育状况；LoRa通信单元用于与温室大棚监控接入安全操作核心和温室大棚智能监控后台的通信；大棚环境调节单元根据温室大棚智能监控后台下发的环境调节指令对大棚环境进行调控；温室大棚监控接入安全操作核心包括LoRa通信网关、大棚信息智能注册中心、监控管理中心以及接入认证密钥中心，LoRa通信网关接收所有温室大棚智能监控节点的基本信息，所述三个中心为加载有计算机程序的数据处理装置，通过计算机程序实现对数据的处理，具体为：大棚信息智能注册中心：将LoRa通信网关接收的温室大棚智能监控节点的基本信息解析为各个温室大棚智能监控节点的属性集合；监控管理中心：登记录入所有温室大棚智能监控后台的信息，并结合大棚信息智能注册中心的温室大棚属性生成与温室大棚智能监控后台对应的初始接入权限策略；接入认证秘钥中心：与温室大棚智能监控后台的数据采用安全双向计算算法交互生成初始接入认证私钥；温室大棚智能监控后台包括温室大棚监控规则库单元、LoRa通信网关以及智能诊断单元，LoRa通信网关接收LoRa通信单元的信息，并广播所要输出的环境调节指令；所述温室大棚监控规则库单元和智能诊断单元为加载有计算机程序的数据处理装置，通过计算机程序实现对数据的处理，具体为：温室大棚监控规则库单元：存储针对各种环境、各种作物培养的温室大棚监控规则，将当前接收到的大棚环境信息及大棚内作物的培育状况与监控规则相匹配；智能诊断单元：结合温室大棚监控规则库和温室大棚培育状况进行机器学习，并输出相应的环境调节指令，随后更新已有的接入权限策略，采用基于拉格朗日插值的访问树结构生成终极接入认证私钥，即生成新的属性私钥，利用终极接入认证私钥对环境调节指令信息进行数字签名以提高监控的安全性，同时利用持续的数据收集和诊断结果对温室大棚监控规则库进行学习训练和扩充以提高监控的可用性与准确性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa的温室大棚智能安全监控系统，其特征是包括温室大棚智能监控节点、温室大棚监控安全接入操作核心以及温室大棚智能监控后台，温室大棚智能监控节点包括太阳能电池组、大棚环境感知单元、LoRa通信单元以及大棚环境调节单元，其中太阳能电池组负责温室大棚智能监控节点的供电，大棚环境感知单元收集大棚环境信息及大棚内作物的培育状况；LoRa通信单元用于与温室大棚监控接入安全操作核心和温室大棚智能监控后台的通信；大棚环境调节单元根据温室大棚智能监控后台下发的环境调节指令对大棚环境进行调控；温室大棚监控接入安全操作核心包括LoRa通信网关、大棚信息智能注册中心、监控管理中心以及接入认证密钥中心，LoRa通信网关接收所有温室大棚智能监控节点的基本信息，所述三个中心为加载有计算机程序的数据处理装置，通过计算机程序实现对数据的处理，具体为：大棚信息智能注册中心：将LoRa通信网关接收的温室大棚智能监控节点的基本信息解析为各个温室大棚智能监控节点的属性集合；监控管理中心：登记录入所有温室大棚智能监控后台的信息，并结合大棚信息智能注册中心的温室大棚属性生成与温室大棚智能监控后台对应的初始接入权限策略；接入认证秘钥中心：与温室大棚智能监控后台的数据采用安全双向计算算法交互生成初始接入认证私钥；温室大棚智能监控后台包括温室大棚监控规则库单元、LoRa通信网关以及智能诊断单元，LoRa通信网关接收LoRa通信单元的信息，并广播所要输出的环境调节指令；所述温室大棚监控规则库单元和智能诊断单元为加载有计算机程序的数据处理装置，通过计算机程序实现对数据的处理，具体为：温室大棚监控规则库单元：存储针对各种环境、各种作物培养的温室大棚监控规则，将当前接收到的大棚环境信息及大棚内作物的培育状况与监控规则相匹配；智能诊断单元：结合温室大棚监控规则库和温室大棚培育状况进行机器学习，并输出相应的环境调节指令，随后更新已有的接入权限策略，采用基于拉格朗日插值的访问树结构生成终极接入认证私钥，即生成新的属性私钥，利用终极接入认证私钥对环境调节指令信息进行数字签名以提高监控的安全性，同时利用持续的数据收集和诊断结果对温室大棚监控规则库进行学习训练和扩充以提高监控的可用性与准确性。2.权利要求1所述的温室大棚智能安全监控系统的监控方法，其特征是对...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小燕，顾振飞，鲍安平，严莉莉，丁梦悍，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32