NB-IoT智能锁“云管端“一站式管理分析

NB-IoT智能锁"云管端"一站式管理分析
发布时间：2023-02-16T00:53:56.593Z 来源：《工程建设标准化》2022年19期作者：阳仲伯
[导读] 物联网智能锁在不同应用领域已经广泛普及，基于NB-IoT物联网技术所构建的云管端一站式锁具管理架构阳仲伯
珠海优特物联科技有限公司 519085
摘要：物联网智能锁在不同应用领域已经广泛普及，基于NB-IoT物联网技术所构建的云管端一站式锁具管理架构，能够实现更加良好稳定的效果，且无需网关，进一步节约了产品成本。

因此，本文针对NB-IoT物联网技术所实现的智能网云管端一站式管理进行研究，探讨以往物联网智能锁运行时存在的问题，并提出相应解决办法，并通过设计更为完整的NB-IoT智能锁管理系统，组合微信技术、互联网技术以及窄带物联网技术，从而打造更加高效的综合管理平台。

关键词：NB-IoT；智能锁；云管端
引言：随着移动互联网的发展，更多行业逐渐将目光对准了更加安全、稳定的NB-IoT技术，基于其便捷性特点，在智能锁的开发应用中获得了相对更为广泛的应用前景。

在中国市场中大力发展NB-IoT技术则是物联网行业中的全新爆点，在生活的方方面面均有所体现。

而基于NB-IoT技术的智能锁解决了以往物联网智能锁安全隐患等相关问题，通过配套的智能锁软硬件方案、服务器以及应用平台结构实现了云管端的一站式管理方式，进一步降低了开发周期并有效降低了运营成本。

1 NB-IoT智能锁云管端简述
不断发展5G网络，NB-IoT技术的高稳定性与高安全性为现代智能锁提供了更为强有力的技术支撑。

各大企业不断尝试应用NB-IoT技术，完善智能锁制造，基于完整的产业生态链，经过严谨的性能测试，促使现代物联网智能云锁解决方案横空出世，实现了低功耗的使用要求，并结合应用平台、服务器以及软硬件配套方案，形成了云管端的一站式服务体验。

智能云管端的NB-IoT技术锁进一步解决了后期维护设备以及部署的相关成本。

以往在传统物联网中仅使用软件对智能锁进行加密处理，这样的简单安全策略，如若发生密钥盗取问题，将会导致严重的安全隐患。

因此，在全新的云管端物联网智能锁中搭载EC101安全芯片，从源头上彻底根除安全隐患，基于硬件部分加密处理，即使受到暴力攻击，也无法获取其中的密钥参数[1]。

在部署服务器时，NB-IoT智能锁能够帮助实现托管服务。

结合笔者所负责的有关项目，包括智能云锁系统以及集装箱防盗系统等，均可以利用部署服务器满足一体化的智能移动应用。

借助于服务器进行托管，能够帮助用户共同搭建由用户自行管理的服务器相关数据。

提高了设备实用性并全面优化设备使用效果。

基于云管端的方式，能够为用户提供个性化的定制开发，满足客户实际应用中的不同需求，包括远程开锁、临时密码开锁、远程变更权限、远程查询锁状态等操作，无需到达现场，省时省力。

能够为用户提供数据调度、协议管理、消息代理、设备状态、监管数据加密以及防篡改等众多优化服务。

借助于API以及SDK，构成了智能锁云管端行业的模板。

完成数据加密传输并实现远程固件升级以及用户权限动态配置等功能。

2 NB-IoT智能锁系统架构
在NB-IoT智能锁云管端一站式管理系统中，主要包括云平台、后台web客户端、手机、NB-IoT锁,并可通过云端对接第三方系统，如图1所示。

图1 NB-IoT智能锁系统架构图
其业务流程如图2所示，通过管理服务器获取手机所发出的请求，并对用户信息进行授权认证，通过相应的访问权限获取智能锁当前运行现状，并对智能锁进行管理控制，包括开启以及关闭等状态，基于NB-IoT实现智能锁与管理服务器间数据通信。

借助于蓝牙获取手机移
动用户端的开锁指令，向管理服务器提交开锁申请，通过蓝牙提交开锁指令完成开锁工作。

图2 NB-IoT智能锁业务流程图
基于云管端的智能自动控制方式，确保智能锁在运行中始终处于安全可控状态，能够有效防护密钥泄漏问题[3]。

而在使用智能锁的过程中，用户将会全面遵守云管端的密钥管理方式，执行相应的应用需求，并尽可能利用所获取的系统信息完成密钥开锁工作，处于半诚信状态。

每一对应的NB-IoT智能锁本身均具有相应的移动设备身份标识码，通过识别身份标识码，能够有效完成NB-IoT智能锁的一站式应用表现。

3 基于云管端的一站式NB-IoT智能锁管理
3.1物联网锁具问题分析
常见物联网智能锁，可以分为三种不同类型，包括433M网络锁、Zigbee以及NB-IoT智能锁。

433M网络锁主要是建立在433 Mhz信号的基础之上，借助于较强的穿透能力，确保其在使用过程中充分发挥抗衰减特性。

结合现有WIFI技术，从而对智能锁进行基于网络动态的管理工作。

433M网络锁主要是通过网关连接433M模块，确保与服务器做好相关对接，促使智能锁始终处于联网状态，433网络所表现出较高的安全性特征，并且连接相对较为稳定。

但是应用这一网络的缺点在于网关价格相对较为高昂，并且为了满足实际应用需要购买专属433M 网关。

Zigbee的应用则是建立在低功耗的局域网协议基础之上所形成的智能锁，Zigbee属于更加开放的无线网技术状态，借助于Zigbee模块，确保智能锁与无线网之间实现直接相连，能够有效避免网关连接的复杂性特征。

Zigbee在应用过程中展现出明显的低功耗、自组织、低复杂度、近距离以及低成本等优势，但是相对而言，由于直接与互联网进行连接，Zigbee本身的局域网缺乏更为稳定的表现。

NB-IoT智能锁是通过使用物联网SIM卡，直接连接基站，无需在使用过程中对网关进行布置，主要设计思路则是通过云管端理控制服务中心完成对智能锁的核心控制，要求包括指令激活、蓝牙激活开关等功能。

通过通讯服务器模块获取相应需求并下达指令，并将当前智能锁的状态向服务器发出通知。

综合现阶段常见的物联网智能锁实际应用系统进行研究分析发现，一般情况下，能够满足日常应用需求，但是，在实际应用中却仍旧存在着一定的问题急待解决[4]。

为满足智能锁应用需求，实现更加完备的智能锁管理效果，则需要探讨现阶段智能锁系统性问题。

首先则是智能锁本身处于单独管理状态，无法实现自动监控，难以及时与服务器之间形成良好的通讯衔接效果，导致服务器无法及时获取智能锁运行状态；其次基于物联网状态的智能锁在运行过程中将会产生较大的功耗，难以维持较长时间的智能服务。

在使用中，电池消耗过大，无法正常为智能锁供电，则将会影响电机运行，无法正常启动智能锁，难以为用户提供更加良好的智能锁开锁服务。

最后，在实际应用过程中，安全性保障则是用户最为关切的问题，当前众多物联网智能锁本身缺乏智能监控警报功能，若设备密钥被盗或是设备受损，将会导致智能锁使用者遭受损失。

3.2云管端的一站式NB-IoT智能锁运行原理
为解决上述问题提出了基于云管端的NB-IoT智能锁一站式管理服务，通过建立相应的综合管理平台，能够满足系统整体的优化升级需求。

通过智能锁终端使用者在对智能锁进行使用时，使用蓝牙连接进入到综合管理平台中。

在用户手机端中包含了设备编号信息，根据对应智能锁编号，能够查询到当前设备状态以及相关信息，若智能锁用户尚未对该综合管理平台进行关注，则需要进行注册并完成关注。

根据用户端管理服务器查询用户状态，获取扫码申请后，根据用户互联网IP地址连接智能锁蓝牙发送开锁申请，并向中央服务器上传通过调用云端解析用户所申请的解锁指令，由BC35-G模块接收相应指令，完成MCU的激活状态，获取相应串口数据。

然后对数据进行判定，当前数据若处于有效状态且与本机密钥相一致则完成开锁处理。

若当前数据无法与本机密钥处于一致状态，则需要向服务器进行反馈，提供错误信息并判断智能锁参数是否处于正常状态。

向中央服务器进行集中反馈，通过相关管理人员完成处理之后，确保当前智能锁处于正常状态，才能够完成开锁处理。

成功开锁之后，也需要借助于串口向BC35-G模块发送AT指令，并向NB-IoT云端进行上传储存，随后向中央服务器反馈开锁成功通知并记录开锁时间与开锁信息。

当MCU处于休眠状态时，用户使用智能锁完毕并再次完成上锁处理，触发MCU机关并唤醒模块激活状态，随后对系统状态进行检查，向NB-IoT云端通知中央服务器完成智能锁的锁定功能。

3.3云管端一站式管理平台
基于NB-IoT智能锁的云管端一站式管理系统，包括了以下几个不同的服务模块，分别为核心中控电路服务管理、微信管理以及通信管理模块。

核心中控电路主要负责管理智能锁开关闭合的机械状态，通信管理模块负责对智能锁运行状态进行反馈上报，并向智能锁下达信息服务指令。

服务管理模块基于物联网状态，完成线上智能锁配置、使用情况信息、结算等相应管理工作。

微信服务模块用于满足用户直接在移动客户端上查询智能锁状态，并完成相应的蓝牙连接服务，借助于SIM卡，完成与智能锁的直接连接管理。

智能锁采用Noric52832蓝牙Soc芯片控制核心中控电路，满足外接Flash芯片储存装载需求，结合稳压控制实施电机驱动，确保马达电机
能够满足智能锁机械开关控制需求。

与此同时，也需要装置光电传感器并连接警报蜂鸣器，满足智能锁警报需求。

通过远程BC35-G，基于NB-IoT通信模组构建通信服务模块，与移动手机端SIM卡自行连接，并完成板载天线的设计。

通过串口促使核心中控电路与通信服务模块之间完成数据交换，获取云端服务指令，并向云端服务器发送相应的设备数据。

使用电信天翼IoT平台完成云端服务器的数据中转，向下位机与综合管理平台上报相应数据，包括智能锁当前状态以及电池剩余电量情况等。

及时向用户端发送相应的智能锁信息，确保及时更换智能锁电池避免影响正常应用。

这样的综合管理平台，通过优化改进，建立在移动互联网的基础上，开放物联平台，从而打造更为便捷的服务管理模块。

通过COAP通信方式，为智能锁的开锁应用创建编解码插件，对应云端服务器与智能锁实际设备的命令，完成数据上报以及数据中转。

结束语：基于现代化智能锁的应用，建立在安全需求以及便捷智能的基础上，依托于NB-IoT技术实现了更加稳定的运行效果。

相较于以往应用系统而言，能够实现更加丰富远程应用场景，包括远程状态监控、远程开锁、远程授权等功能，与其它物联网技术相比，无需增加网关，成本更低，功耗更适合物联网锁具应用场景。

本文通过建立在云端服务器以及用户端SIM联网的基础上所形成的云管端一站式综合管理平台进行研究，分析了其应用流程，为相关智能锁的研发提供相应参考。

参考文献：
[1]刘霞,孙世菊. 基于NB-IoT技术的配电网智能锁管理系统研究[J]. 现代制造技术与装备,2022,58(02):29-31.
[2]王杰昌,张平. NB-IoT智能锁系统的密钥管理方案[J]. 计算机应用与软件,2020,37(08):318-323.
[3]何明,赵欢,张斌,李思尧,袁帅,谢路,周海. 基于NB-IoT技术的配电站房智能锁研究与应用[J]. 现代信息科技,2019,3(04):157-159.
[4]沙涛,刘梦君,李丹,刘树波. 公租房背景下NB-IoT安全智能锁系统解决方案[J]. 计算机应用研究,2019,36(06):1797-1802.。