人工智能锁分为两种类型，一种是单独型独立门锁，另一种是有线型智能锁。单独型独立门锁的安装相对简单，只是将指纹等信息储存在锁的本地存储系统中。这种系统不能实时上传数据，因此安全系数较低。有线型智能锁通过电缆与主控制设备相连接，将用户信息录入到电脑进行用户识别。人工智能锁与前台电脑必须通过联机工作来识别身份信息，因此这种锁的安装较为困难。研究人工智能锁具有重要的现实意义，在此结合物联网和云计算提出一种全新的人工智能锁无线通信技术，通过物联网技术将人工智能锁与小区的物业管理重新连接。当人工智能锁遭到破坏时，物业人员和住户可在第一时间知晓。
1基于物联网及云计算的人工智能锁无线通信设计
1.1基于物联网及云计算的通信方式设计
由于人工智能锁中存在不同功能的子模块，且各个功能模块间不是相互独立的，因此在设计其通信方式前要明确其相互间的调用关系[1-2]。利用移动终端设备登录物联网，通过平台可调用通信服务为用户发送消息通知。登录过程中，需要利用平台记录用户的登录时间和IP地址等信息，通过安全服务模块分析安全信息，并给出对应的安全策略，从而做出相应的判断和处理。为避免数据混乱和丢失，应在相同的传输空间内实现一点与多点的数据联通。数据丢失等问题多是由于无线通信传输过程中数据间发生了碰撞，因此只有做到一对多才能克服上述干扰问题。一对多的数据通信在类似线缆通道内的实现方法包括载波监听多路访问和时分复用等。其中，时分复用方法是把时间分割成相同的时间段，再把时间段细化为时隙，是数字通信常用的一种数字通信技术。在满足定时与同步的条件下，接收端接收到信息，并确保信息间互不干扰，而信息来源是上述分割的时隙传递出来的。发送端向多个终端节点发送信号时，发向各终端节点的信号被安排在特定时隙内。由于各终端只能接收特定时隙内的数据，因此在介质中传播的合路信号会根据时隙分别被终端节点接收。
1.2基于物联网及云计算的人工智能锁通信系统设计
1.2.1通信硬件设计MSP430F149作为16位低功耗的单片机，工作电压为1.8～3.6V。当主频为1MHz，供电电压为2.2V时，正常工作电流为280μA，待机电流为1.6μA，掉电电流为0.1μA。现阶段，它依靠自身低功耗和低电压的优势获得了广泛应用。另外，MSP430F149兼具多时钟特点，包括主系统时钟(MCKL)、子系统时钟(SMCLK)以及辅助系统时钟(ACLK)3种，与之相匹配的有3种时钟源，即单片机内部的DCO时钟、外部高速晶体振荡器(HSE)以及外部低速晶体振荡器(LSE)。其中，MCKL的时钟源3种均可;SMCLK的时钟源为DCO和HSE;ACLK的时钟源为LSE，唤醒时间短。单片机从低功耗模式唤醒仅需6μs，处理能力能力强，支持7种源操作数寻址和4种目的操作数寻址等多种寻址方式，拥有数量众多的模拟指令和寄存器。主频为6MHz时，它的指令周期仅为167ns，拥有高效的数据处理能力。
1.2.2通信软件设计IAREmbeddedWorkbenchIDE是一款高度集成优化的C/C++编辑器、编译器以及汇编器，提供工程管理、调试及下载等常用嵌入式软件开发必备的工具。为适用于市面上大部分的处理器，嵌入式IAREmbeddedWorkbench推出大量的衍生版本，使得市面上大部分处理器包括8位、16位以及32位的微处理器和微控制器都可以在IAR中找到相应的支持版本。用户在使用其他处理器开发新项目时，也可以在以前熟悉的环境中进行，大大缩短了开发周期。但是，IAREmbeddedWorkbench的各个版本并不是互相兼容的，使用时要稍加注意。本设计使用的是IAREmbeddedWorkbenchIDEforMCS-518.10版本。
1.3人工智能锁无线联网通信协议设定
人工智能锁无限联网通信协议设定有助于帮助用户通过移动设备与门锁建立通信联系。采用应答式的通信协议类型，将人工智能锁作为发起指令的一方。通常情况下，人工智能锁处于“休眠—工作—休眠”的循环状态中[3]。当人工智能锁处于工作状态时，首先使其作为发起指令方将相应的指令发送到基站。其次，由基站将指令发送到用户的移动设备，当用户接收到相关指令数据后对其进行分析，并将分析结果反馈到基站。最后，基站将最终的指令结果返回到人工智能锁。为提升数据传输的安全性和可靠性，采用WAP-PSK/AES无线网络加密方式对传输的数据进行特定的加密处理。无线通信数据传输模式主要包括透明传输和协议传输两种。透明传输指将原始数据直接进行传输，传输过程中未对其做任何处理;协议传输指原始数据按照一定的协议格式进行加密，然后传输处理过的数据。人工智能锁无线联网通信协议分为指令帧和应答帧两部分。在指令帧和应答帧格式中，帧头表示为一帧数据的起始点，帧序列表示为一个0～0xFF的循环往复，起始/目的设备ID表示为发送指令的基站或人工智能锁的实际位置ID，帧尾表示为一帧数据的终止点。数据传输过程虽然复杂且数据帧变大，但误码率低，能实现数据的精准安全传输。
1.4人工智能锁服务器集群通信平台
针对人工智能锁的服务器集群方式，采用结合物联网及云计算技术的服务化方案，构建以应用层、数据服务层以及数据层为主要结构的通信平台。构建的人工智能锁服务器集群通信平台与传统通信平台相比，在应用层与数据层中添加了数据服务层，架构更加清晰。将人工智能锁中较为分散的应用功能代码集中在仪器，并通过数据服务层进行统一化管理，进一步提高了通信代码的质量，降低了智能锁相关功能的维护成本。平台中还增加了对门锁的远程控制功能，用户利用通信平台可通过移动通信设备远程控制人工智能锁，降低了门锁电流的消耗。当检测到门锁的运行参数发生异常变化时，平台通过数据分析可判断此时门锁是否存在非法损坏情况。当检测到相关问题时，可实时向用户的移动通信设备发送信息，使用户在第一时间充分掌握门锁的状态并及时做出处理，防止用户人身安全和财产安全受到侵害。
2实验论证分析
2.1实验准备
为验证所提的通信方式的实用性，设计对比实验，并将其与传统的人工智能锁的通信方式进行比较。为比较两种通信方式下人工智能锁的功耗，选择某品牌干电池供电类型的门锁。实验过程中，为更符合居民的日常生活，保障两组门锁的平均电流在220μA以下。采用有源以太网的方式将门锁与基站相连，从而减少其他功耗问题对实验结果的影响。为方便对此通信方式的测试，准备A、B、C、D共4把完全相同的门锁模拟真实的运行，其中A和B采用提出的无线通信方式(设置为实验组)，C和D采用传统通信方式(设置为对照组)。
2.2实验结果及分析
根据实验准备完成对比实验，记录两组人工智能锁在运行过程中接收、发送以及休眠时的电流数据，然后计算出平均通过电流的大小，对比结果如表1所示。从表1的实验数据可以看出，实验组与对照组的人工智能锁在正常工作状态下的平均电流均小于210μA标准，但实验组明显小于对照组，在接收指令、发送指令以及休眠状态下的电流均小于对照组。对比实验证明，基于物联网及云计算的人工智能锁无线通信方式可以有效降低人工智能锁的电流消耗，节省更多的电力能源，并进一步提高了电池的使用寿命，在实际应用中具有更高的经济价值。
3结论
通过对人工智能锁无线通信技术的研究，将物联网及云计算技术应用于通信过程，不仅可以使用户通过移动通信设备随时随地查看门锁状态、进出情况以及用户的进出记录等信息，而且可以实现对人工智能锁的远程控制，最大程度上方便用户。基于物联网与云计算的人工智能锁具备更高的安全性能，当门锁遭到破坏时，通过物联网及云计算技术可以第一时间将相关数据信息发送到用户的移动通信终端，用户在接收到信息后可立即做出反应，防止损失进一步增加。可见，该通信技术具有良好的市场应用前景和实际应用价值。
参考文献：
[1]黄江辉.移动终端远程授权技术在电力智能锁控系统的应用[J].机电信息，2019，43(36)：109，111.
[2]王元峰，曾惜.面向专用配网设施的智能锁控管理及APP应用[J].信息与电脑(理论版)，2019，47(2)：105-106，109.
[3]何明，赵欢，张斌，等.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，2019，53(4)：157-159.
《人工智能锁无线通信技术研究》来源：《通信电源技术》，作者：张磊 吴颖
