通过智能设备向无线数据采集转变，正在改变公用事业、农业、智能制造和环境监测等行业的运作方式。传感器、仪表和控制设备能够利用蜂窝网络收集和发送运营数据，无需使用有线系统和人工数据收集。
这种收集创新既带来了优势，也带来了挑战，尤其是在数据穿越通信网络时。
我们必须解决的两个挑战包括：
• 维护传输中数据隐私的要求
• 维护传输过程中数据完整性的要求
本研究概述了依赖SSL/TLS以维护无线收集系统中数据隐私和完整性的系统。特别地，我们考察了TLS保护如何内置于工业设备中，Tespro TD-DTU-PLUS，在实际部署中。
1. 智能设备无线数据采集的安全要求
在工业物联网和遥测系统中，无线传输的数据会影响计费、控制和系统运行。无线通信将带来若干关键风险。
1.1 窃听风险
在多种情形下，无线通信的拦截是可能的。部分可能被截获的数据包括：
• 表和传感器数据值
• 传感器读数和环境指标
•远程控制命令
1.2 数据篡改风险
通过通信网络发送的数据可能被篡改，目的可能是非法和有害的，导致：
• 验证错误账单
• 做出错误的作战控制决策
• 在控制系统内产生错误操作。
1.3 设备认证的风险
在缺乏身份验证的情况下，攻击者可能会将流氓设备引入网络，该设备可能提供错误的数据。
为了确保智能设备无线数据收集，系统必须同时维护数据的机密性和完整性。
2. SSL/TLS加密：创建安全通信通道
SSL和TLS在设计不可信网络上的安全数据通信中起到相同的基本作用。如今，TLS是使用的标准，而SSL则是旧版的术语。
2.1 安全握手与认证
TLS握手提供以下内容：
• 设备通过数字证书验证服务器的身份信息。
• 设备与服务器达成协议，使用安全的会话加密密钥。
•通信通过加密实现安全。
这一过程防止了中间人攻击，同时确保了端点的真实性。
2.2 传输中的数据加密
一旦安全通道建立：
•所有遥测数据都经过该信道，信道采用对称加密。
•被拦截的数据包显示为不可读密文。
• 上下行方向的通信均安全。
2.3 协议兼容性
常用的物联网通信协议可以通过TLS进行保护，包括：
•TLS上的MQTT
•TLS上的TCP
•HTTP/HTTPS
这意味着现有的物联网框架可以开始使用加密技术，而无需重新设计应用逻辑。
3. 维护无线数据收集系统中的数据完整性
在设计安全的无线数据收集系统时，主要关注点是保密性。然而，同样重要的是确保数据准确且未被篡改。最佳的无线数据收集系统将传输层加密与应用层完整性控制集成在一起。
3.1 序列控制与回放保护
每个消息的识别通常包含以下要素：
•序列号
•时间戳
这使得检测能够：
• 丢包
•回放攻击
•重复传输
3.2 哈希与校验和验证
消息有效载荷的完整性通过密码学哈希函数（即基于SHA的摘要）和嵌入在消息帧中的校验和进行验证。在传输过程中对消息的任何修改都会导致消息无法验证。
3.3 存储转发机制
在不稳定的连接情况下，如许多工业应用，会发生以下情况：
•数据暂时存储在边缘设备上。
•传输在边缘设备上重新启动。
恢复网络将允许数据传输，并保持数据完整性和计费和分析的连续流。
4. 工业实施：Tespro TD-DTU-PLUS
该Tespro TD-DTU-PLUS是一种工业用4G数据传输单元，旨在收集偏远或欠发达地区的智能设备无线数据。
它集成了多种通信和安全功能，以确保遥测传输的可靠性。
4.1 安全与通信特性
• TLS/SSL 加密支持
在现场设备与云端之间建立安全通信通道。
• 多协议连接（MQTT、TCP、UDP）
确保与主要物联网和SCADA系统的兼容性。
• 加密云通信
保证传输过程中计量和控制数据的安全。
4.2 数据可靠性机制
• 本地数据缓冲
数据在通信失败时存储，并在通信恢复时发送。
• 持续数据采集
消除因沟通不良导致的数据空白。
4.3 工业级硬件防护
• 反向极性保护
• 浪涌保护
•过电压保护
•过流保护
这些特性提升了设备在开放和工业应用中的坚固性。
• 工作温度：-20至60°C
5. 安全性与完整性功能总结
| 特色 | 系统安全中的角色 |
| TLS/SSL 加密 | 数据保密性被维护 |
| 基于TLS的MQTT/TCP | 物联网框架的安全性 |
| 本地数据缓冲 | 即使通信中断，数据依然安全 |
| 顺序与时间戳控制 | 重放检测和丢包 |
| 哈希/校验和验证 | 数据完整性的安全性 |
| 工业电力保护 | 硬件是安全的，数据是连续的 |
6. 应用场景：远程公用事业计量
对于农村公用事业计量，无论是水还是电，都存在多重基础设施限制，包括：
• 农村地区通常供应有限
• 移动网络差或无
• 昂贵的人工计量表读数
配备SSL的4G DTU部署将使公用事业能够实现：
• 实时安全电表数据传输
• 通过本地存储实现持续数据收集
• 网络恢复时自动同步
• 防止未授权访问账单数据
由于本地存储，数据不会丢失，且将在网络恢复后发送。
结论：构建可信的无线数据收集系统
没有单一的解决方案能消除所有与物联网相关的安全威胁。多种方法的组合，例如：
•TLS/SSL
• 设备认证
•数据完整性
• 带有故障保护的本地存储
...为安全的工业物联网提供了坚实的框架。
Tespro TDU-PLUS 是嵌入此类方法的优秀范例，使得在无线和物联网环境中实现安全可靠的数据收集和传输成为可能。
随着物联网的扩展，对于维护和长期信任系统的安全性和数据收集完整性，必须对架构安全性进行仔细评估。
常见问题：智能设备的无线数据收集
问题1。SSL和TLS对无线数据收集系统意味着什么？
SSL和TLS是用于保护传输数据和防止拦截的标准。
问题2。为什么保持物联网系统中的数据完整性至关重要？
数据完整性至关重要，因为数据不应在传输过程中丢失、更改或重复。
问题3。在谈论数据安全时，保密性是唯一关注点吗？
绝对不是。除了保密性，还应确保数据完整性和认证。
问题4。无线连接差意味着什么？
数据被保存在设备中，并在连接恢复时发送。
问题5。DTU对数据系统的可靠性有什么影响？
DTU提供缓冲功能，管理数据传输，并确保数据能够传递。
