一种基于5G和4K视频安全传输技术的装备远程诊断系统的制作方法

一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统
技术领域
1.本实用新型属于音视频数据的远程传输领域，特别涉及一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统。


背景技术：

2.目前，装备维保技术向着现代化、信息化、智能化、精准化、通用化和综合化的方向快速发展，是未来智能化维保的重要组成部分。随着5g终端的应用日益广泛，5g技术也逐渐成为当前万物互联最先进的技术手段，5g技术是第五代移动通信技术，5g技术的特点主要有：一是数据传输速率高，是4g时代传输速度的几十倍；二是大容量，5g通信技术支持广域大容量的高速移动终端，支持每平方公里600万个设备的接入，特别是能够增强人机交互的畅通无阻；三是低延时，5g通信技术可实现对海量数据的超高速处理，端到端传输性能的提高，信息传输延迟可以降到毫秒级。以上5g技术的特性在装备远程维修及服务领域具有重要价值。
3.长期以来，装备维保主要依靠技术人员到现场或者将装备运送到维修点的方式进行，由技术人员通过专业手段排查并获取故障信息，并基于故障信息进行故障定位。但是，由于时空原因，经常出现装备维保任务得不到及时处理的现实问题，增加了装备的用装风险。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统。
5.具体方案如下：
6.一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统，包括至少一个5g终端、云平台和控制协作中心，其中，所述5g终端内设置有加解密主控板，所述控制协作中心内设置有加解密专用设备，所述5g终端通过加解密主控板与所述云平台5g通信连接，所述云平台通过加解密专用设备与控制协作中心5g通信连接。
7.所述加解密主控板内设置有处理器i、数据安全模块i和5g模组i，其中，所述数据安全模块i通过usb2.0与所述处理器i通信连接，所述处理器i通过usb3.0或网口与所述5g模组i通信连接。
8.所述加解密主控板内还设置有4k摄像头模块、按键、指示灯和耳麦i，其中，所述4k摄像头模块通过mipi接口与处理器i通信连接，所述耳麦i通过omtp接口与处理器i通信连接，所述按键和指示灯均与处理器i上的i/o接口电连接。
9.所述按键包括电源开关按键、语音接通与挂断按键和主动呼叫按键，所述电源开关按键、语音接通与挂断按键和主动呼叫按键均与处理器i电连接；所述指示灯包括白光led指示灯和激光指示灯，所述白光led指示灯和激光指示灯均与所述处理器i电连接。
10.所述5g终端内还设置有电池模组，所述电池模组与所述加解密主控板电连接，所
述电池模组为锂电池。
11.所述加解密专用设备内设置有处理器ii、数据安全模块ii和5g模组ii，所述数据安全模块ii通过usb2.0与所述处理器ii通信连接，所述处理器ii通过usb3.0与所述5g模组ii通信连接。
12.所述控制协作中心内还设置有pc客户端、耳麦ii和显示单元，所述处理器ii上设置有hdmi接口、网口和usb接口，其中，所述加解密专用设备通过网口和usb与所述pc客户端电连接，所述pc客户端通过hdmi与所述显示单元电连接，所述耳麦ii通过omtp接口与所述加解密专用设备电连接，或所述耳麦ii通过omtp接口与pc客户端电连接。
13.所述加解密专用设备还通过hdmi接口与所述显示单元电连接。
14.所述加解密专用设备的数量与5g终端的数量相同，所述pc客户端为扩展有网口的pc机。
15.所述显示单元包括大屏显示器或4k显示器，所述大屏显示器的尺寸为大于或等于46寸的显示器。
16.本实用新型公开了一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统，5g终端采用5g网络并通过云平台与控制协作中心进行通信，在5g终端内设置有加解密主控板，在控制协作中心内设置有加解密专用设备，通过5g网络、加解密主控板和加解密专用设备，提高了数据的传输速率和传输的安全性，为解决装备维保难题提供了硬件基础，为后续对装备信息的远程获取、远程传输和远程诊断提供硬件支撑，提高了装备维保的效率。
附图说明
17.图1是本实用新型的总体结构示意图。
18.图2是5g终端的结构示意图。
19.图3是加解密专用设备的结构示意图。
20.图4是装备远程诊断系统数据传输流程示意图。
21.图5是装备远程诊断系统的工作流程示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.如图1至图3所示，一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统，包括至少一个5g终端1、云平台2和控制协作中心3，其中，所述5g终端1内设置有加解密主控板4，所述控制协作中心3内设置有加解密专用设备13，所述5g终端1通过加解密主控板4与所述云平台2 5g通信连接，所述云平台2通过加解密专用设备13与控制协作中心3 5g通信连接。
24.如图2所示，所述加解密主控板4内设置有处理器i6、数据安全模块i5和5g模组i8，其中，所述数据安全模块i5通过usb2.0与所述处理器i6通信连接，所述处理器i6通过usb3.0或网口与所述5g模组i8通信连接。
25.在本实施例中，所述处理器i6的型号优选为海思hi3519a，所述数据安全模块i5的
型号优选为国产芯片tf32a09；所述5g模组i8的型号优选为huaweimh5000-315g工业模组，数据安全模块i5通过usb2.0接口与hi3519a相连，用于视频加密，保障通信的安全性。
26.所述加解密主控板4内还设置有4k摄像头模块11、按键10、指示灯9和耳麦i 12，其中，所述4k摄像头模块11通过mipi接口与处理器i6通信连接，4k摄像头模块11采集现场4k视频并由5g网络将音视频数据传输给控制协作中心3，对本领域技术人员来说4k摄像头模块11，输出视频数据最高可达4k@30fps，具有高速稳定输出高清数据的能力，为了保证音视频的无阻塞传输，使用的5g网络上行传输速率需保证不低于50mbps，来满足4k@30fps视频20-30mbps带宽的上行传输需求；所述耳麦i 12通过omtp接口与处理器i6通信连接，用于双向语音通信。
27.所述按键10和指示灯9均与处理器i6上的i/o接口电连接，所述按键10包括电源开关按键、语音接通与挂断按键和主动呼叫按键，所述电源开关按键、语音接通与挂断按键和主动呼叫按键均与处理器i6电连接；所述指示灯9包括白光led指示灯和激光指示灯，所述白光led指示灯和激光指示灯均与所述处理器i6电连接。
28.其中白光led指示灯，在晚上或光线不足的情况下开启，为远程诊断装置提供充足的光照支持，保证传回的 4k 实时高清视频的亮度和品质；另一个激光指示灯，作为故障点的定位指示器，其主要功能是为实时视频取景和故障点的具体位置提供指示参考。
29.所述5g终端1内还设置有电池模组7，所述电池模组7与所述加解密主控板4电连接，所述电池模组7为锂电池，所述电池模组7为加解密主控板4提供合适的工作电压。
30.如图3所示，所述加解密专用设备13内设置有处理器ii15、数据安全模块ii16和5g模组ii14，所述数据安全模块ii16通过usb2.0与所述处理器ii15通信连接，所述处理器ii15通过usb3.0与所述5g模组ii14通信连接。
31.在本实施例中，所述处理器ii15的型号优选为海思hi3519a，所述数据安全模块ii16的型号优选为国产芯片tf32a09；所述5g模组ii14的型号优选为huaweimh5000-315g工业模组。数据安全模块ii16通过usb2.0接口与hi3519a相连，用于视频解密，以保障通信的安全性，5g模组ii14通过usb3.0和hi3519a相连，用于接收远端现场的4k视频数据。
32.如图4所示，所述控制协作中心3内还设置有pc客户端17、耳麦ii18和显示单元19，所述处理器ii15上设置有hdmi接口、网口和usb接口，其中，所述加解密专用设备13通过网口和usb与所述pc客户端17电连接，所述pc客户端17通过hdmi与所述显示单元19电连接，所述耳麦ii通过omtp接口与所述加解密专用设备13电连接，或所述耳麦ii通过omtp接口与pc客户端电连接，以用于双向语音通信。
33.所述加解密专用设备13还通过hdmi接口与所述显示单元19电连接。本实施例的显示单元19可以根据实际需求既可以与加解密专用设备13上的hdmi接口连接，也可以通过pc客户端17上的hdmi进行连接，两者最终的显示效果是相同的。
34.所述加解密专用设备13的数量与5g终端的数量相同，所述pc客户端17为扩展有网口的pc机。在本实施例中，若有多个5g终端1接入时，每个5g终端均有唯一的编号，所述加解密专用设备13可根据5g终端的编号来进行接收相应5g终端的数据，同一时刻下仅有一路5g终端1通过云平台2与控制协作中心3进行通信。
35.对本领域技术人员来说，通过唯一编号来识别不通终端的技术手段，属于现有技术，申请日为2008年3月6日，申请号为“200810070725.2”，名称为“多终端视频点播方法及
装置”就公开了采用唯一识别码来识别不同点播终端的方法。
36.所述显示单元19包括大屏显示器21或4k显示器20，所述大屏显示器21的尺寸为大于或等于46寸的显示器。显示单元19用于显示实时视频画面，辅助专家进行远程诊断。
37.控制协作中心3，完成现场视频的接收与显示，控制协作中心3做为 5g 远程诊断系统的管理应用平台，也是整个 5g远程诊断系统的指挥和控制中心，其主要功能是接收从现场5g的终端1传来的 4k 高清视频，在控制协作中心3一端的专家实时查看并指挥现场人员开展对设备的检测、排查以及更换零配件等工作来完成维修保障任务，另外，通过控制协作中心3，可以对装备故障信息进行收集、整理、汇总和分析，进而汇集成装备故障知识库。
38.一种基于5g和4k视频安全传输技术的装备远程诊断系统，视频数据从5g终端到控制协作中心3的具体过程如下：
39.如图5所示，设定所用5g终端1和控制协作中心3均处在良好的5g网络环境中，在对故障装备进行维保时，按下5g终端1的呼叫按键，申请连接控制协作中心3，控制协作中心3接收到连线请求后同意接通，开启正常的远程视频维保过程，此过程传输的视频流为4k高清视频。
40.现场维修设备经过4k摄像头模块11采集成像、滤波、a/d转换等环节，形成原始视频数据；原始视频数据经过处理器i6去噪、编码等环节，形成编码视频数据；编码视频数据经数据安全模块i5进行sm4对称加密，并结合私有加密算法处理后，形成加密视频数据，自此，具备将安全的视频流数据上传到控制协作中心的条件。
41.另外，白光led灯用于镜头补光，激光指示灯用于故障点定位，从而保证现场视频的有效捕捉。并且，数据安全模块i5可将数据在经过5g网络传输前，进行加密，从而保证数据的传输安全。
42.最后，加密视频数据从远程现场终端通过5g网络传输到协作控制中心3，经解密后进行实时高清显示及后续的使用管理，当维保结束的时候，5g终端1和控制协作中心3任意一端可选择主动结束连线。
43.在本实施例中， 保证核心网的网络服务安全的情况下，采用三重硬件加密机制和私有软件加密机制，以保证各项业务操作的数据安全，且软硬件加密技术满足相关加密标准，确保数据信息在软硬件层面不被泄密。
44.1）、三重硬件保密机制具体如下：
45.第一重：处理器hi3519a内置硬件加解密。可以从硬件上实现aes/des/3des三种加密算法，实现以rsa1024/2048/3072/4096签名校验算法；实现hash防篡改算法；支持hash的sha1/224/256/384/512、hmac_sha1/224/256/384/512算法。
46.第二重：5g模组内置硬件加密、空口传输保护功能和5g网络切片安全加密机制。
47.第三重：外扩数据安全模块，实现身份认证和数据加密功能。
48.2）、私有软件加解密机制如下：
49.首先，核心处理器hi3519a的算力可支撑私有软件加密算法的实现；其次，基于物理层安全编码的视频隐写算法。
50.传统加密是在网络层对数据信息进行保护，防止被破译，而传统信道编码是一种以纠错为目的的编码，为的是对抗信道中的干扰。
51.安全编码是一种物理层信息安全技术，不需要对信息进行加密，依靠物理层固有
的特性，当合法通信信道与窃听信道的信噪比达到一定条件时，合法通信双方可以无误码传输信息，而窃听者接收不到有用的信息。
52.使用级联结构安全编码系统的发送端由预处理编码和信道编码组成，接收端进行信道译码和预处理解码。私密信息需要预处理，使用随机加扰进行数据错误扩散。此时合法接收端信道译码后可以完全纠正信道噪声产生的错误。对窃听者，预处理译码后将错误比特扩散，使得误比特率为0.5，无法接收任何有用信息。在级联结构的安全编码系统中科采用纠错能力强的信道编码，比如低密度奇偶校验码（ldpc）和极化码（polar）可以减少安全间隙，提高编码系统的安全性能。
53.基于物理层的安全编码技术对本领域技术人员来说属于现有技术，2019年5月，山东大学的王涛公开了题目为《基于信道编码的物理层安全编码研究与实现》的硕士论文中具体说明了安全编码技术。
54.本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。