一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)及其控制方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)及其控制方法，包括：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，用于檢測和采集智能電網(wǎng)用戶端信息；監(jiān)控裝置，用于控制整個系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)處理；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的用戶數(shù)據(jù)無線傳輸給監(jiān)控裝置；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和無線數(shù)據(jù)采集終端；其中，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線數(shù)據(jù)采集終端與監(jiān)控裝置通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線連接。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對智能電網(wǎng)用戶的用電信息的無線檢測和傳輸，能夠保證用戶用電數(shù)據(jù)的檢測連續(xù)性和準確性，并且能夠極大的保證用電信息傳輸?shù)谋Ｃ苄院桶踩浴?br />

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉數(shù)據(jù)測試和采集領域，具體涉及一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)及其控制方法。
技術介紹
智能電網(wǎng)，又稱為知識型電網(wǎng)或者現(xiàn)代電網(wǎng)，是將現(xiàn)代先進的傳感與測量技術、信息通信技術、控制技術和原有的輸配電基礎設施高度集成而形成的新型電網(wǎng)。智能配電網(wǎng)的開放性使得大量智能采集終端和移動終端廣泛應用和接入，這就對智能配電網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕Ｃ苄裕构粜砸约半[私保護等問題提出了新的挑戰(zhàn)。智能電能表是智能電網(wǎng)的智能終端，它已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的電能表，智能電能表除了具備傳統(tǒng)電能表基本用電量的計量功能以外，為了適應智能電網(wǎng)和新能源的使用它還具有雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信功能、防竊電功能等智能化的功能，智能電能表代表著未來節(jié)能型智能電網(wǎng)最終用戶智能化終端的發(fā)展方向。近年來，隨著傳感器、計算機、無線通信及微機電等技術的發(fā)展和相互融合，產(chǎn)生了無線傳感器網(wǎng)絡 (WSN)。無線傳感器網(wǎng)絡通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)控對象的信息，被廣泛用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事防御、反恐救災等各個領域。無線傳感器網(wǎng)絡被認為是 21 世紀最重要的技術之一，是當今嵌入式領域研究的熱點，具有非常廣闊的市場空間和研究價值。無線傳感器網(wǎng)絡也逐漸成為智能配電網(wǎng)中最主要的用戶端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外對無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕Ｃ苄裕构粜缘葐栴}進行了一定的研究，提出了各種不同的廣播認證協(xié)議。一種是 μTESLA 廣播認證協(xié)議，該協(xié)議在對廣播認證的初始化參數(shù)進行分配時，是利用基站與節(jié)點之間的共享密鑰，通過單播的方式來完成的。通過延遲發(fā)送認證密鑰及判斷延時時長來確定所發(fā)送的數(shù)據(jù)包的完整性。該方案安全性較好，但消息認證有延時，這種延時會導致 DOS 攻擊的發(fā)生。后來研究者對μTESLA 進行了一系列改進，提出了多級 μTESLA 方案、多基站的 μTESLA 方案、針對認證漂移的 μTESLA 優(yōu)化方案以及基于消息驅(qū)動的 μTESLA 認證方案等。這些優(yōu)化方案都是在基本的 μTESLA 基礎上進行的改進，其根本思想沒有改變，因此延時是一直存在的問題，它們?nèi)匀徊荒艿钟?DOS 攻擊。另一些研究者在智能電網(wǎng)中提出了一種一次簽名的認證方案，但該方案要想達到很好的安全性就要消耗很大的簽名及認證開銷。后來研究者又提出基于Merkle 樹的廣播認證協(xié)議，該協(xié)議采用直接認證的方法，沒有延遲，有效地解決了 DOS 攻擊的問題，同時實現(xiàn)了多個節(jié)點一起認證，相互認證的功能。但當節(jié)點數(shù)量過大時就會造成節(jié)點存儲開銷和通訊開銷都過大的問題。因此研究者又在基本 Merkle 樹的基礎上提出了一種分級 Merkle 樹的廣播策略，該方法針對大量節(jié)點設計，大大減小了節(jié)點的存儲及通信開銷。近年來研究者們提出了將 Merkle 樹認證協(xié)議運用到智能電網(wǎng)的方案，將該協(xié)議運用到用戶與社區(qū)門戶的安全通信中來提高通信的安全性。但沒有對用戶數(shù)據(jù)進行有效的隱私保護，攻擊者攔截到用戶發(fā)送的信息也可以解讀出有用的數(shù)據(jù)。用戶的用電信息以及用電規(guī)律等隱私的泄露將導致入室盜竊等危害人民生活安全的事件發(fā)生。
技術實現(xiàn)思路
專利技術目的：本專利技術的目的是為了解決現(xiàn)有技術中的不足，提供一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)及其控制方法，該裝置可實現(xiàn)對智能電網(wǎng)用戶的用電信息的無線檢測和傳輸，能夠保證用戶用電數(shù)據(jù)的檢測連續(xù)性和準確性，并且能夠極大的保證用電信息傳輸?shù)谋Ｃ苄院桶踩浴＜夹g方案：本專利技術所述的一種電力電網(wǎng)無線傳輸裝置，包括：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，用于檢測和采集智能電網(wǎng)用戶端信息；監(jiān)控裝置，用于控制整個系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)處理；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的用戶數(shù)據(jù)無線傳輸給監(jiān)控裝置；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和無線數(shù)據(jù)采集終端；其中，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線數(shù)據(jù)采集終端與監(jiān)控裝置通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線連接；所述無線數(shù)據(jù)采集終端設置有防火墻模塊，無線數(shù)據(jù)采集終端和無線數(shù)據(jù)傳送模塊內(nèi)各設置有一個加密模塊，無線數(shù)據(jù)傳送模塊中還設置有一個身份驗證模塊，數(shù)據(jù)傳送模塊和防火墻模塊之間設置有相互獨立的雙通道連接模塊；所述無線數(shù)據(jù)采集終端包括：MCU、模擬量輸入單元、開關量輸入單元、繼電器輸出單元、數(shù)字量輸出單元、SRAM 單元、RTC 單元、看門狗單元、RS232/RS485/RS422 單元、無線單元以及電源單元 ；其中模擬量輸入單元、開關量輸入單元與 MCU 連接，MCU 與繼電器輸出單元、數(shù)字量輸出模塊單元，同時 MCU 還與 SRAM 單元、RTC 單元、看門狗單元、RS232/RS485/RS422 單元、無線單元以及 LED 指示燈單元；RS232/RS485/RS422 單元與用戶接口電路連接，無線單元連接ZigBee 傳輸天線和適配器電路。進一步的，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊包括 ZigBee 接收天線、適配器電路和數(shù)據(jù)總線，用于接收數(shù)據(jù)采集終端無線信號，并經(jīng)由數(shù)據(jù)總線傳輸給所述數(shù)據(jù)處理模塊。進一步的，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、有功傳感器、無功傳感器中的一種或兩種及以上的組合。進一步的，所述監(jiān)控裝置包括：數(shù)據(jù)監(jiān)控及處理模塊，控制中心，客戶端監(jiān)控模塊和顯示終端。上述一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）構(gòu)建一個包括控制中心、無線數(shù)據(jù)采集終端和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊在內(nèi)的通信系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)采集終端能夠向所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；（2）建立安全通信通道，雙向連接無線數(shù)據(jù)采集終端與控制中心，控制中心對所述進入系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)進行處理和控制；（3）控制中心通過安全通信通道完成無線數(shù)據(jù)采集終端的安全驗證，如果采集終端不安全，則阻止該無線數(shù)據(jù)采集終端進入系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)加密存儲與交換，如果采集終端安全，則允許該采集終端進行數(shù)據(jù)加密存儲與交換。進一步的，在步驟（2）中采用如下步驟完成安全通信通道的建立 ：（1）在無線數(shù)據(jù)采集終端向控制中心發(fā)送連接申請時，無線數(shù)據(jù)采集終端首先查詢是否已緩存與控制中心的會話連接信息，是則使用會話連接信息中緩存的摘要算法對會話密鑰進行摘要計算，將會話號與摘要結(jié)果寫入連接申請包的會話 ID 與會話密鑰摘要字段中 ；再查詢是否已緩存控制中心證書，是則將控制中心的證書序列號寫入連接申請包的控制中心證書序列號字段中，再將無線數(shù)據(jù)采集終端證書的序列號寫入無線數(shù)據(jù)采集終端證書序列號字段中 ；填寫非對稱加密和數(shù)字簽名算法組合列表，并向控制中心發(fā)送連接申請 ；（2）控制中心接收到無線數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的連接申請數(shù)據(jù)包后，根據(jù)會話號查詢是否緩存有對應的會話連接信息，是則使用會話連接信息中緩存的摘要算法對會話密鑰進行摘要計算，將計算結(jié)果與無線數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的會話密鑰的摘要數(shù)據(jù)進行比對 ；如果對比結(jié)果一致，則將會話密鑰與對稱算法作為安全通信通道中數(shù)據(jù)保護的密鑰與算法，并進入下一步 ；（3） 控制中心向終端發(fā)送協(xié)商結(jié)束命令，終端收到控制中心發(fā)送的協(xié)商結(jié)束命令后，安全通道建立結(jié)束。進一步的，在步驟（2）中如果對比結(jié)果不一致，則執(zhí)行下述步驟流程 ：（A）控制中心讀取無線數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的控制中心證書的序列號，如果與本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，用于檢測和采集智能電網(wǎng)用戶端信息；監(jiān)控裝置，用于控制整個系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)處理；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的用戶數(shù)據(jù)無線傳輸給監(jiān)控裝置；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和無線數(shù)據(jù)采集終端；其中，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線數(shù)據(jù)采集終端與監(jiān)控裝置通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線連接；所述無線數(shù)據(jù)采集終端設置有防火墻模塊，無線數(shù)據(jù)采集終端和無線數(shù)據(jù)傳送模塊內(nèi)各設置有一個加密模塊，無線數(shù)據(jù)傳送模塊中還設置有一個身份驗證模塊，數(shù)據(jù)傳送模塊和防火墻模塊之間設置有相互獨立的雙通道連接模塊；所述無線數(shù)據(jù)采集終端包括：MCU、模擬量輸入單元、開關量輸入單元、繼電器輸出單元、數(shù)字量輸出單元、SRAM?單元、RTC?單元、看門狗單元、RS232/RS485/RS422?單元、無線單元以及電源單元?；其中模擬量輸入單元、開關量輸入單元與?MCU?連接，MCU?與繼電器輸出單元、數(shù)字量輸出模塊單元，同時MCU?還與?SRAM?單元、RTC?單元、看門狗單元、RS232/RS485/RS422?單元、無線單元以及?LED?指示燈單元；RS232/RS485/RS422?單元與用戶接口電路連接，無線單元連接ZigBee?傳輸天線和適配器電路。...

【技術特征摘要】
1.一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括：無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，用于檢測和采集智能電網(wǎng)用戶端信息；監(jiān)控裝置，用于控制整個系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)處理；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的用戶數(shù)據(jù)無線傳輸給監(jiān)控裝置；所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和無線數(shù)據(jù)采集終端；其中，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線數(shù)據(jù)采集終端與監(jiān)控裝置通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線連接；所述無線數(shù)據(jù)采集終端設置有防火墻模塊，無線數(shù)據(jù)采集終端和無線數(shù)據(jù)傳送模塊內(nèi)各設置有一個加密模塊，無線數(shù)據(jù)傳送模塊中還設置有一個身份驗證模塊，數(shù)據(jù)傳送模塊和防火墻模塊之間設置有相互獨立的雙通道連接模塊；所述無線數(shù)據(jù)采集終端包括：MCU、模擬量輸入單元、開關量輸入單元、繼電器輸出單元、數(shù)字量輸出單元、SRAM 單元、RTC 單元、看門狗單元、RS232/RS485/RS422 單元、無線單元以及電源單元 ；其中模擬量輸入單元、開關量輸入單元與 MCU 連接，MCU 與繼電器輸出單元、數(shù)字量輸出模塊單元，同時MCU 還與 SRAM 單元、RTC 單元、看門狗單元、RS232/RS485/RS422 單元、無線單元以及 LED 指示燈單元；RS232/RS485/RS422 單元與用戶接口電路連接，無線單元連接ZigBee 傳輸天線和適配器電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊包括 ZigBee 接收天線、適配器電路和數(shù)據(jù)總線，用于接收數(shù)據(jù)采集終端無線信號，并經(jīng)由數(shù)據(jù)總線傳輸給所述數(shù)據(jù)處理模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點包括空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、有功傳感器、無功傳感器中的一種或兩種及以上的組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述監(jiān)控裝置包括 ：數(shù)據(jù)監(jiān)控及處理模塊，控制中心，客戶端監(jiān)控模塊和顯示終端。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的一種電力電網(wǎng)用實時監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）構(gòu)建一個包括控制中心、無線數(shù)據(jù)采集終端和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊在內(nèi)的通信系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)采集終端能夠向所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；（2）建立安全通信通道，雙向連接無線數(shù)據(jù)采集終端與控制中心，控制中心對所述進入系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)進行處理和控制；（3）控制中心通過安全通信通道完成無線數(shù)據(jù)采集終端的安全驗證，如果采集終端不安全，則阻止該無線數(shù)據(jù)采集終端進入系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)加密存儲與交換，如果采集終端安全，則允許該采集終端進行數(shù)據(jù)加密存儲與交換。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種控制方法，其特征在于：在步驟（2）中采用如下步驟完成安全通信通道的建立 ：（1）在無線數(shù)據(jù)采集終端向控制中心發(fā)送連接申請時，無線數(shù)據(jù)采集終端首先查詢是否已緩存與控制中心的會話連接信息，是則使用會話連接信息中緩存的摘要算法對會話密鑰進行摘要計算，將會話號與摘要結(jié)果寫入連接申請包的會話 ID 與會話密鑰摘要字段中 ；再查詢是否已緩存控制中心證書，是則將控制中心的證書序列號寫入連接申請包的控制中心證書序列號字段中，再將無線數(shù)據(jù)采集終端證書的序列號寫入無線數(shù)據(jù)采集終端證書序列號字段中 ；填寫非對稱加密和數(shù)字簽名算法組合列表，并向控制中心發(fā)送連接申請 ；（2）控制中心接收到無線數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的連接申請數(shù)據(jù)包后，根據(jù)會話號查詢是否緩存有對應的會話連接信息，是則使用會話連接信息中緩存的摘要算法對會話密鑰進行摘要計算，將計算結(jié)果與無線數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的會話密鑰的摘要數(shù)據(jù)進行比對 ；如果對比結(jié)果一致，則將會話密鑰與對稱算法作為安全通信通道中數(shù)據(jù)保護的密鑰與算法，并進入下一步 ；（3） 控制中心向終端發(fā)送協(xié)商結(jié)束命令，終端收到控制中心發(fā)送的協(xié)商結(jié)束命...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：湯亮，
申請(專利權(quán))人：湯亮，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34