CN107181750B - 一种智能电网无线传感器网络的监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电网无线传感器网络的监测方法。为了对智能电网长距离电力传输线中单个杆塔上及其周围一定范围内无线传感器网络监测的信息进行收集与保护，防范攻击者获取监测信息，基于对称加密算法和非对称加密算法为智能电网设计了一套信息传输安全的监测方法。

Description

一种智能电网无线传感器网络的监测方法
技术领域
本发明属于智能电网、无线传感技术领域，特别涉及了一种智能电网无线传感器网络的监测方法。
背景技术
在现今社会，传统能源日益短缺，并且由于人们的环保意识不强，环境污染问题越来越严重，已经严重制约到了人类的可持续性发展。为了解决不断紧缺的能源问题以及环境污染问题，可再生能源，新型交通技术，石墨烯技术等各种新型低碳节能技术不断涌现。在解决能源问题的关键两环，能源产生与用户终端，电网系统的发电、传输、终端都发生了巨大改变，并且给传统电网的发展以及正常安全的运行带来的很大的挑战，于是在这样的背景变化下，智能电网的概念产生，并且在世界范围内迅速的得到传播和广泛认可，并且在传统的电网系统中被广泛的接受。电网是电力系统中各式各样的系统组成的整体，由变电，输电，配电三个部分组成。
在欧美国家，尤其美国，智能电网的研究已经相当成熟，智能电网的利好已经涉及到普通民众的生活之中，在美国，每户家庭都装有智能电表，数据中心可以实时监测到每户家庭的电量使用情况，负载是否合理，并做出及时调整，每户家庭也可以通过智能电表来及时获知实时电价信息等，进行更加合理的用电。在国内，智能电网的研究还处于发展阶段，整体设计还有一些细节问题需要解决，比如安全问题，长距离传输问题等。
对现有电网信息整合与数据处理进行优化设计，对电力传输线路上分布的监测模块数据进行整合，有利于数据中心工作人员进行整个电网线路状况监测，合理的对整个电网进行调控，有利于及时检测故障，排除隐患。另一方面，长距离电力传输线路中的监测模块向数据中心上传数据过程中存在安全问题，包括传输过程中信息的盗取，信息的伪造，以及发送恶意故障信息，破环数据中心收集整合数据的过程，影响工作人员对电力线路的及时监测以及故障处理等安全问题的解决。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种能电网无线传感器网络的监测方法，实现整个电网线路的状况监测，同时保证数据传输过程中安全性和保密性。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种智能电网无线传感器网络的监测方法，包括以下步骤：
(1)当一个传感器NSN想要加入无线传感器网络时，该传感器NSN与无线传感器网络的网关传感器GN同时进行初始化设置，两者均生成各自的初始化密钥m和初始化密钥k；
(2)网关传感器GN使用非对称加密算法生成网关传感器GN的公钥PUgn和私钥PRgn，公钥PUgn和私钥PRgn用于对发送信息加密或解密，若用私钥PRgn对信息进行加密，则必须使用公钥PUgn对信息进行解密；
(3)网关传感器GN使用自身的初始化密钥k对初始化密钥m进行对称加密，再使用初始化密钥m加密私钥PRgn，生成3段数据E k(m)||E m(PRgn)||A，其中，E k(m)表示被密钥k加密后的密钥m，E m(PRgn)表示被密钥m加密后的私钥PRgn，A表示传感器NSN的ID，然后网关传感器GN向传感器NSN发送E k(m)||E m(PRgn)||A；
(4)若传感器NSN正确接收E k(m)||E m(PRgn)||A，传感器NSN使用自身的初始化密钥k对E k(m)进行解密，得到网关传感器GN的初始化密钥m，传感器NSN将自身的初始化密钥m与网关传感器GN的初始化密钥m进行比较，若两者不同，则终止流程，若两者相同，则传感器NSN继续解密E m(PRgn)，获得网关传感器GN的私钥PRgn；
(5)传感器NSN使用私钥PRgn对其监测数据M进行签名，得到PRgn(M)，并向网关传感器GN发送PRgn(M)；
(6)网关传感器GN对PRgn(M)进行解密，若网关传感器GN找不到解密PRgn(M)的公钥PUgn，则终止流程，若网关传感器GN能找到PRgn(M)的公钥，则解密PRgn(M)，获得监测数据M。
进一步地，在步骤(2)中，所述非对称加密算法为IBE算法。
进一步地，在步骤(3)中，所述对称加密采用DES算法。
进一步地，所述无线传感器网络的监测范围为电力长距离传输线中各电力塔杆及其周围R米范围内，R取50-100。
进一步地，所述电力杆塔为长距离电力传输线中每隔r米的杆塔，r取30-35。
进一步地，所述网关传感器GN设置在电力塔杆的塔顶。
进一步地，所述无线传感器网络中的传感器包括温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、压力传感器和震动传感器。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明对单个电力杆塔上多种监测信息进行整合优化，并统一上传至数据中心，有利于数据中心工作人员对杆塔周围整体情况进行把握和分析，同时可以保证通信信息的保密性和完整性，防止伪造和攻击，而且协议的能耗需求低，节能环保，时间消耗低，时延低。
附图说明
图1是单个杆塔及其周围传感器分布情况图；
图2是本发明的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
图1是单个杆塔及其周围传感器分布情况图，在杆塔的各个塔上以及杆塔周围五十至一百米距离之内分布着各式传感器，在塔顶一般是风向、风速传感器，在塔与塔的电线连接处一般分布着压力传感器，用来测量电线上分布的压力，在电线上一般分布着震动传感器，用来测量电线摇晃过程中的震动，在杆塔周围百米距离之内分布着湿度传感器等。在单个无线传感器网络中最核心的是网关传感器(GN)，它一般不直接进行对环境等参量的监测，通常分布在杆塔的中央，它的作用是用来汇集该无线传感器网络中所有传感器所监测的数据，将这些数据进行整合并且发送到整个电力传输线中与OPGW相连的杆塔上，然后通过OPGW发送到数据中心。它还有一个作用是接收数据中心的信息，并且向其无线传感网络范围内的传感器发送指令信息，网关传感器就相当于无线传感网络的大脑，将传感器网络内的信息进行集合，然后向传感器发送指令。
本发明设计了一种智能电网无线传感器网络的监测方法，如图2所示，具体过程如下。
步骤1、当一个传感器NSN想要加入无线传感器网络时，该传感器NSN与无线传感器网络的网关传感器GN同时进行初始化设置，两者均生成各自的初始化密钥m和初始化密钥k；
步骤2、网关传感器GN使用非对称加密算法IBE生成网关传感器GN的公钥PUgn和私钥PRgn，公钥PUgn和私钥PRgn用于对发送信息加密或解密，若用私钥PRgn对信息进行加密，则必须使用公钥PUgn对信息进行解密；
步骤3、网关传感器GN使用自身的初始化密钥k对初始化密钥m进行DES对称加密，再使用初始化密钥m加密私钥PRgn，生成3段数据E k(m)||E m(PRgn)||A，其中，E k(m)表示被密钥k加密后的密钥m，E m(PRgn)表示被密钥m加密后的私钥PRgn，A表示传感器NSN的ID，然后网关传感器GN向传感器NSN发送E k(m)||E m(PRgn)||A；
步骤4、若传感器NSN正确接收E k(m)||E m(PRgn)||A，传感器NSN使用自身的初始化密钥k对E k(m)进行解密，得到网关传感器GN的初始化密钥m，传感器NSN将自身的初始化密钥m与网关传感器GN的初始化密钥m进行比较，若两者不同，则终止流程，若两者相同，则传感器NSN继续解密E m(PRgn)，获得网关传感器GN的私钥PRgn；
步骤5、传感器NSN使用私钥PRgn对其监测数据M进行签名，得到PRgn(M)，并向网关传感器GN发送PRgn(M)；
步骤6、网关传感器GN对PRgn(M)进行解密，若网关传感器GN找不到解密PRgn(M)的公钥PUgn，则终止流程，若网关传感器GN能找到PRgn(M)的公钥，则解密PRgn(M)，获得监测数据M。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能电网无线传感器网络的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)当一个传感器NSN想要加入无线传感器网络时，该传感器NSN与无线传感器网络的网关传感器GN同时进行初始化设置，两者均生成各自的初始化密钥m和初始化密钥k；
(2)网关传感器GN使用非对称加密算法生成网关传感器GN的公钥PUgn和私钥PRgn，公钥PUgn和私钥PRgn用于对发送信息加密或解密，若用私钥PRgn对信息进行加密，则必须使用公钥PUgn对信息进行解密；所述非对称加密算法为IBE算法；
(3)网关传感器GN使用自身的初始化密钥k对初始化密钥m进行对称加密，再使用初始化密钥m加密私钥PRgn，生成3段数据Ek(m)||Em(PRgn)||A，其中，Ek(m)表示被密钥k加密后的密钥m，Em(PRgn)表示被密钥m加密后的私钥PRgn，A表示传感器NSN的ID，然后网关传感器GN向传感器NSN发送Ek(m)||Em(PRgn)||A；
(4)若传感器NSN正确接收Ek(m)||Em(PRgn)||A，传感器NSN使用自身的初始化密钥k对Ek(m)进行解密，得到网关传感器GN的初始化密钥m，传感器NSN将自身的初始化密钥m与网关传感器GN的初始化密钥m进行比较，若两者不同，则终止流程，若两者相同，则传感器NSN继续解密Em(PRgn)，获得网关传感器GN的私钥PRgn；
(5)传感器NSN使用私钥PRgn对其监测数据M进行签名，得到PRgn(M)，并向网关传感器GN发送PRgn(M)；
(6)网关传感器GN对PRgn(M)进行解密，若网关传感器GN找不到解密PRgn(M)的公钥PUgn，则终止流程，若网关传感器GN能找到PRgn(M)的公钥，则解密PRgn(M)，获得监测数据M。
2.根据权利要求1所述智能电网无线传感器网络的监测方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述对称加密采用DES算法。
3.根据权利要求1所述智能电网无线传感器网络的监测方法，其特征在于：所述无线传感器网络的监测范围为电力长距离传输线中各电力塔杆及其周围R米范围内，R取50-100。
4.根据权利要求3所述智能电网无线传感器网络的监测方法，其特征在于：所述电力杆塔为长距离电力传输线中每隔r米的杆塔，r取30-35。
5.根据权利要求3所述智能电网无线传感器网络的监测方法，其特征在于：所述网关传感器GN设置在电力塔杆的塔顶。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述智能电网无线传感器网络的监测方法，其特征在于：所述无线传感器网络中的传感器包括温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、压力传感器和震动传感器。
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