CN108683449B - 一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，包括：检测电力专网是否出现故障；若是，则获取故障路段信息并结合当前传输路径计算得到有效中转节点；将电力数据采用随机加密方式进行加密处理后发送到北斗卫星系统中；北斗卫星系统将已加密的电力数据发送到所述有效中转节点中；有效中转节点按照电力传输方式将已加密的电力数据传输到目标节点中；在目标节点中，采用预先训练好的加密识别模型对已加密的电力数据进行识别，得到加密类型；采用与所述加密类型相应的解密方式对电力数据进行解密并且得到电力数据信息。本申请能够保证自然灾害导致的电力通信中断时电力数据的稳定传输以及电力数据的加密安全性能。

Description

一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法

技术领域

本发明涉及电力通信相关技术领域，特别是指一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法。

背景技术

在电力通信发展的前期，卫星通信曾经小范围地应用在电力调度生产上，但是由于传统卫星通信系统传输时延长、传输速率小、地面站建设周期长等特点影响卫星通信在电力系统中的推广应用，随着光纤通信、载波通信等通信方式的出现和日益发展成熟，载波通信及光纤通信被大范围地应用于电力系统，卫星通信则迅速退出电力系统通信建设领域。

然而，自然灾害会造成多出光缆中断，导致大面积通信中止，这种情况屡见不鲜。为满足局部自然灾害及突发事件情况下的通信需求，加强在自然灾害、重大政治活动保供电的移动应急指挥通信保障能力，解决各级指挥中心与应急现场远程通信联络，建设卫星通信系统显得非常迫切。

也即在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：当前的电力通信方式难以在发生自然灾害时满足电力数据的有效传输。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，能够保证自然灾害导致的电力通信中断时电力数据的稳定传输以及电力数据的加密安全性能。

基于上述目的本发明提供的一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，包括：

检测当前电力专网传输是否出现故障；

若是，则获取当前电力专网中出现故障的路段信息并结合当前电力数据的传输路径计算得到有效中转节点；

将待传输的电力数据采用随机加密的方式进行数据加密处理后采用短报文的方式发送到北斗卫星系统中；

北斗卫星系统将已加密的电力数据发送到所述有效中转节点中；

所述有效中转节点按照电力传输方式将已加密的电力数据传输到目标节点中；

在目标节点中，采用预先训练好的加密识别模型对已加密的电力数据进行识别，得到加密类型；

采用与所述加密类型相应的解密方式对电力数据进行解密并且得到电力数据信息。

可选的，所述加密识别模型为基于Resnet网络模型构建的预测模型。

可选的，所述加密识别模型构建的步骤包括：

获取大量电力数据，采用随机加密的方式生成加密数据并且附带有相应的加密类型标签；其中，所述加密类型标签为基于不同加密类型相应的赋予的类型标签或者序号标签；

将加密数据按照预设的比例划分为训练集和验证集；

基于电力数据的特点，相应的构建初始加密识别模型，并且利用训练集中的加密数据进行模型训练，得到优化模型；

利用验证集中的加密数据对得到的优化模型进行准确率验证，利用加密类型标签进行结果识别，判断准确率是否超过预设的阈值；

若是，则将当前的优化模型作为最优加密识别模型；

否则，继续对优化模型进行训练并且验证，直到得到准确率超过预设阈值的最优加密识别模型。

可选的，所述计算得到有效中转节点的步骤还包括：

基于当前电力专网中出现故障的路段信息对当前电力数据传输路径进行判断，得到当前电力数据传输路径中出现中断的路段；

基于目标节点进行反向回溯，计算得到能够到达目标节点的相应中转节点；

基于卫星通信成本和效率考虑，选取某一个中转节点或者目标节点作为有效中转节点。

可选的，将与目标节点距离最远的中转节点选定为有效中转节点。

可选的，所述进行数据加密处理的步骤之前还包括：

预先对电力专网中的不同节点按照预设的格式进行编码处理；其中，编码格式为国家地区+业务类型+所属部门+编号；

将不同节点对应的编码附加到待发送的电力数据中。

可选的，还包括：检测当前变电站节点是否发生故障；

若是，则将故障发生时间信息、变电站的位置信息以及故障类型封装成预设数据帧格式的信息并且通过北斗卫星系统采用广播方式发送给附近的检修信息接收设备中；其中，所述数据帧格式为：业务标示+变电站ID标示+指令+数据信息内容；所述业务标示为业务传输方式；所述数据信息内容为待发送的信息或指令。

从上面所述可以看出，本发明提供的基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，通过在发生电力故障时通过检测故障路段信息，进而得到未出现故障的有效中转节点，然后进一步采用随机加密的方式进行数据加密来保证数据的安全传输，同时还可以实现数据压缩，避免信息泄露；此外基于本申请并非完全利用北斗卫星系统替代电力传输，而是只在故障路段通过北斗卫星系统进行中转，这样可以综合利用北斗卫星的无障碍优点以及电力通信系统的传输可靠以及容量大的优点，最后基于训练好的加密识别模型可以在目标节点识别出加密类型，进而获取得到真实电力数据。因此，本申请能够保证自然灾害导致的电力通信中断时电力数据的稳定传输以及电力数据的加密安全性能。

附图说明

图1为本发明提供的基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法一个实施例的流程图；

图2为本发明提供的加密识别模型的训练方法一个实施例的流程图；

图3为本发明提供的北斗卫星与电力专网联合通信结构原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本申请针对于当前电力专网或者电力通信系统中存在故障时难以保证传输数据的安全稳定的问题，提出一种改进的通信方式。首先，本申请考虑到卫星通信系统以其独特的优点，特别是对距离的不敏感性，可以灵活方便地大范围直跳连接卫星覆盖范围内的任意站点，且卫星地面站与所在地域复杂地形状况无关，特别适合于综合性大城市的复杂地理、地形、电磁环境中使用，具有其它通信方式无法比拟的优势。因此，可以利用卫星通信技术建设机动灵活、安全可靠、布局合理、规模适度的电力应急指挥通信系统，增加自备机动通信手段，整体提升应对自然灾害、处置突发事件、保障重大活动所需的应急通信能力。也即本申请能够在不显著增加成本的前提下，加强电力系统抗灾害、防止电缆中断导致的电力系统中断问题。

参照图1所示，为本发明提供的基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法一个实施例的流程图。所述基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法包括：

步骤S1，检测当前电力专网传输是否出现故障；其中，基于本申请是综合利用电力专网以及卫星通信系统，因此本申请的应用环境需要包括：北斗卫星系统以及电力专网中的变电站，也即电力专网中的节点，其中：北斗卫星系统能够接受来自电力专网中某一变电站发送的短报文并且传输经过卫星处理的数据，并将该数据发送给当前卫星覆盖范围内的变电站；变电站能够对电力数据进行传输或发送，同时能够选择合适的传输路径，也即从起始节点到目标节点之间的多个中转节点的部署。此外，这里对电力传输故障进行检测的方式既可以是采用部署各个传感器的方式，也可以是基于电力数据传输通断来进行判断。

步骤S2，若当前电力专网传输出现故障，则获取当前电力专网中出现故障的路段信息并结合当前电力数据的传输路径计算得到有效中转节点；具体的，当出现电力传输故障时，通过检测的故障路段能够知道具体哪一端线路，即哪两个变电站之间的通信中断了，然后结合到当前电力数据传输的路径，得到当前电力数据传输路径哪一段出现终端，进而可以知道哪些节点是有效中转节点，进而可以后续通过北斗卫星系统将数据传输到有效中转节点中。

在本申请一些可选的实施例中，所述计算得到有效中转节点的步骤S2还包括：

步骤S21，基于当前电力专网中出现故障的路段信息对当前电力数据传输路径进行判断，得到当前电力数据传输路径中出现中断的路段；

步骤S22，基于目标节点进行反向回溯，计算得到能够到达目标节点的相应中转节点；

步骤S23，基于卫星通信成本和效率考虑，选取某一个中转节点或者目标节点作为有效中转节点。

例如，在电力数据传输路径中只有前半段出现传输故障，从而使得后半段的节点均有效，此时，可以根据北斗卫星系统可覆盖到的范围以及传输时间、成本等代价进行综合考虑，选取一个成本最低、路径最短的有效节点作为有效中转节点进行数据传输，这样可以及时将输出传输到电力专网中，避免对北斗卫星系统传输带来负担，同时保障数据传输的安全稳定。

优选的，本实施例将与目标节点距离最远的中转节点选定为有效中转节点。

步骤S3，将待传输的电力数据采用随机加密的方式进行数据加密处理后采用短报文的方式发送到北斗卫星系统中；基于北斗卫星系统并非电力专网，同时在不同通信网络之间传输数据也容易被窃取，因此，本申请提出一种改进的加密方式来保证数据传输的安全有效。

步骤S4，北斗卫星系统将已加密的电力数据发送到所述有效中转节点中；这里所述有效中转节点既可以是能够与目标节点通信的某一个中间节点，也可以直接是目标节点。且电力数据还可能在北斗卫星系统中进行不同卫星的转发。

步骤S5，所述有效中转节点按照电力传输方式将已加密的电力数据传输到目标节点中；

步骤S6，在目标节点中，采用预先训练好的加密识别模型对已加密的电力数据进行识别，得到加密类型；

在本申请一些可选的实施例中，所述加密识别模型为基于Resnet网络模型构建的预测模型。

更具体的，参照图2所示，所述加密识别模型构建的步骤包括：

步骤S61，获取大量电力数据，采用随机加密的方式生成加密数据并且附带有相应的加密类型标签；其中，所述加密类型标签为基于不同加密类型相应的赋予的类型标签或者序号标签；这里需要采集大量电力数据进行模型的训练和验证，同时随机加密中需要建立一个加密数据库，用于存储海量的加密方式或者工具。

步骤S62，将加密数据按照预设的比例划分为训练集和验证集；

步骤S63，基于电力数据的特点，相应的构建初始加密识别模型，并且利用训练集中的加密数据进行模型训练，得到优化模型；

步骤S64，利用验证集中的加密数据对得到的优化模型进行准确率验证，利用加密类型标签进行结果识别；

步骤S65，判断准确率是否超过预设的阈值；

步骤S66，若准确率超过预设的阈值，则将当前的优化模型作为最优加密识别模型；否则，返回步骤S63继续对优化模型进行训练并且验证，直到得到准确率超过预设阈值的最优加密识别模型。这样，可以使得电力数据传输过程中均为加密数据，保证数据的安全性。

步骤S7，采用与所述加密类型相应的解密方式对电力数据进行解密并且得到电力数据信息。

进一步还包括步骤S8，当未检测到电力专网传输故障时，依旧采用电力专网进行电力数据的传输，也同样采用随机加密以及步骤S6中加密类型识别以及步骤7中解密的方式。

由上述实施例可知，本申请所述基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，通过在发生电力故障时通过检测故障路段信息，进而得到未出现故障的有效中转节点，然后进一步采用随机加密的方式进行数据加密来保证数据的安全传输，同时还可以实现数据压缩，避免信息泄露；此外基于本申请并非完全利用北斗卫星系统替代电力传输，而是只在故障路段通过北斗卫星系统进行中转，这样可以综合利用北斗卫星的无障碍优点以及电力通信系统的传输可靠以及容量大的优点，最后基于训练好的加密识别模型可以在目标节点识别出加密类型，进而获取得到真实电力数据。因此，本申请能够保证自然灾害导致的电力通信中断时电力数据的稳定传输以及电力数据的加密安全性能。

在本申请一些可选的实施例中，所述进行数据加密处理的步骤之前还包括：

预先对电力专网中的不同节点按照预设的格式进行编码处理；其中，编码格式为国家地区+业务类型+所属部门+编号；具体的，国家地区表示变电站所在的国家区域，例如：固定与移动、国内与国外等；业务类型指：定时报告、询问报告、紧急报告、随机接入、连续或不连续等；所属部门表示所对应的部门；编号是指所在区域中变电站的编号。此外，还可以为每个变电站分配一个特定的识别码，存储在用户终端的客户识别模块，例如SIM卡中。

将不同节点对应的编码附加到待发送的电力数据中。

由于通过位置信息通常只能够确定变电站，即节点的位置，但是在相同区域的变电站可能有很多，因此需要对相同区域的变电站进行编码。当数据接收处理中心需要获取某一个变电站的数据，需要对该变电站进行拨号呼叫。也即通过编号处理使得能够准确定位到某一个具体且唯一的变电站节点，实现电力数据的准确传输。

在本申请另一些可选的实施例中，该方法还包括：检测当前变电站节点是否发生故障；

若是，则将故障发生时间信息、变电站的位置信息以及故障类型封装成预设数据帧格式的信息并且通过北斗卫星系统采用广播方式发送给附近的检修信息接收设备中；其中，所述数据帧格式为：业务标示+变电站ID标示+指令+数据信息内容；所述业务标示为业务传输方式；所述数据信息内容为待发送的信息或指令。

这样，一方面，本申请通过在变电站中设置有一个自动错误报警模块，该模块能够将不同的故障类型发送不同的报警码。优选的，为了便于后期的扩展，报警码设置为7位，用来表示可能出现的故障类型为128种，目前实际种类没有这么多，其他作为保留位。

另一方面，针对变电站，包括有人值守和无人值守时，若发生故障报警时，首选需要将故障发生时间信息、变电站的位置信息和故障类型封装成特定的数据帧格式然后通过北斗卫星系统短消息发送出去。当对应管理系统收到相关故障信息，能够按照同样数据帧格式通过北斗卫星短消息业务广播发送给附近的巡视或工程检修人员。其中，在变电站数据信息帧中，业务标志用于标示单播、广播、组播方式，例如：最高两位为11，表示后面地址为组播地址；最高两位为00，后面的地址为单播地址等。同时本实施例通过借鉴IP子网掩码的方式，采用群确认或群查询的方式，提高确认或查询的速率。数据信息字设置为4位，表示卫星对变电站的指令，例如0111表示接收完毕、0110表示重传、0101表示同意接入、0110表示拒绝接入、0100表示非紧急业务发送完当前数据后停止接入、0101表示如有空闲信道非紧急业务可以接入、0010表示发送自身状态信息给卫星，最高位为保留位，可用于询问变电站、1001表示要求向卫星发送信息。数据信息字则是指要发送的信息。

在本申请一些可选的实施例中，还通过具体的变电站节点的传输路径对本方案进行详细说明。参照图3所示，为本发明提供的北斗卫星与电力专网联合通信结构原理示意图。由图可知，基于北斗卫星系统和电力专网的协同传输存在两种工作状态。当变电站在地面电力专网状况良好时，通过地面通信；在地面电力专网故障时，通过卫星协同通信。具体的，需要从变电站a传送信息到变电站d，当地面电力专网状况良好时通过地面光纤网络经由a→b→c→d传送；当地面的变电站a与变电站d之间的电力专网出现障碍甚至中断，造成无法传输电网业务的情况下，采用地面电力专网与北斗卫星系统协作的传输方式，根据地面电力专网的情况向北斗卫星发送短报文，相应的短报文代表了相应的传输方式。

其中，在第二种工作状态中，当地面电力专网完全瘫痪时，可以向北斗卫星发送短报文01，让信息完全从卫星发送，由变电站a将信息发送到覆盖变电站a的卫星，通过卫星网络中转到覆盖变电站d的卫星，将信息从覆盖变电站d的卫星传输到d；当只有两个之间的地面电力专网中断时，向北斗卫星发送短报文10，让信息从卫星发送到下一变电站，以变电站a与变电站b之间电力专网中断为例，由变电站a将信息发送到覆盖变电站a的卫星，通过卫星网络中转到覆盖变电站b的卫星，将信息从覆盖变电站b的卫星传输到变电站b，变电站b通过光纤传送消息到变电站c，变电站c通过光纤传送消息到变电站d。

由上述实施例可知，本申请提出的基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，基于全球互联网中存在着北斗卫星和电力专网同时覆盖变电站的情况。在这种情况下，所有业务从电力专网进行传输，卫星通信作为应急保障和备用通信通道，在地面网络无法实现传输或地面网络传输成本高的时候，采用天地协同通信。进一步还提出了对变电站和紧急情况进行编号以便于传输的方法，以及一种利用机器学习进行数据加解密处理的方式，通过对随机加密的数据建立ResNet网络模型来预测加密方式，最后进行解压缩并恢复源信号。本申请能够有效地防止电力专网信息传送的中断，从而实现电力专网的实时数据传输。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于北斗卫星短报文的电力专网的协同传输方法，其特征在于，包括：

检测当前电力专网传输是否出现故障；

若是，则获取当前电力专网中出现故障的路段信息并结合当前电力数据的传输路径计算得到有效中转节点；

将待传输的电力数据采用随机加密的方式进行数据加密处理后采用短报文的方式发送到北斗卫星系统中；

北斗卫星系统将已加密的电力数据发送到所述有效中转节点中；

所述有效中转节点按照电力传输方式将已加密的电力数据传输到目标节点中；

在目标节点中，采用预先训练好的加密识别模型对已加密的电力数据进行识别，得到加密类型；

采用与所述加密类型相应的解密方式对电力数据进行解密并且得到电力数据信息；

所述计算得到有效中转节点的步骤还包括：

基于当前电力专网中出现故障的路段信息对当前电力数据传输路径进行判断，得到当前电力数据传输路径中出现中断的路段；

基于目标节点进行反向回溯，计算得到能够到达目标节点的相应中转节点；

基于卫星通信成本和效率考虑，选取某一个中转节点或者目标节点作为有效中转节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加密识别模型为基于Resnet网络模型构建的预测模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加密识别模型构建的步骤包括：

获取大量电力数据，采用随机加密的方式生成加密数据并且附带有相应的加密类型标签；其中，所述加密类型标签为基于不同加密类型相应的赋予的类型标签或者序号标签；

将加密数据按照预设的比例划分为训练集和验证集；

基于电力数据的特点，相应的构建初始加密识别模型，并且利用训练集中的加密数据进行模型训练，得到优化模型；

利用验证集中的加密数据对得到的优化模型进行准确率验证，利用加密类型标签进行结果识别，判断准确率是否超过预设的阈值；

若是，则将当前的优化模型作为最优加密识别模型；

否则，继续对优化模型进行训练并且验证，直到得到准确率超过预设阈值的最优加密识别模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将与目标节点距离最远的中转节点选定为有效中转节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行数据加密处理的步骤之前还包括：

预先对电力专网中的不同节点按照预设的格式进行编码处理；其中，编码格式为国家地区+业务类型+所属部门+编号；

将不同节点对应的编码附加到待发送的电力数据中。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：检测当前变电站节点是否发生故障；

若是，则将故障发生时间信息、变电站的位置信息以及故障类型封装成预设数据帧格式的信息并且通过北斗卫星系统采用广播方式发送给附近的检修信息接收设备中；其中，所述数据帧格式为：业务标示+变电站ID标示+指令+数据信息内容；所述业务标示为业务传输方式；所述数据信息内容为待发送的信息或指令。

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