CN114095060B - 一种智能电网信号安全传输方法、系统及可读存储介质 - Google Patents

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CN114095060B CN202210069298.6A CN202210069298A CN114095060B CN 114095060 B CN114095060 B CN 114095060B CN 202210069298 A CN202210069298 A CN 202210069298A CN 114095060 B CN114095060 B CN 114095060B
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Abstract

本发明提出一种智能电网信号安全传输方法、系统及可读存储介质，该方法包括：步骤一，电力线通信的反馈过程；通过电力线通信，将信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至信号发射端；步骤二，攻击信号的检测过程；在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；步骤三，轨道角动量模式与其它许可频率的传输确认过程；判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号；步骤四，无线信号的安全传输。本发明可保证无线信号安全传输的同时，提高智能电网中的通信质量。

Description

一种智能电网信号安全传输方法、系统及可读存储介质
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域，特别涉及一种智能电网信号安全传输方法、系统及可读存储介质。
背景技术
随着智能电网的飞速发展，智能电网设备与智能电网终端的数量呈指数上升趋势。目前，数以万计的终端设备通过连接电力线传输电力能源，以驱动设备运行。由于电力线的大量连接配置，智能电网中的电力线通信（Power line communication，PLC）被广泛研究。该项技术利用低、中、高压电力线作为信息传输媒介进行数据传输的一种特殊通信方式。
随着第五代移动通信的迅速发展，无线通信（Wireless communication ，WC）技术也逐渐应用到智能电网中。虽然无线通信能够提升智能电网通信性能，但是由于无线通信的无线信道特性，智能电网信息在传输过程中存在安全隐患。因此，研究智能电网下的安全信号传输是非常有必要的。
轨道角动量（Orbital angular momentum，OAM）作为6G通信的核心应用技术之一，已经随着通信的迅速发展而逐渐成为了一项成熟的通信技术，并被广泛应用。该项技术不仅可充分利用不同拓扑荷的电磁波来传输信息，还可以使得各个不同拓扑荷的电磁波相互正交以降低信号间干扰。智能电网对安全通信有着较高的要求，单频信号针对性干扰，一方面使得信号误码率过高使得传输数据不能被恢复导致无效通信，另一方面攻击信号会严重威胁到智能电网的网络安全。此外，轨道角动量这一技术可以很好地利用电磁波不同传输模式，避免单频攻击干扰的同时，还可以提高通信网络的单一频率的系统容量。
然而，现有技术中，由于单频干扰信号（攻击信号）的影响，在一定程度上对信号传输的安全性造成一定的威胁，影响了智能电网的传输质量。
发明内容
鉴于上述状况，本发明的主要目的是为了提出一种智能电网信号安全传输方法、系统及可读存储介质，用于避免因攻击信号对信号传输安全性的威胁的问题。
本发明实施例提供了一种智能电网信号安全传输方法，基于电力线通信与无线通信之间的协作，在信号发射端与信号接收端之间实现安全传输，其中，所述方法包括如下步骤：
步骤一，电力线通信的反馈过程；
通过所述电力线通信，将所述信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至所述信号发射端；
步骤二，攻击信号的检测过程；
在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；
当感测到当前子信道的当前许可频率下存在攻击信号，则无线信号跳转至除所述当前许可频率之外的其它任一当前许可频率以进行传输；
当感测到当前子信道的当前许可频率下不存在攻击信号，则无线信号选择轨道角动量模式以进行传输；
步骤三，轨道角动量模式与其它许可频率的传输确认过程；
判断所选择的所述轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号；
当判断到所述轨道角动量模式下不存在攻击信号，且所述其它任一当前许可频率下不存在攻击信号时，则对许可频率模式状态进行确认与更新；
步骤四，无线信号的安全传输；
在信号接收端通过无线通信对所述无线信号进行接收处理，并通过适配器将所述许可频率模式状态的信息分离出电力线电流以进行电力线传输，以实现占用频谱的更新与信号的安全传输。
本发明提出的一种智能电网信号安全传输方法，先通过电力线通信对未被占用的频谱集合从信号接收端反馈至信号发射端，以提高频谱模式跳转的成功率，然后通过能量检测方法对攻击信号进行检测，再确认频谱模式并进行无线信号的传输，使得无线信号不受攻击信号的干扰，最后对无线信号的接收进行处理，以获得最终的传输信号。
本发明提出的智能电网信号安全传输方法，具有如下优点：（1）、通过电力线通信PLC与无线通信WC的协作通信方式，减小攻击信号检测的复杂度，并减小多信号在频谱和轨道角动量模式OAM中的信号间的干扰概率；（2）、电力线通信模式在充分利用电源线的前提下，通过无线通信WC和轨道角动量模式OAM，不仅可打破电力线通信PLC的信道容量限制，还可进一步提高无线信号传输的有效性；（3）、本发明中以减小通信过程中攻击信号的干扰效果为目的，从而提高智能电网中信号传输的安全性和稳定性。
所述一种智能电网信号安全传输方法，其中，在所述步骤二中，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号的方法包括：
判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集；
所述方法还包括：
当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号；
当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
所述一种智能电网信号安全传输方法，其中，在所述步骤一中，同一频率的无线信号的信道模型表示为：
Figure 64053DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 450035DEST_PATH_IMAGE002
表示同一频率的无线信号的信道模型，
Figure 823247DEST_PATH_IMAGE003
表示从0到
Figure 687298DEST_PATH_IMAGE004
的
Figure 95146DEST_PATH_IMAGE005
项求和，
Figure 120870DEST_PATH_IMAGE006
表示无线信号传输的载波频率，
Figure 981379DEST_PATH_IMAGE005
表示电力线通信的线路数，
Figure 649121DEST_PATH_IMAGE007
表示每个信道的权重因子，
Figure 583579DEST_PATH_IMAGE008
表示每个电力线路径的衰减部分，
Figure 170418DEST_PATH_IMAGE009
表示从不同路径传输的无线信号延时，
Figure 393589DEST_PATH_IMAGE010
表示不同通信链路之间的距离，
Figure 724076DEST_PATH_IMAGE011
表示在电力线介质中无线信号的传输速度，
Figure 450724DEST_PATH_IMAGE012
均表示每根电力线与频率之间的关联常数，
Figure 474043DEST_PATH_IMAGE013
表示传输路径的选择参数。
所述一种智能电网信号安全传输方法，其中，在所述步骤二中，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号的方法中；
信号接收端对应的接收信号表示为：
Figure 981248DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 725213DEST_PATH_IMAGE015
表示信号接收端对应的接收信号，
Figure 962159DEST_PATH_IMAGE016
表示时间索引，
Figure 766167DEST_PATH_IMAGE017
表示均值为0且方差为
Figure 822985DEST_PATH_IMAGE018
的加性白高斯噪声，
Figure 370641DEST_PATH_IMAGE019
表示服从0均值的高斯分布的干扰信号，
Figure 134198DEST_PATH_IMAGE020
表示状态为
Figure 499320DEST_PATH_IMAGE021
的二进制指示符变量。
所述一种智能电网信号安全传输方法，其中，在信号接收端的能量检测值表示为：
Figure 918800DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 394781DEST_PATH_IMAGE023
表示信号接收端的能量检测值，当
Figure 950527DEST_PATH_IMAGE024
时表示信号接收端没有检测到攻击信号，当
Figure 486550DEST_PATH_IMAGE025
时表示攻击信号占用了当前子信道的许可频谱。
所述一种智能电网信号安全传输方法，其中，当无线信号选择轨道角动量模式进行传输时，轨道角动量模式下信号接收端的接收信号表示为：
Figure 393327DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 79523DEST_PATH_IMAGE027
表示轨道角动量模式下信号接收端的接收信号，
Figure 145568DEST_PATH_IMAGE028
表示在轨道角动量模式下经快速傅里叶变换算法后在信号接收端接收到的加性白高斯噪声，
Figure 727859DEST_PATH_IMAGE029
表示在轨道角动量模式下经快速傅里叶变换算法后在信号接收端接收到的干扰信号，
Figure 980986DEST_PATH_IMAGE030
表示在轨道角动量模式下从攻击者到信号接收端的信号增益。
所述一种智能电网信号安全传输方法，其中，在轨道角动量模式下的信号接收端的能量检测统计数据表示为：
Figure 674135DEST_PATH_IMAGE031
其中，
Figure 329107DEST_PATH_IMAGE032
表示在轨道角动量模式下的信号接收端的能量检测统计数据，
Figure 879037DEST_PATH_IMAGE033
表示在整个感测周期内的样本数量，
Figure 760406DEST_PATH_IMAGE034
表示样本的序列号，
Figure 381880DEST_PATH_IMAGE035
表示没有攻击信号的状态，
Figure 32304DEST_PATH_IMAGE036
表示有攻击信号的状态。
本发明还提出一种智能电网信号安全传输系统，基于电力线通信与无线通信之间的协作，在信号发射端与信号接收端之间实现安全传输，其中，所述系统包括：
电力线通信反馈模块，具体用于：
通过所述电力线通信，将所述信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至所述信号发射端；
攻击信号检测模块，具体用于：
在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；
当感测到当前子信道的当前许可频率下存在攻击信号，则无线信号跳转至除所述当前许可频率之外的其它任一当前许可频率以进行传输；
当感测到当前子信道的当前许可频率下不存在攻击信号，则无线信号选择轨道角动量模式以进行传输；
模式传输确认模块，具体用于：
判断所选择的所述轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号；
当判断到所述轨道角动量模式下不存在攻击信号，且所述其它任一当前许可频率下不存在攻击信号时，则对许可频率模式状态进行确认与更新；
无线信号安全传输模块，具体用于；
在信号接收端通过无线通信对所述无线信号进行接收处理，并通过适配器将所述许可频率模式状态的信息分离出电力线电流以进行电力线传输，以实现占用频谱的更新与信号的安全传输。
所述一种智能电网信号安全传输系统，其中，所述攻击信号检测模块还用于：
判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集；
以及：
当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号；
当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的一种智能电网信号安全传输方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
图1为本发明提出的智能电网信号安全传输方法的流程图；
图2为本发明提出的智能电网信号安全传输方法的原理图；
图3为本发明提出的智能电网信号安全传输系统的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
请参阅图1与图2，本发明提出一种智能电网信号安全传输方法，基于电力线通信与无线通信之间的协作，在信号发射端与信号接收端之间实现安全传输，其中，所述方法包括如下步骤：
S101，电力线通信的反馈过程。
通过电力线通信，将信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至信号发射端。
在实际应用中，对于多类型设备通信，为了最小化各种期望信号之间的相互干扰，利用不同的频率和OAM模式（轨道角动量模式）进行信号传输。在进行传输之前，首先通过PLC（电力线通信）对信号发射端进行第一次交互性反馈，其中PLC反馈过程是通过PLC将信号接收端未被占用的频谱模式集合
Figure 549873DEST_PATH_IMAGE037
反馈到信号发射端，反馈信号通过PLC信道实现端到端的交互性通信。
其中，对于PLC信道而言，当频率固定时，信号经过固定PLC信道时，会有相对固定的信号衰落，因此对于不同的载波信号是有不一样的PLC信道衰减。然而，对于同一频率的无线信号的信道模型
Figure 918538DEST_PATH_IMAGE002
可表示成与频率相关的多条PLC路径增益之和。
在本步骤中，同一频率的无线信号的信道模型
Figure 750227DEST_PATH_IMAGE002
表示为：
Figure 645371DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 474787DEST_PATH_IMAGE002
表示同一频率的无线信号的信道模型，
Figure 455381DEST_PATH_IMAGE003
表示从0到
Figure 28445DEST_PATH_IMAGE004
的
Figure 512516DEST_PATH_IMAGE005
项求和，
Figure 778412DEST_PATH_IMAGE006
表示无线信号传输的载波频率，
Figure 652827DEST_PATH_IMAGE005
表示电力线通信的线路数，
Figure 419795DEST_PATH_IMAGE007
表示每个信道的权重因子，
Figure 899318DEST_PATH_IMAGE008
表示每个电力线路径的衰减部分，
Figure 195170DEST_PATH_IMAGE009
表示从不同路径传输的无线信号延时，
Figure 760144DEST_PATH_IMAGE010
表示不同通信链路之间的距离，
Figure 737327DEST_PATH_IMAGE011
表示在电力线介质中无线信号的传输速度，
Figure 195990DEST_PATH_IMAGE012
均表示每根电力线与频率之间的关联常数，
Figure 803689DEST_PATH_IMAGE013
表示传输路径的选择参数。
S102，攻击信号的检测过程。
在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；
当感测到当前子信道的当前许可频率下存在攻击信号，则无线信号跳转至除所述当前许可频率之外的其它任一当前许可频率以进行传输；
当感测到当前子信道的当前许可频率下不存在攻击信号，则无线信号选择轨道角动量模式以进行传输。
具体的，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号的方法包括：
S1021，判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集。
为了避免攻击信号的干扰，无线信号
Figure 980592DEST_PATH_IMAGE038
在传输之前先感测许可频谱
Figure 433570DEST_PATH_IMAGE037
中固定频率
Figure 12319DEST_PATH_IMAGE039
（当前许可频率）下是否存在攻击信号。在本步骤中，是通过判断当前许可频率是否为空集来确定是否存在攻击信号。
S1022，当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号。
若当前许可频率为空集，也即没有感测到攻击信号，则无线信号
Figure 587657DEST_PATH_IMAGE038
通过轨道角动量模式进行传输。
S1023，当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
若当前许可频率不是空集，说明存在攻击信号，则无线信号
Figure 127223DEST_PATH_IMAGE038
需跳转至许可频谱F中的其它任一当前许可频率
Figure 774105DEST_PATH_IMAGE040
进行检测。
由于攻击信号一般具有较高的信号功率，当存在攻击信号时，能量检测值
Figure 82726DEST_PATH_IMAGE023
与不存在攻击信号的差值是较大的，因此可以通过能量检测方法对许可频谱进行攻击信号检测。
在本实施例中，具体是通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号。
在无线半双工传输模式下，感测期间信号接收端对应的接收信号表示为：
Figure 891282DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 652565DEST_PATH_IMAGE015
表示信号接收端对应的接收信号，
Figure 775242DEST_PATH_IMAGE016
表示时间索引，
Figure 63004DEST_PATH_IMAGE017
表示均值为0且方差为
Figure 183406DEST_PATH_IMAGE018
的加性白高斯噪声，
Figure 556619DEST_PATH_IMAGE019
表示服从0均值的高斯分布的干扰信号，
Figure 420670DEST_PATH_IMAGE020
表示状态为
Figure 562938DEST_PATH_IMAGE021
的二进制指示符变量。
在信号接收端的能量检测值表示为：
Figure 916559DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 652434DEST_PATH_IMAGE023
表示信号接收端的能量检测值，当
Figure 179230DEST_PATH_IMAGE024
时表示信号接收端没有检测到攻击信号，当
Figure 51371DEST_PATH_IMAGE025
时表示攻击信号占用了当前子信道的许可频谱。
S103，轨道角动量模式与其它许可频率的传输确认过程。
在本步骤中，具体包括如下分步骤：
S1031，判断所选择的所述轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
S1032，当判断到所述轨道角动量模式下不存在攻击信号，且所述其它任一当前许可频率下不存在攻击信号时，则对许可频率模式状态进行确认与更新。
攻击信号频谱检测过程后，若许可频谱
Figure 903790DEST_PATH_IMAGE037
为空集，则无线信号
Figure 923698DEST_PATH_IMAGE038
通过轨道角动量模式进行传输。因为攻击信号可以通过许可频谱带
Figure 129552DEST_PATH_IMAGE037
，也能通过轨道角动量模式，因此无线信号
Figure 246412DEST_PATH_IMAGE038
的传输需要进一步确保攻击信号是否使用轨道角动量模式（OAM模式）。在本实施例中，OAM模式为l（l≤|N/2|）的无线信号可以表示为调制信号与相位角
Figure 879519DEST_PATH_IMAGE041
之间的乘积，其中
Figure 449040DEST_PATH_IMAGE042
方位角。
当无线信号选择轨道角动量模式进行传输时，轨道角动量模式下信号接收端的接收信号表示为：
Figure 458585DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 695531DEST_PATH_IMAGE027
表示轨道角动量模式下信号接收端的接收信号，
Figure 296277DEST_PATH_IMAGE028
表示在轨道角动量模式下经快速傅里叶变换算法后在信号接收端接收到的加性白高斯噪声，
Figure 494040DEST_PATH_IMAGE029
表示在轨道角动量模式下经快速傅里叶变换算法后在信号接收端接收到的干扰信号，
Figure 166330DEST_PATH_IMAGE030
表示在轨道角动量模式下从攻击者到信号接收端的信号增益。
在轨道角动量模式下的信号接收端的能量检测统计数据表示为：
Figure 133149DEST_PATH_IMAGE031
其中，
Figure 967112DEST_PATH_IMAGE032
表示在轨道角动量模式下的信号接收端的能量检测统计数据，
Figure 652172DEST_PATH_IMAGE033
表示在整个感测周期内的样本数量，
Figure 128152DEST_PATH_IMAGE034
表示样本的序列号，
Figure 746216DEST_PATH_IMAGE035
表示没有攻击信号的状态，
Figure 157605DEST_PATH_IMAGE036
表示有攻击信号的状态。
此外，加性白高斯噪声
Figure 189015DEST_PATH_IMAGE028
以及干扰信号
Figure 812895DEST_PATH_IMAGE029
服从圆对称复高斯分布。当N相对较大时，根据中心极限定理，
Figure 878940DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 195651DEST_PATH_IMAGE036
状态下
Figure 386461DEST_PATH_IMAGE032
的概率密度函数服从高斯分布。通过在信号接收端的能量检测确定不存在攻击信号的频率模式并对PLC反馈回来的许可频谱F进行状态更新，然后将无线信号
Figure 204245DEST_PATH_IMAGE038
通过确定的频率模式进行传输。
S104，无线信号的安全传输。
在信号接收端通过无线通信对所述无线信号进行接收处理，并通过适配器将所述许可频率模式状态的信息分离出电力线电流以进行电力线传输，以实现占用频谱的更新与信号的安全传输。
本发明提出的一种智能电网信号安全传输方法，先通过电力线通信对未被占用的频谱集合从信号接收端反馈至信号发射端，以提高频谱模式跳转的成功率，然后通过能量检测方法对攻击信号进行检测，再确认频谱模式并进行无线信号的传输，使得无线信号不受攻击信号的干扰，最后对无线信号的接收进行处理，以获得最终的传输信号。
本发明提出的智能电网信号安全传输方法，具有如下优点：（1）、通过电力线通信PLC与无线通信WC的协作通信方式，减小攻击信号检测的复杂度，并减小多信号在频谱和轨道角动量模式OAM中的信号间的干扰概率；（2）、电力线通信模式在充分利用电源线的前提下，通过无线通信WC和轨道角动量模式OAM，不仅可打破电力线通信PLC的信道容量限制，还可进一步提高无线信号传输的有效性；（3）、本发明中以减小通信过程中攻击信号的干扰效果为目的，从而提高智能电网中信号传输的安全性和稳定性。
请参阅图3，本发明还提出一种智能电网信号安全传输系统，基于电力线通信与无线通信之间的协作，在信号发射端与信号接收端之间实现安全传输，其中，所述系统包括：
电力线通信反馈模块，具体用于：
通过所述电力线通信，将所述信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至所述信号发射端；
攻击信号检测模块，具体用于：
在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；
当感测到当前子信道的当前许可频率下存在攻击信号，则无线信号跳转至除所述当前许可频率之外的其它任一当前许可频率以进行传输；
当感测到当前子信道的当前许可频率下不存在攻击信号，则无线信号选择轨道角动量模式以进行传输；
模式传输确认模块，具体用于：
判断所选择的所述轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号；
当判断到所述轨道角动量模式下不存在攻击信号，且所述其它任一当前许可频率下不存在攻击信号时，则对许可频率模式状态进行确认与更新；
无线信号安全传输模块，具体用于；
在信号接收端通过无线通信对所述无线信号进行接收处理，并通过适配器将所述许可频率模式状态的信息分离出电力线电流以进行电力线传输，以实现占用频谱的更新与信号的安全传输。
所述攻击信号检测模块还用于：
判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集；
以及：
当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号；
当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的一种智能电网信号安全传输方法。
应当理解的，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种智能电网信号安全传输方法，基于电力线通信与无线通信之间的协作，在信号发射端与信号接收端之间实现安全传输，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，电力线通信的反馈过程；
通过所述电力线通信，将所述信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至所述信号发射端；
步骤二，攻击信号的检测过程；
在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；
当感测到当前子信道的当前许可频率下存在攻击信号，则无线信号跳转至除所述当前许可频率之外的其它任一当前许可频率以进行传输；
当感测到当前子信道的当前许可频率下不存在攻击信号，则无线信号选择轨道角动量模式以进行传输；
步骤三，轨道角动量模式与其它许可频率的传输确认过程；
判断所选择的所述轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号；
当判断到所述轨道角动量模式下不存在攻击信号，且所述其它任一当前许可频率下不存在攻击信号时，则对许可频率模式状态进行确认与更新；
步骤四，无线信号的安全传输；
在信号接收端通过无线通信对所述无线信号进行接收处理，并通过适配器将所述许可频率模式状态的信息分离出电力线电流以进行电力线传输，以实现占用频谱的更新与信号的安全传输；
其中，所述通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号的方法包括：
判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集；
当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号；
当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能电网信号安全传输方法，其特征在于，在所述步骤一中，同一频率的无线信号的信道模型表示为：
Figure 53840DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 364736DEST_PATH_IMAGE002
表示同一频率的无线信号的信道模型，
Figure 291104DEST_PATH_IMAGE003
表示从0到
Figure 902214DEST_PATH_IMAGE004
的
Figure 27075DEST_PATH_IMAGE005
项求和，
Figure 559687DEST_PATH_IMAGE006
表示无线信号传输的载波频率，
Figure 289746DEST_PATH_IMAGE005
表示电力线通信的线路数，
Figure 755362DEST_PATH_IMAGE007
表示每个信道的权重因子，
Figure 30617DEST_PATH_IMAGE008
表示每个电力线路径的衰减部分，
Figure 316105DEST_PATH_IMAGE009
表示从不同路径传输的无线信号延时，
Figure 584275DEST_PATH_IMAGE010
表示不同通信链路之间的距离，
Figure 638819DEST_PATH_IMAGE011
表示在电力线介质中无线信号的传输速度，
Figure 350554DEST_PATH_IMAGE012
均表示每根电力线与频率之间的关联常数，
Figure 326600DEST_PATH_IMAGE013
表示传输路径的选择参数。
3.根据权利要求1所述的一种智能电网信号安全传输方法，其特征在于，在所述步骤二中，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号的方法中；
信号接收端对应的接收信号表示为：
Figure 132882DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 307512DEST_PATH_IMAGE015
表示信号接收端对应的接收信号，
Figure 173836DEST_PATH_IMAGE016
表示时间索引，
Figure 184649DEST_PATH_IMAGE017
表示均值为0且方差为
Figure 794622DEST_PATH_IMAGE018
的加性白高斯噪声，
Figure 89337DEST_PATH_IMAGE019
表示服从0均值的高斯分布的干扰信号，
Figure 392142DEST_PATH_IMAGE020
表示状态为
Figure 621742DEST_PATH_IMAGE021
的二进制指示符变量。
4.根据权利要求3所述的一种智能电网信号安全传输方法，其特征在于，在信号接收端的能量检测值表示为：
Figure 35406DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 919048DEST_PATH_IMAGE023
表示信号接收端的能量检测值，当
Figure 392755DEST_PATH_IMAGE024
时表示信号接收端没有检测到攻击信号，当
Figure 112580DEST_PATH_IMAGE025
时表示攻击信号占用了当前子信道的许可频谱。
5.根据权利要求3所述的一种智能电网信号安全传输方法，其特征在于，当无线信号选择轨道角动量模式进行传输时，轨道角动量模式下信号接收端的接收信号表示为：
Figure 64356DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 68084DEST_PATH_IMAGE027
表示轨道角动量模式下信号接收端的接收信号，
Figure 712692DEST_PATH_IMAGE028
表示在轨道角动量模式下经快速傅里叶变换算法后在信号接收端接收到的加性白高斯噪声，
Figure 372343DEST_PATH_IMAGE029
表示在轨道角动量模式下经快速傅里叶变换算法后在信号接收端接收到的干扰信号，
Figure 878542DEST_PATH_IMAGE030
表示在轨道角动量模式下从攻击者到信号接收端的信号增益。
6.根据权利要求5所述的一种智能电网信号安全传输方法，其特征在于，在轨道角动量模式下的信号接收端的能量检测统计数据表示为：
Figure 471197DEST_PATH_IMAGE031
其中，
Figure 286707DEST_PATH_IMAGE032
表示在轨道角动量模式下的信号接收端的能量检测统计数据，
Figure 230392DEST_PATH_IMAGE033
表示在整个感测周期内的样本数量，
Figure 540282DEST_PATH_IMAGE034
表示样本的序列号，
Figure 253023DEST_PATH_IMAGE035
表示没有攻击信号的状态，
Figure 973854DEST_PATH_IMAGE036
表示有攻击信号的状态。
7.一种智能电网信号安全传输系统，基于电力线通信与无线通信之间的协作，在信号发射端与信号接收端之间实现安全传输，其特征在于，所述系统包括：
电力线通信反馈模块，具体用于：
通过所述电力线通信，将所述信号接收端未被占用的频谱模式集合反馈至所述信号发射端；
攻击信号检测模块，具体用于：
在无线信号传输之前，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号；
当感测到当前子信道的当前许可频率下存在攻击信号，则无线信号跳转至除所述当前许可频率之外的其它任一当前许可频率以进行传输；
当感测到当前子信道的当前许可频率下不存在攻击信号，则无线信号选择轨道角动量模式以进行传输；
模式传输确认模块，具体用于：
判断所选择的所述轨道角动量模式下是否存在攻击信号，以及判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号；
当判断到所述轨道角动量模式下不存在攻击信号，且所述其它任一当前许可频率下不存在攻击信号时，则对许可频率模式状态进行确认与更新；
无线信号安全传输模块，具体用于；
在信号接收端通过无线通信对所述无线信号进行接收处理，并通过适配器将所述许可频率模式状态的信息分离出电力线电流以进行电力线传输，以实现占用频谱的更新与信号的安全传输；
其中，通过能量检测方法感测当前子信道中的当前许可频率下是否存在攻击信号的方法包括如下步骤：
判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集；
当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号；
当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
8.根据权利要求7所述的一种智能电网信号安全传输系统，其特征在于，所述攻击信号检测模块还用于：
判断所述当前子信道中的所述当前许可频率是否为空集；
以及：
当判断到所述当前许可频率为空集，则进行许可模式的选择，并判断所选择的轨道角动量模式下是否存在攻击信号；
当判断到所述当前许可频率不是空集，则进行许可频率的选择，并判断所述其它任一当前许可频率下是否存在攻击信号。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述权利要求1至6任意一项所述的一种智能电网信号安全传输方法。
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