CN114173345B - 提升电力系统安全通讯效率的调度装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提升电力系统安全通讯效率的调度装置，包括：位置管理模块、配置模块、调度模块，各模块相互配合进行通讯调度的具体步骤为：步骤1：位置管理模块测量并获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息Pos_i；步骤2：调度模块根据当前TTI所调度终端Terminal_j及其波束半径R_j内是否存在其他终端，把Terminal_j划分为独立终端集D及耦合终端集A；步骤3：调度模块调度独立集终端D中的终端采用策略T1进行空口安全传输，调度耦合集终端A中的终端采用策略T2进行空口安全传输。本发明基于对服务于目标终端的波束覆盖范围内是否存在窃听者的认知判断，进而实时自适应的调整物理层安全传输策略，从而有效降低系统开销，达到提升系统服务性能的目的。

Description

提升电力系统安全通讯效率的调度装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及提升电力系统安全通信效率的调度装置。

背景技术

无线通信系统因其广播特性及开放性，在信息传输过程中更容易被第三方截取及窃听，进行引起通信安全问题。

传统的安全手段多是依靠认证和密码技术，在无线通信系统上层来实施,而与物理层相对独立。近年来，从物理层的角度提升无线通信的安全性逐渐成为一个研究热点，无线通信物理层安全技术，作为传统安全体制的重要补充，能够对无线传输过程中的信息形成有力保护，有效阻止窃听者通过非法接收获取信息。

现有物理层安全技术主要是从信号是否可达、信号到达后是否可解码的角度切入来保证物理层传输安全，相应的，给收发端处理带来额外运算开销，然而，现有技术并未能基于无线电认知技术对物理层安全方案做自适应优化选择，而物理层安全方案所引进的高负荷运算导致系统性能下降，最终影响系统整体服务能力，因此，提出一种提升电力系统安全通信效率的调度方法，通过自适应的优化物理层安全策略，进而降低系统开销，达到提升系统服务性能的目的，则是现有技术有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供提升电力系统安全通信效率的调度装置。

本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：

本发明提供了提升电力系统安全通讯效率的调度装置，包括：位置管理模块、配置模块、调度模块，各模块的功能如下：位置管理模块：负责对驻留于本基站的终端进行定位，并将终端的位置信息上报给调度模块；配置模块：负责配置本基站服务于各终端的波束水平角、垂直角的角度信息，并所述角度信息提供给调度模块；调度模块：负责对当前TTI的终端进行调度，根据服务于所述终端的波束覆盖范围内是否存在其他终端，对当前TTI的终端采用不同的空口传输策略；所述调度装置进行通讯调度的具体步骤为：

步骤1：位置管理模块测量并获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息Pos_i；

步骤2：调度模块根据当前TTI所调度终端Terminal_j及其波束半径R_j内是否存在其他终端，把Terminal_j划分为独立终端集D及耦合终端集A；

步骤3：调度模块调度独立集终端D中的终端采用策略T1进行空口安全传输，调度耦合集终端A中的终端采用策略T2进行空口安全传输。

优选地，所述调度装置还包括第三方位置信息录入模块，所述第三方位置信息录入模块接收第三方定位系统所上报的关于分布在本基站覆盖范围内的潜在窃听者的位置信息，并把所述位置信息上报给所述位置管理模块，所述位置管理模块将所述潜在窃听者的位置信息上传至所述调度模块。

优选地，所述步骤1中，所述位置管理模块获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息的方法为：

步骤1.1、位置管理模块对各终端进行测量以获取测量信息，所述测量信息的具体参数由定位算法决定；

步骤1.2、位置管理模块基于预设的定位算法，根据各终端的测量信息进行计算得到各终端的位置信息。

优选地，所述定位算法为AOA+TA定位算法、指纹定位算法、TDOA定位算法中的任意一种。

优选地，所述步骤2中，所述确定终端Terminal_j对应波束半径R_j的方法为：

步骤2.1A、根据基站及Terminal_j的位置信息，计算终端Terminal_j与基站的距离Distance_j；

步骤2.2A、从波束水平角Q_horizon，垂直角Q_vertical中选出最大的角度，定义为Q_max；

步骤2.3A、计算Distance_j*tan(Q_max/2)得到R_j。

优选地，所述基站的位置信息通过预设获取，所述波束水平角、垂直角由配置模块配置得到。

优选地，所述步骤2中，所述把Terminal_j划分为独立终端集D及耦合终端集A的方法为：如果以Terminal_j为中心，半径R_j内存在其他终端，则把Terminal_j划分到耦合终端集A，若半径R_j内不存在其他终端，则把Terminal_j划分到独立终端集D中。

优选地，所述步骤2中，若以Terminal_j为中心，半径R_j内存在其他终端或潜在窃听者，则把Terminal_j划分到耦合终端集A，若半径R_j内不存在其他终端或潜在窃听者，则把Terminal_j划分到独立终端集D中。

优选地，所述步骤3中，所述策略T1不采用空口加密方案，所述策略T2采用空口加密方案。

优选地，所述空口加密方案采用编码比特序列加扰、空口信号导频变异、空口信号垂直干扰叠加中的任意一种或几种的组合。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：

本发明基于对服务于目标终端的波束覆盖范围内是否存在窃听者的认知判断，进而实时自适应的调整物理层安全传输策略，从而有效降低系统开销，达到提升系统服务性能的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的方法流程示意图，

图2是本发明一种实施例的系统结构示意图，

图3是本发明一种实施例的实施示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。

如图1和图2所示，本发明提供了提升电力系统安全通讯效率的调度装置，包括：第三方位置信息录入模块、位置管理模块、配置模块、调度模块，各模块的功能如下：

第三方位置信息录入模块：该模块负责录入第三方定位系统所上报的关于分布在本基站覆盖范围内的潜在窃听者的位置信息，并把该信息上报给位置管理模块；

位置管理模块：该模块负责对驻留于本基站的终端进行定位，并整合第三方位置信息录入模块所上报的位置信息后，把所有终端和潜在窃听者的位置信息上报给调度模块；

配置模块：该模块负责配置本基站的终端波束水平角、垂直角的角度信息，并把该信息提供给调度模块；

调度模块：该模块负责对当前TTI的终端进行调度，而后根据当前TTI所调度终端，服务于所述终端的波束覆盖范围内是否存在其他终端或潜在窃听者，把所调度终端进行独立终端集D及耦合终端集A的划分，并调度独立集终端D中的终端采用策略T1进行空口安全传输，调度耦合集终端A中的终端采用策略T2进行空口安全传输。

所述调度装置进行通讯调度的具体步骤为：

步骤1：位置管理模块测量并获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息Pos_i；

步骤2：调度模块根据当前TTI所调度终端Terminal_j及其波束半径R_j内是否存在其他终端，把Terminal_j划分为独立终端集D及耦合终端集A；

步骤3：调度模块调度独立集终端D中的终端采用策略T1进行空口安全传输，调度耦合集终端A中的终端采用策略T2进行空口安全传输。

Terminal_i中i的取值为1,2,3...I，I为基站覆盖区域内的终端数量，Terminal_j中j的取值为1,2,3...J，J为当前TTI所调度的终端数量，显然Terminal_j为Terminal_i的子集。

本发明还提供一种提升电力系统安全通讯效率的调度方法，所述方法的具体步骤和步骤1至步骤3一致。

所述调度装置部署并运行于于基站上，Terminal_j显然为Terminal_i的子集。

所述步骤1中，所述位置管理模块获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息的方法为：

步骤1.1、位置管理模块对各终端进行测量以获取测量信息，所述测量信息的具体参数由定位算法决定；

步骤1.2、位置管理模块基于预设的定位算法，根据各终端的测量信息进行计算得到各终端的位置信息。

所述定位算法为AOA+TA定位算法、指纹定位算法、TDOA定位算法中的任意一种。

所述指纹定位法涉及的测量量为接收功率，TDOA(到达时间差)，涉及的测量量为定时提前量，AOA+TA(到达角+定时提前量)涉及的测量量为到达角及定时提前量。

指纹定位(finger-printing localization)算法，是基于室内环境复杂，信号反射折射所形成的在不同位置形成的不同的信号强度信息而提出的一套算法。指纹算法能很好的利用了反射折射所形成的信号信息，离线首先生成指纹信号强度数据库，在线定位中再通过实际测量的一组RSSI值(Received Signal Strength Indication，接收信号强度)来计算位置距离。

TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。但是绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的绝对时间差，就能作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。

AOA定位方法，主要是测量信号移动台和基站之间的到达角度，以基站为起点形成的射线必经过移动台，两条射线的交点即为移动台的位置。该方法只需两个基站就可以确定MS的估计位置；TA+AoA的定位方法通常只用于基于网络的定位，主要原因是AoA只能由基站测量得到，即所有与该定位方法相关的测量量都是基站提供的。这些测量量均可以由基站提供给定位服务器，所以支持基于网络的定位就可以达到定位的目的了。因此也带来了该方法的一个优势，即对不支持定位业务的终端，也可以通过该方法对其进行定位。

所述步骤2中，所述确定终端Terminal_j对应波束半径R_j的方法为：

步骤2.1A、根据基站及Terminal_j的位置信息，计算终端Terminal_j与基站的距离Distance_j；

步骤2.2A、从波束水平角Q_horizon，垂直角Q_vertical中选出最大的角度，定义为Q_max；

步骤2.3A、计算Distance_j*tan(Q_max/2)得到R_j。

所述基站的位置信息通过预设获取，所述波束水平角、垂直角由配置模块配置得到所述基站对服务于终端的电磁波进行波束赋形，得到波束水平角、垂直角。波束赋形(Beamforming)又叫波束成型、空域滤波，是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。波束赋形技术通过调整相位阵列的基本单元的参数，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉。波束赋形既可以用于信号发射端，又可以用于信号接收端。所述波束赋形的操作可由所述配置模块进行，也可由基站上的其他装置或系统进行而后再将波束赋形后的波束信息传输至所述配置模块。

所述步骤2中，若以Terminal_j为中心，半径R_j内存在其他终端或潜在窃听者，则把Terminal_j划分到耦合终端集A，若半径R_j内不存在其他终端或潜在窃听者，则把Terminal_j划分到独立终端集D中。在以Terminal_j为中心，半径为R_j的球形空间内存在其他终端，或者潜在窃听者，或者既有有其他终端又有潜在窃听者，则将Terminal_j划分到耦合终端集A，反之，则把Terminal_j划分到独立终端集D中。

所述步骤3中，所述策略T1不采用空口加密方案，所述策略T2采用空口加密方案。

所述空口加密方案采用编码比特序列加扰、空口信号导频变异、空口信号垂直干扰叠加中的任意一种或几种的组合。

加扰是数字信号的加工处理方法，就是用扰码与原始信号相乘，从而得到新的信号。与原始信号相比，新的信号在时间上、频率上被打散。编码比特系列加扰：就是用一个随机序列去对数据进行加扰，别人不知道这个随机序列是什么，就无法解析出正确的数据。

空口信号导频变异：就是空口信号按照预设的规律进行变异(比如跳频)，别人不知道你的规律，就无法解析出正确的数据。

空口信号垂直干扰叠加：就是增加一个干扰信号，这个信号对目标用户是可以滤除的，但是其他用户是无法滤除的。

实施例：如图3所示，本实时例中，包括一个基站即BS_1；驻留于基站BS_1下的四个终端：Terminal_1、Terminal_2、Terminal_3、Terminal_4；驻留于该基站下的一个“潜在窃听者”。在某TTI时刻点，调度模块从驻留于BS_1的四个终端中，调度出两个终端，分别为Terminal_1、Terminal_2，因此，调度模块需要为Terminal_1、Terminal_2选择空口安全传输策略，以提升通信安全性的效率，具体操作如下：

首先，第三方位置信息录入模块录得由第三方定位系统所上报的位于基站BS_1下存在的一个“潜在窃听者”，并把该信息上报给位置管理模块；

接着，位置管理模块对驻留于基站BS_1下的四个终端进行位置计算，并把这四个终端及“潜在窃听者”的位置信息上报给调度模块；

接着，配置模块把基站BS_1的位置信息，基站BS_1波束赋形的水平角、垂直角信息上报给调度模块，本实施例中，水平角Q_horizon为60度，垂直角Q_vertical为50度，因此，Q_max取值为60度；

接着，调度模块判定基站BS_1服务于所调度Terminal_1、Terminal_2的波束的覆盖范围：以Terminal_2为例，通过前述所得到基站BS_1、Terminal_2的位置信息，可以计算两者的距离，本实施例中，该距离假定为30米，则根据公式

Distance_j*tan(Q_max/2)计算得到半径值约等于17.3米，因此，服务于Terminal_2的波束，其覆盖范围为以Terminal_2为中心，半径为17.3米的区域，采用类同的方法可以得到服务于Terminal_1的波束覆盖范围；接着，根据前述得到各终端及“潜在窃听者”的位置信息，结合波束覆盖半径，从图3可以看出，Terminal_1由于波束覆盖半径内没有其他终端或者“潜在窃听者”，因此Terminal_1属于独立终端集D，Terminal_2由于波束覆盖半径内存在“潜在窃听者”，因此Terminal_2属于耦合终端集A，因此，调度模块调度基站BS_1与Terminal_2间采用空口安全传输加密技术进行传输，相应的，BS_1、Terminal_2将由于需要执行空口安全传输相关算法而引进相应的运算负荷，相反，由于服务于Terminal_1的波束覆盖范围内不存在其他终端和或“潜在窃听者”，因此，调度模块调度基站与Terminal_1通信无需采用空口安全加密技术，从而为基站BS_1、Terminal_1免去执行空口安全传输相关算法而引进的运算负荷，最终本发明实时自适应的为各终端调度空口安全传输机制，提升电力系统安全通信效率。

从上述的实施例可以看到，采用本发明的做法，基于对服务于目标终端的波束覆盖范围内是否存在窃听者的认知判断，进而实时自适应的调整物理层安全传输策略，从而有效降低系统开销，达到提升系统服务性能的目的。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于，包括：位置管理模块、配置模块、调度模块，各模块的功能如下：

位置管理模块：负责对驻留于本基站的终端进行定位，并将终端的位置信息上报给调度模块；

配置模块：负责配置本基站服务于各终端的波束水平角、垂直角的角度信息，并所述角度信息提供给调度模块；

调度模块：负责对当前TTI的终端进行调度，根据服务于所述终端的波束覆盖范围内是否存在其他终端，对当前TTI的终端采用不同的空口传输策略；

所述调度装置进行通讯调度的具体步骤为：

步骤1：位置管理模块测量并获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息Pos_i；

步骤2：调度模块根据当前TTI所调度终端Terminal_j及其波束半径R_j内是否存在其他终端，把Terminal_j划分为独立终端集D及耦合终端集A；

步骤3：调度模块调度独立集终端D中的终端采用策略T1进行空口安全传输，调度耦合集终端A中的终端采用策略T2进行空口安全传输。

2.根据权利要求1所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述调度装置还包括第三方位置信息录入模块，所述第三方位置信息录入模块接收第三方定位系统所上报的关于分布在本基站覆盖范围内的潜在窃听者的位置信息，并把所述位置信息上报给所述位置管理模块，所述位置管理模块将所述潜在窃听者的位置信息上传至所述调度模块。

3.根据权利要求1所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述步骤1中，所述位置管理模块获取基站覆盖区域内各终端Terminal_i的位置信息的方法为：

步骤1.1、位置管理模块对各终端进行测量以获取测量信息，所述测量信息的具体参数由定位算法决定；

步骤1.2、位置管理模块基于预设的定位算法，根据各终端的测量信息进行计算得到各终端的位置信息。

4.根据权利要求3所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述定位算法为AOA+TA定位算法、指纹定位算法、TDOA定位算法中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述步骤2中，确定终端Terminal_j对应波束半径R_j的方法为：

步骤2.1A、根据基站及Terminal_j的位置信息，计算终端Terminal_j与基站的距离Distance_j；

步骤2.2A、从波束水平角Q_horizon，垂直角Q_vertical中选出最大的角度，定义为Q_max；

步骤2.3A、计算Distance_j*tan(Q_max/2)得到R_j。

6.根据权利要求5所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述基站的位置信息通过预设获取，所述波束水平角、垂直角由配置模块配置得到。

7.根据权利要求5所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述步骤2中，所述把Terminal_j划分为独立终端集D及耦合终端集A的方法为：如果以Terminal_j为中心，半径R_j内存在其他终端，则把Terminal_j划分到耦合终端集A，若半径R_j内不存在其他终端，则把Terminal_j划分到独立终端集D中。

8.根据权利要求2或7任一权利要求所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述步骤2中，若以Terminal_j为中心，半径R_j内存在其他终端或潜在窃听者，则把Terminal_j划分到耦合终端集A，若半径R_j内不存在其他终端或潜在窃听者，则把Terminal_j划分到独立终端集D中。

9.根据权利要求1所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述步骤3中，所述策略T1不采用空口加密方案，所述策略T2采用空口加密方案。

10.根据权利要求9所述的提升电力系统安全通讯效率的调度装置，其特征在于：

所述空口加密方案采用编码比特序列加扰、空口信号导频变异、空口信号垂直干扰叠加中的任意一种或几种的组合。

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