面向智能電網的無線惡意行為預測與應對方法及數據安全采集系統技術方案

本發明專利技術涉及面向智能電網的無線惡意行為預測與應對方法及數據安全采集系統，其特征在于：1)將智能電網中的用戶智能儀表之間的數據傳輸鏈路設置為無線單跳或無線多跳數據傳輸路由，構成單向網絡圖；2)根據所述惡意節點的無線惡意行為，建立代價函數；3)建立每個惡意節點的效用函數，以表達基于每個惡意節點的惡意行為對全網絡用戶儀表數據傳輸的影響；4)根據無線網絡中用戶與惡意節點間的交互行為，建立一個多參與者博弈模型；5)建立的多參與者博弈模型，計算得出納什均衡解，獲取惡意節點采取每種惡意行為的概率，從而獲得用戶間的選路路由策略的依據。本發明專利技術解決現有技術中無線網應用于中低壓配電網時容易被惡意侵入的問題，具有關鍵信息的可靠、安全、完整、保密傳輸的有益效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電網數據傳輸的保護方法，尤其是涉及一種面向智能電網的無線 惡意行為預測與應對方法及數據安全采集系統，屬于無線通信

技術介紹
目前，智能電網旨在依托高速、寬帶、可靠的電力通信網絡，在共享信息模式的基 礎上，通過各類電網信息的實時、高速、雙向傳遞，實現能源的高效，穩定，可靠的傳輸與交 換。 隨著配網自動化、計量自動化（用電信息采集）等電網業務的開展，現有電力主網 采用的光纖通信技術、載波技術已經不適宜在中低壓配電網中應用（應用存在諸多困難）。 由于中低壓配電網具有終端數量大、分布廣、變動較頻繁、單點業務速率低、安全性和可靠 性要求高的特點，如果使用光纖通信技術、載波技術等有線通信技術，則會存在建設成本昂 貴、工期長的問題。由于無線網絡具有非視距傳輸能力強、抵抗自然災害能力強、傳輸距離 遠、帶寬大、不受限于地面線路結構，建設維護成本低的優點，有利于在中低壓配電網中使 用。 但是，在無線網絡應用于中低壓配電網中存在無線惡意攻擊的威脅。例如：一是在 惡意節點通過無線竊聽監聽用戶的用電信息，進而給電網和用戶安全帶來潛在威脅。二是 在惡意節點通過無線干擾行為，降低用戶電網儀表數據信息無線傳輸的可靠性，給電網運 行和用戶帶來損失。三是通過壞數據注入，偽裝合法用戶篡改信息等。 因此，需要設計一種面向電網的數據保護方法，能夠應用于中低壓配電網，以保證 電網信息交換靈敏，信息傳輸可靠、安全、完整。
技術實現思路
： 本專利技術的目的之一，是為了解決現有技術中無線網應用于中低壓配電網時容易被 惡意侵入，導致用戶信息不安全、容易受干擾的問題，提供一種面向智能電網的無線惡意行 為預測與應對方法。 本專利技術的目的之二，是為了提供一種面向智能電網的無線惡意行為預測與應對的 數據安全采集系統。 本專利技術的目的之一可以通過采取如下技術方案達到： 面向智能電網的無線惡意行為預測與應對方法，其特征在于： 1)將智能電網中的用戶智能儀表之間的數據傳輸鏈路設置為無線單跳或無線多 跳數據傳輸路由，構成單向網絡圖，將用戶策略設為所述單向網絡圖的有向邊，形成無線樹 形網絡結構； 2)在第1)點所述的無線樹形網絡結構中設置若干個惡意節點，根據所述惡意節 點的無線惡意行為，建立代價函數，以表達所述無線惡意行為對每個用戶儀表信息傳輸的 可靠性與安全性方面的負面影響； 3)建立每個惡意節點的效用函數，以表達基于每個惡意節點的惡意行為對全網絡 用戶儀表數據傳輸的影響； 4)根據無線網絡中用戶與惡意節點間的交互行為，建立一個多參與者博弈模型； 5)根據第4)點建立的多參與者博弈模型，計算得出納什均衡解，獲取惡意節點采 取每種惡意行為的概率，從而獲得用戶間的選路路由策略的依據。 本專利技術的目的之一還可以通過采取如下技術方案達到： 進一步地，第1)點所述的用戶儀表數據傳輸路由，為用戶儀表數據的上行多跳采 集過程；智能電網的數據集中單元是單向圖標網絡上唯一的出度為0的節點。 進一步地，第2)點所述的每個惡意節點的無線惡意行為，是指惡意節點在博弈模 型中采取的策略為竊聽、干擾、壞數據注入或偽裝合法用戶篡改信息。 進一步地，第4)點所述的多參與者博弈模型，包括兩個部分：一為用戶節點與用 戶節點之間在選路路由過程中的交互行為組成一個網絡形成的博弈模型；二為用戶與惡意 節點之間的交互組成了一個非零非合作博弈模型。 進一步地，第5)點所述的納什均衡解是指混合策略納什均衡解，即每個參與者采 取的每種策略以概率的形式給出；或者是純策略納什均衡解，即參與者采取某一種策略的 概率為1，其余策略均為0。進一步地，第2)點所述代價函數的表達式為： 式中各參數的含義為：用戶i的真實的電力需求為一個隨機變量Zi，取值區間為 其概率密度函數為f (Zi)，滿足期望為Di，方差為1的正態分布；1?_是用戶的 電表數據安全可靠傳輸概率，Au和A ^分別是單元委托階段和經濟調度階段的單位電量價 格。 進一步地，第3)點所述效用函數的表達式為： 式中各參數的含義為：am是惡意節點m所采取的行動策略，例如，竊聽E或者干擾 J，與竊聽是一種被動工作模式幾乎不需要額外的代價不同，干擾需要付出一定的干擾功率 Pi，因此會給惡意節點帶來額外的成本代價其中0m是單位功率的成本。 第4)所述點所述多參與者博弈模型，用前述的代價函數的表達式和效用函數的 表達式構成。 本專利技術的目的之二可以通過采取如下技術方案達到：面向智能電網的無線惡意行為預測與應對的數據安全采集系統，其結構特點在 于：包括電力運行調度控制單元、數據集中器、多個智能電表終端、多個惡意節點以及基于 IEEE 802. 11S/IEEE 802. 15. 4協議的光纖通訊鏈路和無線通訊鏈路；所述電力運行調度 控制單元與數據集中器通過光纖通訊鏈路連接、形成雙向通信鏈路；數據集中器與智能電 表終端通過無線通訊鏈路連接、形成雙向通信鏈路，并形成一個以數據集中器為根節點的 樹狀路由拓撲，以實現智能電表的儀表數據采集；所述惡意節點具有干擾、竊聽無線電路結 構，以惡意攻擊上述智能電表的儀表數據采集；所述智能電表終端具有電表計量功能模塊、 無線通信模塊與檢測計算模塊，無線通信模塊通過無線通訊鏈路連接與數據集中器連接， 檢測計算模塊檢測出各惡意節點攻擊行為及對自身數據安全可靠通信影響，并通過無線模 塊與無線網絡上報給數據集中器。 本專利技術的目的之二還可以通過采取如下技術方案達到： 進一步地，數據集中器包含有數據存儲集中功能模塊、光纖通信模塊、無線通信模 塊及統計分析模塊，光纖通信模塊通過光纖鏈路與電網運營控制單元連接，無線通信模塊 通過無線鏈路與智能電表終端連接，統計分析模塊統計所有智能電表終端上報的數據，分 析得到各惡意節點的影響結果，并通過無線通信模塊將上述信息廣播給網絡內的各智能電 表終端。 進一步地，全網絡的智能電表終端與惡意節點作為參與者組成一個混合博弈模 型，各智能電表終端依據自身感知的成本函數與集中器發布的效用函數信息計算博弈的納 什均衡解，得到惡意節點采取每種惡意行為的概率，并同時獲得自身的選路路由策略的依 據。 進一步地，所述的納什均衡是混合策略納什均衡，即每個參與者采取的每種策略 是以概率的形式給出，也可能是純策略納什均衡，即參與者采取某一種策略的概率為1，其 余策略均為〇。 進一步地，所述的計算博弈模型納什均衡為不限定。 本專利技術具有如下突出的有益效果： 1、本專利技術通過將智能電網中的用戶智能儀表之間的數據傳輸鏈路設置為無線單 跳或無線多跳數據傳輸路由，構成單向網絡圖，將用戶策略設為所述單向網絡圖的有向邊， 形成無線樹形網絡結構；通過成本函數與效用函數當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
面向智能電網的無線惡意行為預測與應對方法，其特征在于：1)將智能電網中的用戶智能儀表之間的數據傳輸鏈路設置為無線單跳或無線多跳數據傳輸路由，構成單向網絡圖，將用戶策略設為所述單向網絡圖的有向邊，形成無線樹形網絡結構；2)在第1)點所述的無線樹形網絡結構中設置若干個惡意節點，根據所述惡意節點的無線惡意行為，建立代價函數，以表達所述無線惡意行為對每個用戶儀表信息傳輸的可靠性與安全性方面的負面影響；3)建立每個惡意節點的效用函數，以表達基于每個惡意節點的惡意行為對全網絡用戶儀表數據傳輸的影響；4)根據無線網絡中用戶與惡意節點間的交互行為，建立一個多參與者博弈模型；5)根據第4)點建立的多參與者博弈模型，計算得出納什均衡解，獲取惡意節點采取每種惡意行為的概率，從而獲得用戶間的選路路由策略的依據。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹揚，張斌，魏蛟龍，楊柳青，黃盛，陳輝煌，郭起霖，容志能，
申請(專利權)人：中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44