本文關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)監(jiān)控中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及其安全研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network,WSN)是由放置在測(cè)量區(qū)域中的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成。這些微型、小型傳感節(jié)點(diǎn)除了基本的傳感功能,能通過(guò)自組織形成一個(gè)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。近年來(lái),隨著傳感和通信技術(shù)的不斷發(fā)展,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)從最開(kāi)始的軍事、工程等大型項(xiàng)目,已經(jīng)逐漸走向普通人民的一般生活。其中,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代電網(wǎng)中的應(yīng)用作為一個(gè)重點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注�，F(xiàn)代電網(wǎng),又名智能電網(wǎng)(Smart Grid),是電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)。它提高了電網(wǎng)的效率、可靠性與可持續(xù)性,并能夠快速且精準(zhǔn)的對(duì)發(fā)生故障的區(qū)域進(jìn)行定位,并將其告知服務(wù)商。同時(shí)能夠做到與電力用戶之間進(jìn)行全方位的互動(dòng),既可以讓用戶享受到實(shí)惠,又可以緩解電力供應(yīng)壓力。并且其允許可再生能源發(fā)電接入現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng),以此優(yōu)化現(xiàn)有電力結(jié)構(gòu),降低日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。然而,智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要許多技術(shù)的支持,其中先進(jìn)的信息和傳感技術(shù)在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)控制方面尤為關(guān)鍵。通過(guò)海量傳感器的監(jiān)控信息反饋,電網(wǎng)才可以根據(jù)不同情況做出快速反應(yīng),提供給用戶更為全面的信息和服務(wù)。不同與傳統(tǒng)電網(wǎng),智能電網(wǎng)需要監(jiān)控的傳感數(shù)據(jù)種類多樣,數(shù)據(jù)量巨大,傳統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)無(wú)法完全滿足其靈活多樣的要求。所以,這里我們通過(guò)在智能電網(wǎng)中采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)建立次級(jí)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),先將分散在區(qū)域內(nèi)各種類型傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整合,再通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)并入主監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的方式,可以有效擴(kuò)展傳感監(jiān)控的范圍,滿足智能電網(wǎng)的需求。目前,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中主要可以用在用電側(cè)的智能電表和高級(jí)量測(cè)體系(AMI),以及輸電側(cè)的輸電線路監(jiān)控。本文的研究目標(biāo)在于討論將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到智能電網(wǎng)輸電線路監(jiān)控中的可能性以及相關(guān)問(wèn)題。研究的方向之一是提出了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的雙層分組模型,來(lái)滿足智能電網(wǎng)對(duì)于傳感數(shù)據(jù)通信時(shí)延及可靠性的需求。首先通過(guò)分組劃分傳感區(qū)域,建立次級(jí)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。再將每個(gè)區(qū)域內(nèi)的傳感數(shù)據(jù)整合,通過(guò)由選定節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)傳輸給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。最后,由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)光纖通信將傳感數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端。針對(duì)這樣的雙層分組模型,我們提出了對(duì)應(yīng)的組內(nèi)和組間通信規(guī)則。另外,根據(jù)組間規(guī)則,我們提出了單個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)單次通信的最佳發(fā)送功率計(jì)算方式。并通過(guò)對(duì)單次通信能耗以及時(shí)延的模擬分析,證明了通信規(guī)則的可行性與正確性。此外,考慮到傳感數(shù)據(jù)包含了用戶或者電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的信息,需要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、真實(shí)性、不可抵賴性、可控性、可用性等安全方面進(jìn)行一定的保護(hù)。因此,本文的另外一個(gè)研究項(xiàng)目是針對(duì)智能電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的安全需求,分別基于對(duì)稱加密算法和非對(duì)稱加密算法提出了兩套安全協(xié)議。協(xié)議包括對(duì)新節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證及初始化,對(duì)多跳網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)的加密與驗(yàn)證,對(duì)多跳網(wǎng)絡(luò)下行控制命令的發(fā)布及驗(yàn)證,和在故障節(jié)點(diǎn)發(fā)生時(shí)通過(guò)自恢復(fù)保證通信暢通等等。最后在分析了兩種安全方案的特點(diǎn)同時(shí),對(duì)自恢復(fù)過(guò)程的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：智能電網(wǎng)(Smart Grid) 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN) 對(duì)稱加密算法 非對(duì)稱加密算法 安全協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)性能分析
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM76;TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究目的及意義12-15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4 本文主要工作18-19
• 第二章 智能電網(wǎng)監(jiān)控中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用19-39
• 2.1 智能電網(wǎng)中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用19-21
• 2.1.1 用電側(cè)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用19-20
• 2.1.2 輸電側(cè)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用20-21
• 2.2 智能電網(wǎng)監(jiān)控中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模型21-23
• 2.3 智能電網(wǎng)監(jiān)控中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)則23-27
• 2.3.1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的組內(nèi)通信24-25
• 2.3.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的組間通信25-27
• 2.4 最優(yōu)發(fā)送功率的計(jì)算以及模擬驗(yàn)證27-37
• 2.4.1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)單一節(jié)點(diǎn)最佳發(fā)送功率的計(jì)算27-31
• 2.4.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)單一節(jié)點(diǎn)最佳發(fā)送功率的模擬驗(yàn)證31-35
• 2.4.3 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)延模擬及其對(duì)設(shè)計(jì)的參考意義35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 基于對(duì)稱加密的智能電網(wǎng)監(jiān)控中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議39-53
• 3.1 信息安全與密碼學(xué)39-40
• 3.2 DES與對(duì)稱加密算法40-46
• 3.3 輸電線路監(jiān)控中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化模型46-47
• 3.4 基于對(duì)稱加密算法的安全協(xié)議設(shè)計(jì)47-52
• 3.4.1 初始化驗(yàn)證進(jìn)程47-49
• 3.4.2 數(shù)據(jù)上傳進(jìn)程49-50
• 3.4.3 控制命令下行進(jìn)程50
• 3.4.4 故障自恢復(fù)進(jìn)程50-51
• 3.4.5 存在的不足51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第四章 基于非對(duì)稱加密的智能電網(wǎng)監(jiān)控中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議53-67
• 4.1 RSA和非對(duì)稱加密算法53-56
• 4.2 基于非對(duì)稱加密算法的安全協(xié)議設(shè)計(jì)56-63
• 4.2.1 初始化驗(yàn)證進(jìn)程56-59
• 4.2.2 數(shù)據(jù)上傳進(jìn)程59-60
• 4.2.3 控制命令下行進(jìn)程60-61
• 4.2.4 故障自恢復(fù)進(jìn)程61-63
• 4.3 故障自恢復(fù)進(jìn)程的可行性驗(yàn)證63-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 總結(jié)和展望67-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果75-76

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