本文關鍵詞：智能電網監(jiān)控中的無線傳感網絡及其安全研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感網絡(wireless sensor network,WSN)是由放置在測量區(qū)域中的大量傳感器節(jié)點組成。這些微型、小型傳感節(jié)點除了基本的傳感功能,能通過自組織形成一個多跳無線網絡系統(tǒng)。近年來,隨著傳感和通信技術的不斷發(fā)展,無線傳感網絡從最開始的軍事、工程等大型項目,已經逐漸走向普通人民的一般生活。其中,無線傳感網絡在現代電網中的應用作為一個重點越來越受到人們的關注�，F代電網,又名智能電網(Smart Grid),是電網發(fā)展的新趨勢。它提高了電網的效率、可靠性與可持續(xù)性,并能夠快速且精準的對發(fā)生故障的區(qū)域進行定位,并將其告知服務商。同時能夠做到與電力用戶之間進行全方位的互動,既可以讓用戶享受到實惠,又可以緩解電力供應壓力。并且其允許可再生能源發(fā)電接入現有電網系統(tǒng),以此優(yōu)化現有電力結構,降低日益嚴重的環(huán)境污染。然而,智能電網的實現需要許多技術的支持,其中先進的信息和傳感技術在實現電網的自動控制方面尤為關鍵。通過海量傳感器的監(jiān)控信息反饋,電網才可以根據不同情況做出快速反應,提供給用戶更為全面的信息和服務。不同與傳統(tǒng)電網,智能電網需要監(jiān)控的傳感數據種類多樣,數據量巨大,傳統(tǒng)的傳感網絡無法完全滿足其靈活多樣的要求。所以,這里我們通過在智能電網中采用無線傳感網絡建立次級的監(jiān)控網絡,先將分散在區(qū)域內各種類型傳感器的數據進行收集整合,再通過網關節(jié)點將整個區(qū)域內的數據并入主監(jiān)控網絡的方式,可以有效擴展傳感監(jiān)控的范圍,滿足智能電網的需求。目前,無線傳感網絡在智能電網中主要可以用在用電側的智能電表和高級量測體系(AMI),以及輸電側的輸電線路監(jiān)控。本文的研究目標在于討論將無線傳感網絡應用到智能電網輸電線路監(jiān)控中的可能性以及相關問題。研究的方向之一是提出了無線傳感網絡的雙層分組模型,來滿足智能電網對于傳感數據通信時延及可靠性的需求。首先通過分組劃分傳感區(qū)域,建立次級無線傳感網絡。再將每個區(qū)域內的傳感數據整合,通過由選定節(jié)點組成的無線主干網絡傳輸給網關節(jié)點。最后,由網關節(jié)點通過光纖通信將傳感數據發(fā)送到服務器端。針對這樣的雙層分組模型,我們提出了對應的組內和組間通信規(guī)則。另外,根據組間規(guī)則,我們提出了單個傳感節(jié)點單次通信的最佳發(fā)送功率計算方式。并通過對單次通信能耗以及時延的模擬分析,證明了通信規(guī)則的可行性與正確性。此外,考慮到傳感數據包含了用戶或者電網運行狀態(tài)的信息,需要對數據傳輸過程中數據的機密性、完整性、真實性、不可抵賴性、可控性、可用性等安全方面進行一定的保護。因此,本文的另外一個研究項目是針對智能電網對通信網絡的安全需求,分別基于對稱加密算法和非對稱加密算法提出了兩套安全協(xié)議。協(xié)議包括對新節(jié)點的驗證及初始化,對多跳網絡上傳數據的加密與驗證,對多跳網絡下行控制命令的發(fā)布及驗證,和在故障節(jié)點發(fā)生時通過自恢復保證通信暢通等等。最后在分析了兩種安全方案的特點同時,對自恢復過程的可行性進行了驗證。
【關鍵詞】：智能電網(Smart Grid) 無線傳感網絡(WSN) 對稱加密算法 非對稱加密算法 安全協(xié)議 網絡性能分析
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內外研究現狀15-18
• 1.4 本文主要工作18-19
• 第二章 智能電網監(jiān)控中的無線傳感網絡應用19-39
• 2.1 智能電網中的無線傳感網絡應用19-21
• 2.1.1 用電側的無線傳感網絡應用19-20
• 2.1.2 輸電側的無線傳感網絡應用20-21
• 2.2 智能電網監(jiān)控中的無線傳感網絡模型21-23
• 2.3 智能電網監(jiān)控中的無線傳感網絡通信規(guī)則23-27
• 2.3.1 無線傳感網絡的組內通信24-25
• 2.3.2 無線傳感網絡的組間通信25-27
• 2.4 最優(yōu)發(fā)送功率的計算以及模擬驗證27-37
• 2.4.1 無線傳感網絡單一節(jié)點最佳發(fā)送功率的計算27-31
• 2.4.2 無線傳感網絡單一節(jié)點最佳發(fā)送功率的模擬驗證31-35
• 2.4.3 無線傳感網絡時延模擬及其對設計的參考意義35-37
• 2.5 本章小結37-39
• 第三章 基于對稱加密的智能電網監(jiān)控中無線傳感網絡安全協(xié)議39-53
• 3.1 信息安全與密碼學39-40
• 3.2 DES與對稱加密算法40-46
• 3.3 輸電線路監(jiān)控中無線傳感網絡的簡化模型46-47
• 3.4 基于對稱加密算法的安全協(xié)議設計47-52
• 3.4.1 初始化驗證進程47-49
• 3.4.2 數據上傳進程49-50
• 3.4.3 控制命令下行進程50
• 3.4.4 故障自恢復進程50-51
• 3.4.5 存在的不足51-52
• 3.5 本章小結52-53
• 第四章 基于非對稱加密的智能電網監(jiān)控中無線傳感網絡安全協(xié)議53-67
• 4.1 RSA和非對稱加密算法53-56
• 4.2 基于非對稱加密算法的安全協(xié)議設計56-63
• 4.2.1 初始化驗證進程56-59
• 4.2.2 數據上傳進程59-60
• 4.2.3 控制命令下行進程60-61
• 4.2.4 故障自恢復進程61-63
• 4.3 故障自恢復進程的可行性驗證63-66
• 4.4 本章小結66-67
• 第五章 總結和展望67-69
• 致謝69-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀碩士學位期間取得的成果75-76

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