基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)的通信與安全問題研究

甘　雷,董翠英,周劍利（唐山學(xué)院,河北　唐山　063000）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)的通信與安全問題研究

甘雷,董翠英,周劍利
（唐山學(xué)院,河北唐山063000）

針對(duì)電網(wǎng)現(xiàn)代化的發(fā)展要求，研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用架構(gòu)。探討智能電網(wǎng)中不同通信方式以及網(wǎng)絡(luò)通信的安全問題，并對(duì)智能用電方式及其信息數(shù)據(jù)處理的方法進(jìn)行了研究。

物聯(lián)網(wǎng)，智能電網(wǎng)，通信，網(wǎng)絡(luò)安全

1　引言

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IOT）是互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，物聯(lián)網(wǎng)中任何具有計(jì)算并有通信能力的物體[1]，都可以在不同層次無縫地集成到互聯(lián)網(wǎng)。預(yù)計(jì)到2020年，物聯(lián)網(wǎng)（IOT）連接設(shè)備將增長到500億，為消費(fèi)者、制造商和公用事業(yè)提供商等提供了有價(jià)值的信息。

智能電網(wǎng)中能源生產(chǎn)、全新分配和使用、可持續(xù)模型將成為可能：

（1）遍布的通信和監(jiān)控功能；

（2）多分布式、自治控制和管理功能。事實(shí)上現(xiàn)有電網(wǎng)的一個(gè)問題是大規(guī)模、單向和集中式系統(tǒng)，電力是根據(jù)預(yù)先建立的負(fù)荷分布從遙遠(yuǎn)的發(fā)電廠通過樹狀的分配系統(tǒng)傳遞到本地用戶。然而，在過去十年中，一些技術(shù)革新以及環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問題已經(jīng)出現(xiàn)，這使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已經(jīng)過時(shí)，不能很好地滿足可靠性、效率和可持續(xù)發(fā)展的要求。雖然人們對(duì)智能電網(wǎng)的通用模型有不同看法，但是智能電網(wǎng)的成功實(shí)施必不可少的主要功能如以下：

1）分布式能源大規(guī)模部署和高效利用，包括可再生能源和能源儲(chǔ)存系統(tǒng)；

2）通過整合實(shí)時(shí)分布式智能、自動(dòng)保護(hù)、優(yōu)化和控制功能增強(qiáng)電網(wǎng)的效率、靈活性和可持續(xù)性；

3）允許消費(fèi)者與能源管理系統(tǒng)交互，提供需求響應(yīng)和負(fù)荷整形功能；

4）通過先進(jìn)的儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，啟用電網(wǎng)狀態(tài)和操作的實(shí)時(shí)、可擴(kuò)展的態(tài)勢(shì)感知能力。

2　智能電網(wǎng)中的通信

智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)將依靠兩個(gè)主要的子系統(tǒng)：通信基礎(chǔ)設(shè)施和一個(gè)中間件平臺(tái)。該通信基礎(chǔ)設(shè)施包括通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議的：

（1）支持連接裝置之間或網(wǎng)格子系統(tǒng)的通信；

（2）使能信息與電力系統(tǒng)命令的分發(fā)。對(duì)于這樣的通訊基礎(chǔ)設(shè)施的基本要求是可擴(kuò)展性、可靠性、及時(shí)性和安全性。中間件平臺(tái)由一個(gè)軟件層，其位于所述應(yīng)用程序和底層通信基礎(chǔ)設(shè)施之間，提供了構(gòu)建高效的分布式功能和系統(tǒng)所需要的服務(wù)。

通信基礎(chǔ)設(shè)施。該通信基礎(chǔ)設(shè)施（或網(wǎng)絡(luò)）負(fù)責(zé)提供的連接服務(wù)仍是單獨(dú)電設(shè)備或整個(gè)網(wǎng)格子系統(tǒng)。在智能電網(wǎng)中，通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵重點(diǎn)是：

（1）確保從廣泛分散的巨大數(shù)量數(shù)據(jù)源的可靠和實(shí)時(shí)；

（2）在電力系統(tǒng)中，支持由功率控制應(yīng)用到分發(fā)命令和配置的各種通信服務(wù)（例如多播和群組通信）。該通信基礎(chǔ)設(shè)施的作為相互連接的網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)集合，將有至少三個(gè)主層或結(jié)構(gòu)域的層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成：

1）局域網(wǎng)的訪問網(wǎng)格段和終端客戶；

2）用于分配段場(chǎng)區(qū)網(wǎng)絡(luò)；

3）公用事業(yè)骨干廣域網(wǎng)。

3　智能電網(wǎng)的安全問題

在智能電網(wǎng)中，分布式自主控制功能的設(shè)置以及適應(yīng)開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，將給智能電網(wǎng)帶來新的安全漏洞并且它們將造成各種意外的安全攻擊[2]。研究表明，智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)中最重要的漏洞大致可分類如下三種。

3.1設(shè)備漏洞

IED將被廣泛部署在智能電網(wǎng)，用于監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制電力生產(chǎn)和分配過程。但是，惡意用戶或攻擊者可以危及這些設(shè)備，例如，操作敏感數(shù)據(jù)或破壞正常的電網(wǎng)運(yùn)行。此外，許多智能電子設(shè)備將支持無線通信，以促進(jìn)部署和簡化獲取信息。無線通信技術(shù)的一個(gè)直觀的缺點(diǎn)是，它們依靠固有未受保護(hù)的物理介質(zhì)。這使得獲取私人信息（竊聽）更容易，干擾與噪聲信號(hào)（查謨攻擊）通信，或生成假消息（注入攻擊）。這些攻擊的解決方案包括消息數(shù)據(jù)的完整性和保密性，網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證，以及各種隨機(jī)傳輸方法等。

3.2網(wǎng)絡(luò)漏洞

采用開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、已有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和公開可用的通信標(biāo)準(zhǔn)，是需要滿足靈活性，可擴(kuò)展性和互操作性要求。然而，這將在其他電信網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)開放式架構(gòu)（例如，因特網(wǎng)）中導(dǎo)致各種安全問題，如路由信息惡意修改和各種類型的拒絕服務(wù)（DoS）攻擊。防止這些網(wǎng)絡(luò)攻擊，訪問控制和入侵檢測(cè)是必不可少的安全機(jī)制。同樣，認(rèn)證和授權(quán)方案也是必要的支持安全遠(yuǎn)程配置和地理上分散設(shè)備的控制。

3.3數(shù)據(jù)漏洞

數(shù)據(jù)處理是一個(gè)重要的安全問題，因?yàn)楣粽呖梢孕薷臄?shù)據(jù)或控制命令威脅電力電網(wǎng)的可靠性。然而，智能電網(wǎng)越來越容易受到攻擊，數(shù)據(jù)攻擊威脅客戶的隱私。例如，在中間人攻擊是常用方法，惡意獲取用戶信息，沒有實(shí)際影響目標(biāo)。如果攻擊者能夠窺探從消費(fèi)者家中傳送的計(jì)量數(shù)據(jù)，就可能推斷出消費(fèi)者的習(xí)慣和活動(dòng)。

4　結(jié)論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為目前世界新興的技術(shù)，在智能電網(wǎng)方面的應(yīng)用必然越來越成熟，本分考慮了將安全通信技術(shù)以及安全的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了探討。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷更新，將會(huì)形成完整的智能電力物聯(lián)網(wǎng)體系。

[1]王雷.智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].保定:華北電力大學(xué),2012:5-7

[2]趙婷,高昆侖,鄭曉崑.智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)及信息安全防護(hù)體系研究[J].中國電力,2012,45(05):87-90．