基于隨機(jī)巡視機(jī)制的電力物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)研究

李漢榮

摘要：隨著信息通信技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。電力物聯(lián)網(wǎng)在電力生產(chǎn)、電力運(yùn)維、電力服務(wù)等方面應(yīng)用廣泛。然而，目前電網(wǎng)尚未建立容納大量終端訪問的物聯(lián)網(wǎng)安全防御系統(tǒng)，現(xiàn)有大多數(shù)電力物聯(lián)網(wǎng)都遵循傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)安全體系。因此，研究電力物聯(lián)網(wǎng)的安全技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng);隨機(jī)巡視;安全行為;異常檢測

引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用電等環(huán)節(jié)都廣泛使用了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因此保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級顯得尤其重要。配電物聯(lián)網(wǎng)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是連接用戶和輸電網(wǎng)的重要橋梁，海量的終端設(shè)備主要應(yīng)用于配電物聯(lián)網(wǎng)并廣泛使用無線公網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此配電物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方面有更高的要求。當(dāng)前配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)面臨諸多挑戰(zhàn)，需要應(yīng)對諸如重放攻擊、內(nèi)部攻擊、中間人攻擊、系統(tǒng)漏洞和病毒侵入等一系列的問題。為此研究人員建立了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，身份認(rèn)證技術(shù)就是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1電力物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)

電力物聯(lián)網(wǎng)圍繞電力系統(tǒng)的各個(gè)方面展開，充分利用“大云物移智”等現(xiàn)代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)各個(gè)方人、機(jī)、物的互聯(lián)互通，促進(jìn)電網(wǎng)中的各環(huán)節(jié)和全電壓等級“能源-信息-業(yè)務(wù)”的集成提高了系統(tǒng)安全性和運(yùn)營效率。電力物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)，可以分為四個(gè)層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用程序?qū)?。電力物?lián)網(wǎng)不僅包括較多類型的設(shè)備，而且有更密集的網(wǎng)絡(luò)布局，因此對其安全威脅的因素又有很多。電力物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)主要包括訪問控制技術(shù)、入侵檢測技術(shù)安全成簇技術(shù)等。（1）訪問控制的目的是僅對授權(quán)的合法用戶開放這些資源或服務(wù);（2）入侵檢測是一種主動(dòng)的安全保護(hù)技術(shù)，可以及時(shí)檢測和響應(yīng)入侵;（3）安全成簇技術(shù)建立了基于“集簇”的分層拓?fù)?，?shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合，高效利用能源。文中從電力物聯(lián)網(wǎng)的高能效和低功耗出發(fā)，將隨機(jī)巡視機(jī)制應(yīng)用于電力物聯(lián)網(wǎng)安全行為異常檢測中，圖2智能電網(wǎng)簡析

在智能電網(wǎng)管理當(dāng)中，可以將各種先進(jìn)技術(shù)融入其中，如信息通信、傳感測量及自動(dòng)控制等技術(shù)，這樣能夠促使電網(wǎng)形成現(xiàn)代化新型電網(wǎng)管理及檢修系統(tǒng)。在電網(wǎng)智能技術(shù)中，其技術(shù)優(yōu)勢主要展現(xiàn)在對電網(wǎng)進(jìn)行管理和監(jiān)控方面，特別是在故障的監(jiān)控與判斷，提供了很大的便利性。可見，在智能電網(wǎng)中滲透物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，除了提升電網(wǎng)管理工作效率外，也優(yōu)化了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對電網(wǎng)管理和控制具有促進(jìn)意義。

3電力物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)

3.1數(shù)據(jù)傳輸

網(wǎng)絡(luò)層總體架構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)人工智能、網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、覆蓋網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)及接入網(wǎng)等構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層上承與平臺層物聯(lián)管理中心連接，下啟終端層的邊緣物聯(lián)代理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可定制、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)融合、低延時(shí)、高可靠、廣覆蓋、大連接的功能目標(biāo)，建立空、天、地協(xié)同的電力泛在通信網(wǎng)，形成網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)的電力通信網(wǎng)，滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對全時(shí)空通信覆蓋目標(biāo)的要求，從泛在互聯(lián)的角度為新一代能源互聯(lián)網(wǎng)、電力系統(tǒng)的建設(shè)提供支持。就數(shù)據(jù)傳輸上，應(yīng)用低壓寬帶載波技術(shù)，免布線自動(dòng)識別臺區(qū)拓?fù)洌岣唠娋W(wǎng)已有資源的利用率，快速建網(wǎng)，為數(shù)據(jù)采集、拓?fù)浞治鎏峁┤嬷С帧?/p>

3.25G通信技術(shù)

5G作為當(dāng)代社會(huì)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的有效核心技術(shù)之一，能夠處理海量無線通信需求，有效完成不同場景的各種要求。其具有低功耗寬帶、低時(shí)延高、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)葍?yōu)勢和特征，可以直接在分布式電源發(fā)電狀況中發(fā)揮出有效的作用，對發(fā)電狀況開展實(shí)時(shí)監(jiān)測，對能源利用率的大大提升產(chǎn)生了積極影響。其次，在電纜狀態(tài)預(yù)測和判斷方面也產(chǎn)生著重要的作用，可以及時(shí)的預(yù)防發(fā)生問題的發(fā)生。除此之外，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G通信技術(shù)進(jìn)行相互融合，再將兩者的優(yōu)勢和功能發(fā)揮出來，可以在大數(shù)據(jù)技術(shù)的利用下，對電力用戶的實(shí)際用電率進(jìn)行分析，有利于優(yōu)化和調(diào)整電力輸送，避免造成電能的大量消耗與浪費(fèi)，這樣也和我國現(xiàn)代環(huán)保節(jié)能理念要求十分相符。

3.3邊緣計(jì)算技術(shù)

應(yīng)用邊緣計(jì)算技術(shù)，以臺區(qū)智能管理單元、集中器建立的硬件平臺來抄讀、監(jiān)控、分析邊緣化數(shù)據(jù)，基于開放API及標(biāo)準(zhǔn)linux編程環(huán)境，屏蔽硬件基礎(chǔ)協(xié)議及復(fù)雜底層戶表，本地分析臺區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)后上傳數(shù)據(jù)與平臺配合實(shí)現(xiàn)云端協(xié)同。通過整網(wǎng)協(xié)同本地解決數(shù)據(jù)分散、異構(gòu)問題，本地過濾數(shù)據(jù)從而節(jié)省通道流量;采用TPM安全芯片、VPN等為本地?cái)?shù)據(jù)的安全提供保障。邊緣物聯(lián)代理具備邊緣計(jì)算、回傳遠(yuǎn)程信號及本地統(tǒng)一通信接入等功能，邊緣物聯(lián)主要有通信網(wǎng)絡(luò)接口、統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、邊緣計(jì)算、安全模塊、管控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理等模塊。邊緣物聯(lián)代理向上與通信網(wǎng)絡(luò)及平臺連接，向下經(jīng)現(xiàn)場通信統(tǒng)一接入智能業(yè)務(wù)終端。

4智能用電服務(wù)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)如今，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦须娔芏际侵匾慕M成部分。目前，除了在居民住宅中應(yīng)用到智能電網(wǎng)外，在大型廠區(qū)、企業(yè)中等都可以看到智能電網(wǎng)和設(shè)備的“身影”如聲控設(shè)備、自動(dòng)閘門、智能汽車導(dǎo)航儀以及實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備等。以上設(shè)備的所有操作步驟都是通過電力部門將電力通信網(wǎng)傳輸給不同用戶，互聯(lián)網(wǎng)將公共通信網(wǎng)傳輸居民用戶，其中包括了新能源充電用戶。對于以上用戶的用電，都可以采取物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對他們的用電行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。其次，在智能電網(wǎng)載體影響下，給每個(gè)用戶配置智能電表控制器，用戶則安裝智能家電、智能插座等、關(guān)于新能源汽車充電用戶，則需要安裝煙霧報(bào)警器、智能充電和檢測系統(tǒng)等，這樣才能在智能電網(wǎng)用電系統(tǒng)中將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致，確保了用戶用電的可靠性和安全性。

結(jié)束語

電力物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)的各個(gè)方面都發(fā)揮著巨大作用，針對電力物聯(lián)網(wǎng)安全保護(hù)技術(shù)，提出了一種基于隨機(jī)巡視的電力物聯(lián)網(wǎng)安全行為異常檢測方法。仿真結(jié)果表明，所提出的異常檢測算法在安全性和惡意節(jié)點(diǎn)識別上都優(yōu)于傳統(tǒng)算法，能夠及時(shí)有效地檢測異常行為和惡意節(jié)點(diǎn)，降低網(wǎng)絡(luò)能耗。目前，由于實(shí)驗(yàn)室硬件和數(shù)據(jù)規(guī)模的影響，基于電力物聯(lián)網(wǎng)的安全異常檢測方法的研究還處于起步階段。在此基礎(chǔ)上，不斷完善和改進(jìn)將是下一步工作的重點(diǎn)。

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