基于隨機巡視機制的電力物聯網安全技術研究

李漢榮

摘要：隨著信息通信技術的飛速發展，物聯網技術在各個行業得到了廣泛的應用和推廣。電力物聯網在電力生產、電力運維、電力服務等方面應用廣泛。然而，目前電網尚未建立容納大量終端訪問的物聯網安全防御系統，現有大多數電力物聯網都遵循傳統的信息系統安全體系。因此，研究電力物聯網的安全技術具有十分重要的現實意義。

關鍵詞：電力物聯網;隨機巡視;安全行為;異常檢測

引言

隨著電網規模越來越大，電力系統發、輸、變、配、用電等環節都廣泛使用了工業物聯網技術，因此保障電力系統的穩定運行、推動電網向能源互聯網轉型升級顯得尤其重要。配電物聯網是泛在電力物聯網的重要組成部分，是連接用戶和輸電網的重要橋梁，海量的終端設備主要應用于配電物聯網并廣泛使用無線公網方式進行數據傳輸，因此配電物聯網在網絡安全防護方面有更高的要求。當前配電物聯網的建設面臨諸多挑戰，需要應對諸如重放攻擊、內部攻擊、中間人攻擊、系統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的網絡安全防護體系，身份認證技術就是其中的關鍵技術之一。

1電力物聯網安全技術

電力物聯網圍繞電力系統的各個方面展開，充分利用“大云物移智”等現代技術，實現電力系統的能源生產和消費各個方人、機、物的互聯互通，促進電網中的各環節和全電壓等級“能源-信息-業務”的集成提高了系統安全性和運營效率。電力物聯網的系統結構類似于傳統的物聯網，可以分為四個層：感知層、網絡層、平臺層和應用程序層。電力物聯網不僅包括較多類型的設備，而且有更密集的網絡布局，因此對其安全威脅的因素又有很多。電力物聯網安全技術主要包括訪問控制技術、入侵檢測技術安全成簇技術等。（1）訪問控制的目的是僅對授權的合法用戶開放這些資源或服務;（2）入侵檢測是一種主動的安全保護技術，可以及時檢測和響應入侵;（3）安全成簇技術建立了基于“集簇”的分層拓撲，實現了數據融合，高效利用能源。文中從電力物聯網的高能效和低功耗出發，將隨機巡視機制應用于電力物聯網安全行為異常檢測中，圖2智能電網簡析

在智能電網管理當中，可以將各種先進技術融入其中，如信息通信、傳感測量及自動控制等技術，這樣能夠促使電網形成現代化新型電網管理及檢修系統。在電網智能技術中，其技術優勢主要展現在對電網進行管理和監控方面，特別是在故障的監控與判斷，提供了很大的便利性。可見，在智能電網中滲透物聯網技術，除了提升電網管理工作效率外，也優化了電網結構，對電網管理和控制具有促進意義。

3電力物聯網安全技術

3.1數據傳輸

網絡層總體架構為網絡人工智能、網絡邊緣計算、業務系統、衛星通信、覆蓋網、數據網、傳輸網及接入網等構成。網絡層上承與平臺層物聯管理中心連接，下啟終端層的邊緣物聯代理，實現網絡可定制、網絡異構融合、低延時、高可靠、廣覆蓋、大連接的功能目標，建立空、天、地協同的電力泛在通信網，形成網絡即服務的電力通信網，滿足泛在電力物聯網對全時空通信覆蓋目標的要求，從泛在互聯的角度為新一代能源互聯網、電力系統的建設提供支持。就數據傳輸上，應用低壓寬帶載波技術，免布線自動識別臺區拓撲，提高電網已有資源的利用率，快速建網，為數據采集、拓撲分析提供全面支持。

3.25G通信技術

5G作為當代社會實現物聯網的有效核心技術之一，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、低時延高、點對點傳輸等優勢和特征，可以直接在分布式電源發電狀況中發揮出有效的作用，對發電狀況開展實時監測，對能源利用率的大大提升產生了積極影響。其次，在電纜狀態預測和判斷方面也產生著重要的作用，可以及時的預防發生問題的發生。除此之外，將物聯網技術和5G通信技術進行相互融合，再將兩者的優勢和功能發揮出來，可以在大數據技術的利用下，對電力用戶的實際用電率進行分析，有利于優化和調整電力輸送，避免造成電能的大量消耗與浪費，這樣也和我國現代環保節能理念要求十分相符。

3.3邊緣計算技術

應用邊緣計算技術，以臺區智能管理單元、集中器建立的硬件平臺來抄讀、監控、分析邊緣化數據，基于開放API及標準linux編程環境，屏蔽硬件基礎協議及復雜底層戶表，本地分析臺區內數據后上傳數據與平臺配合實現云端協同。通過整網協同本地解決數據分散、異構問題，本地過濾數據從而節省通道流量;采用TPM安全芯片、VPN等為本地數據的安全提供保障。邊緣物聯代理具備邊緣計算、回傳遠程信號及本地統一通信接入等功能，邊緣物聯主要有通信網絡接口、統一數據模型、邊緣計算、安全模塊、管控模塊、數據存儲及處理等模塊。邊緣物聯代理向上與通信網絡及平臺連接，向下經現場通信統一接入智能業務終端。

4智能用電服務中物聯網技術的實際應用

現如今，在人們日常生活和工作中電能都是重要的組成部分。目前，除了在居民住宅中應用到智能電網外，在大型廠區、企業中等都可以看到智能電網和設備的“身影”如聲控設備、自動閘門、智能汽車導航儀以及實時監控設備等。以上設備的所有操作步驟都是通過電力部門將電力通信網傳輸給不同用戶，互聯網將公共通信網傳輸居民用戶，其中包括了新能源充電用戶。對于以上用戶的用電，都可以采取物聯網技術對他們的用電行為進行實時監控。其次，在智能電網載體影響下，給每個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、關于新能源汽車充電用戶，則需要安裝煙霧報警器、智能充電和檢測系統等，這樣才能在智能電網用電系統中將物聯網技術優勢發揮得淋漓盡致，確保了用戶用電的可靠性和安全性。

結束語

電力物聯網在智能電網的各個方面都發揮著巨大作用，針對電力物聯網安全保護技術，提出了一種基于隨機巡視的電力物聯網安全行為異常檢測方法。仿真結果表明，所提出的異常檢測算法在安全性和惡意節點識別上都優于傳統算法，能夠及時有效地檢測異常行為和惡意節點，降低網絡能耗。目前，由于實驗室硬件和數據規模的影響，基于電力物聯網的安全異常檢測方法的研究還處于起步階段。在此基礎上，不斷完善和改進將是下一步工作的重點。

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