基于数字水印的智能电网中WSN安全通信方法研究

发布时间：2020-05-23 03:02

【摘要】：近几年来,无线传感器网络(Wireless sensor network,WSN)凭借着低成本、低功耗和自组网等一系列特点,使得国内外专家学者对其在电力系统中的应用给予了高度的重视。因此,WSN在智能电网中的应用研究被认为具有广阔的前景。其中,输电线路是电力系统的重要组成部分,对其状态进行实时监测是智能电网建设的重要目标。提高输电线路的管理水平,增强电力系统运行的可靠性,愈来愈依赖于输电线路的状态监测信息。其中输电线路分为架空高压输电线路和配电给用户的低压输电线路。其中用户级的低压输电线路通常连接着智能电表,实现远程抄表,从而给供电部门带来极大方便,同时布置在用户端输电线路上的WSN对输电线路实时监测,及时预警问题并排除故障。对于架空高压输电线路,它常常分布在环境多变的复杂野外,因此实际地理环境的复杂多变会对输电线路的正常运行带来一定程度的影响,如导线温度过高、电压电流故障、导线张力以及导线覆冰等发生故障后,线路巡检人员无法以最快的速度找到故障点并解决相对应的问题。所以根据实际情况在一定的区域安装一定数量具有物理感知功能的传感器节点,对输电线路的实时运行状态进行数据采集,并通过WSN传输到汇聚节点,再由汇聚节点通过GPRS或光纤通信将数据传输到变电站服务器,服务器通过数据处理发现线路异常状态,并定位异常点。有利于及时发现线路问题,减少重大事故的发生,同时能够帮助减少线路巡检人员的工作量。将WSN布置在用户级的低压输电线路上,用于对用户端智能电表采集的用电数据进行传输;而对于布置在长链状分布的高压架空输电线路上的WSN,主要是对输电线路运行状态进行实时监控。两种不同环境中的WSN最终都会把采集到的传感数据传输到汇聚节点或者远端的服务器。所以安全的数据传输是亟待解决的关键问题。由于传感器节点低处理能力,传统的加密/解密、认证等常规复杂度高的安全方法会延长节点处理器的处理时间,这对实时性高的数据是不能接受的。此外,由于输电线路电压很高,无法向无线传感器节点直接供电,而传统复杂的安全方法能量消耗高。为此,本文提出了两种基于数字水印的输电线路中WSN安全解决方法。两种方法分别是基于节点数据包的和基于交变电流的数字水印生成算法。一种是利用每个节点采集传感数据生成的数据包作为生成水印的相关参数,一种是利用每个节点采集传感数据生成的数据包中交变电流字段作为生成水印的相关参数并嵌入到相应的数据项中,接收方对数据项进行水印提取和检测,验证数据的正确性和发送节点的身份的真实性,以确保接收到的数据是输电线路真实的状态信息。为了验证该算法的可靠性,本文利用NS2网络模拟仿真平台,对算法的正确性和有效性、安全性、节点吞吐量、能量消耗进行了仿真模拟,得出方法具有较好安全性、较少能耗、未影响网络吞吐量,并且正确性和有效性也能得到完全的保障,能够满足输电线路中WSN安全通信。此外,算法时间性能分析证明,该算法具有较少的时间开销,满足输电线路中WSN通信的实时性要求。
【图文】：

数字水印技术,数字水印,应用领域,领域

华北电力大学硕士学位论文 2 章基于数字水印的智能电网中 WSN 安全通信相关技术本论文的研究内容主要基于三大理论体系，即：数字水印、无线传感器网络和智能章主要对数字水印、无线传感器网络和智能电网的基本原理以及安全技术进行阐述数字水印技术数字水印既是将承载版权信息的载体嵌入原始数据中，用来保护版权信息、实现加、鉴别数据真假以及作为产品标识等[40]。多媒体各种新技术的产生及发展都曾深受版权保护问题的困扰，最后都会因为新版措施的产生而解决。现在，互联网技术和数字化技术发展迅猛，带来了版权保护的。己有的信息安全保护方案由于其极易被复制、篡改，且鉴定及页面保护困难等原法应用于互联网及数字作品。此时，数字水印技术应时代要求而生。现在，数字水印己被应用于诸多领域，如图 2-1 所示。

系统基本模型,数字水印,水印

图 2-2 数字水印系统基本模型图其定义了一个九元体，即（ M，I,W ,K,G,E,A,D,X）''，具体说明如下：（1）将可能的所有保密信号（ m）的集合定义为 M。（2）将待嵌入水印信息的载体（ I）的集合定义为''I 。（3）将可能的所有数字水印信息（ w ）的集合定义为 W。（4）将所有密钥（ k ）的集合定义为 K。（5）将使用保密信号 m、水印密钥 k 以及原载体 I 来产生水印信息的算法定义为 G。过程如下：GMI,(.,)''： K Ww GmIk（2-1）其中，上图中的虚线表示原载体可不参与生成水印信息的过程。（6）将把水印信息（ w ）嵌入至原始载体 I 的算法定义为 E，过程如下：:,(,)'''E I W II EIw（2-2）
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM76

【参考文献】