多源信息采集的电力线通信安全方法及系统与流程

本发明涉及通信领域，特别涉及一种多源信息采集的电力线通信安全方法及系统。

背景技术：

电、水、气、热均为人民日常生活必不可少的公共服务能源产品，涉及的计量设备主要包括电能表、水表、燃气表和热量表，统称为“民用四表”。随着人民生活水平的不断提高和住宅商品化的发展，各类能源计量设备的便捷化、互动化、自动化水平有待提高。在“互联网+”快速发展的大环境下，能源计量的发展应当抓住机遇，积极探索与“互联网+”的深度融合，依托覆盖广泛的智能电能表和用电信息采集系统，积极开展民用四表能源计量一体化采集技术研究与应用，构建新型能源计量体系，实现社会资源综合利用，促进用户能源消费更加科学、合理。

水表、燃气表和热量表的智能计量技术也在不断发展，在部分地区得到一定程度的应用，但在达到“水、气、热、电的远程自动集采集抄，实现多表合一”的要求方面还存在一些问题。建立能源计量一体化采集系统以实现多表合一是重要的发展趋势。能源计量一体化采集业务的发展将使能源计量点数量成倍增加，现有用电信息采集系统难以适应电、水、气、热能源综合计量发展的新形势和新要求，主要表现在采集数据量增多，采集频度提高，对外共享接口增加，系统并发处理能力不足，现有系统架构、技术方案、采集终端和通信协议难以满足能源计量一体化采集的应用需求。

目前，“电、水、气、热”表计的类型种类繁多，其通信方式各不相同，导致“电、水、气、热”能源综合计量的设备互操作性很差。不同表计的电气接口、通信协议的差异，“电、水、气、热”表计终端的通信方式互不兼容，难以实现电、水、气、热表信息采集业务的通信最优化。另一方面，随用电信息采集系统的发展，采集终端数量庞大，同时“电、水、气、热”能源计量一体化采集系统的发展，将使得终端接入数据呈现高并发的特点，安全接入压力不断增大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多源信息采集的电力线通信安全方法及系统，业务独占各自的子载波集，从而达到了通信通道安全隔离的目的，且不同的业务及其通信通道采用各自的身份认证和安全加密手段，有效保证了采集数据的安全性。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种多源信息采集的电力线通信安全方法，包括以下步骤：步骤一：集中器在系统初始化时，向所有业务主站发送消息，各业务主站向集中器下达带宽需求和信噪比需求；步骤二：集中器运行宽带电力线载波通道安全隔离算法，为电、水、气、热业务分配相互隔离的子载波集；步骤三：集中器将子载波集的分配结果上报至各业务主站；步骤四：各业务主站确认后，发送确认消息给集中器，集中器将子载波集的分配结果下发给所有采集器；步骤五：各采集器根据子载波集的分配结果对其子载波资源进行配置，并将与电、水、气、热业务相对应的子载波集一对一绑定，形成电、水、气、热业务各自的专属电力线载波通道；步骤六：各业务主站通过其相对应的电、水、气、热业务的专属电力载波通道分别与对应的电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端进行密钥交互，并同时采集电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端的数据。

优选地，上述技术方案中，每个采集器对应通信连接电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端。

优选地，上述技术方案中，宽带电力线载波通道安全隔离算法包括子载波初始分配和子载波交换，采用比例公平原则进行子载波初始分配，且以电、水、气、热业务的信噪比进行子载波交换，从而对电、水、气、热业务的子载波集进行调整。

本发明另一方面提供了一种多源信息采集的电力线通信安全系统，包括：多个业务主站、集中器以及多个采集器。集中器与多个业务主站通信连接；多个采集器分别与集中器通过电力线通信连接，且每个采集器分别与电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端通信连接；其中，集中器在系统初始化时，向多个业务主站发送消息，各业务主站向集中器下达带宽需求和信噪比需求；其中，集中器运行宽带电力线载波通道安全隔离算法，为电、水、气、热业务分配相互隔离的子载波集；其中，集中器将子载波集的分配结果上报至各业务主站；其中，各业务主站确认后，发送确认消息给集中器，集中器将子载波集的分配结果下发给多个采集器；其中，各采集器根据子载波集的分配结果对其子载波资源进行配置，并将与电、水、气、热业务相对应的子载波集一对一绑定，形成电、水、气、热业务各自的专属电力线载波通道；其中，各业务主站通过其相对应的电、水、气、热业务的专属电力载波通道分别与对应的电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端进行密钥交互，并同时采集电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端的数据。

优选地，上述技术方案中，多个业务主站的数量为四个，且四个业务主站分别为电业务主站、水业务主站、气业务主站机及热业务主站。

优选地，上述技术方案中，宽带电力线通信通道隔离算法包括子载波初始分配和子载波交换，采用比例公平原则进行子载波初始分配，且以电、水、气、热业务的信噪比进行子载波交换，从而对电、水、气、热业务的子载波集进行调整。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统，业务独占各自的子载波集，从而达到了通信通道安全隔离的目的，且不同的业务及其通信通道采用各自的身份认证和安全加密手段，有效保证了采集数据的安全性。

附图说明

图1是根据本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统的拓扑图。

图2是根据本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统的宽带电力线载波通道安全隔离算法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，图1是根据本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统的拓扑图，根据本发明一具体实施方式的一种多源信息采集的电力线通信安全方法，包括以下步骤：步骤一：集中器在系统初始化时，向所有业务主站发送消息，各业务主站向集中器下达带宽需求和信噪比需求；步骤二：集中器运行宽带电力线载波通道安全隔离算法，为电、水、气、热业务分配相互隔离的子载波集；步骤三：集中器将子载波集的分配结果上报至各业务主站；步骤四：各业务主站确认后，发送确认消息给集中器，集中器将子载波集的分配结果下发给所有采集器；步骤五：各采集器根据子载波集的分配结果对其子载波资源进行配置，并将与电、水、气、热业务相对应的子载波集一对一绑定，形成电、水、气、热业务各自的专属电力线载波通道；步骤六：各业务主站通过其相对应的电、水、气、热业务的专属电力载波通道分别与对应的电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端进行密钥交互，并同时采集电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端的数据。

优选地，每个采集器对应通信连接电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端。

优选地，宽带电力线载波通道安全隔离算法包括子载波初始分配和子载波交换，采用比例公平原则进行子载波初始分配，且以电、水、气、热业务的信噪比进行子载波交换，从而对电、水、气、热业务的子载波集进行调整。

根据本发明另一具体实施方式的一种多源信息采集的电力线通信安全系统，包括：多个业务主站、集中器以及多个采集器。集中器与多个业务主站通信连接；多个采集器分别与集中器通过电力线通信连接，且每个采集器分别与电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端通信连接；其中，集中器在系统初始化时，向多个业务主站发送消息，各业务主站向集中器下达带宽需求和信噪比需求；其中，集中器运行宽带电力线载波通道安全隔离算法，为电、水、气、热业务分配相互隔离的子载波集；其中，集中器将子载波集的分配结果上报至各业务主站；其中，各业务主站确认后，发送确认消息给集中器，集中器将子载波集的分配结果下发给多个采集器；其中，各采集器根据子载波集的分配结果对其子载波资源进行配置，并将与电、水、气、热业务相对应的子载波集一对一绑定，形成电、水、气、热业务各自的专属电力线载波通道；其中，各业务主站通过其相对应的电、水、气、热业务的专属电力载波通道分别与对应的电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端进行密钥交互，并同时采集电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端的数据。

优选地，多个业务主站的数量为四个，且四个业务主站分别为电业务主站、水业务主站、气业务主站机及热业务主站。

优选地，宽带电力线通信通道隔离算法包括子载波初始分配和子载波交换，采用比例公平原则进行子载波初始分配，且以电、水、气、热业务的信噪比进行子载波交换，从而对电、水、气、热业务的子载波集进行调整。

在实际应用中，本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统分为两个方向：业务安全隔离与通道安全隔离，将业务隔离和通道隔离通过多层协同的方式结合在一起，从而实现业务横向隔离，数据纵向加密，业务横向隔离通过各业务主站分别与集中器进行交互实现，其交互过程如下：步骤一：集中器在系统初始化时，向所有业务主站发送消息，各业务主站向集中器下达带宽需求和信噪比需求；步骤二：集中器运行宽带电力线载波通道安全隔离算法，为电、水、气、热业务分配相互隔离的子载波集；步骤三：集中器将子载波集的分配结果上报至各业务主站；步骤四：各业务主站确认后，发送确认消息给集中器，集中器将子载波集的分配结果下发给所有采集器；步骤五：各采集器根据子载波集的分配结果对其子载波资源进行配置，并将与电、水、气、热业务相对应的子载波集一对一绑定，形成电、水、气、热业务各自的专属电力线载波通道；步骤六：各业务主站通过其相对应的电、水、气、热业务的专属电力载波通道分别与对应的电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端进行密钥交互，并同时采集电表终端、水表终端、燃气表终端及热量表终端的数据。

通过上述过程，各个表计终端分别使用各自的安全密钥对其数据进行加密，非本业务的主站就无法获知其他业务的表计数据，以达到业务安全隔离的效果。

本发明根据业务对带宽和通信质量的要求，提出了基于子载波集隔离的宽带电力线载波通道安全隔离算法，宽带电力线载波通道安全隔离算法给不同业务分配并绑定相应的子载波，且不同业务所使用的子载波相互隔离。考虑到业务间公平性原则，子载波分配算法包括初始分配和子载波交换两个方面。采用比例公平原则对子载波进行初始分配，然后以业务信噪比进行子载波交换对每个业务的子载波集进行调整，寻找最优的子载波分配，达到子载波集的安全隔离。

如图2所示，图2是根据本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统的宽带电力线载波通道安全隔离算法的流程图，集中器中运行的宽带电力线载波通道安全隔离算法流程如下：

步骤一：统计所有业务各自所需的带宽bi，i∈(1,2,3,4)，分别对应“电、水、气、热”这四种业务；

步骤二：统计宽带电力线通信系统所有子载波的总带宽容量c；

步骤三：如果所有业务的总带宽需求btotall≤c，则直接为业务si分配满足其带宽需求的子载波数，转到步骤五；如果btotall＞c，则转到步骤四；

步骤四：计算各业务si的需求带宽bi占总带宽需求btotall的比率，按照带宽比例公平原则，为每个业务分配相应的子载波数ni，其中n为宽带电力线通信系统的子载波总数；

步骤五：完成子载波初始分配；

步骤六：统计各子载波j的信噪比snrj；

步骤七：统计各业务的信噪比要求，如果业务实际信噪比都满足其要求，转到步骤九；如果存在业务实际信噪比低于要求，转入步骤八；

步骤八：计算各业务si的信噪比与所要求的信噪比之间的差值vi；将差值最大的业务中信噪比最好的子载波j，与差值最小的业务中信噪比最弱的子载波k，进行交换；转到步骤七；

步骤九：完成子载波交换。

总之，本发明的多源信息采集的电力线通信安全方法及系统具有如下有益效果：

1、本发明采用基于子载波隔离的宽带电力线载波通道安全隔离算法，将宽带电力线信道的所有子载波分为若干子载波集，并分配给不同业务，且业务独占各自的子载波集，从而达到通信通道安全隔离的目的；

2、本发明采用宽带电力线通信的通道安全隔离算法，综合考虑了不同业务在通信带宽和通信质量两方面的比例公平；

3、不同的业务及其通信通道，采用各自的身份认证和安全加密手段，有效保证了采集数据的安全性。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。