基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对方法及系统与流程

本发明主要涉及断路器与电能表配对技术领域，具体涉及一种基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对方法及系统。

背景技术：

与智能预付费电表配套使用的费控开关，在功能上还存在着明显不足，即欠费可自动断电，但缴费后合闸还需人工完成，极大地增大了供电企业的工作量和人工成本，虽然在智能预付费电表中内置微型继电器可基本解决缴费后费控开关自动合闸的问题，但由于内置微型继电器触点间距较小，在分合闸过程中易出现爬电、闪络等现象，长时间运行后会造成继电器触点氧化、接触不良等问题，降低了供电的可靠性。

基于上述问题，现有的电能表外置断路器被设计出来，与预付费电能表配套使用，通过蓝牙等无线通讯方式进行配对连接，实现断路器的分合闸控制；现有断路器与电能表间的配对方式通过在断路器内置电流指纹模块，实现信息在电力线上传输，并结合无线蓝牙模块实现信息无线通讯，使得配对过程无需依赖人工即可有效实现智能电表与表后断路器的自动配对。但是，在实现本专利申请技术方案的过程中，发现现有的断路器配对方案存在以下问题：

(1)蓝牙断路器随机生成16位配对特征码一，其无法保证每个蓝牙断路器配对特征码的唯一性，这就导致电能表蓝牙模块扫描蓝牙广播时，存在扫描到多个特征码一致的蓝牙断路器，进而需要通过配对特征码二来进行二次识别，从若干蓝牙断路器中选择出实际的断路器，其耗时较长；

(2)原配对方案中，由于电能表和蓝牙断路器在初始阶段，互相均不清楚各自的mac地址，故需要两次广播交互才能保证电能表和蓝牙断路器的地址关联，配对效率低下；

(3)现有方案通过蓝牙模块进行数据传输，而蓝牙方式进行数据传输其安全性极低，无法保证数据传输的私密性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种配对效率高的基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对方法，包括步骤：

量子密钥分配终端接收蓝牙断路器的注册消息，为注册入网的蓝牙断路器分配唯一的量子身份号，并返回给蓝牙断路器；同时所述量子密钥分配终端接收智能电表的配对消息，并建立智能电表与对应注册蓝牙短路器之间的映射关系；

所述蓝牙断路器以无功电流方式，将接收的量子身份号调制发送到电缆线上，并采用蓝牙广播发送该量子身份号；

智能电表通过采样电流数据解调出电缆传输的量子身份号，并且通过蓝牙模块扫描广播；当扫描到的蓝牙传输的量子身份号与电缆线上的量子身份号一致时，向所述量子密钥分配终端发送配对消息。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述无功电流方式具体为通过蓝牙断路器中内置的容性负载进行调制来实现，无功电流方式是通过容性负载的通断来对二进制位1和0进行表示，进而实现对量子身份号的表示。

所述蓝牙断路器将量子身份号通过ook编码方式生成相应的控制信号，进而通过开关控制产生相应的电流信息，通过电缆线传输至智能电表。

所述智能电表通过采样电流数据解调出电缆传输的量子身份号的具体过程为：采用非相关解调方法，将采样的电流信号通过带通滤波器，保留预设范围内的波段；再通过全波整流将所有波形负值的信号进行翻转；进而通过低通滤波器，滤除高于阈值频率的波段，最后抽样判断数据为0还是1；最终从采样记录的电流数据解调出电缆传输的量子身份号。

当配对完成后，所述蓝牙断路器与智能电表间通过蓝牙进行信息交互前采用第一共享密钥进行加密，所述第一共享密钥为蓝牙断路器与智能电表之间的共享密钥。

所述智能电表向所述量子密钥分配终端发送配对请求时采用第二共享密钥进行加密，所述第二共享密钥为智能电表与量子密钥分配终端之间的共享密钥。

智能电表与对应注册蓝牙短路器之间的映射关系包括智能电表mac地址-量子身份号-蓝牙断路器mac地址之间的映射。

所述智能电表向所述量子密钥分配终端发送配对消息的具体过程为：当智能电表确定其对应的蓝牙断路器后，存储所述蓝牙断路器的mac地址，并向所述量子密钥分配终端发送配对消息；所述配对消息包括智能电表的mac地址和与之对应的蓝牙断路器的mac地址。

本发明还公开了一种基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对系统，包括：

量子密钥分配终端，用于接收蓝牙断路器的注册消息，为注册入网的蓝牙断路器分配唯一的量子身份号，并返回给蓝牙断路器；其中所述量子身份号为所述量子密钥分配终端对每台注册的蓝牙断路器分配的唯一身份标识；还用于接收智能电表的配对消息，并建立智能电表与蓝牙短路器之间的映射关系；

蓝牙断路器模块，用于以无功电流方式，将接收的量子身份号调制发送到电缆线上，并采用蓝牙广播发送该量子身份号；

智能电表模块，用于通过采样记录的电流数据解调出电缆传输的量子身份号，并且通过蓝牙模块扫描广播；当扫描到的蓝牙传输的量子身份号与电缆线上的量子身份号一致时，向所述量子密钥分配终端发送配对消息。

本发明进一步公开了一种用于智能电表与蓝牙断路器配对的量子密钥分配终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如下所述的步骤：

接收蓝牙断路器的注册消息，为注册入网的蓝牙断路器分配唯一的量子身份号，并返回给蓝牙断路器；其中所述量子身份号为所述量子密钥分配终端对每台注册的蓝牙断路器分配的唯一身份标识；

同时接收智能电表的配对消息，并建立智能电表与蓝牙短路器之间的映射关系，所述映射关系包括智能电表mac地址-量子身份号-蓝牙断路器mac地址之间的映射。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对方法及系统，采用量子身份认证机制，通过量子密钥网络为每个断路器提供一个唯一量子身份号，进而保证电能表配对过程仅能扫描到一个特征码一致的蓝牙断路器，避免了由于现有蓝牙断路器随机生成16位配对特征码一，其无法保证每个蓝牙断路器配对特征码的唯一性，导致电能表蓝牙模块扫描蓝牙广播时，扫描到多个特征码一致的蓝牙断路器的情况，进而需要通过配对特征码二来进行二次识别，从若干蓝牙断路器中选择出实际的断路器的问题，有效减小了配对时间，提高了配对效率。

(2)本发明通过设置量子密钥终端，在量子密钥终端中建立智能电表mac地址->断路器量子身份号->断路器mac地址间的映射关系，避免了多次广播进行地址关联，进一步提高了配对效率。

(3)本发明通过量子密钥对传输数据进行加密(仅针对配对后的智能电表和断路器)，保证蓝牙数据传输的安全性。

附图说明

图1为本发明的配对方法在具体实施例的流程图。

图2为本发明的配对系统在具体实施例的拓扑结构图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的基于身份认证的智能电表和蓝牙断路器的配对方法，包括步骤：

步骤1：量子密钥分配终端接收蓝牙断路器的注册消息，为注册入网的蓝牙断路器分配唯一的量子身份号，并返回给蓝牙断路器；同时，量子密钥分配终端接收智能电表的配对消息，并建立智能电表与蓝牙断路器之间的映射关系；

其中，量子身份号为量子密钥分配终端给每台注册的蓝牙断路器分配的唯一身份标识，且量子密钥分配终端中存储有智能电表与蓝牙断路器之间的配对映射关系列表；映射关系列表中存储有智能电表mac地址->断路器量子身份号->断路器mac地址间的对应关系；

步骤2：蓝牙断路器以无功电流方式，将接收的量子身份号调制发送到电缆线上，并采用蓝牙广播发送该量子身份号；

步骤3：智能电表通过采样记录的电流数据解调出电缆传输的量子身份号，并且通过蓝牙模块扫描广播，当扫描到的蓝牙传输的量子身份号与电缆线上的量子身份号一致时，向所述量子密钥分配终端发送配对消息。其中在同一时间段，每个智能电表只能接收到与其通过电缆连接的蓝牙断路器所发送到电缆上的，且通过无功电流方式发送的量子身份号(是唯一的一个)，不会采集到其他的电流信号。

本发明采用量子身份认证机制，通过量子密钥网络为每个断路器提供一个唯一量子身份号，进而保证电能表配对过程仅能扫描到一个特征码一致的蓝牙断路器，有效减小了配对时间，提高配对效率；同时，通过设置量子密钥终端，在量子密钥终端中建立智能电表mac地址->断路器量子身份号->断路器mac地址间的映射关系，避免了多次广播进行地址关联，进一步提高了配对效率。

在一具体实施例中，如图2所示，蓝牙断路器包括电流编码控制器，在步骤2中，电流编码控制器根据从量子密钥分配终端获得的量子身份号，通过ook编码方式生成相应的控制信号，进而通过开关控制产生相应的电流信息，通过电缆传输至智能电表。其中ook调制是ask调制的一个特例，把一个幅度取为0，另一个幅度为非0，就是ook，又名二进制振幅键控(2ask)，它是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭；该调制方式的出现比模拟调制方式还早，morse码的无线电传输就是使用该调制方式。由于ook实现简单，在光纤通信系统中，振幅键控方式获得广泛应用。本发明采用ook方式生成相应的控制信号，进而通过开关控制产生相应的电流信息，通过电缆传输至智能电表。

另外，在步骤2中，无功电流方式具体为通过在蓝牙断路器中内置的容性负载进行调制来实现，无功电流方式是通过容性负载的通断来对二进制位1和0进行表示，进而实现对量子身份号的表示。

在一具体实施例中，在步骤3中，智能电表通过采样记录的电流数据解调出电缆传输的量子身份号，其具体包括：采用非相关解调方法，将采样的电流信号通过带通滤波器，保留预设范围内的波段；再通过全波整流将所有波形负值的信号进行翻转；进而通过低通滤波器，滤除高于阈值频率的波段，最后抽样判断数据为0还是1；最终从采样记录的电流数据解调出电缆传输的量子身份号。

在一具体实施例中，在步骤3中，智能电表向量子密钥分配终端发送配对消息，具体为：当智能电表确定其对应的蓝牙断路器后，存储蓝牙断路器的mac地址，并向量子密钥分配终端发送配对消息；配对消息包括智能电表的mac地址和与之对应的蓝牙断路器的mac地址。

在一具体实施例中，在步骤3之后，当配对完成后，蓝牙断路器与智能电表间通过蓝牙进行信息交互前采用第一共享密钥进行加密，保证蓝牙数据传输的安全性；第一共享密钥为蓝牙断路器与智能电表之间的共享密钥。智能电表向量子密钥分配终端发送配对请求时采用第二共享密钥进行加密，第二共享密钥为智能电表与量子密钥分配终端之间的共享密钥。

具体地，量子密钥分配终端提供接口函数，电表数据管理中心通过调用接口函数与其进行通信，量子密钥分配终端向智能电表和蓝牙断路器分配统一的第一共享密钥，第一共享密钥用于智能电表与蓝牙断路器之间通信数据的加密和解密；智能电表与蓝牙断路器之间进行信息交互前均采用第一共享密钥进行加解密。同样的，量子密钥分配终端还向自身和智能电表分配统一的第二共享密钥，智能电表向所述量子密钥分配终端发送配对消息时采用第二共享密钥进行加密，第二共享密钥为智能电表与量子密钥分配终端之间的共享密钥。

在一具体实施例中，量子身份号为量子密钥分配终端给每台注册的蓝牙断路器分配的唯一身份标识，且量子密钥分配终端中存储有智能电表与注册蓝牙断路器的配对列表，列表中的每条数据为智能电表的mac地址、蓝牙断路器mac地址以及蓝牙断路器量子身份号之间的映射关系。其中预先对蓝牙断路器进行量子密钥分配网络注册的过程具体为：

通过第三方平台，在量子密钥分配网络的运营机构办理注册入网的相关手续，量子密钥分配网络的运营机构负责审核用户的入网申请，如审核通过，则为每台智能电表分配一个全网内独一无二的量子身份号，该量子身份号被存储在申请入网的智能电表的存储介质中。

本发明还相应公开了一种基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对系统，包括：

量子密钥分配终端，用于接收蓝牙断路器的注册消息，为注册入网的蓝牙断路器分配唯一的量子身份号，并返回给蓝牙断路器；其中所述量子身份号为所述量子密钥分配终端对每台注册的蓝牙断路器分配的唯一身份标识；还用于接收智能电表的配对消息，并建立智能电表与蓝牙短路器之间的映射关系；

蓝牙断路器模块，用于以无功电流方式，将接收的量子身份号调制发送到电缆线上，并采用蓝牙广播发送该量子身份号；

智能电表模块，用于通过采样记录的电流数据解调出电缆传输的量子身份号，并且通过蓝牙模块扫描广播；当扫描到的蓝牙传输的量子身份号与电缆线上的量子身份号一致时，向所述量子密钥分配终端发送配对消息。

本发明的基于身份认证的智能电表与蓝牙断路器的配对系统，用于执行如上所述的配对方法，同样具有如上方法所述的优点；而且上述蓝牙断路器模块内置于蓝牙断路器(如程序模块或实体模块)，智能电表模块内置于智能电表内部(如程序模块或实体模块)，其整体结构简单且易于实现。

本发明还进一步公开了一种用于智能电表与蓝牙断路器配对的量子密钥分配终端，包括处理器和存储器，其中存储器存储有计算机程序，上述计算机程序在被处理器运行时执行如下所述的步骤：

接收蓝牙断路器的注册消息，为注册入网的蓝牙断路器分配唯一的量子身份号，并返回给蓝牙断路器；其中所述量子身份号为所述量子密钥分配终端对每台注册的蓝牙断路器分配的唯一身份标识；同时接收智能电表的配对消息，并建立智能电表与蓝牙短路器之间的映射关系，所述映射关系包括智能电表mac地址-量子身份号-蓝牙断路器mac地址之间的映射。

本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。