面向智能电网的无线恶意行为预测与应对方法及数据安全采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电网数据传输的保护方法，尤其是涉及一种面向智能电网的无线 恶意行为预测与应对方法及数据安全采集系统，属于无线通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，智能电网旨在依托高速、宽带、可靠的电力通信网络，在共享信息模式的基 础上，通过各类电网信息的实时、高速、双向传递，实现能源的高效，稳定，可靠的传输与交 换。
[0003] 随着配网自动化、计量自动化（用电信息采集）等电网业务的开展，现有电力主网 采用的光纤通信技术、载波技术已经不适宜在中低压配电网中应用（应用存在诸多困难）。 由于中低压配电网具有终端数量大、分布广、变动较频繁、单点业务速率低、安全性和可靠 性要求高的特点，如果使用光纤通信技术、载波技术等有线通信技术，则会存在建设成本昂 贵、工期长的问题。由于无线网络具有非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、传输距离 远、带宽大、不受限于地面线路结构，建设维护成本低的优点，有利于在中低压配电网中使 用。
[0004] 但是，在无线网络应用于中低压配电网中存在无线恶意攻击的威胁。例如：一是在 恶意节点通过无线窃听监听用户的用电信息，进而给电网和用户安全带来潜在威胁。二是 在恶意节点通过无线干扰行为，降低用户电网仪表数据信息无线传输的可靠性，给电网运 行和用户带来损失。三是通过坏数据注入，伪装合法用户篡改信息等。
[0005] 因此，需要设计一种面向电网的数据保护方法，能够应用于中低压配电网，以保证 电网信息交换灵敏，信息传输可靠、安全、完整。
【发明内容】
：
[0006] 本发明的目的之一，是为了解决现有技术中无线网应用于中低压配电网时容易被 恶意侵入，导致用户信息不安全、容易受干扰的问题，提供一种面向智能电网的无线恶意行 为预测与应对方法。
[0007] 本发明的目的之二，是为了提供一种面向智能电网的无线恶意行为预测与应对的 数据安全采集系统。
[0008] 本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：
[0009] 面向智能电网的无线恶意行为预测与应对方法，其特征在于：
[0010] 1)将智能电网中的用户智能仪表之间的数据传输链路设置为无线单跳或无线多 跳数据传输路由，构成单向网络图，将用户策略设为所述单向网络图的有向边，形成无线树 形网络结构；
[0011] 2)在第1)点所述的无线树形网络结构中设置若干个恶意节点，根据所述恶意节 点的无线恶意行为，建立代价函数，以表达所述无线恶意行为对每个用户仪表信息传输的 可靠性与安全性方面的负面影响；
[0012] 3)建立每个恶意节点的效用函数，以表达基于每个恶意节点的恶意行为对全网络 用户仪表数据传输的影响；
[0013] 4)根据无线网络中用户与恶意节点间的交互行为，建立一个多参与者博弈模型；
[0014] 5)根据第4)点建立的多参与者博弈模型，计算得出纳什均衡解，获取恶意节点采 取每种恶意行为的概率，从而获得用户间的选路路由策略的依据。
[0015] 本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：
[0016] 进一步地，第1)点所述的用户仪表数据传输路由，为用户仪表数据的上行多跳采 集过程；智能电网的数据集中单元是单向图标网络上唯一的出度为0的节点。
[0017] 进一步地，第2)点所述的每个恶意节点的无线恶意行为，是指恶意节点在博弈模 型中采取的策略为窃听、干扰、坏数据注入或伪装合法用户篡改信息。
[0018] 进一步地，第4)点所述的多参与者博弈模型，包括两个部分：一为用户节点与用 户节点之间在选路路由过程中的交互行为组成一个网络形成的博弈模型；二为用户与恶意 节点之间的交互组成了一个非零非合作博弈模型。
[0019] 进一步地，第5)点所述的纳什均衡解是指混合策略纳什均衡解，即每个参与者采 取的每种策略以概率的形式给出；或者是纯策略纳什均衡解，即参与者采取某一种策略的 概率为1，其余策略均为0。
[0020]进一步地，第2)点所述代价函数的表达式为：
[0022] 式中各参数的含义为：用户i的真实的电力需求为一个随机变量Zi，取值区间为 其概率密度函数为f (Zi)，满足期望为Di，方差为1的正态分布；1?_是用户的 电表数据安全可靠传输概率，Au和A ^分别是单元委托阶段和经济调度阶段的单位电量价 格。
[0023] 进一步地，第3)点所述效用函数的表达式为：
[0025] 式中各参数的含义为：am是恶意节点m所采取的行动策略，例如，窃听E或者干扰 J，与窃听是一种被动工作模式几乎不需要额外的代价不同，干扰需要付出一定的干扰功率 Pi，因此会给恶意节点带来额外的成本代价其中0m是单位功率的成本。
[0026] 第4)所述点所述多参与者博弈模型，用前述的代价函数的表达式和效用函数的 表达式构成。
[0027] 本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：
[0028]面向智能电网的无线恶意行为预测与应对的数据安全采集系统，其结构特点在 于：包括电力运行调度控制单元、数据集中器、多个智能电表终端、多个恶意节点以及基于 IEEE 802. 11S/IEEE 802. 15. 4协议的光纤通讯链路和无线通讯链路；所述电力运行调度 控制单元与数据集中器通过光纤通讯链路连接、形成双向通信链路；数据集中器与智能电 表终端通过无线通讯链路连接、形成双向通信链路，并形成一个以数据集中器为根节点的 树状路由拓扑，以实现智能电表的仪表数据采集；所述恶意节点具有干扰、窃听无线电路结 构，以恶意攻击上述智能电表的仪表数据采集；所述智能电表终端具有电表计量功能模块、 无线通信模块与检测计算模块，无线通信模块通过无线通讯链路连接与数据集中器连接， 检测计算模块检测出各恶意节点攻击行为及对自身数据安全可靠通信影响，并通过无线模 块与无线网络上报给数据集中器。
[0029] 本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：
[0030] 进一步地，数据集中器包含有数据存储集中功能模块、光纤通信模块、无线通信模 块及统计分析模块，光纤通信模块通过光纤链路与电网运营控制单元连接，无线通信模块 通过无线链路与智能电表终端连接，统计分析模块统计所有智能电表终端上报的数据，分 析得到各恶意节点的影响结果，并通过无线通信模块将上述信息广播给网络内的各智能电 表终端。
[0031] 进一步地，全网络的智能电表终端与恶意节点作为参与者组成一个混合博弈模 型，各智能电表终端依据自身感知的成本函数与集中器发布的效用函数信息计算博弈的纳 什均衡解，得到恶意节点采取每种恶意行为的概率，并同时获得自身的选路路由策略的依 据。
[0032] 进一步地，所述的纳什均衡是混合策略纳什均衡，即每个参与者采取的每种策略 是以概率的形式给出，也可能是纯策略纳什均衡，即参与者采取某一种策略的概率为1，其 余策略均为〇。
[0033] 进一步地，所述的计算博弈模型纳什均衡为不限定。
[0034] 本发明具有如下突出的有益效果：
[0035] 1、本发明通过将智能电网中的用户智能仪表之间的数据传输链路设置为无线单 跳或无线多跳数据传输路由，构成单向网络图，将用户策略设为所述单向网络图的有向边， 形成无线树形网络结构；通过成本函数与效用函数