一种基于电力线通信构建物联网的方法与流程

所属技术领域

本发明涉及电力载波通信技术，具体涉及一种基于电力线通信构建物联网的方法。

背景技术：

目前，电使用已经遍及千家万户，但如何实现家用电的智慧管理，是政府部门和相关厂商需要考虑的问题。通过物联网解决这一问题是一个很好的思路和途径，不过目前对于智慧电力物联网系统的研究还处于初步发展阶段，研究较少。

电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯(powerlinecommunication，plc)是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。近年来，宽带电力线载波通信(bplc：broadbandpowerlinecarrier)技术得到了广泛应用，尤其大量应用于智能电网抄表系统、能源互联网、智能家居和工业数据采集等场景。

电力线载波通信网络具有无需布线的优点，可大大减少网络筹建费用。但电力线网络并不是一种可靠的通信载体，首先，电力线对通信信号会造成强烈的衰减，这种衰减幅度时变性很强，取决于信号频率、网络拓扑、负载电器等等。通信信号在电力线通信信道传播中存在衰落现象，在接收机输入端的信号强度会有很大的变化和起伏，对通信系统接收功率很大的影响。这需要设计出输入电压范围尽可能大的自动增益控制电路。

在利用电力线进行数据传输时，同样面临数据安全的问题。由于电力系统具有较高的开放性传输特点，不受物理地域的限制，因此如果没有密码机制，会很容易为网络带来安全隐患。

技术实现要素：

本发明提供一种基于电力线通信构建物联网的方法，该方法可以利用电力线建立物联网，实现电力设备之间的安全、可靠且经济的通信。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于电力线通信构建物联网的方法，所述方法包括如下步骤：

s1.在多个电力设备之间设置多个载波信号发送端和载波信号接收端；

s2.载波信号发送端生成载波信号，并加密；

s3.将载波信号进行放大或衰减处理；

s4.将载波信号传输给对应的载波信号接收端；

s5.载波信号接收端解密信号，并载波信号进行处理。

优选的，所述步骤s3包括如下子步骤：

步骤s31：获取载波信号的幅值；

步骤s32：提取载波信号的过零信号，并对所述载波信号分段处理，得到过零区域和非过零区域；

步骤s33：分别计算所述幅值在所述过零区域对应的过零区域增益值和所述非过零区域对应的非过零区域增益值；利用加窗处理法对所述过零区域增益值和非过零区域增益值进行处理得到目标增益控制值，

步骤s34：根据得到的所述目标增益控制值对所述载波信号进行放大或衰减。

优选的，以所述过零信号的过零点为中心，所述过零点前后5ms范围内的区域为过零区域，所述过零点前后5ms范围外的区域为非过零区域。

优选的，所述步骤s2中，根据用户密钥和加密算法对生成的载波信号进行分段载波信号加密，得到加密后的分段载波信号

优选的，在所述s2中，具体包括如下子步骤：

s21：将分段载波信号、用户密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第一密文数字信号；

s22：根据用户密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第二随机数字信号；

s23：将第二随机数字信号插入到第一密文数字信号中，得到第二密文数字信号。

s24：对第二密文数字信号进行反转比特位操作，得到最终加密后的分段载波信号。

优选的，在所述步骤s4中，具体包括如下步骤：

s41.接收增大或衰减后的载波信号，其中该载波信号中携带有载波信号发送端口信息；

s42.根据所述载波信号携带的端口信息，确定与载波信号发送端对应的所述载波信号接收端；

s43.向所述对应的载波信号接收端传输所述载波信号。

优选的，在s4中，传输载波信号之前，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端之间的一一对应关系，具体用于，通过预设的端口配对协议，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端的一一对应关系；或者，根据接收的端口配对参数，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端之间的一一对应关系。

优选的，在步骤s5的解密过程中，具体包括如下子步骤：

s51：载波信号接收端接收最终加密后的分段载波信号，并获取用户密钥；

s52：对最终加密后的分段载波信号进行比特位反转操作，得到第四密文数字信号；

s53：从第四密文数字信号中提取出第二随机数字信号，得到第五密文数字信号；

s54：根据第二随机数字信号与密钥进行位运算，得到第一随机数字信号；

s55：根据第五密文数字信号、第一随机数字信号和用户密钥进行位运算，得到原分段载波信号。

本发明具有以下优点和有益效果：(1)本发明将载波信号发送端分为过零区域和非过零区域，分别采用不同参数的自动增益控制来控制，并采用加窗法对两个区域的临界区域进行加窗以平滑自动增益控制参数。通过上述方法，能够最大限度的利用电力载波通信的特点，提高载波信号控制精度和实时性；(2)在载波信号传输过程中，具有一一对应关系的载波信号发送端和载波信号接收端组成的数据通道，与其他具有一一对应关系的载波信号发送端和载波信号接收端的数据通道之间完全隔离，使得不同类型的电力设备的载波信号在不同的数据通道之间传输时不会产生干扰；(3)载波信号传输过程中，采用加密和解密机制，可以确保电力物联网中的信息安全。

附图说明

图1示出了本发明的一种应用于物联网的电力载波通信系统的框图。

图2示出了本发明的一种利用电力线进行通信的方法的流程图。

具体实施方式

图1是示出了本发明的一种应用于物联网的电力载波通信系统，该系统包括载波信号发送端1、载波信号传输装置2、载波通信传输装置3和载波信号接收端4，所述载波信号发送端和载波信号接收端均可以为多个；

其中，所述载波信号发送端1包括：

信号生成单元11，用于生成待传输的载波信号；

信号加密单元12，利用加密算法对待传输的载波信号进行加密，得到加密后的待传输的载波信号；

信号发送单元13，用于将加密后的待传输的载波信号发送给载波信号放大装置；

所述载波信号放大装置2包括：

幅值获取模块21，用于获取加密后的待传输的载波信号的幅值；

过零信号提取模块22，用于提取加密后的待传输的载波信号的过零信号，并对所述过零信号分段处理，得到过零区域和非过零区域；

增益值计算处理模块23，用于分别计算所述幅值在所述过零区域对应的过零区域增益值和所述非过零区域对应的非过零区域增益值；然后利用加窗处理法对所述过零区域增益值和非过零区域增益值进行处理得到目标增益控制值；

增益放大模块24，用于根据得到的所述目标增益控制值对所述加密后的待传输的载波信号进行放大或衰减。

所述载波通信传输装置3包括：

接收模块31，用于接收上述经放大或衰减的载波信号以及所述载波信号携带的端口信息；

确定模块32，用于根据所述载波信号携带的端口信息，确定与载波信号发送端对应的所述载波信号接收端；

设置模块33，用于设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端之间的一一对应关系，具体用于，通过预设的端口配对协议，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端的一一对应关系；或者，根据接收的端口配对参数，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端之间的一一对应关系。

传输模块34，用于向所述对应的载波信号接收端传输所述载波信号；

所述载波信号接收端4包括：

信号接收单元41，用于接收载波通信传输装置发送的载波信号；

信号解密单元42，用于解密接收到的载波信号；

信号处理单元43，对解密后的信号进行处理。

优选的，过零信号提取模块22具体包括：

提取单元，用于提取载波信号中的过零信号；

处理单元，用于对所述载波信号分段处理，得到过零区域和非过零区域；

其中，以所述过零信号的过零点为中心，所述过零点前后5ms范围内的区域为过零区域，所述过零点前后5ms范围外的区域为非过零区域。

优选的，所述信号加密单元12，根据用户密钥和加密算法对生成的载波信号进行分段载波信号加密，得到加密后的分段载波信号。

优选的，所述信号加密单元12包括：

第一运算子单元，用于根据分段载波信号、所述用户密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第一密文数字信号；

第二运算子单元，用于根据所述用户密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第二随机数字信号；

插入子单元，用于将第二随机数字信号插入到第一密文数字信号中，得到第二密文数字信号；

第一操作子单元，用于对第二密文数字信号进行反转比特位操作，得到最终加密后的分段载波信号。

优选的，所述信号解密单元42包括：

第二操作子单元，用于对最终加密后的分段载波信号进行比特位反转操作，得到第四密文数字信号；

提取子单元，用于从第四密文数字信号中提取出第二随机数字信号，得到第五密文数字信号；

第三运算子单元，用于根据第二随机数字信号与用户密钥进行位运算，得到第一随机数字信号；

第四运算子单元，用于根据第五密文数字信号、第一随机数字信号和用户密钥进行位运算，得到原分段载波信号。

图2示出了本发明的一种基于电力线通信构建物联网的方法的流程图。该方法具体包括如下步骤：

s1.在多个电力设备之间设置多个载波信号发送端和载波信号接收端；

s2.载波信号发送端生成载波信号，并加密；

s3.将载波信号进行放大或衰减处理；

s4.将载波信号传输给对应的载波信号接收端；

s5.载波信号接收端解密信号，并载波信号进行处理。

优选的，所述步骤s3包括如下子步骤：

步骤s31：获取载波信号的幅值；

步骤s32：提取载波信号的过零信号，并对所述载波信号分段处理，得到过零区域和非过零区域；

步骤s33：分别计算所述幅值在所述过零区域对应的过零区域增益值和所述非过零区域对应的非过零区域增益值；利用加窗处理法对所述过零区域增益值和非过零区域增益值进行处理得到目标增益控制值，

步骤s34：根据得到的所述目标增益控制值对所述载波信号进行放大或衰减。

优选的，以所述过零信号的过零点为中心，所述过零点前后5ms范围内的区域为过零区域，所述过零点前后5ms范围外的区域为非过零区域。

优选的，所述步骤s2中，根据用户密钥和加密算法对生成的载波信号进行分段载波信号加密，得到加密后的分段载波信号

优选的，在所述s2中，具体包括如下子步骤：

s21：将分段载波信号、用户密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第一密文数字信号。

分段载波信号可以先跟第一随机数字信号进行位运算(例如异或运算)得到第三密文，然后再让第三密文与用户密钥进行位运算(例如异或运算)得到第一密文数字信号。当然分段载波信号也可以先跟用户密钥进行位运算(例如异或运算)得到第三密文，然后再让第三密文与第一随机数字信号进行位运算(例如异或运算)得到第一密文数字信号。其中具体得到第一密文数字信号可以通过如下c语言实现，c[i]＝p[i]^r[(i+a)％rl]^k[(i+b)％kl]，其中c表示第一密文数字信号，i表示字节序数，p表示分段载波信号，r表示第一随机数字信号，rl表示第一随机数字信号长度，k表示用户密钥，kl表示用户密钥长度，a是小于第一随机信号长度的正整数，b小于用户密钥长度的正整数。

s22：根据用户密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第二随机数字信号；

可以将用户密钥与第一随机数字信号进行位运算(例如异或运算)，得到第二随机数字信号，且该第二随机数字信号的长度与第一随机数字信号的长度一样。但是为了保证数据膨胀不是很严重，这个长度值不宜过大。

还可以通过将第一随机数字信号的每个字节(除了最后一个字节)分别与后面的一个字节进行按位异或运算得到第二随机数字信号。

s23：将第二随机数字信号插入到第一密文数字信号中，得到第二密文数字信号。

s24：对第二密文数字信号进行反转比特位操作，得到最终加密后的分段载波信号。

优选的，在所述步骤s4中，具体包括如下步骤：

s41.接收增大或衰减后的载波信号，其中该载波信号中携带有载波信号发送端口信息；

s42.根据所述载波信号携带的端口信息，确定与载波信号发送端对应的所述载波信号接收端；

s43.向所述对应的载波信号接收端传输所述载波信号。

优选的，在s4中，传输载波信号之前，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端之间的一一对应关系，具体用于，通过预设的端口配对协议，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端的一一对应关系；或者，根据接收的端口配对参数，设置多个所述载波信号发送端和多个所述载波信号接收端之间的一一对应关系。

优选的，在步骤s5的解密过程中，具体包括如下子步骤：

s51：载波信号接收端接收最终加密后的分段载波信号，并获取用户密钥；

s52：对最终加密后的分段载波信号进行比特位反转操作，得到第四密文数字信号；

s53：从第四密文数字信号中提取出第二随机数字信号，得到第五密文数字信号；

s54：根据第二随机数字信号与密钥进行位运算，得到第一随机数字信号；

s55：根据第五密文数字信号、第一随机数字信号和用户密钥进行位运算，得到原分段载波信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。