一种基于秘密共享的电力巡检无人机加密通信方法与流程

本发明涉及加密通信，具体涉及一种基于秘密共享的电力巡检无人机加密通信方法。

背景技术：

1、电力传输设备及线路的运行安全是电力系统可靠稳定运行的基础。通过安装在电力传输设备线路的视频设备及电流、电压等各种传感器，通过移动无线网络准确获得设备和线路的运行情况，实现统一管理、统一调度。电力传输监测网络是电力传输监测系统的重要组成，其主要功能就是实现终端数据在网络中的可靠传输。网络主要由进行数据采集和传输的无线传感器节点组成，其安全对整个监测系统具有至关重要的作用。

2、电力移动巡检主要工作内容便是巡视电力传输网的工作状态，依靠分布在传输网中的各类传感器获取传输网的实时状态信息。而电力传输网中传感器分布在传输网的沿线上，数量众多且同一个区域探测的数值会有很大的相似性，如温度、湿度等环境数值在同一个区域内的数值极为近似，若将每个传感器的数值直接传回服务器，将会带来传感器通信通道的极大浪费造成采集数据的大量冗余并加重了服务器的数据处理压力。因此必须设计一个合理的中心节点，将传感器分区域划分，每个传感器将自己采集的数据传送至各自负责的中心节点上，由中心节点根据所属区域的传感器数据特征自动汇总分析，进行数据冗余处理后上传后台服务器，如此可以保证数据传输的高效和准确，减轻大量数据对服务器的冲击和对通信通道的占用。

3、在电力行业特别是输电、变电、配电、新能源发电等领域中，无人机巡检特别是全自主巡检正在成为一线巡检的新主力。4g/5g移动通信在无人机领域的应用，更是为超视距自主巡检提供了低成本、低延迟的解决方案。在信息安全传输方面，对于无人机基于4g/5g直连后台通信的场景，传统的技术方案是：在无人机上外挂一个体积较大的安全模块，该模块内置安全芯片，可以与后台建立加密的安全传输通道。但是发明人发现，现有的技术方案仍然存在无人机到附加安全模块之间数据无安全加密措施的问题；安全模块与后台之间的安全通道使用ssl安全协议技术，要以数字证书为基础，证书一经禁用无法恢复，不能灵活地完成设备禁止接入和允许接入控制。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于秘密共享的电力巡检无人机加密通信方法，包括如下步骤：

2、s1、平台控制中心将需要共享的秘密信息根据多个移动的电力巡检无人机构成的区域节点的数量分解成对应的秘密份额，区域节点将分解后的秘密份额分发给巡检区域内的传感终端；

3、s2、各个传感终端将要发送的传感数据信息发送至区域节点上，区域节点接收完区域内所有各个传感终端的传感数据信息后，进行数据特征提取，获得区域内的关联度矩阵；

4、s3、各区域节点将区域关联度矩阵数据进行位置加密变换后发送至平台控制中心。

5、进一步地，步骤s1包括：

6、s11、由各个传感终端到区域节点的电磁波传播时间以及时间差，计算得到区域节点的坐标；

7、s12、区域节点利用通过加密函数将分解后的秘密份额分发给区域内选定的传感终端。

8、进一步地，步骤s2包括：

9、s21、计算区域内多个传感终端的传感数据信息的特征信号；

10、s22、构造多个特征信号的关联度矩阵。

11、进一步地，步骤s21中，特征信号提取步骤如下:

12、（1）找出传感数据信息xi(k)所有极大值点和极小值点；

13、（2）采用三次样条插值函数将极大值点拟合成上包络线emax(t),极小值点拟合成下包络线emin(t)；

14、（3）取emax(t)与emin(t)的平均值m(t)；

15、（4）用xi(k)减去m(t),得到特征信号hi(k)。

16、进一步地，步骤s22中，设区域内多个传感终端从不同位置测量指标参数,第i个传感器在k时刻传感数据信息为xi(k),对应的特征信号为hi(k)，第j个传感器在k时刻传感数据信息为xj(k),对应的特征信号为hj(k)，其中,i,j=1,2,…,m；

17、定义k时刻的关联度函数sij(k):

18、。

19、进一步地，由sij(k)构造k时刻多个特征信号的关联度矩阵：

20、；

21、对关联度矩阵中第i行元素而言，若的值较大，表明此时刻第i个传感器的特征信号与多数传感器保持一致；反之则表明第i个传感器的特征信号偏离多数传感器的所测数据。

22、进一步地，设坐标为(x,y)区域节点发送的关联度矩阵数据为n*n大小，为了加密效果，对n*n的关联度矩阵数据为进行位置加密变换运算：

23、；

24、其中，表示n*n的关联度矩阵数据中第i列，表示进行位置加密变换运算之后对应的列位置，a为模参数，n表示迭代次数，mod为模运算。

25、进一步地，平台控制中心用位置加密逆变换运算为密钥解密各区域节点将区域关联度矩阵数据后，验证各区域节点将区域关联度矩阵数据，对区域节点坐标信息与关联度矩阵数据进行双重验证。

26、相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

27、平台控制中心将需要共享的秘密信息根据多个移动的电力巡检无人机构成的区域节点的数量分解成对应的秘密份额，区域节点将分解后的秘密份额分发给巡检区域内的传感终端。各个传感终端将要发送的传感数据信息发送至区域节点上，区域节点接收完区域内所有各个传感终端的传感数据信息后，进行数据特征提取，获得区域内的关联度矩阵；各区域节点将区域关联度矩阵数据进行位置加密变换后发送至平台控制中心。实现对数据在传输过程中实现安全加密，提高数据传输的安全性，避免因数据泄露而造成严重损失的风险。

技术特征：

1.一种基于秘密共享的电力巡检无人机加密通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的加密通信方法，其特征在于，步骤s1包括：

3.根据权利要求1所述的加密通信方法，其特征在于，步骤s2包括：

4.根据权利要求3所述的加密通信方法，其特征在于，步骤s21中，特征信号提取步骤如下:

5.根据权利要求4所述的加密通信方法，其特征在于，步骤s22中，设区域内多个传感终端从不同位置测量指标参数,第i个传感器在k时刻传感数据信息为xi(k),对应的特征信号为hi(k)，第j个传感器在k时刻传感数据信息为xj(k),对应的特征信号为hj(k)，其中,i,j=1,2,…,m；

6.根据权利要求5所述的加密通信方法，其特征在于，由sij(k)构造k时刻多个特征信号的关联度矩阵：

7.根据权利要求6所述的加密通信方法，其特征在于，设坐标为(x,y)区域节点发送的关联度矩阵数据为n*n大小，为了加密效果，对n*n的关联度矩阵数据为进行位置加密变换运算：

8.根据权利要求7所述的加密通信方法，其特征在于，平台控制中心用位置加密逆变换运算为密钥解密各区域节点将区域关联度矩阵数据后，验证各区域节点将区域关联度矩阵数据，对区域节点坐标信息与关联度矩阵数据进行双重验证。

技术总结
本发明提出了一种基于秘密共享的电力巡检无人机加密通信方法，涉及加密通信技术领域，平台控制中心将需要共享的秘密信息根据多个移动的电力巡检无人机构成的区域节点的数量分解成对应的秘密份额，区域节点将分解后的秘密份额分发给巡检区域内的传感终端。各个传感终端将要发送的传感数据信息发送至区域节点上，区域节点接收完区域内所有各个传感终端的传感数据信息后，进行数据特征提取，获得区域内的关联度矩阵；各区域节点将区域关联度矩阵数据进行位置加密变换后发送至平台控制中心。

技术研发人员：徐相森,张实君,来骥,彭柏,聂正璞,杨睿,李硕,曾婧,段西宁,肖娜,王海超
受保护的技术使用者：国网冀北电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21