一种电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法和系统，其中，该方法包括：步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道进行融合通信收发数据报文；步骤B：初始化集中器和各智能电表节点的通信拓扑网络；步骤C：所述集中器或所述各智能电表节点检测所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量，并根据检测结果选择收发数据报文的信道。本发明专利技术的方法和系统，采用物理层融合的方法，通过共用数字基带部分，提高了处理速度，降低系统复杂度和硬件成本。而且能够支持三种工作模式，不仅提高了通信可靠性，而且更具灵活性。采用工频载波信道专门作为密钥发布通道，充分发挥工频信号穿透性强的特点，保证各个节点都能收到密钥信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力通信
，具体地，涉及一种电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法和系统。
技术介绍
电力线载波通信(Powerline Communications，PLC)技术作为电力行业特有的通信技术，拥有覆盖范围广、成本低的巨大优势，在电力用户用电信息采集系统领域得到广泛应用。微功率无线通信技术可以克服其他通信方式在某些抄表场合的不足，施工方便，不需要额外铺设电缆，普通工人都可以方便的进行安装；通信不受电网特性限制，可方便的对跨台区、复杂用电环境快速实施抄表操作；通信速率快，实时性高，方便实施远程预付费、远程拉合闸等应用。在基于电力线载波通信的用电信息采集系统的应用中，由于电力线载波通信的传输距离有限，需要通过中继方式保证抄表覆盖范围，对于农村、城乡结合部等低密度住宅不能做到全覆盖，实施难度很大；而且低压电力线窄带载波速率低，实时性差，无法满足远程预付费，远程拉合闸的需求。而在基于微功率无线通信的用电信息采集系统中，由于微功率无线距离短，穿透力弱，直接影响通信可靠性、系统容量。此外，在基于电力线载波通信或者基于微功率无线通信的用电信息采集系统中，由于这两种通信系统所承载的电力用户用电数据报文信息较为敏感，对通信安全有着一定的要求。因此，在现有的用电信息采集系统中，采用单一的通信方式不仅难以保证高度可靠通信质量，更难以保证通信安全，这已成为亟待解决的紧迫问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中用电信息采集系统通信可靠性和安全性不高的问题，本专利技术提出了一种电力线载波与微功率无线融合安全通信方法和系统。该方法包括：步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道进行融合通信收发数据报文；步骤B：初始化集中器和各智能电表节点的通信拓扑网络；步骤C：所述集中器或所述各智能电表节点检测所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量，并根据检测结果选择收发数据报文的信道。该系统包括：融合通信模块，用于将电力线载波信道和微功率无线信道进行融合通信收发数据报文；初始化模块，用于初始化集中器和各智能电表节点的通信拓扑网络；信道选择模块，用于所述集中器或所述各智能电表节点检测所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量，并根据检测结果选择收发数据报文的信道。本专利技术的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法和系统，采用物理层融合的方法，通过共用数字基带部分，提高了处理速度，降低了系统复杂度和硬件成本。而且能够支持三种工作模式，不仅提高了通信可靠性，而且更具有灵活性。采用了工频载波信道专门作为密钥发布通道，充分发挥了工频信号穿透性强的特点，保证各个节点都能收到密钥信息。同时以不定期更换密钥的方式进行密钥管理，提高了安全性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例的电力线载波和无线微功率融合通信的示意图；图2为本专利技术实施例一的方法流程图；图3为本专利技术实施例二的方法流程图；图4为本专利技术实施例的电力线载波与微功率无线融合安全通信的系统结构图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。为了解决现有技术中用电信息采集系统通信可靠性和安全性不高的问题，本专利技术提出了一种电力线载波与微功率无线融合安全通信方法和系统。本专利技术所提出的电力线载波与微功率无线融合通信的方法，采用的是物理层融合的方式。如图1所示，在MAC层中，两者共用同一个MAC地址；而在物理层，两者共用数字基带部分，只有模拟前端部分两者才独立分开：一方面耦合前端使用电力线载波信道进行数据收发，另一方面射频前端及天线使用微功率无线信道进行数据收发。本专利技术提出的方法，能够支持三种信道选择的工作模式，分别为：1、并行模式：电力线载波信道和微功率无线信道分别独立发送相同的业务数据，接收端同时检测两种信道的通信质量，选择通信质量相对较高的信道接收数据。2、融合模式：电力线载波信道和微功率无线信道视为一体，逻辑上融合为同一个通道以获得更高的带宽。在此基础上进行统一的资源调度分配，一部分数据报文通过电力线载波信道传输，另一部分数据报文通过微功率无线信道传输，接收端接收到来自两个信道的数据报文后合成完整的数据报文。3、协同模式：电力线载波信道和微功率无线信道互为备份协同工作。当电力线载波通道通信质量变差时，切换到微功率无线信道进行断点续传；反之亦然。实施例一如图2所示，本专利技术实施例的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，包括：步骤S101：将电力线载波信道和微功率无线信道进行融合通信收发数据报文；此部分的融合过程在前述内容已经详尽描述，在此不再赘述。步骤S102：初始化集中器和各智能电表节点的通信拓扑网络；步骤S103：所述集中器或所述各智能电表节点检测所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量，并根据检测结果选择收发数据报文的信
道。步骤S104：智能电表节点接收所述集中器发送的包括第一集中器MAC地址和第一密钥生命周期的第一数据报文，将所述第一集中器MAC地址和第一密钥生命周期与本地存储的集中器MAC地址和初始密钥生命周期进行比较，如果两者分别一致，则读取所述第一数据报文的报文内容，并向所述集中器返回第二数据报文；集中器与智能电表节点之间的通信过程中对所有数据报文内容都使用初始公共密钥进行加密。智能电表节点收到来自集中器的数据报文后，首先对照数据报文中包含的第一集中器MAC地址和第一密钥生命周期，如果两者均与本地存储的集中器MAC地址和初始密钥生命周期匹配，则用初始公共密钥得到数据报文内容，否则将该报文视为无效帧。步骤S105：所述集中器接收所述第二数据报文，获取智能电表的第一MAC地址，查询本地节点MAC地址列表中是否存在该第一MAC地址，如果存在，则读取所述第二数据报文的报文内容。集中器收到来自智能电表节点的报文，首先在节点MAC地址列表中查找该智能电表节点的MAC地址，如果该MAC地址在列表中，则用初始公共密钥获得报文数据内容，否则将该报文视为无效帧。本专利技术的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，采用物理层融合的方法，通过共用数字基带部分，提高了处理速度，降低了系统复杂度和硬件成本。而且能够支持三种工作模式，不仅提高了通信可靠性，而且更具有灵活性。采用了工频载波信道专门作为密钥发布通道，充分发挥了工频信号穿透性强的特点，保证各个节点都能收到密钥信息。同时以不定期更换密钥的方式进行密钥管理，提高了安全性。实施例二本实施例主要用于对集中器和智能电表节点的通信拓扑网络初始化的过程进行具体描述，如图3所示，包括：步骤S201：所述集中器向所述各智能电表节点广播发送包括初始公共密钥及初始密钥生命周期的广播帧；步骤S202：所述各智能电表节点接收所述广播帧，记录并存储所述集中器的MAC地址、初始公共密钥及初始密钥生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，包括：步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道进行融合通信收发数据报文；步骤B：初始化集中器和各智能电表节点的通信拓扑网络；步骤C：所述集中器或所述各智能电表节点检测所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量，并根据检测结果选择收发数据报文的信道。

【技术特征摘要】
1.一种电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，包括：步骤A：将电力线载波信道和微功率无线信道进行融合通信收发数据报文；步骤B：初始化集中器和各智能电表节点的通信拓扑网络；步骤C：所述集中器或所述各智能电表节点检测所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量，并根据检测结果选择收发数据报文的信道。2.根据权利要求1所述的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：所述集中器向所述各智能电表节点广播发送包括初始公共密钥及初始密钥生命周期的广播帧；所述各智能电表节点接收所述广播帧，记录并存储所述集中器的MAC地址、初始公共密钥及初始密钥生命周期，并向所述集中器发送确认帧；所述集中器接收所述确认帧，根据所述确认帧获取智能电表节点的MAC地址，并存储在本地的节点MAC地址列表中。3.根据权利要求2所述的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，该方法还包括：步骤D：智能电表节点接收所述集中器发送的包括第一集中器MAC地址和第一密钥生命周期的第一数据报文，将所述第一集中器MAC地址和第一密钥生命周期与本地存储的集中器MAC地址和初始密钥生命周期进行比较，如果两者分别一致，则读取所述第一数据报文的报文内容，并向所述集中器返回第二数据报文；步骤E：所述集中器接收所述第二数据报文，获取智能电表的第一MAC地址，查询本地节点MAC地址列表中是否存在该第一MAC地址，如果存在，则读取所述第二数据报文的报文内容。4.根据权利要求2或3所述的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，当所述初始密钥生命周期结束时，所述各智能电表节点接收所述集中器广播发送的包含新的初始公共密钥和初始密钥生命周期的广播帧，并将该广播帧中包含的第二集中器MAC地址与本地存储的集中器MAC地址进行比较，如果一致，则记录新的初始公共密钥和初始密钥生命周期。5.根据权利要求1所述的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：当所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量均低时，发送端通过所述电力线载波信道和所述微功率无线信道分别独立发送相同的数据报文，接收端检测两种信道的信道质量，选择信道质量相对较高的信道接收数据报文。6.根据权利要求1或5所述的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，所述步骤C具体还包括：当所述电力线载波信道和所述微功率无线信道的信道质量均高时，发送端将一部分数据报文通过所述电力线载波信道发送，另一部分数据报文通过所述微功率无线信道发送，接收端分别接收两个信道的数据报文并合并成的完整的数据报文。7.根据权利要求6所述的电力线载波与微功率无线融合安全通信的方法，其特征在于，所述步骤C具体还包括：当传输数据的电力线载波信道的信道质量变差时，切换到所述微功率无线信道进行断点续传；当传输数据的微功率无线信道的信道质量变差时，切换到所述电力线载波信道进行断点续传。8.一种电力线载波与微功率无线融合安全通信的系统，其特征在于，融合通信模块，用于将电力线载波信...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晖峰，王东山，邸卓，尹晓华，丁一，
申请(专利权)人：国家电网公司，北京南瑞智芯微电子科技有限公司，国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11