基于电力线通信的多跳数据安全传输方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法、装置及设备，包括获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数，依据各个通信参数构建与每个通信信道一一对应的信道传递函数，各个通信参数结合MK模型对各个信道传递函数构建实际信道模型；依据实际信道模型建立电力线通信系统模型；将联合收发矩阵输入电力线通信系统模型中得到目标函数；对目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解，得到电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率；使得电力线在安全速率下进行数据传输，保证安全通信，预防窃听用户窃取数据。解决了现有技术中多跳宽带电力线通信系统下进行数据传输的安全性低的技术问题。

Secure multi hop data transmission method, device and equipment based on power line communication

【技术实现步骤摘要】
基于电力线通信的多跳数据安全传输方法、装置及设备
本专利技术涉及数据传输安全
，尤其涉及一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法、装置及设备。
技术介绍
多跳宽带电力线通信是指利用电力线作为信号传输的媒介，在发送信号时，利用调制技术把数据进行调制，将载有信息的信号加载到电流上，接着利用电力线进行传输；在接收端接收信号时，先让接收信号经过滤波器，然后将调制信号取出，再经过解调技术，就可得到原来的通信信号，并传送到电话或计算机，实现信息的传递。目前在每家每户均已经分布有电力线，普及范围极广，不需要加设专用线路，若用电力线作为媒介实现台区的移动终端和电能表之间的通信，降低电网获取电能量数据的成本，又可以提高电力线的使用价值。但是，台区的移动终端和电能表之间的通信数据比较庞大，如此庞大而重要的数据在具有广播特性的电力线上进行传输，需要对通信数据进行安全和保密传输，而如何实现数据在电力线上传输的保密性和安全性，对多跳宽带电力线通信的物理层安全的保证显得尤为重要。因此，如何实现多跳宽带电力线通信的物理层安全，保证台区的移动终端与电能表之间能进行安全通信成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法、装置及设备，用于解决现有技术中多跳宽带电力线通信系统下进行数据传输的安全性低，电力线通信系统中的通信数据易被偷窃的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输，包括以下步骤：S1.获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数，依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数，各个所述通信参数结合MK模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型；S2.依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型；S3.将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数；S4.对所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解，得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率。优选地，所述通信参数包括各个所述通信信道的路径数量、路径的传输距离、信号频率和通信节点：其中，所述通信节点能用于窃听用户窃取所述通信信道上的传输数据。优选地，根据如下公式作为多跳宽带电力线的所述实际信道模型：其中，i为路径的编号，gi为每条路径的加权系数且数值为不大于1的自然数，A(f，di)为所述通信信道的衰减系数，α0、α1和k均是衰减参数，k为0.5～1，di为第i条路径的传输距离，τi为路径i上的时延c0为光速，εr为所述多跳宽带电力线的介电常数。优选地，所述电力线通信系统模型包括发射端、中继和接收端，基于加性高斯白噪声对所有的用于接收数据的所述通信节点的均值为零和方差σ2进行处理，得到所述发射端、所述中继和所述接收端它们之间链路的信道矩阵。优选地，所述联合收发矩阵包括发射预编码矩阵、中继编码矩阵和接收滤波矩阵；所述目标函数包括各发射功率的约束、通信通道数的约束以及对窃听用户均方误差的约束，在满足发射端和中断端的传输功率约束，所述目标函数为：s.t.∶MSEe,k≥εk其中，其中，K为不小于1的自然数，{Uk}为所述发射预编码矩阵，{Vm}为所述中继编码矩阵，{Wk}为所述接收滤波矩阵，{We，k}为所述窃听用户的接收滤波矩阵，MSEk为接收端对所述多跳宽带电力线上传输数据的均方误差，MSEe，k为所述窃听用户对传输数据的均方误差，为发射端的发射功率，为中断端的发射功率，Psk为发射端的最大发射功率，Prm为中断端的最大发射功率，εk为MSEe，k的最小值。优选地，根据所述迭代分布式算法对所述目标函数进行优化求解的步骤包括：S41.对所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵的矩阵变量设置初始值，并采用所述迭代分布式算法计算出所述接收滤波矩阵的最优线性矩阵；S42.根据所述目标函数，求解得到所述窃听用户的优化接收滤波矩阵；S43.基于所述最优线性矩阵、所述优化接收滤波矩阵和在所述步骤S41迭代得到的所述中继编码矩阵，再采用所述迭代分布式算法计算得到优化后的发射预编码矩阵；S44，基于所述最优线性矩阵、所述优化接收滤波矩阵和所述优化后的发射预编码矩阵，采用所述迭代分布式算法计算得到优化后的中继编码矩阵。优选地，根据所述迭代分布式算法计算步骤包括：S01.初始化，设置迭代计数器n＝0，接收端的均方误差TMSE(n)＝0，所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵的矩阵变量设置初始值为和S02.根据所述目标函数获得的所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵计算得到所述窃听用户的接收滤波矩阵和所述接收滤波矩阵S03.根据所述步骤S02中迭代获得的与和对所述目标函数进行优化，得到更新后的发射预编码矩阵S04.根据获得的和对所述目标函数进行优化，更新得到并计算所述接收端的均方误差TMSE(n+1)；S05.若TMSE(n+1)-TMSE(n)≤ξ，结束所述迭代分布式算法计算；若TMSE(n+1)-TMSE(n)>ξ，n＝n+1，执行所述步骤S02；其中，ξ为给定的前后两次迭代的数值差。优选地，根据所述最优线性矩阵、所述优化后的中继编码矩阵和所述优化后的发射预编码矩阵求解所述窃听用户和合法用户接收端的通信速率，根据以下公式求解得出所述合法用户接收端的通过所述多跳宽带电力线传输数据的安全速率，且安全速率大于0；安全速率的公式为：RateDk＝max(0，comDk)-max(0，comE)，k＝1，......k其中，comDk为所述合法用户接收端的通信速率，comE为所述窃听用户的通信速率。本专利技术还提供一种基于电力线通信的多跳数据安全传输装置，应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输，包括：实际信道模型单元，用于根据获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数，依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数，各个所述通信参数结合MK模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型；电力线通信系统模型单元，用于依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型；建立目标函数单元，用于将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数；计算单元，用于根据所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解，得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率。本专利技术还提供一种设备，包括处理器以及存储器；所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：1.该基于电力线通信的多跳数据安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数，依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数，各个所述通信参数结合MK模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型；/nS2.依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型；/nS3.将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数；/nS4.对所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解，得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数，依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数，各个所述通信参数结合MK模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型；
S2.依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型；
S3.将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数；
S4.对所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解，得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率。


2.根据权利要求1所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，所述通信参数包括各个所述通信信道的路径数量、路径的传输距离、信号频率和通信节点；
其中，所述通信节点能用于窃听用户窃取所述通信信道上的传输数据。


3.根据权利要求2所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，根据如下公式作为多跳宽带电力线的所述实际信道模型：



其中，i为路径的编号，gi为每条路径的加权系数且数值为不大于1的自然数，A(f，di)为所述通信信道的衰减系数，α0、α1和k均是衰减参数，k为0.5～1，di为第i条路径的传输距离，τi为路径i上的时延c0为光速，εr为所述多跳宽带电力线的介电常数。


4.根据权利要求2所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，所述电力线通信系统模型包括发射端、中继和接收端，基于加性高斯白噪声对所有的用于接收数据的所述通信节点的均值为零和方差σ2进行处理，得到所述发射端、所述中继和所述接收端它们之间链路的信道矩阵。


5.根据权利要求1所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，所述联合收发矩阵包括发射预编码矩阵、中继编码矩阵和接收滤波矩阵；所述目标函数包括各发射功率的约束、通信通道数的约束以及对窃听用户均方误差的约束，在满足发射端和中断端的传输功率约束，所述目标函数为：



s.t.∶MSEe,k≥εk






其中，K为不小于1的自然数，{Uk}为所述发射预编码矩阵，{Vm}为所述中继编码矩阵，{Wk}为所述接收滤波矩阵，{We，k}为所述窃听用户的接收滤波矩阵，MSEk为接收端对所述多跳宽带电力线上传输数据的均方误差，MSEe，k为所述窃听用户对传输数据的均方误差，为发射端的发射功率，为中断端的发射功率，Psk为发射端的最大发射功率，Prm为中断端的最大发射功率，εk为MSEe，k的最小值。


6.根据权利要求5所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，根据所述迭代分布式算法对所述目标函数进行优化求解的步骤包括：
S41.对所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵的矩阵变量设置初始值，并采用所述迭代分布式算法计算出所述接收滤波矩阵的最优线性矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思建，林国营，张晓平，王鹏，曾争，
申请(专利权)人：广东电科院能源技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44