陳立志，張維忠，張樹華，魏繼俊，龔　靜，顧煥之

（1.國網(wǎng)新疆電力公司，烏魯木齊，830011；2.國網(wǎng)新疆昌吉供電公司，昌吉，831100；3.北京智芯微電子科技有限公司，國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100192）

配電自動化230MHz無線局域網(wǎng)安全技術(shù)研究

陳立志1，張維忠2，張樹華3，魏繼俊2，龔靜2，顧煥之2

（1.國網(wǎng)新疆電力公司，烏魯木齊，830011；2.國網(wǎng)新疆昌吉供電公司，昌吉，831100；3.北京智芯微電子科技有限公司，國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100192）

針對目前電力行業(yè)無線公網(wǎng)不安全的問題，本文提出以230MHz無線局域網(wǎng)來建設(shè)電力無線專網(wǎng)，利用國網(wǎng)的國密安全體系，該網(wǎng)絡(luò)具有高安全性等特點(diǎn)，對智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)具有很好的參考意義。

230MHz無線局域網(wǎng)；電力行業(yè)；安全技術(shù)

1　引言

電力系統(tǒng)配電通信網(wǎng)目前采用有線和無線兩種建設(shè)模式，無線又分無線公網(wǎng)和無線專網(wǎng)兩大類，有線通信以EPON方式為主，伴隨著配網(wǎng)自動化的快速發(fā)展，光纖的部署也在加快［1］。無線公網(wǎng)主要采用租用運(yùn)營商GRPS電路方式［2］，適用于數(shù)量流量小，通信光纜不便于覆蓋的配網(wǎng)支路終端節(jié)點(diǎn)。但無線網(wǎng)絡(luò)傳輸存在有信號盲區(qū)，且信號會受到天氣、遮擋、電磁波的干擾，系統(tǒng)傳輸帶寬低、可用性較低，且采用公網(wǎng)方式，其安全性較低，不便于傳輸配電遙控等信號。

在EPON有線通信網(wǎng)絡(luò)末端節(jié)點(diǎn)形成無線局域網(wǎng)，利用電力頻段230MHz的廣覆蓋特性，原來通過GPRS方式通信的終端節(jié)點(diǎn)（如故障指示器）可以通過電力無線局域網(wǎng)接入電網(wǎng)EPON有線網(wǎng)絡(luò)中，從而形成一張完整的電力通信專網(wǎng)，增強(qiáng)了電網(wǎng)的安全性。故本文提出以230MHz無線局域網(wǎng)來建設(shè)電力無線專網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)具有高安全性等特點(diǎn)，非常適合電力行業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

2　230MHz無線局域網(wǎng)

2.1頻率資源

223-235MHz［3］可用于遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸，其中，有360個(gè)頻點(diǎn)由各地市無線電管理處自行審批。頻點(diǎn)離散，電力行業(yè)擁有40個(gè)授權(quán)頻點(diǎn)（如圖1所示），是授權(quán)頻點(diǎn)最多的行業(yè)，很好地適應(yīng)了電力系統(tǒng)的應(yīng)用需求。230MHz的頻譜不連續(xù)性是開發(fā)無線寬帶系統(tǒng)過程中的棘手問題。

圖1　電力行業(yè)40個(gè)離散頻點(diǎn)分布

2.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

230MHz無線局域網(wǎng)是基于蜂窩技術(shù)和230MHz頻率特點(diǎn)為電力行業(yè)深度定制的無線專網(wǎng)，包括電力業(yè)務(wù)平臺、EPON OLT、光纖線路、EPON ONU、230MHz網(wǎng)管設(shè)備、230MHz無線局域網(wǎng)基站設(shè)備以及230MHz無線終端，230MHz無線終端可以內(nèi)置或外置于電力行業(yè)終端設(shè)備（配電終端、負(fù)控終端、集中器、采集器以及智能電表等）。230MHz電力無線專網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2　230MHz電力無線專網(wǎng)架構(gòu)

3　230MHz無線局域網(wǎng)系統(tǒng)安全性分析

230MHz無線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)具備強(qiáng)大的信息安全與加密功能，可以根據(jù)電力場景進(jìn)行深度定制，能夠提供多種物理隔離的解決方案，保證全網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

3.1安全解決方案

電力系統(tǒng)的信息安全傳輸是保障電網(wǎng)智能化工作的關(guān)鍵技術(shù)，230MHz無線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)利用3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的祖沖之加密算法以及加密認(rèn)證，在230MHz無線終端與230MHz無線微基站上采用國密通信算法，與電網(wǎng)的密鑰安全體系相對應(yīng)，從而保證了電力系統(tǒng)的信息傳輸?shù)陌踩煽俊?/p>

圖3　安全層次模型

3.2安全邏輯模型

230MHz無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的安全層次模型如圖3所示。本方案采用端到端的安全設(shè)計(jì)思想，無線終端內(nèi)置的安全芯片［4］和主站管理系統(tǒng)的加密機(jī)進(jìn)行信息的由底層到高層的認(rèn)證和加解密流程，任何涉及到中間環(huán)節(jié)的信息監(jiān)聽和安全破壞，都會被安全系統(tǒng)識別，不會影響本系統(tǒng)的安全。

3.3安全流程

230MHz無線局域網(wǎng)系統(tǒng)采用國網(wǎng)主推的安全算法，采用鑒權(quán)與加密方式確保系統(tǒng)安全，如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)流程

230MHz無線通信終端通信模塊帶有安全芯片且內(nèi)置國密算法［5］，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，啟動鑒權(quán)操作，進(jìn)行正常數(shù)據(jù)收發(fā)。配電終端通信模塊進(jìn)行身份認(rèn)證，并解密數(shù)據(jù)，判斷信息的完整性、時(shí)效性及正確性，并將有效數(shù)據(jù)提供給主站設(shè)備。配電終端上行數(shù)據(jù)可通過配電終端通信安全模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，通過配網(wǎng)原有通信方式傳輸至主站，主站通過密碼機(jī)進(jìn)行身份識別及解密，將有效數(shù)據(jù)傳輸至主站設(shè)備，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。有效防止系統(tǒng)面臨來自公共網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，保障配電網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4　結(jié)束語

230MHz無線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)充分利用EPON線路的回傳特性，通過無線方式組建了完整的電力專網(wǎng)，并且使用了國網(wǎng)主推的安全認(rèn)證體系，說明該230MHz無線局域網(wǎng)具有高安全性，對智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)具有很好的參考意義。

［1］劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010

［2］陳超成，葉進(jìn)，張紅梅.基于GPRS的無線抄表監(jiān)控系統(tǒng)［J］.桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.33

［3］國家無線電管理委員會，關(guān)于印發(fā)民用超短波遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)頻段規(guī)劃的通知，1991

［4］劉金鎖，統(tǒng)一密鑰支撐體系的研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014.3

［5］陶維青等，ESAM安全模塊在預(yù)付費(fèi)電表中的應(yīng)用研究［J］.電測與儀表，2010.539

Research of 230MHz Wireless Local Network in Safety Technology

Chen Lizhi1， Zhang Weizhong2， Zhang Shuhua3， Wei Jijun2， Gong Jing2， Gu Huanzhi2
（1. State Grid electric power company， Wulumuqi， 830011； 2. State Grid Changji electric power company， Changji， 831100； 3. State G rid Key Laboratory of Power Industrial Chip Design and Analysis Technology， Beijing Smart-Chip Microelectronics Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100192）

In view of the current safety problems in electric wireless network， the 230MHz wireless local network is proposed for power wireless network. The wireless network has the advantages of higher safety and uses power grid’s security of Guomi algorithm.It has excellent reference for smart power communication system construction.

230MHz wireless local network； Power industry； safety technology

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.10.004

TN914.34

A

1672-7274（2016）10-0014-03

陳立志，男，1980年生，工程師，主要從事智能電網(wǎng)科技管理工作。

張維忠，男，1983年生，助理工程師，主要從事電力通信工程建設(shè)。

張樹華，男，1980年生，高級工程師，從事電力通信系統(tǒng)與芯片設(shè)計(jì)工作。

魏繼俊，1991年生，助理工程師，主要從事通信運(yùn)維工作。

龔靜，女，1978年生，經(jīng)濟(jì)師，從事電力信息系統(tǒng)運(yùn)維管理工作。

顧煥之，男，1986年生，電氣助理工程師，主要從事電力通信工程建設(shè)與系統(tǒng)維護(hù)。