[發明專利]一種嵌入式的電力終端網絡異常流量監測探針及其應用

在審

• 申請號: 202011623701.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112688832A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 楊挺;侯昱丞;孫兆帥;董之微;朱鈺;于同偉;盧巖;趙東艷;原義棟;李奇;李長柏
• 申請（專利權）人: 天津大學;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院;北京智芯微電子科技有限公司
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L29/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

本發明公開了一種基于嵌入式的電力終端網絡異常流量監測探針，所述探針嵌入電力系統終端與數據集中器之間，偵聽電力終端與集中器之間的數據包并捕獲電力終端至集中器的上行數據流；所述探針由輸入模塊、串口轉以太網模塊、供電模塊、流量分析與處理模塊、輸出模塊構成；其中：所述輸入模塊連接電力終端的載波模塊，用于接入電力載波模塊的流量信號；所述流量分析與處理模塊采用小波包算法對捕獲的上行數據流進行計算標記出異常數據流輸出；所述輸出模塊將異常數據流轉換為以太網格式數據輸出給上位機；本發明利用檢測探針標記出電力終端發出的異常數據包，實現電力系統海量多元異構終端的安全保障。

技術領域

本發明屬于多元異構電力終端的通信流量檢測的技術領域，尤其涉及一種基于嵌入式的電力終端網絡異常流量監測探針裝置。

背景技術

隨著智能電網的自動化信息化智能化建設，電力系統終端已經成為智能電網數據獲取和靈活調控的基本保證。然而，電力系統嵌入式終端由于其計算能力低和防護級別低，成為了惡意攻擊的目標。電力終端遭到入侵和利用后，將會極大的威脅電力生產的安全穩定。

電力系統嵌入式終端與互聯網終端不同，其計算能力弱且數量巨大，傳統安全監測方法無法部署，且終端在開發時沒有統一的標準體系，導致電網嵌入式終端多元異構難以采用統一的安全檢測，在保障其異常流量方面有著巨大困難。因此亟需設計面向電力系統終端的安全監測裝置。

考慮到量測數據由電力終端上傳至調度中心，挖掘智能電網通信網絡的獨特規律，設計了一種基于小波包分析的嵌入式電力終端網絡探針。

發明內容

針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種嵌入式的電力終端網絡異常流量監測探針及其應用，本發明可以辨識電力終端故障、通信失效、入侵攻擊等導致的網絡異常情況，實現異常流量數據包標記；本發明給出了高效且有創造性的電力終端異常流量監測探針以及網絡流量頻域分析和計算方法，并最終標記出電力終端異常數據流。

本發明通過如下技術方案予以實施：

本發明的一種基于嵌入式的電力終端網絡異常流量監測探針，本發明涉及多元異構電力終端的通信流量檢測，尤其是涉及一種基于嵌入式的電力終端異常流量探針，所述裝置模塊包括：輸入模塊、串口轉以太網模塊、供電模塊、流量分析與處理模塊、輸出模塊共五個模塊組成；本探針裝置輸入模塊連接電力終端的載波模塊，輸入模塊包括串口接口，所述探針串口用于接入電力載波模塊的流量信號；流量分析與處理模塊主要包括STM32F405VGT6芯片，輸出模塊包括ZLAN1003主控芯片、以太網接口RJ45接口，實現串口轉以太網，輸出為以太網格式，可用以太網線傳送檢測結果給上位機。

本探針接入電力系統終端與集中器之間，偵聽電力終端與集中器之間的數據包，捕獲電力終端至集中器的上行數據流。流量分析與處理模塊采用基于小波包分析理論計算電力終端與集中器之間的上行流量的頻域特征。依據終端的上行流量頻域特征，對異常數據流進行標記。采用以太網RJ45接口輸出監測結果。

數據流監測的步驟為：

1)數據包捕獲，包括電力終端與集中器之間的上行流量數據。

2)數據流分析，包括采用小波包理論對上行流量數據進行分析，采用滑動時窗法對分解出的小波包系數提取特征，獲得流量頻域特征。

3)數據流標記，對超過閾值的數據流標記異常。

對于步驟2)，具體為對電力終端上行待測流量T(t)進行小波包分解，小波包分解算法可以表示為：

式中：ψ_n為小波基函數，d_j,l,n為第j層第n個節點的第l個小波包系數。