[發(fā)明專利]一種適應園區(qū)電碳信息轉(zhuǎn)換的保密容量保障系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210261820.0
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114501355B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設計）人: 周振宇;廖海君;王雅倩;盧文冰
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H04W4/18
• 分類號: H04W4/18;H04W4/38;H04W12/03;H04W52/34;H04L67/565;H04L67/12;H04L9/40;G16Y30/10;G06Q50/06;G06Q10/10;G06Q10/06;G06Q10/04
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

本發(fā)明公開了一種適應園區(qū)電碳信息轉(zhuǎn)換的保密容量保障系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：端層、邊層、業(yè)務層。所述端層通過在電氣設備上部署多模態(tài)物聯(lián)終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。邊層包括一個多模態(tài)邊緣計算網(wǎng)關，網(wǎng)關通過多模態(tài)通信介質(zhì)與電氣設備進行交互，并通過專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至業(yè)務層。業(yè)務層通過大數(shù)據(jù)分析和機器學習方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)深度解析，支撐低碳業(yè)務運行。方法包括：通過聯(lián)合優(yōu)化信道選擇與功率分配策略，能夠在設備側(cè)隊列穩(wěn)定性約束下最大化保密容量、設備能耗和排隊時延的加權差值，解決低碳業(yè)務與多模態(tài)通信資源適配與多模態(tài)接入沖突問題，保障低碳業(yè)務的多屬性QoS需求。

技術領域

本發(fā)明涉及園區(qū)電碳信息轉(zhuǎn)換技術領域，特別涉及一種適應園區(qū)電碳信息轉(zhuǎn)換的保密容量保障系統(tǒng)及方法。

背景技術

智慧園區(qū)是融合屋頂光伏、分布式儲能、可控負荷為一體的智能化產(chǎn)業(yè)園區(qū)，通過與電網(wǎng)的雙向能量交互，可實現(xiàn)智慧園區(qū)能源業(yè)務低碳運行。為了支撐新能源消納、實時能量管理、和電碳計算，海量分布式電力物聯(lián)網(wǎng)(power internet of things，PIoT)設備部署于園區(qū)各處采集電壓、電流、有功/無功、CO₂、CH₄、O₃、水、氣、熱等信息?？紤]到電力物聯(lián)網(wǎng)設備接入和數(shù)據(jù)傳輸要求，以及智慧園區(qū)復雜網(wǎng)絡拓撲，有必要構建融合交/直流(current/direct current，AC/DC)電力線通信(power line communication，PLC)、微功率無線通信、無線局域網(wǎng)(wireless local area network，WLAN)等多種通信媒介的多模態(tài)電力物聯(lián)網(wǎng)，從而為園區(qū)提供全覆蓋通信架構支撐。

隨著園區(qū)分布式光伏發(fā)電滲率升高，以及“隔墻售電”政策的深入實施，支撐園區(qū)低碳業(yè)務運行的電碳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需求激增，同時，柔性負荷調(diào)控、全量數(shù)據(jù)采集等低碳業(yè)務不斷發(fā)展，智慧園區(qū)內(nèi)電碳信息的傳輸量暴增，無疑為園區(qū)電碳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來了信息安全問題。目前，廣泛使用的基于區(qū)塊鏈的智能合約技術雖從一定程度上提升了分布式能源并網(wǎng)的安全性，但是由于未考慮到園區(qū)不同通信媒介的頻譜資源和信道特性之間的異構性，以及園區(qū)強電磁干擾問題，導致園區(qū)電碳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換易受到竊聽攻擊。例如分布式可再生能源投切對AC/DC PLC通信產(chǎn)生嚴重電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)，而微功率無線與WLAN通信易受竊聽攻擊。

因此，如何從物理層角度保障電碳信息傳輸安全成為本發(fā)明研究的焦點。此外，柔性負荷調(diào)控等低碳業(yè)務運行以及電碳數(shù)據(jù)的實時傳輸與處理提出了時延、能耗、安全容量等多屬性QoS需求。邊端協(xié)同通過融合邊側(cè)智能的決策能力與端側(cè)泛在數(shù)據(jù)感知能力提供了一種解決方案。利用邊緣計算網(wǎng)關提供的數(shù)據(jù)處理結(jié)果和性能反饋，根據(jù)差異化的業(yè)務需求和通信介質(zhì)的動態(tài)特性優(yōu)化設備側(cè)信道選擇，實現(xiàn)多媒介異質(zhì)資源的高效利用。此外，邊端協(xié)同可以與先進的安全機制相結(jié)合來抵御攻擊。例如基于合適的功率分配策略，通過分配傳輸功率給人工噪聲(artificial noise，AN)來抑制竊聽者的數(shù)據(jù)接收，提高保密容量以消除竊聽攻擊。然而，低碳智慧園區(qū)邊端協(xié)同多模態(tài)通信安全還需要解決如下技術挑戰(zhàn)。

第一，通信與安全性能的協(xié)同提高受到設備有限資源限制。例如，為基于AN的防竊聽分配更多的傳輸功率將不可避免地降低通信吞吐量和時延性能。因此，需要將有限的功率資源智能地分割成AN傳輸和數(shù)據(jù)傳輸，以平衡QoS和保密容量。

第二，由于智慧園區(qū)基礎設施分布范圍廣、資產(chǎn)屬性復雜、地理特征差異大，獲取智慧園區(qū)整體網(wǎng)絡的全局狀態(tài)信息(global state information，GSI)是不現(xiàn)實的。傳統(tǒng)的基于GSI的資源管理方法會導致理論優(yōu)化性能與實際應用存在較大偏差，無法支持碳足跡監(jiān)測、負荷調(diào)控、電力現(xiàn)貨市場等低碳業(yè)務的可靠運行。

第三，海量物聯(lián)設備競爭同一個信道時會產(chǎn)生接入沖突，造成時延升高、資源利用率降低。傳統(tǒng)的分布式信道選擇方案由于缺乏統(tǒng)一協(xié)同與優(yōu)化，無法感知其他設備的接入行為，因此接入沖突無法消除。然而，集中式信道選擇優(yōu)化卻存在維數(shù)災難問題。