[發明專利]一種基于信道電氣特性指紋識別的電網監聽設備檢測方法

在審

• 申請號: 202211077381.4
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115473716A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 葛亞明;楊康;戴上;趙玉林;李藍青;李彥柳;王博侖;李言
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司;南京通衡信息科技有限公司;葛亞明
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H02J13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于信道電氣特性指紋識別的電網監聽設備檢測方法，其特征在于，包括：

物理信道信號采集模塊、弱信號降噪提取與指紋構建模塊和靜默監聽設備檢測模塊；

所述物理信道信號采集模塊是通過部署專用數據接收設備，采集反映通信網絡信道電氣特性變化的特征信號數據，用于構建通信網絡的信道電氣特性指紋；

所述弱信號降噪提取與指紋構建模塊是利用特征信號和已知輸入信號的時間相關性，通過序列相關檢測的方法提取出微弱的特征信號變化量，并構建智能電網通信網絡的信道電氣特性指紋；

所述靜默監聽設備檢測模塊是利用提取的信道電氣特性指紋構建指紋序列，并采用工業控制系統中的累積和控制圖方法分析系統特征的異常偏離，進而檢測出是否有靜默設備接入網絡。

2.根據權利要求1所述的基于信道電氣特性指紋識別的電網監聽設備檢測方法，其特征在于：所述物理信道信號采集模塊具體如下：

(1).在采樣時間段[t,t+ΔT]內，在已知電壓輸入信號x(t)/上位機發送的周期性請求報文的情況下,對接收到的信號y_m(t)進行采樣和存儲，記為該通信網絡物理信號的特征信號，而在設備m上接收到的差分電壓信號如下：

y′_m(t)＝ρ′_m·x(t) (1)

其中，ρ′_m代表攻擊者植入靜默監聽設備后，設備m的信號接收系數，此時，在設備m上的特征信號變化量可表示為如下：

δ_m(t)＝y′_m(t)-y(t)＝(ρ′_m-ρ_m)·x(t) (2)。

3.根據權利要求2所述的基于信道電氣特性指紋識別的電網監聽設備檢測方法，其特征在于：所述ΔT為信號采樣持續時間。

4.根據權利要求1所述的基于信道電氣特性指紋識別的電網監聽設備檢測方法，其特征在于：所述弱信號降噪提取與指紋構建模塊具體如下：

(1).在實際RS845通信網絡中，在信號傳輸線路上存在由于設備元件熱噪聲、電源功率波動等原因導致的信道噪聲，待檢測的特征信號改變量的幅度要遠小于信道噪聲的信號幅度，將會被信道噪聲所淹沒，因此，需要對微弱的特征信號進行降噪和提取，在考慮系統的信道噪聲后，在檢測設備m處接收到的特征信號變化量為如下：

σ_m(t)＝δ_m(t)+ω(t)＝(ρ′_m-ρ_m)·x(t)+ω(t) (3)

其中，ω(t)代表設備m處檢測到的噪聲分量，由公式(3)所述的數學模型可知，特征信號變化量δ_m(t)和輸入信號x(t)線性相關，而信道噪聲和輸入信號彼此獨立；

且考慮到特征信號變化量的確定性和信道噪聲信號的隨機性，利用信號相關檢測的方法消除噪聲信號對提取特征信號變化量過程的影響，將已知輸入信號x(t)和特征信號變化量σ_m(t)做互相關運算，得到如下：

由x(t)和ω(t)不相關，當信號的采樣樣本足夠時，有R_xω(t,t-τ)＝0，則如下：

R_xσ(t,t-τ)＝(ρ′_m-ρ_m)R_xx(t,t-τ) (5)

因此，R_xσ(t,t-τ)的計算結果基本不受系統信道噪聲的影響，取時延τ＝0的互相關運算結果為R(t)＝R_xσ(t,t)，理想情況下，當新接入設備時，網絡的拓撲和阻抗特性并不發生變化(ρ′_m-ρ_m)，有R(t)＝0；

當新接入設備后(ρ′_m≠ρ_m)，有R(t)≠0，因此，可取R(t)作為通信網絡的信道電氣特性指紋，表征系統的特點網絡拓撲和阻抗特性。

5.根據權利要求1所述的基于信道電氣特性指紋識別的電網監聽設備檢測方法，其特征在于：所述靜默監聽設備檢測模塊具體如下：

(1).假定在采樣時段[0,ΔT),[ΔT,2ΔT),...,[qΔT,(q+1)ΔT)內通過相關檢測的方法得到信道電氣特性指紋序列R₀,R₁,R₂,...,R_q，其中，R_i＝R(iΔT)代表時間段[iΔT,(i+1)ΔT)內采集到的信道電氣特性指紋，通過對正常狀態下的信道電氣特性指紋進行檢測，可確定出信道電氣特性指紋的允偏量即在無設備接入的情況下恒有此時，按照以下公式求取控制上限和控制下限

其中，初值代表累積和正值，代表累積和負值，與越大，表明信道電氣特性指紋發生偏離的可能性就越大，設定檢測閾值為ε，當時，則判定信道電氣特性指紋發生了明顯的偏離，可能有靜默設備接入導致通信網絡的拓撲的阻抗分布發生了變化。